雨洪利用技术在住宅小区中的实践

　　前言
　　雨洪利用是解决城市缺水和防洪问题的一项重要措施。雨洪利用就是把从自然或人工集雨面流出的雨水进行收集、集中和储存，是从水文循环中获取水为人类所用的一种方法。
　　雨水利用将会为解决未来水资源的短缺问题做出重要贡献。现有水资源利用方法有两个，一是收集雨水用于人畜饮用和农业生产；另一种就是进行城市中的雨水集蓄。水资源更有效地收集利用，是解决当前各大城市缺水最佳的方法。北京市从2003年就制定并执行了《关于加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定》，要求以后所有新建、改建、扩建工程均应加入雨水利用工程的建设，否则有关部门将不予验收。
　　建筑工程的雨水利用和收集有三种方式：如果建筑物屋顶硬化，雨水应该集中引入绿地、透水路面，或引入储水设施蓄存；如果是地面硬化的庭院、广场、人行道等，应该首先选用透水材料铺装，或建设汇流设施将雨水引入透水区域或储水设施；如果地面是城市主干道等基础设施，应该结合沿线绿化灌溉建设雨水利用设施。此外，居民小区也将安装简单的雨水收集和利用设施，雨水通过这些设施收集到一起，经过简单的过滤处理，就可以用来建设观赏水景、浇灌小区内绿地、冲刷路面，或供小区居民洗车和冲马桶，这样不但节约了大量自来水，还可以为居民节省大量水费。
　　在近日《北京城市总体规划（2004-2020年）》的描述，市政系统的中水将成重要水源，到2020年，中心城和新城区的雨水管道覆盖率达90%以上，完善污水处理设施和回收系统，建立中水回用系统，使中水成为城市绿化、道路浇水、生活杂用和工业冷却等主要水源。
　　所以说在居民小区应用这些技术既增加了水资源的可利用率，又为缓解世界水资源的紧缺做出一定的贡献。
　　一、雨洪利用技术在国内应用的意义及必要性
　　我国是个缺水的国家，人均水资源量为2300立方米仅占世界人均的1/4，到本世纪末将降到1750立方米。干旱缺水与洪涝灾害和水环境恶化一起成为了新世纪我国面临的三大水问题，并较大程度地制约了经济增长和社会的可持续发展。随着社会经济的发展，城市规模和数量迅速扩大，水资源短缺的局面也日趋严峻，有近400座城市缺水或严重缺水。与此同时，城市化也带来了环境污染、洪涝灾害等一系列问题。特别是不透水地表铺砌面积的不断扩大和建筑密度的提高，使地面径流形成时间缩短，峰值流量不断加大，排水系统的雨季流量大量增加，产生洪涝灾害的机会增加、危害加剧。同时，城市雨洪也是城市水体的一种污染源。据有关资料报导，在一些污水点源得到二级处理的城市水体中，BOD5（生物氧化量）负荷约有40%～80%来自于降雨产生的径流。在全国523条河流中，有436条受到不同程度的污染，其中流经城市的河段90%受到污染。七大水系中除长江外，其它六大水系流域40～70%的水质降到4、5类，流经城市的河段水质更加恶化。全国有2400公里的河流鱼虾绝迹，平原湖泊80%受到污染，其中26％富营养化，浅层地下水也有不同程度的污染，致使不少重点城镇饮用达不到饮用标准的水。尽管一些城市为解决这些水问题，采取了调水等措施，但还是没有从根本上解决问题。
　　雨洪利用作为开源和节流并举的一项措施，是缓解或解决上述水问题的一项重要措施，它具有节水、防洪、生态环境三个方面的效益。要推广雨洪利用技术，必须有系列化的成套设备。国外已经有许多成套的相关设备，并在全球范围推广使用。我国近些年通过研究已经取得了一些成果，形成了一些较成熟的技术，但设备方面还没有专业的生产厂家。急需结合有关研究和示范成果，加快雨洪利用技术的产业化。
　　二、国内外现状和技术发展趋势
　　目前世界上很多国家已经认识到了雨洪的利用价值，采用各种技术、设备和措施对雨洪进行利用、控制和管理。美国、加拿大、意大利、德国、法国、墨西哥、印度、土耳其、以色列、日本、泰国、苏丹、也门、澳大利亚等五大洲约40多个国家和地区已经开展了不同规模的雨洪利用与管理的研究和应用。美国的克罗拉多州（1974年）、佛罗里达州（1974年）、宾西法尼亚州（1978年）和弗吉尼亚州（1999）分别制定了雨洪管理条例。许多国家和地区已经出台了相应的技术手册、规范和标准。如美国STAFFORD郡的《雨水管理设计手册》、佐治亚州的《雨水管理手册》、北卡罗莱纳州《雨水设计手册》、弗吉尼亚州的《弗吉尼亚雨水管理模式条例》、Hall郡与Gainesville市的《雨水管理手册》（1999）、Portland“s市的《雨水管理手册》（2002）等。德国污水联合会（ATV）和1995年成立的雨水利用专业协会（fbr）制定了德国的一系列城市雨水利用与管理的技术性规范和标准。与此同时，国外的许多专门生产雨洪利用设备的厂家和公司逐渐增多。例如德国GEP公司的雨水过滤器、屋顶回水处理回用IRM控制设备，雨水储存罐等产品畅销整个欧洲市场；德国UFT公司的流量控制和监控设备已经开始在全球20多各国家和地区销售和使用；荷兰WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整体式雨水检查井、雨水口等雨水利用设备已经在全球30多个国家使用。这些设备的销售价格一般都很高，如果只靠进口，一方面数量上难以满足市场需求，另一方面也会给使用者带来沉重的经济负担。
　　我国城市雨洪利用起步较晚，目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。如山东的长岛县、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基本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和应用。由于缺水形势严峻，北京的步伐较快。曾于20世纪90年代初，开展了“北京市水资源开发利用的关键问题之一——雨洪利用研究”课题的研究。提出了一些北京城区雨洪利用的对策和技术措施。但由于理论技术和经济等方面的原因，当时尚未得到推广应用。正在实施的中德两国政府间科技合作项目“北京城区雨洪控制与利用技术研究与示范”，建设了分别代表老城区、新建成区、将建设区、公园、校园雨洪利用模式的6个雨洪利用示范区和1个试验中心，总面积达到60公顷。通过试验研究，形成雨水收集与传输、雨洪处理与利用、雨洪回补地下水以及雨洪控制系统等完整雨洪控制与利用技术体系；并通过示范工程验证，探索了雨洪控制与利用的工程形式，开发雨洪控制与利用设备，形成配套工程技术，为加强管理提供雨洪控制指标和管理措施，为北京乃至我国北方地区城市雨水利用提供方法、依据和途径。另外，中国农业大学、北京建筑工程学院、华北水利水电学院、上海、天津等单位和地方都开始了城市雨洪利用技术的研究和应用。
　　尽管目前北京市和国内一些城市在雨洪利用方面取得了一些成果，但与一些发达国家的技术水平相比还有一定的距离，特别在雨洪利用系统的设备方面，没有形成规模生产，实际应用过程中还需要单独设计，给工程建设过程和效果造成很多不便。目前的雨水蓄存设备采用较多的是钢筋混凝土储水池，不仅施工慢，造价高，占地面积大，而且还存在水质不稳定等问题。目前的市政雨水口还只是为顺畅排水设计的，不能去除水中的漂浮物、大颗粒污染物和油污。目前城市道路、广场、人行道的铺装用砖都是不透水的，一下雨就积水，不仅行走不便，而且增加了河道洪峰量，对城市的防洪很不利。
　　因此，要推广雨洪利用技术就必须及时结合相关的研究成果，加快雨洪利用设备的产业化，一方面缓解城市发展面临的水问题，另一方面可以带动整个社会和国家的经济发展。
　　三、国内市场前景
　　目前，人们越来越认识到雨洪利用在节水、防洪、环境方面的重大效益，全国各地，特别是北方地区的城市开始逐步实施雨洪利用工程。同时，由于我国在城市雨洪利用的研究和应用方面还处在起步阶段，没有专业的设备和生产厂家。对于环保型雨水口，由于当前国内道路传统的雨水口没有截断垃圾、污水等功能，对城市水环境污染负荷的贡献率较大。急切需要开发新型的环保型雨水口产品，以解决雨水口污染问题。本项目的环保型雨水口正迎合了当前政策和市场需求。因此首先以较成熟的透水地面砖、环保型雨水口和填充式蓄水池为突破口，建设生产基地，进行雨洪利用系列设备的生产，实现雨洪利用的产业化，在国内将具有十分广阔市场和应用前景。
　　目前，北京市水利科学研究所依托中德合作“北京城区雨洪控制与利用”项目，已经研制开发了透水型地面砖、环保型雨水口、填料式蓄水池、屋顶雨水过滤器等雨洪利用设备，这些也是实施雨洪利用主要关键设备。所研制的透水地面砖的渗透系数能达到0.5毫米/秒，大于目前所有降雨的强度，即使使用一段时间后有些堵塞也能使渗透系数保持在0.1毫米/秒，能够渗透50年一遇的最大降雨。该砖的抗压强度在35兆帕以上，能够承受常见各种车辆的荷载。采用透水性的垫层所铺装的透水地面能够消纳2年一遇降雨而不产生地表径流，使雨水渗入地下或收集利用。
　　环保型雨水口能够拦截道路上的初期径流，其中的过滤斗能够有效拦截道路上的各种较大颗粒污染物，一流装置和渗透装置具有拦截和吸附油污的功能，能够大大减少经雨水管道排入城市河道的污染物，显著改善城市水环境。
　　孔隙蓄水池填料是一种高强度的孔隙填料，有效孔隙率在95％以上，比传统的钢筋砼蓄水池的有效蓄水空间率大20％左右，同时能够最大限度的利用开挖空间，具有占地少、造价低的优点，代表了地下蓄水构筑物新的发展趋势。
　　这些设备已经在中德合作“北京城区雨洪控制与利用”项目的示范区中得到了应用，取得了良好的效果，表现出广阔的应用前景。因此本项目以上述3种设备为重点，建设厂房、安装设备，进行雨洪利用设备的系列化生产，这将有力地推动雨洪利用在北京和中国的实施，有利于解决城市缺水、防洪、环境三方面水问题。
　　四、雨洪利用技术在住宅小区中的做法
　　1、环保型透水地面砖
　　对传统的铺装地砖进行了革新，解决了透水性，提高强度相对降低的矛盾，不仅能使砖的透水系数达到0.5毫米/秒以上，还能使抗压强度达到35兆帕以上。砖的颜色和性状可以根据具体情况变化。
　　2、环保型雨水口
　　雨水径流由雨篦子初步拦截较大污物后进入篦子下的过滤斗，过滤斗低封闭，水从侧壁的缝隙进入雨水口内，缝隙的宽度5~10毫米。初期雨水先进入雨水口的前部存储空间内，当降雨小于初雨量时，全部截留在雨水口内，不向下游流。雨水口内的初雨由下部的透水墙逐渐渗入周围的土壤，自然排空。当来水量超过初雨量时，便经堰板溢流到末端的小格内，经管道排向下游。溢流板前有一个拦污板，挡板具有隔油作用并可以拦截漂浮、悬浮污染物。可以将漂浮的污染物拦截。溢流板下的透水墙，还能将雨水过滤后下排。池内拦截的初期雨水通过透水墙自然渗出到周围土壤，节省动力消耗。设计合理，技术可靠，支持环保。可做成一体化产品，便于安装和管理。
　　3、孔隙蓄水池填料
　　孔隙蓄水池填料由尺寸为1.0米×0.5米×0.4米的单元模块组成。每个模块容量为190升，自重为9公斤，其整体的95%的空间可用于存水，表面积的43%可用于渗水。内部的圆锥柱保证了高强度和牢固度。单元模块可相互连接成一层，而后多层叠放在一起。通过不同的连接头，储水器与普通的排水管网相连。每一个单元内部结构的设计都要能够控制大量的雨水并暂时对它们进行储存。如果外包裹是不渗透的膜，水就会一直储存于该设备当中，相当于蓄水池。但是如果包裹层有渗透性膜，暂时储存的水就会渗透到周围的土壤中（允许的土壤条件），并回补地下水，不仅能减轻通常排水系统的压力，而且有益于地区的环境。采用基本单元模块结构对现有储水池的工作原理和结构形式进行了彻底改变，减少了施工量和投资。单层或多层涂层提供了所有可能的解决方案，不仅可储水，同时还可渗水。单元模块结构，便于安装。高强度、高坚固性，甚至可用于停车场等地面荷重较高的场所而无需特殊处理。低成本，可持续使用，且无二次污染。高效净化力，系统内部采用有氧净化，提高了水质。
　　五、对行业技术进步的重要意义和作用
　　我国的雨洪利用技术一直缺乏拥有自主知识产权的关键产品，从而在推广应用过程中阻力较大，在国际同行业处于较落后的水平。该项技术实施后，可使我国雨洪利用设备处于世界领先水平，从而整体提高我国产品的品质和技术水平，增强国际竞争力，提高出口创汇水平。
　　该项目在我国属新兴行业，项目的产业化填补了我国该领域空白，对提高我国城市雨水利用水平，改变产品依赖进口局面，提高出口创汇能力具有重要作用。