城市雨水利用规划研究

1城市雨水利用规划研究张相忠 刘建华 邱淑霞 摘要：雨水作为一种宝贵资源，长期以来并没有引起人们的足够重视，原因是多方面的，其中很重要的原因是没有一个可以指导雨水利用的规划。本文从分析雨水利用的必要性和可行性入手，通过对国内外雨水利用现状对比，提出了编制雨水利用规划的必要性及其主要规划内容以及雨水利用的配套政策。关键词 ：雨水资源；雨水利用规划；配套政策 Study on the Plan of Making Use of Rainwater in CitiesZHANG Xiangzhong LIU Jianhua QIU Suxia Abstract: As a natural precious resource, the rainwater has been ignored for a long time because of various reasons, one of the important reasons is that there is no one plan which can guide to make use of the rain water. And now its necessary and feasible to put forward a plan to make good use of the rain source to solve the serious problems of water lack in our cities, according to analysis of different facts in rainwater using both home and abroad, this paper puts forward the plan of the rainwater using and the corresponding policy of rain using.Key words：rain resource; plan of rain using ; the corresponding policy of rain using.1. 城市雨水利用的必要性1.1 雨水资源的利用，可缓解城市供水紧张状况。我国是水资源严重短缺的国家，水资源的匮乏和水环境的严重污染，已成为制约我国经济社会发展的重要因素，对我国的可持续发展构成了直接的威胁。目前，全国有 300 多个城市缺水，50 多个城市严重供水不足，不得不超采地下水和跨流域、跨地区引水，每年造成直接经济损失达数千亿元。与此同时，城市雨水作为一种长期被忽视的经济而宝贵的水资源，一直未得到很好地利用。青岛作为一个严重的缺水型沿海城市，由于水资源的紧张，开源节流势在必行。受温带季风气候和海洋性气候的影响，青岛雨量充沛，若以青岛市城市总体规划（2004-城 市 发 展 后 城 市 发 展 前城 市 雨 水 资 源 化 后雨 水 流 出 时 间雨水径流量图 1 城 市 发 展 前 后 雨 水 径 流 的 变 化 示 意22020 年）规划面积 2870km2，年平均降水量为 688.2 毫米计，青岛市年平均总降雨量达 19.75 亿立方米，主要集中在 7、8 月份，也正是用水高峰时期。如果年降雨量的 10%产生径流，则年平均径流量为 1.98 亿立方米，日均 54.2 万 m3，这部分径流雨水若被收集利用将有效缓解青岛市水资源的短缺 1。1.2 雨水资源的利用，可减少雨水工程投资及运行费用，有效避免城市洪涝灾害。随着城市化的快速发展，城市街道、住宅和大型建筑物使城市的不渗透水覆盖的面积不断增加，使得相同的降雨量，城市地区产生的径流量也迅速增加。另一方面市区雨水管道不断完善和延伸及天然河道的改变，使雨水流向排水管网更为迅速，洪峰增大和峰现时间提前，径流过程线的形态与时间尺度都与城市发展以前显著不同（如图 1 所示） 。城市水文的这种变化，导致城市雨洪灾害问题日益严重。据统计，全国有 300 多座大中城市存在雨水排泄不畅，引起降雨积水而损失严重的问题 2。将雨水资源化，利用雨水渗透技术涵养地下水、通过收集处理回用，可以减小雨水径流负荷，减少雨水管道、泵站的设计流量等，从而不但减少了城市雨水管道和泵站的投资及运行费用，而且可避免暴雨时的洪涝灾害。1.3 雨水资源的利用，可从源头上控制径流雨水对水环境的污染。对径流雨水水质特性的调查分析表明，初期径流雨水直接排入水体后会对水体产生严重污染 3。以青岛为例，市区未经处理的径流雨水污染负荷，按照国外一些经验数据计算，每年大约排入青岛海湾的COD 约 6,533t，TN 约为 3,400t，TP 约为 400t，这些污染物质如果一次性投入海湾，可以使约16,500km3的海水富营养化（ TN 0.3mg/l，TP：0.03mg/l） 。对于水域狭小，扩散缓慢的青岛海湾，彻底改变目前水质较差的状况，任务是非常艰巨的；对雨水的水质特性进行调查并提出处理对策，是非常重要的。而雨水资源的利用，可从源头上控制径流雨水对青岛海湾（包括浮山湾）环境的污染，确保2008 年奥运会帆船比赛对浮山湾水质的要求。1.4 雨水资源的利用可有效防止地面沉降和海水倒灌。由于城市化速度加快，城市建筑群增加，下垫面硬质化，排水管网化，降雨发生再分配，原本渗入地下的部分雨水大部分转为地表径流排出，造成城市地下水大幅度减少，另一方面，由于地表水受到越来越严重的污染，人们转向无计划无节制地开采地下水。渗透量的减少与过度开采，导致地下水位下降，地面不断沉降。目前，全国每年超采地下水 80 多亿 m3，形成了 56 个漏斗区，面积达 8.7 万 km3，漏斗最深处达 100m，并且 80的地面沉降分布在沿海地区。由于地面沉降，造成城市重力排污失效；地区防洪、防汛效能降低；城市建设和维护费用剧增；管道、铁路断裂、建筑物开裂，威胁城市建筑的安全；地面高程失真影响防洪、防汛调度，危及城市规划，造成决策失误等。海水入侵问题主要是在大量超采地下水的情况下，地下水补给量小于开采量，区域地下水供需失去平衡所引起的。沿海地区的海水入侵是 70 年代末开始的。到 80 年代由于经济的迅速发展，对水的需求量越来越大。地下水的超采速度加大，海水入侵面积不断扩大。目前，海水入侵主要分布在渤海岸，3其次黄海岸。海水入侵所引起的潜在危害，如破坏生态环境，诱发地方病都是不可估量的。将雨水入渗，回灌地下水，可以减少或避免因过度开采地下水引起的漏斗区，防止地面沉降和海水倒灌。2. 国内外雨水利用现状2.1 国外雨水利用现状由于全球范围内水资源紧缺和暴雨洪水灾害频繁，近 20 年来美国、加拿大、日本、德国等约 40 多个国家和地区在城市和农村开展了不同规模的雨洪利用研究 , 并召开过十届国际雨水利用大会。其中，美国、德国、日本等经济发达、城市化进程发展较早的国家，城市雨洪利用发展较快。美国的雨洪利用主要是以提高天然入渗能力为目标。美国在很多州研究了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水路面组成的地表回灌系统。美国不仅重视工程措施，还制定相应立法对雨洪利用予以支持。针对城市化引起河道下游洪水泛滥问题，美国很多州制定了雨洪管理条例。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量必须保持在开发前的水平。所有新开发区必须实行强制的“就地”滞洪蓄水。滞洪设施的最低容量均能控制 5 年一遇的暴雨径流。除制定雨洪管理条例外，联邦和各州还采取了一系列政策，鼓励采用新的雨洪处理方法。德国是欧洲开展雨洪利用工程最好的国家之一。目前德国的雨洪利用技术已经进入标准化、产业化阶段，市场上已大量存在收集、过滤、储存、渗透雨水的产品。德国的城市雨水利用方式有三种：一是屋面雨水集蓄系统，集下来的雨水采用简单的处理后 达到杂用水水质标准主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水，如街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。二是雨水截污与渗透系统。道路雨洪通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨洪管道口均设有截污挂篮，以拦截雨洪径流携带的污染物。城市地面使用可渗透的地砖，以减小径流。行道树周围以疏松的树皮、木屑、碎石、镂空金属盖板覆盖。三是生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道修建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流流过时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨洪池或人工湿地，作为水景或继续下渗。德国还制订了一系列有关雨水利用的法律法规。如目前德国在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施，若无雨水利用措施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。日本于 1963 年始兴建滞洪和储蓄雨洪的蓄洪池，还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。这些设施大多建在地下，以充分利用地下空间。而建在地上的也尽可能满足多种用途，如在调洪池内修建运动场，雨季用来蓄洪，平时用作运动场。地下蓄洪池形式也是多样的。近年来，各种雨水入渗设施在日本得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜地修建在楼前屋后。也有在屋顶修建蓄水系统、或修建屋顶蓄水和渗井、渗沟相结合的回补系统，雨水在屋顶集蓄后，逐步放入渗井或渗沟， 再回补地下。1992 年日本颁布了 “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4洪就地下渗设施。国外发达国家城市雨水利用的主要经验是：制定了一系列有关雨水利用的法律法规；建立了完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水。2.2 国内雨水利用现状我国真正意义上的城市雨洪利用的研究与应用始于上世纪 80 年代，发展于 90 年代。总的来说技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律法规保障体系。目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。比较典型的有山东的长岛县、大连的獐子岛和浙江省舟山市葫芦岛等雨水集流利用工程。大中城市的雨水利用还处于探索与研究阶段，但已显示出良好的发展势头。北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展研究。由于缺水形势严峻，北京的步伐较快。建成了几处示范工程，如第 15 中学雨水利用工程、北京西城区华嘉小学雨水与景观工程、北京东城区青年湖雨水利用与景观系统、海淀区政府大院雨水利用工程、丰台区工会雨水利用工程等；北京市政府 66 号令(2000 年 12 月 1 日)中也明确要求开展市区的雨水利用工程。因此，北京城市雨水利用已进入示范与实践阶段，通过一批示范工程，可望在较短的时间带动整个领域的发展，实现城市雨洪利用的标准化和产业化。3. 雨水利用的可行性3.1 雨水利用的技术可行性城市雨洪利用通过国内外实践证明是行之有效的，已经形成了成熟的技术和产业化。发达国家通过制定一系列有关雨水利用的法律法规，建立完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水组成的地面回灌系统，收集雨水用于冲厕所、洗车、浇庭院、造景观、洗衣服和回灌地下水。城市建筑物、道路等不透水铺装面的径流系数达 0.9，是形成城市暴雨径流的主产流区。我国现代城市小区规划规范要求，小区绿地面积不应小于 30%，建筑物、道路占地一般为 4050%。因此，合理设计透水地面（透水地面比不透水地面投资高 10%）或渗井、渗池、渗沟，减少地表径流，增加入渗量，安全、合理地将剩余径流排出。还可以因地制宜的修建蓄水池，简单处理后（雨水的处理比生活污水处理成本低得多）可用于绿地灌溉用水、冲洗厕所、冷却水等。3.2 雨水利用的经济可行性从基本建设投资费用分析：雨水利用工程建设投资约 200 元/m3 。相比之下，小区收集和处理污水（中水回用）工程建设投资约 2000 元/m3，而城市大型污水处理厂设施建设投资约 2500 元/m3 。从运行管理和小区用水费用支出分析：收集和处理雨水的运行费用为 0.1 元/m3 ；收集和处理污水（中水利用）的运行费用约为 0.6 元/m3；城市大型污水处理厂运行费用约 1.0 元/m3 ；使用自来水费用（含污水处理费）约 2.6 元/m3。从以上经济分析与比较可以看出：雨水利用的经济效益十分突出6。4. 城市雨水利用规划54.1 城市雨水利用规划的必要性雨水利用既是必要的而且是可行的，但我国的城市雨水利用与国外相比，为何如此落后呢？除了缺少法律法规等保障体系外，一个很重要的原因是没有把雨水利用纳入城市总体规划和详细规划，不能全面系统的指导雨水利用工程建设。城市雨水利用是一项系统工程，首先应纳入城市总体规划。因此应加强宣传，提高认识，转变观念，把城市雨水利用与城市建设、水资源优化配置、生态建设统一考虑，把集水、蓄水、处理、回用、入渗地下、排水等纳入城市建设规划之中。在不少城市，由于雨水、污水没有分流，雨水随污水一起排走，在这种情况下，雨水如何利用？纳入城市总体规划的结果，或者说规划要求改变这些城市的排水体制，即由雨污合流改为雨污分流制。屋顶雨水是雨水利用的重要部分，屋顶的设计及材料选择会严重影响屋面雨水径流的水质。应该逐步淘汰污染严重的油毡类屋面材料，有计划地对这类旧屋顶进行改造，这也是将城市雨水利用纳入城市总体规划的必然要求。城市道路、广场、公园、绿地、工厂等的建设都要求按规划规范其竖向、铺装材料等，才有可能利用好雨水。4.2 雨水利用规划编制过去大多数城市编制的城市总体规划，对城市雨水的处置原则上是直接快速就近排入周围水体（如河流、水库、海洋等），造成大量水资源浪费的同时，严重污染了水环境，不符合资源节约和可持续发展。随着对雨水作为一种重要的水资源，必须充分利用的重新认识，我们认为城市雨水规划的编制应建立在雨水资源的充分利用基础之上，体现城市规划是政府调控城市空间资源的重要公共政策，发挥城市规划的引导性、法律性。4.3 雨水利用总体规划基本内容对城市而言，雨水的利用应从总体上进行系统规划，把整个城市看作研究对象，采取的方法是先进行产汇流计算，然后进行网格划分，每个网格的入流和出流的平衡计算可概化为点源，整个系统则成为一个网格系统，网格主要是根据城市的水文和城市的地理信息来划分的，主要由流域的分水线构成。4.3.1 明确雨水利用规划总体目标：应结合城市建设、城市绿化和生态建设、雨水渗蓄工程、防洪工程（如拦河坝工程）建设，广泛采用透水铺装、绿地渗蓄、修建蓄水池等措施，在满足防洪要求的前提下，最大限度地将雨水就地截流利用或补给地下水，增加水源地的供水量。结合城市雨水排放流域分近远期提出分目标，达到雨水资源的充分利用。64.3.2 提出城市雨水利用规划原则：（1） 、对城市区域的地质和地理条件进行勘察，将贮留池设置在易于积蓄雨水的地方。(2)、进行城市区域水环境、用水量分析，将贮留池设置在须改善水环境及用水量较多区域。(3)、对城市区域的建筑物、硬铺盖、绿地等的面积和用途进行划分。根据集雨区域的不同，分别进行雨水的收集。(4)、绿地等可因地制宜，绿地设置在大型建筑物周围，利用建筑物的排雨管排除的雨水直接浇洒。(5)、对于初期雨水径流进行简单的处理，可按照不同的用水等级分别进行处理。4.3.3 确定雨水利用规划对策（1）在编制城市详细规划和建设中，应严格保护绿地面积，并采取有利于雨水截流的竖向设计，保留或设置有调蓄能力的水面、湿地。（2）在新区或新城建设中，要通过采取有效措施，使雨水截流量争取达到甚至超过现状的截流量。（3）切实采取措施减少不透水面积。新建人行道、停车场、公园、广场等需要铺装的地面，应采用透水性良好的材料。必须采用不透水面的地段，要尽量设置截流、渗滤设施，减少雨水外排量。（4）公共绿地、小区绿地内以及公共供水系统难以提供消防用水的地段，宜设置一定容量的雨水4.4 城市雨水利用详细规划4.4.1 城市水体的规划城市内河、湖泊等水体不仅美化环境，还具有一定的防洪功能，增加水体面积也可增加防洪能力。可在一些低洼地和小区内建一些人工水体，既可集蓄雨水也可美化环境，形成人与自然的和谐系统，在城市内河道上建闸堰，雨季可集蓄雨水，雨后加以调蓄，通过与河道连接的管网输往各处蓄水池，来补充城市供水。城市雨水利用中城市水体的规划主要是在原有水体基础之上，使其与其它的雨水利用途径和方式相结合，同时兼顾防洪功能。4.4.2 城市雨水管网系统的规划雨水管网系统是雨水集流和雨水利用的枢纽，必须对其进行合理规划。雨水管网系统主要是将地表径流通过雨水管渠，输送到雨水贮留池、污水处理厂、下游承受水体、地下水回灌区。（1） 、雨水管网作为调蓄系统需与各级管网连接集中调蓄中的各级管网与不同的集雨设施相连，然后再通往下级调蓄设施和传输管网。雨水管网系统根据地形、市政设施可设为各种明沟、暗渠或地下管网。（2） 、雨水管网作为传输系统，与各雨水资源利用途径相连接7在各规划小区内，也同样设有传输系统，可与绿地、人工水体、贮留池连接或结合起来。小区之间要进行平衡调节，相邻小区的进口和出口需很好的设计连接。(3)、雨水管网系统需整体规划，具体布设整个规划系统需要必要的统一调度，雨水管网系统是整个系统的枢纽，更需统一部署，系统规划。4.4.3 城市雨水管网规划概化模型(1)、住宅小区、厂区。雨水经过滤、集流系统到雨水管网系统。传输系统最好采用雨水暗管，雨水集流后经过滤到贮蓄系统，然后经雨水管网系统到厂房、用于制冷或其它工业用途或居民中水系统和小区绿化、消防处等。（2） 、广场、停车场。通过一定坡度的坡面漫流，雨水集流到地下蓄水池或绿地。（3） 、道路。沿路边边沟、路沿流向引水管道，再到过滤池，最后到达贮水池。(4)、小区之间通过雨水管网调节传输。蒸发 漏水图 2 城市雨水利用概念模型5. 雨水利用的配套政策降雨雨水汇集 雨水渗透 雨水贮留 雨水管网建筑屋顶大型广场不透水路面小区庭院工厂企业渗透集水井透水性铺装渗透管渗透沟渗透池储水池水窑生活用水景观用水工业用水生态用水绿地 湿地 河道 湖泊处理厂河流土壤河流海水 地下水微处理8目前，雨水利用特别是城市雨水利用还处在刚刚起步阶段，主要是对雨水的了解还不够，尤其是政府部门和决策部门对城市雨水利用还没有足够重视。现在全国还很少有城市真正把城市雨水利用规划纳入到整个城市规划中去，所以真正实现城市雨水资源化利用还需要走很长的路。为实现城市水资源的可持续发展和改善城市水环境，促进城市雨水利用快速发展，使雨水利用有章可循，有法可依，必须尽快完善相关政策法规。5.1 把雨水利用纳入城市整体规划城市雨水利用是一项造福子孙后代的系统工程，应纳入城市整体规划。因此应加强宣传，提高认识，转变观念，把城市雨水利用与城市建设、水资源优化配置、生态建设统一考虑，把集水、蓄水、处理、回用、入渗地下、排水等纳入城市建设规划之中。5.2 尽快制定雨水利用的法律法规为了合理、充分利用雨水资源，应借鉴发达国家的经验，尽早制定有一系列有关雨水利用的法律法规和条例，规定和规范新建城区、居民小