基于海绵城市的雨水利用技术现状与发展

罗芮婕，齐学军，张彦南, 张俸旗

(1.西华大学 建筑与土木工程学院，成都 610039;2.四川大学 水利水电学院，成都 610065)

基于海绵城市的雨水利用技术现状与发展

罗芮婕1，齐学军1*，张彦南2, 张俸旗1

(1.西华大学 建筑与土木工程学院，成都 610039;2.四川大学 水利水电学院，成都 610065)

综述了世界上一些主要国家和地区在雨水回收利用技术方面的现状。主要总结和介绍了屋顶雨水处理技术、渗透型雨水处理技术、雨水含水层储存及回收技术、雨水综合利用技术和地下综合管廊技术。中国海绵城市建设的关键是对城市已有的草地、树林、湿地、湖泊等进行保护和修复，而不是大搞城市水利工程建设。

海绵城市;雨水利用;水资源

随着城市的快速发展，地面硬化面积不断扩大，填湖造城，部分城区存在排水管网系统设计标准低等问题，导致城市内涝现象日趋严重，夏季雨水快速排放成为许多城市急需解决的问题。同时，城市人口不断增加引起城市的用水量增加，缺水是不少北方城市面临的问题。造成城市内涝的雨水可以通过城市地下管廊被回收利用，这样既提高了城市排水防涝、防洪减灾能力，又将雨水收集处理供人们使用。雨水回收利用是改善城市用水条件的途径之一，它具有投资少的优势，可降低政府对大型污水处理厂、污水管线的资金投入。基于海绵城市建设的城市雨水回收利用技术一举解决城市用水和排涝两个问题，因此受到越来越多城市的重视。海绵城市的主要作用是保护区域水循环、雨水处理和管理，它遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针，将雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用和排水密切结合，统筹考虑内涝防治、径流污染控制、雨水资源化利用和水生态修复等多个目的[1]。近两年海绵城市建设被政府部门提上日程，受到各地主管部门的重视。但是，在海绵城市建设过程中不断出现新的技术和建设过程中的经验方面还比较欠缺。了解和掌握国内外海绵城市建设的最新技术成果和经验对于中国海绵城市的建设具有非常重要的借鉴意义。

1 海绵城市建设的国内外现状

新加坡国土面积小，人口密度大，因少有大型河流湖泊，淡水资源紧缺。但新加坡平均年降水量高达2 400 mm,新加坡政府十分重视雨水回收利用[2]。早在2006年就启动了ABC水源计划，此计划包含了水优城市设计、湿地技术、雨水管理、修建蓄水池等理念。滨海湾花园则是ABC水源计划的成果之一，花园内有18座树形结构的塔状垂直花园，其巨型树冠能起到收集雨水和遮阴的作用，部分树冠连接植物冷室系统，发挥通风和水循环降温的功能。大型蓄水池作为解决城市内涝及雨水疏导问题的关键所在备受重视。滨海蓄水池是新加坡最大的蓄水池由长350 m的滨海堤坝与海水相隔而成。蓄水池内雨水达到较高水位时，过量的雨水会被排入海洋。海滨堤坝设有9个冠形闸门，当海水处于低潮状态时，闸门下降，过量的雨水排入海洋。当海水处于涨潮状态时，过量的雨水通过巨型排水泵排入海洋。据介绍，当滨海堤坝的7个巨型排水泵同时启动，整个排水过程只需要9 s。滨海蓄水池有效地解决了新加坡多个低洼地区的城市内涝问题。

德国处于大西洋东部大陆性气候之间的凉爽季风带，雨水充沛，降雨分布在一年四季，年降雨量在500～800 mm之间，且地理上分布均匀。从技术方面而言，德国拥有雨水径流收集技术、雨水径流传输与贮存技术、雨水径流过滤控制与处理技术都自成一套技术体系[2]。其中典型的是多级雨水利用系统，屋面雨水收集系统先将雨水进行简单处理，可以作为卫生间冲洗用水、洒水车用水和植物浇灌等非饮用水。其次是雨水截污和渗透系统，大雨天雨水通过管道排泄至蓄水池。最后是生态小区的雨水利用系统，小区沿排水管路修建种植有草皮的可渗透浅沟，供雨水快速下渗。同时，地面上的快速渗透地砖可以有效减少地面径流量，让雨水快速深入地下。随着降雨量的不断增大，超过渗透能力的雨水就直接流入湿地储存起来。德国城市地下管网的建设也是相当发达，有混合管道系统和分离管道系统之分。城市中心一般采用混合管道系统，使得污水、雨水同时被处理；郊区一般采用分离管道系统，污水、雨水分开处理以提高效率。德国利用其成熟的雨水收集和处理技术带来了巨大的经济效益，也为一些商业广场，市政建筑以及居民社区解决了一些日常生活中的用水问题，既环保，又低成本。实现水资源的循环利用，将处理雨洪的思路从单纯的排放转化为利用是“海绵城市”的另一大理念。

欧洲的荷兰13世纪以来共围垦约7 100多 km2的土地，相当于荷兰陆地面积的五分之一，现在约有18%的荷兰国土是人工填海造出来的，国土中约有四分之一低于海平面。鹿特丹是荷兰重要的港口城市，它面临海水、河水、雨水与地下水四种水的威胁。由于既有的沟渠和河道无法有效快速排泄突然增加的地表雨水，鹿特丹市创造了水广场的方式进行城市排涝。水广场主要由数个形状、大小和高度各不相同的水池构成，水池间通过水渠相连。平时作为居民的娱乐休闲广场；暴雨季节城市雨水都往低处流，最后都汇入水广场，就变为一个大型的蓄水系统。这样，所有的道路上就不会有积水出现，巧妙解决了城市内涝的难题。

2 雨水回收利用技术

2.1 屋顶雨水处理技术

屋顶雨水收集利用系统主要用于家庭、公共场所和企事业单位的非饮用水，如草地浇灌、道路清洗、洗车等[3]。这里主要有屋顶雨水径流自然沉淀和混凝沉淀两种沉淀方式，自然沉淀简单有效，但需要足够长的停留时间；混凝沉淀处理更高效干净，但成本高[4]。一般，屋面雨水采用投加混凝剂后直接过滤、消毒的方式。雨水首先通过系统中的滤网进入初期弃流装置，不达标的雨水排入弃流管道，达标的雨水输送到蓄水池，同时多余的雨水经溢流管道流出，对蓄水池中的雨水混凝加药，排入滤池后消毒加药，经处理后的雨水输送至供水调节池，最终被利用。

2.2 渗透型雨水处理技术

“海绵城市”建设的核心是建设水生态基础设施，由于水是流动且循环的，所以建设海绵城市就要解决自然积存、自然渗透、自然净化的水问题。渗透型雨水处理技术有水质净化、补充地下水等作用，是建设海绵城市必不可少的技术。雨水渗透设施有渗透管沟、渗透地面等，渗透设施的构造、设计参数、施工管理应根据当地地质条件、地下水位等具体条件试验确定，还应考虑大气、地面污染对雨水水质的影响[5]。

渗水地面主要分为人工渗水地面和天然渗水地面两种，而天然深水地面又以绿地为主。绿地不仅渗透能力强，而且植物根系能对雨水径流中的悬浮物、杂质等起到一定的净化作用[6]。在城市绿化时建立下凹式绿地，地面略高于绿地，在绿地内设雨水滞留设施[7]。雨水进入凹式绿地后流入浅草沟，浅草沟由两层组成，上层是种植有草类植物的浅水洼，下层是铺有砾石的渗透渠，雨水被储存以后可以释放以补充地下水，多余的还可以排入市政管网。

渗水管的占地面积小，适用于旧排水管网改造利用和水质较好的地区，建设海绵城市是个大工程，使用渗水管不仅尽可能地减少占地面积，还可以减小经济负担。管材周围一般填充粒径20～30mm的砾石，雨水通过埋于地下的渗水管向四周土壤层渗透。起到减小城市排水管网负担和涵养地下水的作用。但当渗水管被堵塞时，渗透能力会下降且很难清洗恢复。

2.3 雨水含水层储存及回收技术

雨水含水层储存及回收技术的水源主要是城市暴雨径流及经处理的废水，雨水含水层储存及回收技术有直接回灌和入渗回灌两种方式。直接回灌即把雨水直接打到含水层而不通过土壤，这种方法补给地下水的能力高，但污染地下水的可能较大。入渗回灌是雨水先通过下层土壤再到达含水层，污染地下水的可能较小[8]。基于海绵城市的建设，先通过湿地截流处理后的雨水，经此技术收集至含水层，可以改善因雨水含水层储存及回收技术在入渗过程中改善雨水水质能力低的缺点带来的问题。这个技术更适用于地下水开采过度的地区。

2.4 雨水综合利用技术

由于地面雨水、屋面雨水、市政雨水的水质各不相同，初期的收集工作需要分开进行。地面雨水受污染严重，先通过绿地渗透改善水质再进入蓄水池。屋面雨水的水质较好，通过简单的截污处理后进入蓄水池[9]。市政雨水直接进入市政管网的检查井，经城市排水管网排至污水厂。蓄水池中的雨水资源统一进行混凝、过滤、消毒的处理后达到使用标准，供市民使用。雨水综合利用技术能极大提高城市回用雨水的质量，雨水综合利用工艺流程如图1所示。

图1 雨水综合利用工艺流程

2.5 地下管廊雨水收集利用技术

传统的市政管线多采用直接埋设或架空的方式，但直埋市政管线会有城市道路反复开挖、交通阻滞等带来的较大经济损失和对居民生活产生的不便，而综合管廊充分利用地下空间，不仅将各管线集合，还美化了城市空间环境。综合管廊使用寿命至少为50年，并且具有可维护性和抗震防灾性[10]。建设海绵城市与综合管廊相结合，可以打造出现代化的绿色城市，有效解决城市内涝的问题并防止“看海”现象的出现。

雨水管与综合管廊有机结合，沿雨水管线设多个收集站，地面雨水先汇入收集站，由水泵打入雨水管，输送至雨污处理厂，若有多余的雨水，则继续沿雨水管线流入大型河流湖泊中，经处理达标的雨水再通过综合管廊内回用水管道输送到城市各处，用作景观、绿化、喷洒道路及冲厕用水。由于雨水管在地势较平坦的地段易出现淤堵现象，在综合管廊加设雨水管线时应沿途设置加压泵房或尽量避开这类地段以减少淤堵现象发生的可能性。

3 结论

我国是人口大国，城市雨水回收利用有很好的前景，若是使雨水回收利用变得普及，可以有效解决城市内涝和缺水两大难题，这样可节约相当大部分的能源，取得可观的经济、环境效益。需要特别注意的是，建设“海绵城市”不等于大搞水利基建工程。对城市现有的草地、树林、湿地、湖泊等进行保护和修复，充分调动大自然的雨水消化和储存是海绵城市建设的关键。我国在城市化建设过程中出现了道路地面硬化过度、城市树木砍伐和湖泊湿地破坏的问题，这些严重破坏了土壤、树木和湖泊的渗水和蓄水功能。总之，建设海绵城市要充分发挥自然与城市的绿色和谐统一。

[1] 仇保兴.海绵城市(LID)的内涵、途径与展望[J].建设科技, 2015(2):11-18.

[2] 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(1):47-49.

[3] 胡倩.城市雨水利用系统研究[D].北京林业大学,2008:10-11.

[4] 胡晓亮,王启山,王效琴,等.城市雨水利用的技术经济与环境影响分析[J].海河水利,2007(4):37-40.

[5] 程群.城市区域雨水和中水的联合利用研究[D].浙江:浙江大学,2007:14-36.

[6] 吕玲,吴普特,赵西宁,等.城市雨水利用研究进展与发展趋势[J].中国水土保持科学,2009,7(1):118-123.

[7] 李梅,李佩成,于晓晶.城市雨水收集模式和处理技术[J].山东建筑大学学报,2007,22(6):517-520.

[8] 金龙,王志标.我国城市雨水利用适用技术[J].市政技术,2007,25(1):51-53.

[9] 王鹏.建筑与社区雨水收集利用系统研究[D].重庆:重庆大学,2011:6-9.

[10] 施卫红.城市地下综合管廊发展及应用探讨[J].中外建筑,2015(12):103-106.

Existing Circumstances and Development of Rainwater Utilization Technology based on Sponge City

LUORuijie1,QIXuejun1*,ZHANGYangnan2,ZHANGFengqi1

(1. School of Architectural and Civil Engineering, Xihua University, Chengdu 610039, China;2. College of Water Resource and Hydropower, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

The existing circumstances of utilization technology for rainwater recycling in major countries and regions in the world are summarized. In this paper, the roof rainwater treatment technology, infiltration treatment technology for rainwater, rainwater aquifer storage and recovery technology, rainwater utilization technology and underground pipeline are introduced. The key point to sponge city in China is the protection and restoration of existing grassland, forests, wetlands, lakes, and to prohibit large scale water conservancy project construction.

sponge city;rainwater utilization; water resource

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2016.04.006

2016-07-16

国家自然科学基金“气候变化下长江江源区水文环境和径流时空演变与预测研究”(41271045)；西华杯“大学生创新创业登峰计划项目”(201506)；西华大学校级重点项目“Fe对低阶煤气化催化作用机理的研究”(Z1510612)

罗芮婕(1996— )，女(汉族)，四川成都人，在读本科生，研究方向：建筑环境与能源应用工程。 齐学军(1983— )，男(满族)，河南南阳人，讲师，博士，研究方向：建筑节能技术，通信作者邮箱：xuejunqi@foxmail.com。

TU991

A

2095-5383(2016)04-0019-03