短时间的暴雨使得城市出现大面积淹水现象
（孙宏波 兰驷东）
摘要：针对我国尤其是北方部分干旱缺水地区水资源的特点, 分析了城市雨洪利用的紧迫性、发展概况、存在问题及应用前景, 阐述了目前国内外雨洪资源化的理论与实践进展情况。结合我国实际情况, 对雨洪资源利用今后的工作提出合理化建议。研究表明, 城市雨洪利用不仅是开源节流的良策,也是改善生态环境、形成区域健康循环的有效措施。
关键词：雨洪利用 区域循环
中图分类号TV213.9 文献标志码B 文章编号1673- 4637( 2007) 05- 0013- 04
1 城市雨洪导致的问题及产生原因
1.1 城市暴雨导致内涝的问题
近年来, 我国许多城市深受暴雨内涝之害。短时间的暴雨使得城市出现大面积淹水现象, 不仅造成了巨大的经济损失, 还严重干扰了城市正常秩序, 给居民生活带来很多不便。例如, 2001 年8 月某天, 上海1 h 集中降水75.6 mm, 为50 a 一遇的特大暴雨, 使企业和市民财产遭受严重损失, 保守估计此场暴雨造成的保险损失接近1 亿元。2003 年7 月5 日, 南京遭遇罕见暴雨, 从凌晨1 时至上午11 时整, 南京市降水量为260 mm, 道路中断、车辆抛锚、小区淹水、市民出行困难, 城市应急系统受到严峻的考验。由于城市建筑与路面等不透水地面的面积不断扩大, 城市水文过程急剧变化, 类似这样的城市内涝现象, 比比皆是,并呈逐年加剧的趋势。
1.2 城市暴雨导致内涝的原因
近年来, 全国众多大城市常出现严重积水危害,究其原因主要有以下几个方面。
(1) 城市不透水面积不断加大。城市化进程使得城市面积不断加大, 相应的城市不透水面积也在加大。大面积土地被城市建筑、水泥、沥青路面等覆盖, 雨水入渗到地下的途径被人为阻断, 只能依靠城市排水管道。这就使得原本可渗入地下的水资源, 反而成为灾害的根源。
(2) 排水能力不够。这主要表现在3 个方面: 老城区排水管网老化, 新城区排水系统尚未建好; 城市排水系统的设计重现期较小, 一般地区仅为1 a ( 如武汉) , 重要地区也只有2 ～3 a ( 如北京) ; 大部分城区排水系统采用雨污合排设计。为防止河道污染, 平常雨污合排管道里面的水, 并不直接排入江河, 而是进入污水处理厂。但在雨季, 雨量一旦超过城市排水系统和污水处理厂的负荷, 就会直接排入江河。如果河道闸来不及协调与应对( 排水管道与河道分属不同的部门) , 就会造成积水; 同时, 直接排入江河的污水也会造成江河的严重污染, 如2004 年7 月中旬淮河遭遇到10 a 来最大的污水团。
(3) 对城市雨水资源性质认识不够。目前市政建设与规划部门未充分认识到城市雨水的资源性与宝贵性, 似乎理所当然的把城市( 暴) 雨水作为灾害, 只是一味地想办法把雨水排走。据统计, 全国600 多个城市中, 有400 多个城市供水不足。其中, 北方很多城市地表水不够用, 人们大量抽取地下水, 造成地下水超采, 引起一系列环境地质问题; 南方城市, 当地表水被污染时, 也有利用地下水的需求, 长江下游和珠江三角洲地区, 亦是如此。某些南方城市, 由于开采深层地下水导致地面沉降与地裂缝; 在江苏由于开采深层水导致地裂缝, 省人大常委会做出了禁止开采深层水的决定。由此可见, 城市一方面要花大量的人力和物力将雨水排走, 白白浪费大量淡水资源; 另一方面却又面临严重的水资源短缺问题。
(4) 城市排水系统的设计重现期较小。如果把城市排水系统提高到10 a 至50 a 一遇, 在经济上并不合算。因此, 当城市雨水排水系统遇到重现期较大的暴雨时, 就会大大超过其设计负荷,仍然会导致道路积水等问题, 出现年年投资, 年年积的问题。可见单从改善排水系统并不能解决城市暴雨致灾问题。
2 我国雨洪集蓄利用的现状及存在的主要问题
2.1 国内城市雨洪利用发展概况
我国城市城区雨洪利用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。北京由于缺水形势严峻, 城区雨洪利用步伐较快。北京建筑工程学院和北京城市节水办公室从1998 年开始立项研究, 并于2001 年4 月通过鉴定, 建成了几处示范工程, 如北京第15 中学雨水利用工程、北京海淀公园雨水与景观工程、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。专家提出, 为缓解北京水资源供求矛盾, 雨洪利用要以雨水留到地面、留在地下为目标, 建立雨洪利用相关产业。这一措施将从北京的学校和高新技术开发区打开突破口, 而2008 年的奥运场馆均将建设雨水收集系统。例如丰台奥体中心、“鸟巢”、“水立方”等比赛场馆, 在建设过程中都把雨水收集利用放在首位, 其中“鸟巢”馆的雨水收集利用相当于一个小型污水处理厂1 a 的污水处理量。
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。2001 年国务院批准了包括雨洪利用规划内容的《21 世纪初期首都水资源可持续利用规划》。原北京市水利局和德国埃森大学的示范小区雨洪利用合作项目也于2000 年开始启动,中德两国政府间的科技合作项目“城区水资源可持续利用———雨洪控制与地下水回灌”, 目前有关部门已经收集北京海淀、昌平、石景山等地区从1981 — 1999 年的逐月和逐日的降水量、蒸发量、气温, 为雨洪利用做前期准备工作。随着水管理体制和水价的科学化、市场化, 通过一批示范工程, 有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。
2.2 雨洪集蓄利用目前存在的主要问题
(1) 资金紧张。投入不足是影响这些地区发展集雨工程的主要制约因素, 国家、集体和个人应多渠道筹集资金。目前每年能发展的雨水集蓄利用面积不足20 万hm2, 与发展要求不相适应。加大投入是搞好雨水利用的一项关键措施。国家财政的投资比例应适当增加, 尽可能安排专项资金予以扶持。同时现行的扶贫、农业综合开发等项资金可考虑向这方面倾斜。还可以制定一些激励政策, 鼓励个人、私营企业和社会各界筹资或募捐兴建雨水集蓄利用工程。
(2) 雨水集蓄利用工程的规划、设计与建设不规范。部分雨水集蓄利用工程由于规划布局不合理出现蓄不上或蓄不满水的现象。从全局出发对当地水资源状况及开发利用情况、可建工程的潜力、布局和工程形式, 进行深入地调查, 针对不同地区的自然、社会、经济等条件, 因地制宜地搞好工程的规划布局, 选择好工程形式, 确定技术标准, 分步实施。既要发挥雨水效益, 又要量力而行, 保证雨水集蓄利用可持续发展。制定适合当地的雨水集蓄利用技术规范, 根据技术规范和当地的实际情况, 加强技术指导、人员的培训与技术交流, 及时总结经验, 使得雨水集蓄利用向规范化和科学化方向发展。
3 国外雨洪利用发展状况及评述
3.1 国外城市雨洪利用发展状况
由于全球范围内水资源紧缺和暴雨洪水灾害频繁,近20 a 来美国、加拿大、意大利、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、德国等五大洲约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10届国际雨洪利用大会。其中, 美国和日本等经济发达、城市化进程发展较早的国家, 城市雨洪利用发展较快。
日本于1963 年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池, 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。
美国的雨洪利用是以提高天然入渗能力为其宗旨。在芝加哥市兴建了著名的地下隧道蓄水系统, 以解决城市防洪和雨水利用问题。此外, 还在众多的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, 并制定相应的立法对雨洪利用给予支持。
英国研究不同规模的水循环方案, 设计了英国2000 年的展示建筑———世纪圆顶示范工程。在该建筑物内1 d 回收500 m3 水用以冲洗该建筑物内的厕所,其中100 m3 为从屋顶收集的雨水。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。从面积相当于12 个足球场大小的10 万m2 的圆顶盖上收集来的雨水, 经过24个专门设置的汇水斗进入地表水排放管中, 初降雨水含有从圆顶上冲刷下的污染物, 通过地表水排放管道直接排入泰晤士河。由于储存容积有限, 多余的雨水排入泰晤士河。收集的雨水在芦苇床中进行处理, 芦苇床还能增加城市的景观多样性。
德国是欧洲开展雨洪利用工程最好的国家之一。德国的城市雨水利用主要是通过3 种形式: 屋面雨水集蓄系统, 集下来的雨水主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水; 道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水; 生态小区内沿着排水道建有渗透浅沟, 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水池或人工湿地,作为水景或继续下渗。德国制定了一系列有关雨水利用的法律法规, 对雨水利用的措施给予支持。
3.2 国外雨洪利用情况评述
综上所述, 在世界各大洲, 都有收集雨水解决生活和生产用水的成功做法。发达国家城市雨水利用的主要经验是: 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; 制定了一系列有关雨水利用的法律法规; 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, 都取得了良好的效果。因此, 发达国家在城市雨水资源化和雨水的收集利用方面的经验和方法, 对解决我国缺水问题很有借鉴意义。
4 我国雨洪集蓄利用的潜力
有资料表明, 我国的年平均降水量是650 mm,我国的国土面积为960 万km2, 可以推算出我国每年的原生水资源( 总降水量) 量约为6.24 万亿m3 。据国家环境保护总局信息中心资料显示, 2004 年末我国城市面积39.42 万km2, 按年平均降水量650 mm, 可以推算出该年度我国城市原生水资源( 总降水量) 约为0.26 万亿m3。除自然蒸发和渗透外, 城市雨水收集利用的潜力巨大。
北京的年均降水量为590 mm 左右, 经过计算,城区每年可利用的雨水量达2.3 亿m3, 相当于110 个昆明湖的水量。尤其是每年7 月下旬到8 月上旬的主汛期中, 只要有集雨设施, 每场雨水都能留住。但现实情况却是, 北京目前建设的集雨工程只有47 个, 1 a的雨水收集量只有100 万m3, 河道中蓄积的雨水也只有500 万m3 左右, 再加上其他方式, 每年收集的雨水不到10 个昆明湖。
在沿海城市, 雨水收集利用具有更大的潜力。上海年平均降雨量1 124 mm, 全市每年的降雨总量应为70 亿m3, 扣除蒸发、渗透等因素, 水务部门估计, 全市每年白白流失的雨水总量约在24 亿m3 左右。深圳年均降水量1 900 mm, 每年从天而降近40 亿m3 雨水, 而深圳各大水库雨水蓄水量不到总降雨量的1 / 8,因此每年至少有35 亿m3 的雨水白白流失。
5 我国城市雨水收集与利用应采取的主要措施
5.1 收集储存城市雨水的措施
(1) 排水系统采用雨污分流制。鉴于雨污合排的种种弊端, 采用雨污分流是值得大力推广的。但是,要修建2 套完整的管网, 费用非常昂贵, 目前只能在经济发达城市或者在待建或重建排水系统的城市推广。采用雨污分流的排水系统, 可以利用雨水下渗管道,沿线补给地下含水层, 也可将雨水引到适当的地点集中入渗补给含水层或直接加以利用。
(2) 增加城市透水面积。以前大多数城市采用水泥或沥青路面, 雨水不能渗进地下, 加剧了城市内涝的风险。现在国内外很多城市采用各种改善措施增加城市透水面积, 例如, 采用多孔沥青或多孔混凝土路面, 在人行道、广场或休闲区铺设草皮砖, 增加城市绿化面积, 立法规定建设区内的最低可渗面积率等,使得雨水可以快速入渗进入地下含水层。
(3) 重视小区雨水储存。国内很多城市小区的屋顶雨水收集系统已经比较完善了, 但是却没有相应的处理和回收系统, 收集的雨水仍与污水一起排走。例如上海浦东国际机场的航站楼建有17.6 万m2 完善的雨水收集系统, 在暴雨时节1 h 可收集雨水500 m3, 但是却任其自然流走。如果这些雨水能有效处理和加以利用,将比处理利用轻污染的生活污水更为经济、更为简便易行, 而这只需要增加雨水储存入渗设备就可以办到。
(4) 广泛利用城市低洼地。我国降雨时间集中,为了避免道路积水和暴雨径流的增加, 需要在短时间内将雨水暂时蓄存起来。这就需要利用城市低洼地, 如地下停车场、运动场等将雨水暂时收集起来。为了能使这些低洼地尽可能多地贮留汛期雨水, 在规划设计时应尽可能进行综合考虑, 使这些场所在雨期与无雨期的功用发挥到最优。如日本在低洼地修建运动场, 雨季用来蓄洪, 有的则在运动场下面修建地下水库。此外, 有条件的区域也可以利用低地的浅层含水层蓄存雨水。
5.2 城市雨水利用的措施
通过很多的成功案例, 可以总结出城市雨水利用的几种方式( 如图1 所示) 。
(1) 从屋面、周围道路、广场收集雨水, 流入地下贮水池作简单处理, 用于家庭、公共和工业等方面的非饮用水, 如浇灌、冲厕、洗衣、冲洗路面、冷却循环等等。
(2) 采用屋顶绿化的形式留住雨水, 削减径流量, 减轻城市排水管网压力, 减轻污染, 缓解城市热岛效应, 调节建筑温度, 美化城市。
(3) 花园小区雨水集蓄利用, 绿地入渗, 维护绿地面积, 同时回灌地下水。
(4) 选址进行雨洪回灌, 人工补给地下水。
(5) 利用地下水库调蓄城市雨水。雨水既可以储存于地表经简单处理后直接使用, 也可储存于地下在缺水时期使用。因此, 雨水集蓄系统需要足够大的容量储存, 才能保障缺水时期使用, 这种情况下, 配合利用地下水库来储存收集城市雨水, 既可减轻城市内涝灾害, 又可以缓解城市水资源短缺的矛盾。
参考文献
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作者简介: 孙宏波( 1974 —) , 男, 工程师。
来源：《北京水务》2007.5
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