路面雨水的资源化利用——以武汉市为例

范旭鹏

(华中科技大学，湖北武汉 430074)

世界上许多国家都面临着水资源枯竭的困扰，中国也是水资源贫乏的国家，我国干旱半干旱的面积占国土面积的一半之多，其中干旱地区占30.8 %，半干旱地区占21.7 %[1]，全国有半数以上的大中城市都面临缺水问题，人均可用水量只有2 300 m3，仅为世界平均水平的1/4[2]，而且我国水资源分布极不均衡，整体呈现南方多、北方少，夏季多、冬季少，丰水期枯水期不规则交替出现，这就使得节约用水、开发新的水源显得尤为重要。另一方面，随着我国城镇化进程的加速，城市人口急剧攀升，建筑密度不断上升，城市不透水地面面积不断增加，雨水汇水面积日益增加，致使城市雨水径流量不断增大，城市排水系统负荷不断加大，许多城市面临严重内涝隐患。

雨水作为一种自然资源，如果可以合理的收集处理利用，不仅可以缓解城市排水系统的负荷，而且可以将净化后的雨水应用于工业、市政等方面，将产生巨大的经济效益，符合我国可持续发展以及资源节约环境保护的建设要求，也有利于缓解我国水资源短缺的现状。因此，笔者通过调查和查阅文献，结合自己的分析，将路面雨水的资源化利用和城市市政用水结合起来，以期改善城市路面雨水的危害，缓解城市排水系统的负荷，以及缓解我国缺水的现状。

1 现状调查分析

1.1 国内外雨水利用现状

我国雨水资源十分丰富，年降雨量大于6×1012m3，是我国重要的可利用淡水资源之一，然而从全国范围来看，我国的雨水收集技术以及利用率还很低。虽然起步较早的北京已建成许多集雨项目，但是集雨效率很低、效果也不明显。西北地区集雨做的较好的也只限于极度缺水的农村。

但也应该看到积极的一面，我国雨水资源化利用确实也在稳步前进，雨水收集净化系统不断改进完善，国家不断鼓励支持，各种雨水资源化利用的规范也相继建立，例如北京在二十一世纪初期制定的包括雨水利用规划内容的“21世纪初期首都水资源可持续利用规划”等[3]。

在国外，目前在雨水利用方面，德国、日本走在世界前列，而且发展迅速，在雨水收集、处理以及应用等方面技术较为全面，例如日本先后在国际馆、电视台建立了“微型水库”，德国将屋面雨水用于公共汽车洗车水源，建造屋顶花园，法国用屋面雨水做冷却循环等，这些都是国外的成功案例，我们应该善于借鉴，加快我国在雨水资源化利用方面的发展脚步[4-5]。

1.2 道路排水及市政用水现状分析

作者就所研究的问题实地调查了解武汉多条道路，通过查阅资料、实地观察、询问居民和市政工人等多种方式全方位了解城市道路排水系统设置及市政用水情况，得出武汉市道路排水及市政用水现状如下。

1.3 道路排水系统单一

城市道路雨水口形式较多，常见可以分为平箅式雨水口(图1)，立箅式雨水口(图2)以及联合式雨水口(图3)。但是其排水系统工作原理基本相同，在雨水口下设置简单沉淀池，通过支管和主管道相连接，然后将初步沉淀后的雨水直接排入自然水体。

图1 平箅式雨水口

图2 立箅式雨水口

图3 联合式雨水口

目前，进入雨水主管道的水基本不经过任何处理就排放到自然水体中，而雨水冲刷路面的污水也顺着管道排入自然水体，对自然水体的污染严重，且不利于雨水的资源化利用。

1.4 雨水口堵塞严重

调查走访过程中，作者观察到有些雨水口内部有各种生活垃圾，有些雨水口完全被泥土堵塞(图4、图5)，据环卫工人反映，秋季树叶掉落多的时候情况更严重。这就造成在雨季来临的时候，排水口甚至是排水管道堵塞，雨水不能及时疏通，这也是造成城市内涝的重要原因之一。

表1 武汉市洪山区五条主干道排水口现状

图4 雄庄路部分排水口

图5 楚雄大道部分排水口

1.5 缺乏应用新技术新方法的意识

所调查的道路的排水系统都采用传统的方法设置，单纯注重雨水的疏通、排泄，对雨水的就地净化、利用考虑不足。随着城市化水平不断提高，城市不透水地面面积持续增加，单纯依靠各种形式的雨水口排泄雨水成本较高，而且在丰水期，雨水口有限的的排泄能力不能满足城市雨水的排泄，造成不必要的城市内涝，影响居民人身财产安全。

1.6 市政用水现状

随着人们生活水平不断提高，人们对环境的要求也越来越高，这也加大了城市市政建设的压力。目前我国市政用水多是自来水，也有些地方是利用自然水体。若采用自来水，用水量较大，费用较高，若采用自然水体，水质不能保证，水体有异味，对空气造成不必要的破坏，而且都需要消耗大量人力物力。

2 路面雨水应用于市政用水的优势

道路排水之所以出现上述现象，根源在于城市化水平不断提高，城市不透水地面面积不断增加，然而城市排水系统的设置和理念并没有跟上步伐，未能做出相应的改变。结合市政用水的特点考虑，将路面雨水引入市政用水是解决这一问题的有效方法之一。

2.1 雨水的特点及优点

我国地处北温带，年降雨量充沛，以秦岭淮河为分界线，此线以东、以南地区年均降水量大于800 mm，东南沿海城市年降水量在1 600 mm以上。我国拥有如此丰富的雨水资源，但是雨水资源化利用的意识不够强，方法不够新，只有在极度缺水的西北内陆地区的农村有简单的应用，其他大部分地区除自然灌溉之外仍任其流失。雨水作为一种自然资源，如果能够提高意识、创新方法，不仅能够缓解我国缺水的问题，推而广之，甚至可以解决世界上不少缺水国家的难题。

2.2 市政用水对水质的要求

市政用水多用于绿化带浇灌、路面喷洒、公共场所清理等方面，这些方面的用水要求普遍低于自来水的要求，许多地区将自来水用于市政的做法显然是不经济的。雨水作为一种可利用资源，经过处理后就可以达到市政用水的要求，而将处理后的雨水应用于市政，不仅符合我国节约资源的基本国策，而且也降低了市政用水的成本，还可以有效缓解城市排水系统的负荷。

2.3 路面雨水的特点

随着我国城镇化建设迅猛发展，我国的公路总里程数以及公路密度也随之持续增长，据我国交通运输部统计，截至2015年，我国公路总里程数达到4.577×106km2，公路密度达到47.68 km/100 km2。路面作为一种天然的集雨通道，如果可以充分利用，将产生巨大的经济效益。另外，虽然路面雨水较屋面雨水污染严重，但是经过初期弃流，后期的雨水经过简单的处理仍可达到市政用水和工业用水的基本要求，不仅可以节约有限的水资源，而且可以节省成本，创造经济效益。

3 武汉市路面雨水引入市政用水可行性分析

3.1 武汉的地理位置及气候条件

武汉地处长江中下游平原，江汉平原东部，是国家区域中心城市、湖北省省会。属亚热带季风性湿润气候区，雨水充沛、光照充足，夏季多高温，冬季稍凉，降水主要集中在夏季。一年中，1月平均气温最低，为3.0 ℃，7月平均气温最高，为29.3 ℃，年均降水量为1 247.1 mm，最大年降雨量为2 105.9 mm，多集中在5～8月份[6]。

3.2 有效雨量计算方法

由于在降雨初期，雨水冲刷路面油污，溶解空气中各种工业废气，雨水的污染较为严重，这部分雨水净化处理过程复杂，因此通过特殊雨污切换装置排除，将后期雨水通过管道收集储存备用，此外还应考虑蒸发等因素的影响，有以下公式：

P=A×(Q-B)×S

(1)

其中：P是最终利用雨水量；A为利用率(除去蒸发等的损失，一般取0.8～0.9)；B为初期弃流量(一般取2.0～2.5 mm)；Q为降水总量；S为有效集水面积[7]。

3.3 可行性分析——以楚雄大道为例

3.3.1 雨量满足水景需求可行性分析

楚雄大道位于武汉市洪山区，是武汉市内一条主干道，车流量极大，机动车道为双向八车道，主干宽约28 m，两侧各有一条人行道，共宽4 m，机动车道两侧每隔20 m设有一个雨水口，按每200 m设置一个集水区(储水池)。由上述数据可知：

有效集水面积S= 200×(28+4)= 6400m2

将表2中月均降水量数据代入式(1)中得到月均可利用雨水量，利用率A取0.85，初期弃流B取2.5 mm，见表2。

表2 武汉地区的月均降水量及可利用雨量表(1981年～2010年)

由表2可知，4月到8月净化后的雨水量较多，基本可以维持本段路绿化带浇灌以及定期的路面喷洒要求，而对于其他降雨量较少的月份，则还需补充自来水以维持正常的使用要求，所以将净化后的雨水应用于市政系统是完全可行的。

此外，根据武汉地区水费标准规定，自来水费用为2.5 元/m3，若将净化后的雨水应用于该路段，则每个集水区每年可以节约用水7 000 m3，节约水费1.75×104元，在资源化应用雨水的基础上不仅有利于缓解我国缺水的压力，而且也降低了市政用水的成本。

3.3.2 具体实施方法

基于现有的城市雨水排放系统，本文进行了适当的改进，以期能在现实中推广应用。具体方法如下。

保留原有的雨水口，在其下方设置简易初期沉淀池，经过滤网进入雨水收集管道。由于降雨初期，雨水溶解空气中的废气、冲刷路面杂质，污染较严重，需要经过雨污切换系统(图6[8])，将初期污染严重的雨水弃置排入污水处理系统，接着进入净化装置对雨水进行净化，最后储存在储水池，储水池上方设置通风口，并定期对储水池进行清理，储水池连接水泵直接接入市政用水系统以供使用(图7)。

图6 雨污切换系统

图7 系统示意

此外，可以借鉴一些先进经验，在路缘石和绿化带内设置管道，并在绿化带的土体中和路缘石边缘设置传感器，通过传感器感应土壤湿润程度以及空气湿度，自动控制水泵对绿化带进行浇灌、对路面进行喷洒，另外可通过电脑远程控制水泵对路面进行喷洒，可以节省大量人力、物力。

4 结论与建议

4.1 结论

随着我国城镇化建设步伐的加快，人们对生活环境要求的提高，城市市政建设的压力越来越大，市政用水越来越多。雨水作为一种可利用的资源，在现有城市排水系统的基础上进行改造，可以达到收集、净化雨水的要求，进而应用于城市建设的各个方面以缓解我国缺水现状。文章对路面雨水资源化应用的研究结合武汉地区现有公路状况分析得出如下结论：在武汉地区，将净化后的雨水引进市政系统的方案是可行的，不仅可以缓解市政排水系统的压力，而且可以节约水资源，同时节约大量人力物力，符合国家节能环保、可持续发展战略的要求。

4.2 建议

雨水的资源化利用对于中国来说是一个新兴领域，我国在该领域起步较晚，发展较缓，为促进其快速推广发展特提出几点建议：大力宣传雨水资源化应用的优势，积极引导人们合理利用雨水；加大科研力度，尽快完善雨水收集、净化系统；鼓励支持雨水资源化利用的实践，使理论转变为现实；国家制定相关法律法规，促进水资源化利用的规范化。