城市雨水在地下水回灌中的利用分析

王兆吉

(河北省保定水文水资源勘测局，河北保定71000)

随着城市化进程的加快，用水量不断增加，现代生活、生产方式产生大量污水，使得城市水资源危机日益严重。为满足城市水资源需求，一方面地下水开采力度加大，超采严重，造成城市地下储水量锐减、地下水位不断下降、地下漏斗面积相应扩大，并引发地面沉降、塌陷、开裂等地质灾害。同时，沿海地区的地下水超采，破坏了地下水动力平衡，引发海水入侵地下水，土壤盐渍化，耕地面积减小。另一方面作为重要水源的城市雨水大量外排，浪费严重，未得到资源化的利用，在暴雨季节还造成城市内涝，引发城市雨洪灾害。仅在2011年夏天先后就有武汉、北京、长沙、成都、扬州、南京6座内陆城市遭遇暴雨袭击，城区大面积集水，交通基本瘫痪，通信设施出现故障，造成严重的经济损失。

降雨是水文循环的重要环节，可使水资源在开采和利用后得到补充，具有再生性。相比中水等其它水源，雨水受到的污染较轻，处理工业较为简单。雨水作为重要的水源，它的有效利用将缓解城市水资源危机，结合土壤的自净能力和含水层的储水能力，通过回灌补给地下水，是综合调节地表水、地下水和雨水，使雨水得到资源化利用的重要途径，能有效解决地下水超采和城市雨洪灾害。

1 城市雨水回灌利用的发展

城市雨水回灌可概括为:地面雨水通过渗透面或入渗措施，进入土壤或直接进入地下含水层，达到补充土壤水分，补给地下水的作用。在1982年，美国的David Pyne就提出了“含水层贮存和回用”(Aquifer storage and recovery简称ASR)，经过30多年的发展，ARS技术已经形成了“收集—预处理—回灌—抽取—再利用”的回灌模式，现在国际上对地下含水层的回灌和再利用通称为ASR技术[1]。2002年在澳大利亚召开的第四届国际地下水补给会议上，成立了国际水文地质学会含水层管理专业委员会，系统地论证了含水层补给在地下水资源开发和保护中的作用，总结了人工补给的技术方法和各类地质条件下回灌的经验等[2]。

我国的地下水回灌始于20世纪60年代，当时上海为控制因大规模开采地下水而引发的地面沉降，开始采用深井灌注的方法补给地下水，开创性地发展了“冬灌夏用”和“夏灌冬用”的地下含水层储能技术，并向天津和北京等城市推广。清华大学与德国、北京等单位在国内首次开展城市污水处理后回灌地下水的基本理论和工程研究，采用了地表回灌渗滤池和快速渗滤与浅层回灌相结合的回灌方式。2000年1月中德开始实施“城区水资源可持续利用——雨洪控制和地下水回灌”的合作项目，相继在北京建立了代表老城区、新建城区、将建设区、公园绿地、校园特点的5种类型、6个雨洪利用的示范区，总面积达60 hm2，并在2001年9月明确了城市雨洪利用的目标是“将雨水留在地面和地下，建立雨洪相关产业”。

2 城市雨水回灌利用的现状

目前许多城市已认识到城市雨水控制和利用的重要性，不断加强雨水对地下含水层补给的管理，编制了相关的技术规范和管理条例。一些城市建立了包括雨水收集、处理、储存、排放、浇灌取水等综合利用的试验点，如上海的生态小区和世博园区、北京的奥运会场馆、天津的节水型水利科技大厦、成都的活水公园等，这些试验点通过有效的调蓄措施，实现雨水资源的有效利用，显示出良好的发展趋势。但试验点的规模都不大，只适用在某一个具体的范围内，没有考虑到城市的整体规划，缺乏生态化、多样化的利用措施，未成系统。

我国大部份城市的降雨时间分布不均，主要集中在6月到9月的汛期，一般汛期的径流量占全年的70%到90%，短时间内的降雨很难形成可持续利用的资源。加之城市建筑密度增大、路面硬化、透水面积减小、绿地设计高出地面、滞洪区缩减等，使得区域内的地表径流系数增大，区域汇流速度加快，洪峰成倍增长。城市雨洪产生速度快和渗透回灌缓慢、降雨间隙性和雨水资源利用持续性之间的矛盾成了城市雨水回灌利用的主要问题。目前的城市雨水的利用措施对整个城市区域而言，短时间内成倍增长的洪峰仍无法进行有效的调蓄，加之外排不畅还造成城市雨洪灾害，雨水资源未能得到有效利用。而且大多数回灌设施以静水方式储存，水体污染严重，且工程设施投入较大、利用效率低，很难满足城市的景观和生态用水。

3 城市雨水回灌利用的措施

城市雨水的利用要以调峰、收集、储蓄、利用为主，外排为辅，突破传统雨水快速排放的理念，建立以调蓄为主要手段，同时配以滞留和储水设施的理念[3]。城市雨水利用规划还应结合城市河湖水系的整治规划，恢复城市地表水系，利用河湖、湿地进行汛期的调蓄，减轻城市防洪压力，并与河湖滨水地区的景观建设相结合，使雨水综合利用设施成为园林景观的组成部分[4]。雨水资源的储蓄是实现持续利用的前提，渗透回灌利用以地下含水层为储水空间，减少工程设施的投入，通过补源地下水，缓解地下水超采引发的地面沉降等灾害。

城市雨水回灌利用应从城市整体规划出发，以生态城市建设为导引，采用点线面结合的回灌方式。根据城市地形和地质条件，分散布置地表渗水池和地下渗井等雨水收集点，加大透水面积，增强透水面的汇集功能，对雨水实行分散滞留、就地回灌，迅速、及时的减小地表径流量。利用渗透管道、地下暗河和明渠等线路对雨水收集点进行连接，形成环路，加强对雨水的储蓄能力，减轻城市防洪压力。渗透管道和地下暗河进一步扩展回灌流路，全面修复被破坏的城市地下水;明渠可结合城市地表水系的整治规划，改善城市“热岛效应”、净化空气;在沿岸还可建成生态河堤，改善城市环境，提高居住质量。在由管路连接形成的环路上配以闸门和水泵等人工控制措施，使水体沿环路流动，延长雨水的渗透作用时间，增强雨水的自净能力，简单处理后可直接用于喷洒路面、浇灌的花木等。

在由线串点形成的面上，可依地势在低洼处开挖大型的水生态园、设置排洪渠道。水生态园能大大提高对雨水的蓄留能力，增强调节的可操作性。在水生态园中建立人工湖、湿地、假山、和配种大量水生植物，形成城市重要的水景观点和生物生存的良好环境，促进生态城市的建设。超出城市蓄纳的雨洪可通过在连通水生态园的排洪渠道排出，保障城市安全。渠道通过闸门控制，在雨水充沛的年份，超蓄部分可由渠道排出，在雨水不足的年份，也可引进外部水源满足城市蓄水要求。点线面结合的雨水回灌方式，在结合了地表水系的规划后，实现城市雨水、地表水和地下水的统一调节。动水回灌延长了回灌作用时间，解决城市雨洪产生速度快和渗透回灌缓慢的矛盾;补给地下含水层，形成可持续利用的水源，解决降雨间歇性和雨水利用持续性的矛盾。

4 城市雨水回灌利用的效益

雨水做为一种重要的资源，在城市水战略发展中越来越受到重视。通过人工措施的有效调蓄，利用渗透回灌补源地下水，可以增加城市区域地下水含量，缓解地面下沉，提高浅层地下水位，常年的回灌调节能使地下水维持在一个稳定安全的水平，为城市发展提供基本保障。通过对城市雨水、地表水和地下水统一调节，不仅可以高效利用雨水资源，缓解城市用水危机，还能减轻城市的防洪压力，防止城市内涝等灾害的发生，增加城市的经济效益、生态效益和社会效益。

我国缺水严重的110个城市主要集中在北方的干旱和半干旱地区，这些城市的多年均降雨大多在400 mm以上。以石家庄市为例，石家庄市我国极度缺水的35个城市之一，人均水资源的占有量为280m3，仅为全国人均水平的1/8。石家庄市每年的用水缺口约为3亿～5亿m3，多年来主要靠开采地下水和牺牲环境用水来满足基本用水需求，常年的地下水超采而又得不到有效的补给，使得地下漏斗面积由1980年的189 km2发展到目前的近400 km2，地下水位也由21.03m下降到了42.79m，地下水遭到破坏的区域面积占整个城市面积的82.5%，已威胁到城市的健康发展。但另一方面石家庄市的降雨较为丰富，多年平均降雨量为552 mm，降雨主要集中在6～9月，占全年降雨量的75%以上，但因不能对其的进行有效调控，大量雨水外排，暴雨季节还造成城市不同程度的积水，形成洪涝灾害。按年可用降雨量=年平均降雨量×城市面积×径流系数，主城区面积按190 km2计算、径流系数取0.9，初步估计石家庄市的年可用降雨量为0.944亿m3。如果这些降雨得到有效利用，将很大程度上缓解石家庄市的水资源危机，并减小地下漏斗面积、提升地下水位，保障城市发展。

5 结语

城市雨水的回灌利用以雨水蕴养地下水，形成可持续利用的水源为目的，是雨水资源化利用的重要途径。通过点线面相结合，分散布置，统一调节的回灌方式，能较好解决城市雨洪产生速度快和渗透回灌缓慢、降雨间隙性和雨水资源利用持续性之间矛盾。在我国地下水超采严重的干旱和半干旱城市，实施雨水的资源化利用对解决城市水资源危机和雨洪灾害是十分必要的，并对城市发展具有重要意义。在新的发展形势下，城市雨水的利用向着目标和用途多元化、雨水资源产业化、工程规范化的趋势发展。通过城市雨水利用的规划，形成雨水、地表水和地下水统一调节的城市“水工程”，维持城市水循环的平衡，促进实现生态、环保、宜居、资源节约的城市建设目标，将是城市雨水回灌利用的新方向。

[1]冒建华，王培京，潘艳艳.城市雨水回灌技术研究与应用[A].中国水利学会:2004北京城市水利建设与发展国际学术研讨会论文集[C].北京:2004，165－167.

[2]张璇，王健.城市雨洪控制与利用[J].农业与技术.2010，(2):26－32.

[3]魏新庆，王立彤，王秀朵，等.城市雨洪调蓄减排综合利用模式探索[A].2010年中国城市雨洪控制利用高级研讨会论文集[C].31－35.

[4]车伍，程文静.雨水利用与水量平衡分析在城市园区水景设计中的应用[J].中国园林.2006，22(132):62— 65.