缺水型城市水资源利用探讨

陈鹏飞,王晓峰

(广州市科城建筑设计有限公司,广东 广州510663)

保定市是严重资源性缺水型城市,缺水率约为20%。此次规划区为保定电谷(中国保定国家高新技术产业开发区),结合规划区实际情况在水资源利用方面提出“水资源保障;水环境修护;水文化提升”三个理念。在水资源保障方面的主要措施是规划建立水生态循环系统,水环境修护方面针对保定市地下水过量开采造成了地下漏斗、地面沉降、咸水入侵等问题提出地下“水银行”概念,将“漏斗”变成“地下水库”化害为利;水文化提升方面采取大量传播节水文化以及再生水利用的知识,使市民更多的参与到节水活动中来。

1 构建“电谷”水生态循环系统

根据生态学基本理论,结合保定高新技术产业园的用水系统特点,确定园区水生态循环系统,包括污水收集及处理系统、雨水收集及利用系统、再生水利用系统以及水景景观系统的复合体系,见图1。

建立水生态系统,将更好的支撑保定高新技术产业园的持续发展,以达到经济效益、社会效益、环境效益与水生态的平衡与统一。该系统将污水处理、再生水利用和生态景观进行串联使整个园区水循环系统形成“闭合之流”,使得污水被收纳处理后,最大限度的被整个系统反复利用,形成产业园中的“零排放”,更好的支撑园区的持续发展。此系统需要结合以下几点进行实施。

图1 电谷水生态循环系统图

1.1 “海绵路”的建设

“海绵路”是指一种能像海绵一样将地面积水迅速吸收的新型路面,建议铺装这种新型透水混凝土路面,同时保留了现有道路的排水设施,因此路面的积水会一部分从路面直接渗透入地下,一部分从排水系统收集,可以帮助城市排水系统有效排涝,并可以对规划区的地下水进行一定的补充,鉴于规划区地下水开采过大造成地下水位缓慢下降这个事实,以及地处平原地区,排水管网坡度受到一定限制(越小越好),因此收集的水量越少越好(水量大坡度小对管径增加很大,不经济)。“海绵路”的建设是对保定市因地制宜、因势利导的结果,可以很好的解决诸多问题。

相关研究资料表明,透水性路面材料主要分为天然石子、采用透水性地砖、透水柏油路面、透水陶瓷路面砖、透水混凝土等。透水性路面下面是经特殊处理的沙石层,多空隙的结构使路面的水能迅速下渗入地下泥土。目前,随着城市新路不断修筑所铺设的水泥、沥青等硬化地面不考虑透雨水,使得雨水直排下水道造成地面过于干燥,使城市扬尘污染加重,地面平均温度升高,加速了城市热岛效应,“海绵路”正好可以缓解这个问题。

德国从20世纪60年代起在城市[1]、乡村铺设“海绵路”,就连日本东京也已经有8.3%的人行道采用了透水柏油路面。我国近年也在北方城市有成功的应用,北京在2004年,有5个示范区铺设透水路面收集雨水并回用于家庭冲厕、小区绿化和地下水回灌,雨洪综合利用效果显著。沈阳2005年底在“世博园”主入口广场及环保园等处铺设透水路面,美观、排雨、防滑。

此外,这种路面结构至少也能承载2 t左右的车辆行驶,因此今后将有望把其应用于车行道,起到更广泛的环保作用。并且这种路面维修各方面,与普通道路无异。

1.2 下凹式绿地

下凹式绿地是一种生态型的雨水渗透设施,具有投资少、渗蓄效果明显、截留净化径流雨水、不易堵塞等优点。它既可设置在城区范围内的建筑物、街道、广场等不透水地面周边,用于收集蓄渗小面积汇水区域的径流雨水,又能在立交桥附近、市郊等空旷区域大规模应用,从而提高立交桥及整个城市的防洪能力。

保定市是中国较为缺水的城市之一,在该市规划建设下凹绿地,充分利用天然降水(雨水和雪水)资源将其就地转化为土壤水和地下水,可同时节省大量绿化用自来水,有效缓解城市缺水紧张,有利于尽快恢复地下水采补平衡。

绿地是城市的必要组成元素,对原有绿地进行改造或将规划绿地建成下凹式绿地,投资很少就能达到缓解城市雨洪压力、控制雨水径流污染的目的。

由此,建议在保定市大力规划建设下凹绿地,这是利国利民的好事。

下凹式绿地的应用主要有以下两种:第一种是降低绿地标高,形成下凹绿地如图2。在建设绿地时应协调好绿地周边高程、绿地高程的关系,使周边高程高于绿地高程,形成下凹绿地,这样降雨后雨水径流进入绿地,经绿地蓄渗,补充消耗的土壤水分后,多余的雨水再流入雨水管道;第二种是降低地表坡度值,并将单一坡度变为陡缓结合的坡度如图3。在进行绿地设计时应尽可能控制地表坡度,坡度越趋于平缓,雨水汇集速度减缓,增加了雨水渗透的时间,同时也增加了渗透量,将单一坡度变为陡缓结合的坡度可以有效延长雨水下渗量。

2 雨水的利用[2]

2.1 屋面雨水集蓄利用系统[3,4]

利用屋顶做集雨面的雨水集蓄利用系统主要用于家庭、公共和工业等方面的非饮用水,如浇灌、冲厕、洗衣、冷却循环等中水系统。可产生节约饮用水,减轻城市排水和处理系统的负荷,减少污染物排放量和改善生态环境等多种效益。

图2 下凹式绿地(一)

图3 下凹式绿地(二)

2.2 屋顶绿化雨水利用系统[5,6]

屋顶绿化是一种削减径流量、减轻污染和城市热岛效应、调节建筑温度和美化城市环境新的生态技术,也可作为雨水集蓄利用和渗透的预处理措施。即可用于平屋顶,也可用于坡屋顶。

2.3 广场雨水收集利用[7]

将广场作为集雨面,通过收集-输水-储存等渠道利用雨水,其收集到的水可以用于绿化用水,公共设施等方面的非饮用水,如浇灌、冲洗、冷却循环等中水系统,这里的中水是指生活污水经过处理后,达到规定的水质标准,可在一定范围内重复使用的非饮用水。也可将雨水收集到预先建好的蓄水池中,然后将收集到的雨水应用于广场中央喷泉用水。

雨水集蓄利用技术[8,9]在许多国家得到较广泛的应用,规划区大力推广此项技术,在各类建筑屋顶设计上采用雨水集蓄利用系统,有条件的居住小区和工业厂区修建雨水窖,充分利用雨水资源。

3 地下“水银行”的设想

河北人均水资源量307 m3,仅为全国平均值的1/7,每年不得不超采地下水。目前,超采面积已逾4×104km2,分布着21个大小不等的漏斗,其中以沧州漏斗和冀枣衡这两个深层地下水漏斗为最,严重程度世界罕见。因此大胆设想,引长江水回注地下漏斗,建立地下“水银行”既节约资金,又可减少地质灾害。

地下“水银行”的投资预算大约在200亿元左右,要比地上水库节约100多个亿。同时,还可以对长期透支的地下水源起到涵养作用。这样一来,完全有可能使“地下漏斗群”化害为利。

当然水银行并非纸上谈兵,目前,国际上已有一些国家开设了水银行,并利用水银行进行存水和贷水,优化了水资源的时空配置。

4 相应水文化的传播及普及

广泛宣传我国水资源现状,使市民更好地了解节约水资源、保护水环境、环境与健康等方面的知识,以增强节约用水和安全用水意识。并提出“不要让世界上在最后一滴水变为世界的眼泪”这种令人动容的节水宣传语,使节水文化尽可能的得到普及。

总之,水是人类生存之源,是人类文化之根,水能创造文化、繁荣文明。就让水文化搭载新时代的“诺亚方舟”,传承历史长河中水文化的神韵,哺育更多的人类文化,去熏陶、浸润和慰藉人类心灵,陶养和孕育更多的依水而建、因水而兴的文化建筑和城镇村落,为城市文化的繁荣和经济的发展增添异彩。

5 结 语

我国是一个水资源短缺型国家[10],水资源合理的规划与利用是我国经济社会发展的必然要求,是建设社会主义和谐社会,建设现代文明的必然要求,更是水资源的重要性以及我国所面临的严峻水资源形势的必然要求。总之,水资源利用是非常值得探讨和研究的一个重大而持久的话题。

[1] 李俊奇,车武.德国城市雨水利用技术考察分析[J].城市环境与城市生态,2002,15(1):47-49.

[2] 刘小勇,吴普特.雨水资源蓄集利用研究综述[J].自然资源学报,2000,15(2):189-193.

[3] 车武,欧岚,刘红,等.屋面雨水上壤层渗透净化研究[J].给水排水,2001,27(9):38-41.

[4] Shizuo Shindo.Rainfall harvesting in Volcanic Islands of Japanese studies of the Izu Islands[C]//Proceeding of International Symposium&2nd Chinese National conference on Rainwater Utilization.Xuzhou,1998:131-133.

[5] Zaizen M,Urakawa T,Matsumoto Y,et al.The eoHeeifon of rainwaterfrom dome stadiums in Japna[J].Urban Water,1999,(1):355-359.

[6] 马乃喜,尹怀庭,马俊杰,等.西安生态环境建设研究[M].西安:西安地图出版社,1998.

[7] Anaya M G.Tovar Js.Different soil treatments for harvesting water for radish production in the Mexico valley[M].Pro Water Harvesting Symp.Phonemis AZ.ARS.W-22USDA,1975.

[8] Modell Kronsberg-Eeologiela opitmization at kronsberg[EB/OL].www.hnanover.de/deutsch/doku/kronseng.Nf.

[9] Alan Smith,Ju khow,Sian Hills,etc.Water reuse at the UK′s Millennium Dome[J].Membrane Technology,1998,(1):12-15.

[10] 刘树坤.21世纪的中国水问题[C]//全国城市水利学术讨论论文集,1998.