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0引言 近年來,我國經濟社會發展、工業化和城市化進程不斷加快,人口持續增長,對水資源的需求量越來越大,而水資源的時空分布不均和水環境的不斷惡化,進一步加劇了水資源的供需矛盾[1]。面對持續增長的生產生活和生態用水需求,面對日益嚴峻的干旱缺水形勢,如何為經濟社會發展提供足量、穩定的淡水資源,已作為一個重大而緊迫的課題提上議事日程。雨水資源利用作為一種最具潛力的開源手段,正在被當代水利人加以實踐和探索[2]。當今社會,生存與發展成為時代的主題。實現人口、資源、環境與經濟、社會協調健康持續發展,是人類共同的美好愿望。雨水資源利用以其技術可行性、經濟合理性和相應的經濟、社會和生態效益引起人們的關注,使人們逐漸認識到它在貫徹落實科學發展觀、構建社會主義和諧社會中的必要性、合理性和迫切性。 1城市雨水資源利用的國內外現狀 1.1國外利用現狀 由于全球范圍的水資源緊缺和暴雨洪水災害的頻繁發生,世界五大洲約40多個國家和地區在其城市開展了不同規模的雨水資源利用研究。城市雨水利用在發達國家已逐步進入到標準化和產業化的階段。日本在屋頂修建蓄水系統、或修建屋頂蓄水和滲井、滲溝相結合的回補系統?;匮a系統是將屋頂的雨水收集后,逐步放入滲井或滲溝,再回補地下[3]。東京建成直徑為10~12.5m的地下“河道”2km,計劃建設30km,以貯存雨水。德國是世界上雨水收集、處理、利用技術最先進的國家之一。它通過法律強制和市場激勵推動用戶利用雨水資源[4]。日前,德國的雨水利用技術已經進入“第二代”,雨水利用在完善的技術標準指導下,廣泛應用于各個領域,為城市水的可持續利用提供保障。丹麥每年能從居民屋頂收集645萬m3的雨水,占居民沖洗廁所和洗衣服實際用水量的68%,相當于居民總用水量的22%[5]。美國制定了相應的政策法規,限制雨水直接排放流失,控制雨水徑流的污染,收取雨水排放費,要求或鼓勵雨水的截流、貯存、利用或回灌地下,從而改善城市水環境和生態環境[6]。瑞典、荷蘭、澳大利亞、伊朗等國,都在實施用雨水工程補給地下水。 1.2國內利用現狀 我國城市雨水利用研究始于20世紀90年代,近年來,大中城市的雨水利用發展較快,北京、天津、青島、大連、鄭州等許多城市也結合自身的具體情況,陸續開展了雨水利用的研究和應用。2000年,北京市又陸續出臺了一系列標準和規定,規范和強調使雨水資源的收集利用。深圳計劃至2020年時新增雨洪資源利用量達到0.49億m3,城區雨洪可利用量達0.85億m3[7]??偟膩碚f,我國的城市雨水利用在技術研究、應用推廣和政策制定上已取得了不少進展,但同發達國家相比,仍較落后,也缺乏系統性,需要更多的關注和深入研究。因此,對城市雨水資源利用的方法途徑、產生的效益進行分析和研究,就顯得尤為必要。 2城市雨水資源利用途徑 城市雨水資源利用可以采用雨水匯集儲蓄、雨水滲透兩種模式。當降落在不透水的路面、建筑物屋頂等上面時,就采用雨水匯集和儲蓄的利用模式,匯集儲蓄的雨水可以用于城市綠化、市政用水、洗車、清洗道路等上面。當降落在透水路面、林地、草地上面時等,就采用雨水滲透的利用模式,下滲雨水用于生態用水、回補地下水等。具體的利用途徑和過程如圖1所示。 2.1雨水匯集和儲蓄利用 雨水匯集和儲蓄方式分為地下、地上、坑塘河道儲雨3種。 (1)地下儲雨。城市地表大多為水泥、瀝青等不透水地面,雨水無法下滲。地下儲雨是指在建筑物附近地面采用“可蓄水地面”,或對人行道、車道、停車場等加以改造,進行雨水貯存、滯留。對于汛期較長、雨水資源較為豐富的城市,可以在市郊或市區地勢較低且負重較輕的部位,修筑較大規模的地下儲水池或儲水水庫,以存儲城區小型儲雨設備接納不了的雨水,但這需要的工程投入較大。 (2)地上儲雨。地上儲雨是指在居民小區、廣場庭院等建筑物的雨水落管下端,放置小型儲雨容器,或開設集雨坑,用于收集屋頂雨水。收集的雨水可用于庭院灑水、澆灌花草、洗車等,以節約自來水。該方式適用一般居民樓、單位建筑物。 (3)坑塘、溝渠、河道儲雨。汛期城市及市郊雨水產流量大,城區小規模集雨設施可能滿足不了要求。這時,可以把城區周邊地勢低洼、水量少或已經干涸的坑塘、河道、溝渠設計成儲雨池蓄水。該方式的蓄水量是相當可觀的,若在旱期加以利用,則能大大減輕干旱季節的用水壓力,也可用其回灌補充地下水,使地下水位下降嚴重的地區水位得回升。 2.2雨水滲透利用 雨水滲透利用指雨水通過公園林地、草地和透水路面等下滲,從而滿足綠地、濕地、湖河等生態用水和補充地下水需要的利用模式。雨水滲透利用方式分為透水地面和滲透井滲透、草坪綠地滲透2種。 (1)透水地面滲透和滲水井滲透。目前城市硬化人行道多采用不透水混凝土墊底,這使雨水幾乎不能下滲。若改用沙墊層鋪底,可以增加路面的雨水下滲量。降雨時,雨水可以隨著石塊和粗沙的縫隙滲入地下,補充城市淺層地下水。降雨量較大時,也可把雨水管引入專門的滲水井,由此滲入地下。 (2)利用草坪綠地滲透。城市綠地、草坪是儲存雨水、增加入滲的理想場所。然而目前大多數城市綠化灌木帶和草坪都用高于地面的路緣和硬化地面隔絕,使得路面的雨水從下水道排走,而不能進入草坪被吸納。因此,在進行新的建設規劃時,綠地可以設計成下凹式,與道路和廣場地面相通,以匯集承接周圍地面的來水。 3雨水資源利用的效益體系 3.1效益因子識別 應根據城市雨水資源利用的途徑,對其產生的效益因子進行識別,并根據效益的特點,將效益因子分為經濟、生態、社會效益因子。經濟效益是指因雨水資源利用而獲得的各種直接收益,可以量化為貨幣單位進行計算;生態效益是指雨水資源利用對生態環境產生影響,有正負之分;社會效益是指雨水資源利用對于社會進步、資源節約等產生的積極影響。這里根據雨水資源利用區域、途徑的不同,對產生的效益因子進行識別和歸類,如圖2所示。#p#分頁標題#e# 3.2效益因子描述 按照圖2所示,將城市雨水資源利用獲得各類效益因子進行描述。 (1)雨水置換自來水收益。采用收集回用形式所收集的雨水置換了自來水,減少了自來水費用的收益。 (2)節省城市排水費用。由于雨水滲入地下,可以等量減少向市政管網排放雨水,從而節省城市排水管網的運行費用等收益。 (3)減少綠地土方回填的費用。當建設區域內綠地設計為下凹式時,部分綠地的土方回填量減少,從而減少投資的收益。 (4)城市水環境的經濟價值。適宜的水環境面積有利于改善城市的生存環境,提高城市品位,創造良好的投資環境,從而加快城市的可持續發展,帶動旅游產業發展。 (5)水質效益。包括對地表水和地下水的凈化作用。在生態化利用過程中,雨水的傳輸通道及儲存介質,如明溝、人工濕地、集水塘等,對雨水中污染物具有一定的自然凈化能力。如在濕地系統中,所有的生物通過化學過程可以把可溶性磷轉化為難溶性的顆粒磷,再通過沉積作用進入地球圈。屋頂花園、人工湖與雨水池塘中的污染物也會在微生物及植物的共同作用下得以降解。這種自然凈化作用可使進入城市水體中的面源污染大為減少,促進城市水體水質的改善。 (6)促進城市自然生態系統的良性循環。硬化地面的減少及人工回灌地下水,有利于改善大氣水、地表水、地下水3者之間正常的水分循環和水量轉換,恢復自然水文循環狀態,增加土壤的水分含量,促進植被生長,營造城市小氣候,緩解熱島效應,并有助于消解噪聲、美化環境和減少大氣污染。建設的濕地、人工湖等可以增加綠色面積,提高人居環境質量,并為某些生物物種提供穩定的棲息地,使城市成為生物多樣性保護與表達場所。 (7)補充地下水,涵養水源。通過下滲設施,可增加降雨入滲,補充地下水,提高地下水位,減緩城市地下水漏斗,涵養水源。 (8)防洪排澇產生的效益。通過雨水利用設施,可以減少城市地面徑流,減小洪峰流量,降低、緩減洪澇災害。 (9)提供就業機會,解決就業問題。實施城市雨水利用工程,可帶來直接和間接就業效果。前者是指直接提供的就業機會,如工程實施以及后期雨水利用維護方面的工作等;后者是指間接提供的就業機會,如對雨水利用設施的需求量增大,促進雨水利用設備制造的勞動需求。 (10)城市水文化功能。在人類活動作用下,城市水環境不僅是單純的物質景觀,更是城市中的文化景觀。人們除了維持生命需要水之外,還有觀水、近水、親水、傍水而居的天性。城市水環境不僅作為物質資料的功利對象,而且還作為文化靈魂的載體存在于城市之中。 (11)提高人們節水意識或提高社會整體素質。雨水利用工程能夠使居民在休閑、娛樂的同時,受到水資源和水環境意識的教育,增強惜水、節水和利用雨水的意識,有利于可持續發展戰略和節約型社會建設目標的落實。 3.3效益因子歸類 將城市雨水資源用產生的效益因子進行歸類,對應歸入到經濟效益、生態效益和社會效益3類當中,如表1所示。 4結語 隨著我國城鎮化的加快和經濟的快速發展,我國北方城市普遍面臨著水資源短缺、水環境惡化、水污染加劇等問題,而科學合理地利用雨水資源,能夠有效地緩解以上問題。因此,針對城市雨水資源利用的途徑、方式,提出了雨水匯集、雨水滲透的兩種利用途徑,并根據利用方式的不同,分析了其產生的效益因子,對效益因子進行了相應的描述,并歸入了經濟、生態和社會效益3大類。雨水資源利用需要地方政府和群眾的支持與協作。因此,開展利用途徑和效益的研究,能夠提高利用主體的積極性,也有利于雨水利用工程和項目的推廣、應用,對于創建節水型社會也有重要現實意義。