國內外雨水利用現狀

毛 健

(同濟大學 環境科學與工程學院 污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海 200092)

淡水資源匱乏已經成為制約城市化發展的重要因素，如何實現淡水資源的開源節流已經成為迫在眉睫的問題。跨入20世紀以來，我國城市化水平隨著經濟的發展不斷提高，城鎮化率由2000年底的36.22%提升為2018年底的59.58%；與此同時，城市化對淡水資源的需求量也進一步加大，供水總量由2000年的5530.7億m3提升為2018年的6015.5億m3。城市化作為經濟社會發展的產物，見證了社會文明的進步，但在城市快速擴張過程中也暴露了不少矛盾，帶來了諸多因水而生的問題。徑流污染、城市內澇、熱島效應和水質型缺水等問題伴隨城市化的進程時有發生[1-3]。

針對水資源短缺的問題，目前世界各國都將雨水收集利用作為主要突破口之一。雨水作為一種相對豐富的淡水資源，相較于城市污水和建筑中水，其水質條件更為良好，處理成本也更為低廉，經過適當處理后即可滿足生活雜用和工業應用，深度消毒后也可作為飲用水源補充用水。如果能將“過剩”雨水加以收集利用，不僅能緩解淡水資源短缺的問題，更能夠減輕城市防洪排澇的安全壓力，降低城市徑流污染和面源污染的危害，最終實現雨水資源的合理利用，變害為利，對于海綿城市建設也大有裨益。雨水相對清潔、低成本、易收集、易蓄集的特性使得雨水的收集利用具有廣闊的應用前景。

1 城市雨水利用技術類型

1.1 雨水直接利用技術

雨水直接利用技術指利用屋面、道路、廣場、停車場等不透水區域作為集水面收集雨水，收集的雨水經適度的處理后用于沖廁、綠化、洗滌、消防和景觀等非飲用水的補充水源，從而減少市政供水的使用，改善地表徑流污染。由于降雨存在時空分布的差異性，雨水無法滿足作為獨立水源的條件，往往需要和其他水源互相補充。雨水直接利用系統一般包括收集、棄流、輸送、處理、儲存以及配水等幾個部分。根據《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920-2002)標準和回用水目的對雨水進行適度處理，確保回用雨水安全的前提下降低運行成本。城市雜用水水質主要基本控制項目及限值見表1。

表1 城市雜用水水質主要基本控制項目及限值

1.2 雨水間接利用技術

雨水間接利用技術主要利用裝路面、滲透井、綠地、濕地等人工或自然滲透面，結合物理過濾和生物凈化去除污染物，從而延長徑流時間，減緩徑流流速，回灌地下水，改善地下水超采和地面下陷的問題，最終修復自然水系循環過程。孫丹淼等[4]利用中粗砂和沸石改良上海浦東某已建居住社區綠地滲透性，改良后土壤滲透性顯著提高，具備良好的截留和凈化污染物能力，可為緩解城市雨水徑流污染，改良城市綠地土壤滲透性提供借鑒。汪艷寧等[5]研究植被滲透淺溝對城市暴雨徑流的調蓄效應，結果表明植被滲透淺溝能起到延緩和削減洪峰、加強城市排水安全保障的重要作用。

1.3 雨水綜合利用技術

雨水綜合利用涉及雨水下滲、調蓄、回用和環境保護等方面，需要根據用水目的有選擇性的選擇雨水直接和間接利用，這種技術更加安全、可靠，是雨水綜合利用的最高水平。雨水綜合利用是指降雨初期盡可能使得雨水儲存在土壤涵養層，土壤涵養層的雨水一部分被植物根系吸收，維持土壤含水率，一部分補充地下水，促進自然水循環，防止地面沉降；待土壤涵養層含水率趨于飽和后，后續降雨可能會造成溢流或徑流污染，此時根據城市用水需要或儲水能力集蓄雨水，對于過量雨水，利用城市雨水管網排放[6]，示意圖見圖1。何強等[7]利用綠色建筑小區雨水資源化綜合利用技術，集成優化小區雨水收集、滲透、處理、回用系統，具備管理方便、成本低廉的特點。

圖1 雨水綜合利用示意圖[7]

Fig.1 Comprehensive utilization of rainwater

2 國內外雨水工程

2.1 德國雨水利用工程

德國自1989年制定了《雨水利用設施標準》后，雨水利用步入標準化、產業化并逐步向集成化、綜合化發展，建成了眾多的雨水利用工程。德國城市雨水利用技術主要包括：屋面雨水利用、雨水屋頂花園利用系統、雨水截污與滲透系統、生態小區雨水利用系統[8]。屋面雨水集蓄主要布置于家庭單體分散式系統或者建筑群集中系統，可用于家庭、公共或工業的非飲用水源。屋面雨水集蓄系統主要由集雨區(屋頂)、輸水系統、截污凈化系統(如過濾)、儲存系統(地下水池或水箱)以及配水系統等幾部分組成，當降雨量較多時“多余”雨水利用滲透系統排放。法蘭克福Possmann蘋果軋汁廠和Ludwigshafen公共汽車洗車工程均回收利用屋面雨水作為工業用水補充水源。

德國針對成規模的小區采用雨水回用與景觀結合的方式綜合利用雨水。德國漢諾威Kronsberg小區利用雨水用作灌溉和環境用水，在雨水供應不足時補充市政用水，小區采用綠地、入滲溝、洼地以及透水人行道等多種措施節蓄雨水。此外，德國在商業開發區將雨水資源與城市開發、生態環境建設有機結合，實現了環境、經濟、社會、效益的有機統一。柏林Potsdamer廣場工程建有屋頂花園、雨水儲存池、人工濕地，利用植物和土壤凈化雨水，將雨水作為城市景觀水體的一部分。慕尼黑國際展覽中心地下設有雨水蓄水池，暴雨季節將“多余”雨水輸送至人工湖，經處理后雨水下滲補充地下水，實現水系的自然循環[8-10]。

2.2 美國雨水利用工程

美國的雨水利用常以提高天然入滲能力為目的，在多個城市建立了屋面雨水回用設施和地表回灌系統。2005年美國喬治亞州坎通市的萬人工廠停車場生態設計項目運用雨水花園的理念，利用地形分散引導雨水進入周圍濕地，發揮了雨水的生態和景觀效益。2006年美國俄勒岡州波特蘭市的西南第12大道綠街工程，將街道人行區的部分種植區改造為雨水花園，設計雨水收集池作為種植池，削減了雨水徑流污染的同時營造了極具美感的生態景觀。2007年美國俄勒岡州波特蘭市的塔博爾山中學雨水花園項目，將舊有的停車場庭院改造為雨水花園，有效收集了地表徑流，改善局部氣候[11]。

2.3 日本雨水利用工程

日本水資源匱乏，政府除鼓勵提高水利用率和使用循環水，也一直在開辟獲取新的水資源，雨水作為一種可補充水源，因水質優良、獲取便捷、成本低廉獲得了極大的關注。20世紀60年代，日本開始利用洼地和地面滲透系統收集雨水，興建蓄洪池儲存雨水，將雨水用于路面噴灑和綠地灌溉。1980年日本建設省開始推行雨水貯留滲透計劃，利用下滲雨水補充地下水，改善自然水系循環。在公園、綠地、庭院、停車場、建筑物、運動場和道路等場所設置滲透設施如：透池、滲透管、滲透井、透水性鋪蓋、浸透側溝、調節池和綠地等。基于此背景，日本建設了一批雨水利用工程。日本東京江東區文化中心的雨水設施集雨能力占其年用水量的45%；東京都兩國國技館雨水貯槽容量為為1000 t，雨水使用約占總用水量的33%；大阪道頓崛利用雨水調蓄隧道儲存25個合流制排水口的溢流雨水；此外，日本甚至將雨水作為商品出口阿拉伯國家，實現了一定的經濟效益[12-14]。

2.4 我國雨水利用工程

我國的城市雨水收集利用在我國起步較晚，自20世紀80年代起陸續開展雨水收集利用的研究與實踐，多應用于干旱缺水地區的小型、非標準局部應用。甘肅“121”雨水集流工程、內蒙古“112集雨節水灌溉工程”、寧夏“小水窖工程”、陜西“甘露工程”、山東長島縣和浙江舟山市局部雨水收集利用工程相繼展開[15-16]。步入21世紀后，我國城市雨水利用進程明顯加快，雨水收集利用水平逐步提高，北京、上海、西安等城市陸續實施了一批雨水收集利用工程。2008年北京奧運會期間，北京市除建成奧林匹克公園中心區的雨水收集利用系統，在各奧運場館及人行道、廣場、庭院、廣場廣泛應用透水磚，減少了地表徑流和污染，補充了地下水源。為恢復恢復“八水繞長安”盛景，西安市政府近年來積極支持雨水收集利用示范項目建設，2016年戶縣玉立芳華幼兒園新建雨水收集利用工程，經簡單處理后，可用于綠化灌溉、景觀噴泉等，實現水資源的節約利用和優化配置。上海市先后在國家會展中心展廳(上海)和上海中心大廈利用虹吸式雨水系統收集利用雨水；上海世博園核心區域采用了雨水回收利用系統，利用屋頂綠化、淺層地下雨水蓄滲、低勢綠地、滲透瀝青路面與廣場等措施集蓄和下滲雨水[17-20]。

3 結語

雨水作為一種清潔的淡水資源，獲取便捷、價格低廉，對于緩解城市水資源危機，城市內澇和城市徑流污染十分重要，因而在國內外得到了廣泛應用。相較于國外，我國的雨水管理法規和雨水利用工程起步較晚。近年來，以北京、上海為代表的國內城市陸續開展雨水收集利用工程，取得了顯著成果。各部委及地方政府也有針對性地出臺了一系列雨水管理法規，對于雨水收集利用甚至海綿城市建設都十分有幫助。