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节水型社会建设的城市雨水利用研究

作者:深圳市海绵雨水利用科技有限公司来源:www.spongerain.com 浏览次数: 日期:2018年9月29日 10:53

近年来由于我国城市化进程的推进,人口高度聚集,城市工业生产进程加快,造成城市极度缺水,威胁城市用水安全,建成面积不断扩大,导致不透水面积大幅增加,一方面使相同降雨条件下,径流系数增大,雨洪量增加,加重了城市排水和河道行洪负担,汛期会使径流迅速汇集,造成地面积水和局部洪灾,另一方面干扰了自然水文循环,减少降雨入渗量,使土壤含水量降低,城市热岛效应加剧,水分蒸发量下降,空气干燥,大量雨水流失后与生活、生产污水一起进入污水处理厂,增加了污水处理成本。

城市雨水利用

摘要:节水型社会建设是当前我国经济建设和解决民生问题的一项重大战略举措,城市雨水的利用为城市水资源开源,保障经济建设,促进人与自然和谐发展和建设节水型社会提供了条件,在阐述城市雨水利用内涵的基础上,总结国内研究进展,分析研究中存在问题,从服务于节水型社会建设的角度,提出城市雨水利用的研究重点。

 

一、城市雨水利用的内涵

 

随着城市化带来的水资源紧缺和环境、生态问题日益突出,我国的城市雨水利用在20世纪80年代初至90年代末约20a时间里发展了起来。

 

城市雨水利用,就是以减轻城市防洪压力、减少洪涝灾害和缓解水危机为目标,采取工程和非工程措施,实现雨水资源化利用。其内容涉及城市雨水资源的科学管理、雨水作杂用水源的直接收集利用、通过渗透设施将雨水回灌地下的间接利用、城市生态小区的合理设计以及改善生态环境的综合利用等方面,是一项涉及面很广的系统工程。

 

城市雨水利用具有以下几个特点:

 

1、可有效地减小城市径流量,延滞汇流时间,减少排入市政管网的水量,减少防洪投资和洪灾损失。

2、雨水是轻污染水,经简单处理便可作为景观环境、洗车、道路冲洗、冷却用水及某些生活用水、增加城市生态水源补给量,改善小气候,回补地下水,减缓地面沉降。

3、运行费用低廉,经济效益突出。

 

二、国内外研究进展

 

1、国外研究进展

 

由于屋面水便于收集,水质相对较好,经简单过滤处理,就可以用一些工业,如木材加工。也可用来建设观赏水景,浇灌小区绿地,冲刷路面,或供小区居民洗车和冲洗马桶,省水又省钱。例如英国典型的雨水利用工程伦敦世纪圆顶,每天可回收500m³的水用以冲洗该建筑物内的厕所,这使其成为澳洲最大的建筑物内的水循环设施,它既以自然的方式有效地收集了雨水,又很好的融入到圆顶的景观设计中,可谓一举两得。

 

在丹麦,每年能从居民屋顶收集645万m³雨水,相当于居民总用水量的22%,占市政总饮用水量的7%,使得雨水成了可替代水源,大幅度地减少了地下水的消耗。

 

2、提高下垫面渗透性研究

城区不透水面积的增加,既破坏了城市水文循环,又会造成市区内涝,加重污水处理负荷等。因此,改善下垫面的渗透性,也是城市雨水利用研究的一个热点:

 

1、利用透水性铺装加大雨水入渗量。透水性铺装是由外部空气相连通的多孔结构形成骨架、能满足强度和耐久性要求的铺装,其面层呈多孔构造,表面积大,对粉尘有较强的吸附力,还可降低噪音。它主要包括透水性沥青铺装,透水性混凝土铺装及透水性地砖等。

2、建筑下凹绿地,研究表明,室内地面高于路面,路面高于绿地,绿地下凹10cm即可拦蓄雨水80%以上。此法即可降低城市绿化用水量,又可减少内涝。

3、设置渗透管沟,渗井、渗池等。

 

这些设施占地面积小,使地面径流就地入渗,可在控制径流汇集、减小洪峰流量的同时,补给地下水,阻止地面沉降。美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的。如加州富雷斯诺市的地下回灌系统,10a间(1971~1980)年的地下水回灌总量为1.338亿m³,其年回灌量占该市用水量的20%。日本于1992年颁发了“第二代城市下水总体规划”,正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分、要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。

 

2.1不透水地面集流研究

 

城市道路路面(下沉式)广场、运动场和停车场等都是良好的雨水收集面,只需少量投资即可在多雨季节临时储存雨水,降低管网排洪压力,蓄集的雨水还可用于城市清洁,绿地灌溉、维持城市水景等。欧美、日本广泛采用不透水地面汇集雨水,从而减轻城市汛期雨洪负担。美国丹佛市中心的SKYLINE下沉式广场雨水可容纳数英寸深的雨水。

 

2.2屋顶绿化(空中花园)研究

 

在城市建筑密集区,强化建筑屋顶绿化,既可有效地截留雨水,又可增加城市绿化面积,净化空气、吸纳噪音、降低热岛效益。德国的屋顶通过绿化,配套防水和排水设施,使屋面系统径流系数降低到0.3有效地消减了雨洪水量。日本许多城市也在屋顶修建用雨水浇灌的空中花园。通过挖掘雨水资源的潜力,改善城市环境生态效益。

 

2.3法规、政策引导研究

 

到目前为止,德国、美国和日本已形成了较为成熟雨水利用、管理体系,以法律法规为基础,切实保障雨水利用的深层次研究与普遍推广,如美国联邦法律要求所有新开发区强制实行“就地滞洪蓄水”。各州如科罗拉多州相继制定了《雨水利用条例》,确保雨水利用的实施与普及。德国的法律明确规定,雨水在进入污水管道之前必须就地入渗消纳,或收集处理后再回用,只有超量和污染程度较高的部分才能排入污水管。

 

国内研究进展

 

在水资源日益紧缺和国际雨水集流事业的不断推动下,我国逐步重视雨水利用和水资源持续发展的研究。目前,我国大中城市基本处于对其进行探索与研究的阶段,已产生了明显的经济、社会和生态效益,显示出强大的生命力,推动了我国雨水利用事业的发展,但总体上理论尚未成熟,技术还较落后,法律还不完善,应用有待于普及。

 

1、技术应用研究

 

奥林匹克森林公园是国内第一个采用雨水收集系统的大型城市公园,全园雨洪利用率高达95%,年雨水回收量约134m³,园区利用市政河道及公园湖泊水系收集雨水,因地制宜制定排水方案,并将收集的雨水用于园内绿化灌溉及道路喷洒等。国家会议中心主体部分的屋顶呈现“双曲线”图形,是雨水回收的绝佳工具,可收集雨水7000m³,降雨能够基本满足国家会议中心绿化用水需要,每年节省费用达18万元。城市雨水利用也是绿色世博的一项重要内容,在2010年上海世博会上,大多数建筑物都将附设集雨装置。我国西部缺水地区如甘肃的121雨水集流工程,内蒙古的112集雨节水灌溉工程等已成功实现了“收集屋面雨水”解决人畜饮用工程。

 

2、经济调节研究

 

经济调节即运用收费、补贴、罚款等经济手段,培育并开拓雨水利用市场,实现雨水利用的稳步发展与规范化管理。目前国内已实行补助、罚款和减免制度,由于雨水利用体系尚不成熟,所以更注重补助金制度。

 

3、公众认识研究

 

只有公众普遍接受这一新兴观念,城市雨水利用技术才能走进人们的日常生活。目前各地区主要通过城市相关管理人员培训,对城市居民教育,志愿者宣传监督等手段提高公众认识。如北京、郑州等等地区水务局,通过开展节水宣传,开通网站,举办学术交流等形式,使雨水资源化的观念深入人心,并在实际生活中逐渐得以普及。

 

研究存在的问题与发展方向

 

1、研究存在的问题

 

目前我国已对城市雨水利用展开研究,但是还存在着一系列问题:

 

1、政府财政扶持力度不够,政府给予的财政资助有限,绝大部分资金为建设单位自筹,给雨水利用的推动和发展带来一定难度。

2、缺乏配套的政策和法规,城市雨水利用在我国起步较晚,还未形成完善的法律规范和政策引导体系,使其研究与推广缺乏保障。

3、技术规范标准不完善,我国降雨时空分布不均,且各地区城市布局差异较大,雨水利用规范不相一致,目前还只是在缺水地区小型、局部应用。

4、滞后于城市总体规划,城市雨水利用很大程度上依赖于城市的基础设施,而现有城市的近、远期规划均很少考虑雨水利用,这显然不利于该技术的实施与推广。

5、技术措施较落后,发达国家的雨水利用技术已进入标准化、产业化阶段,并逐步向集成化,综合化方向发展,而我国尚处于研究阶段,取得的成效有待提高。

6、公众认识程度不高。由于我国水价较低,人们节水意识薄弱,且政府对雨水利用的宣传力度沟、致使公众对于雨水利用的环境、生态和经济效益缺乏认识。

研究发展方向

 

随着研究的日益深入,我国应结合已有的经验与问题明确今后的研究方向:

 

1、由国外的经验可看出,法规支持和政策导向是雨水利用成功的关键,我国要加强该方面的立法工作,尽快完善法规体系建设,加强政策引导,使城市雨水的立法工作,尽快完善法规体系建设,加强政策引导,使城市雨水利用步入法制化和正规化的轨道。

2、充分利用经济扛轩的作用,通过建立雨水排污费制度,实施雨水排放许可证制度等措施,保证城市雨水利用的实施。

3、由于城市雨水利用涉及水利、城建、地址等部门,且我国幅员辽阔,各地区差异较大吗,城市雨水利用技术、管理体系不相同,各部门应协调合作,强化管理,根据实际情况制定相应的技术规范和标准,从而普及城市雨水利用,节约我国水资源。

4、鉴于我国城市雨水利用技术较为单一,应加强该方面的科学研究,培养一批专业技术人员,学习国外成熟的技术和管理经验,并在一些城市建成一批示范工程,带动全国城市全面有效地利用雨水。

5、提高公民参与度。要通过各种渠道普及城市雨水利用知识,转变公众观念,发动群众积极参加雨水利用,实现城市雨水资源的可持续利用,建设节水型社会。

 

雨水利用与节水型社会建设

 

城市雨水利用对促进节水型社会建设具有以下积极作用:

 

1、把雨水拦截并储存起来,留到用水高峰或缺水季节利用,可缓解目前城市水资源紧缺的局面,是一种开源节流的有效途径。据估计,80m²的屋面每年可收集40m³以上的雨水,可满足4~5口之家枯水季节的用水需要。

2、雨水便于收集和处理,可用于绿地浇灌,公园河湖等湿地的保护和恢复,还可用于地下水回灌,节约水资源,改善城区的生态环境。

3、工程投资少、运行费地,见效快,便于大规模开展。如北京某雨水利用工程,雨水收集基本建设投资不到200元/m³,运行费用不足0.1/m³。

 

结论

 

世界各国曾在国际雨水收集系统协会上达成共识,雨水利用将成为解决21世纪水资源的重要途径。实现城市雨水的合理利用,有利于贯切落实科学发展观,促进人与自然和谐发展,解决我国水危机,建设节水型社会。城市雨水利用具有巨大环境、生态和经济效益,然而这是一个复杂的系统工程,涉及雨水利用基础理论、技术设施、经济手段、政策与管理等各个方面,因此政府应出台相关的法律法规和配套政策,并给予一定的财政资助,水利、城建等部门应全方位协调配合,相关研究机构应加大研究力度,并普及相关知识,只有这样才可能有效地推广城市雨水利用,促进水资源的优化配置。

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