西安市城区雨水资源化利用研究

高 宁，张紫红，杨永红，王烘艳，卢 辉

（西安交通工程学院 土木工程学院，陕西 西安 710300）

近年来，随着经济的不断发展和城市化进程的加快，许多城市面临着水资源短缺、水环境污染严重、地下水过量开采等诸多水资源问题。“城市看海”和城市内涝现象频繁发生，造成了重大经济损失和人员伤亡。我国虽然雨水资源丰富，但大部分城市并未重视雨水的资源化利用，城市规划设计中未涉及雨水贮存利用设施，降落的雨水资源白白流失，迫切需要在城市建设中构建完善的雨水资源利用系统，缓解城市供需用水矛盾。

1 西安城区雨水资源化利用的迫切性

西安市位于黄河流域中部关中盆地，是我国14个水资源较为缺乏的城市之一。西安市年平均降雨量为613.7 mm，降雨时间主要集中在5～10月，降雨量占全年的78%，降雨在时空上分布不均匀。随着城市化的发展和人们生活水平的提高，居民用水和工业用水也在逐年增加，水资源缺乏的问题日益突出。根据相关统计结果，西安市主要河流的水质只有两条合格，其中渭河、皂河、涝河、沣河、浐河因受到工业、农业和城市污废水的影响，污染严重，均属于V类水质，难以被再次利用。近年来，西安市地下水资源开采过量，超采区面积达到601.3 km2，年平均超采量达到2 286.7万m3，西安市中心深层承压水水位大幅下降，近30年每年平均下降3～4 m，形成区域性漏斗。地下水的超量开采还导致了地面沉降、地面及建筑物裂缝等环境地质问题。文献采用多元线性逐步回归模型对2019～2022年西安市全年的用水总量进行预测，根据预测结果，到2022年西安市的全年用水总量将达到128800万m3，水资源供需矛盾更加突出。

2 西安市雨水资源化利用途径

2.1 加强雨水资源化利用制度的建立

国家政策的引导有利于雨水资源利用技术及设施的应用与推广，国家、地方、行业标准的制定可以进一步完善雨水资源收集利用系统的功能，提升雨水资源化利用的效率。日本、美国、德国等发达国家经过发展已相继形成各自的雨水控制利用标准体系，美国宾夕法尼亚州、佛罗里达州和科罗拉多州分别制定了《雨水利用条例》，并做出强制规定：所有新开发区必须就地滞洪蓄水，开发后雨洪流量不得超过开发前的水平。德国于1989年颁布了《雨水利用设施标准》，标志着德国雨水利用技术的成熟，1992年开发了“第二代”雨水利用技术，在21世纪初形成了“第三代”雨水利用技术及相关标准。1992年日本颁布了“第二代城市下水总体规划”，对于新建和改建的大型公共建筑群要求其必须设置雨水就近下渗设施。

我国目前缺乏关于雨水收集回用的技术导则，仅有《北京市水资源管理条例（1991）》和《关于加强建设工程用地内雨水资源利用的暂行规定（2003）》两部地方性的水资源利用条例，其内容比较简单，无法有效指导实际工作。因此，为有效开展城市雨水资源化利用工作，西安市需要充分借鉴国内外相关规范制定的先进经验，结合地区自然条件、水文环境、土壤特征及降雨类型编制相应的技术规范、法律法规等指导性文件，做好顶层设计，为雨水资源化利用的推广与实施奠定基础。

2.2 加强雨水资源化利用的宣传

我国在秦汉时期就有关于修建池塘对雨水进行集蓄利用的相关记录，西北地区修筑水窖用于雨水贮存也有几百年的历史，但在城市中对雨水进行资源化利用起步较晚，直到21世纪初，各主要城市才开始重视雨水资源化利用。在西安市水资源日益紧张，城市内涝频发，地下水位严重下降的背景下，加强城市雨水资源化利用对城市经济发展重要性的宣传，将其放在战略的高度来重视，改变人们传统的“雨水排放在前，利用在后”的用水观念，把雨水作为城市新水源加以集蓄利用具有重要的现实意义。

2.3 有效利用雨水资源化技术

“海绵城市”的技术核心为“渗、滞、蓄、净、用、排”。建设海绵城市为雨水的资源化利用提供了一种新思路，2016年西安市政府出台了《西安市海绵城市建设实施方案》，方案确定西安市海绵城市建设的近期、中期和远期目标，在“十三五”期间，西安市20%以上的建成区实现对70%的降雨就地消纳和利用，到2030年城市建成区的80%以上面积要达到对降雨的就地消纳利用。结合西安市海绵城市建设的相关要求，因地制宜，有效利用雨水资源化技术改善西安市供需用水矛盾。

2.3.1 道路雨水利用

城市道路主要包括机动车道和非机动车道两种，目前，西安市机动车道多采用混凝土或沥青等不透水路面，雨水降落至路面很快以径流的形式先排至市政管网，再排至附近的自然水体。一方面，短时间内雨水径流量大大增加，当超过市政雨水管网排放能力时，造成城市区域内涝，另一方面，降雨初期雨水中包含大量的悬浮固体、重金属、COD等污染物，不进行处理直接排放，会引起自然水体的污染。另外，不加利用直接排放会造成雨水资源的白白浪费。从满足城市雨洪控制和雨水资源利用出发，可将雨水通过雨水口引入设置在机动车道之间及机动车道和非机动车道之间的下凹式绿地，如图1所示。绿地可对雨水就地消纳、下渗，同时可在绿地中铺设碎石，分路段在绿化带下修建蓄水池进行雨水收集。

图1 下凹式绿地

非机动车道可采用含有很大比例连通孔隙的混凝土制品进行透水铺装。为满足雨水资源化利用要求，透水路面的强度应大于30MP，保证降雨在1 mm/s的情况下随降随渗，地面不会产生积水，过滤层采用粗沙，主要对雨水进行初步净化。粗砂下面铺设碎石层，可对雨水进行短时贮存，防止雨水在土壤中下渗不及时产生积水现象。当降雨较大时，透水路面中碎石层产生雨水积蓄不能迅速下渗土壤，可在其中设置排水管道，将排水管道末端与蓄水池或雨水管相连，尽快排除碎石层中积水，确保路面不积水。通过透水铺装可有效减少雨水径流，补充地下水，同时通过垫层收集系统下渗雨水，减轻城市雨水排水系统的压力。

2.3.2 雨水花园

雨水花园由土壤、砂石、植物等自然要素和相关景观建造技术构建，能够用于暴雨管理，是一种具有良好景观效果的生物滞留系统，在减轻城市化进程对水文和水质的负面影响上具有积极意义。在海绵城市中，雨水花园常用于收集屋面与道路的雨水，雨水在其中经过植物根系的拦截作用，沙土的过滤作用而被净化，随后可充当中水用于洗车、冲厕或洒扫道路，或直接补充地下水。道路中的雨水流入雨水花园后，能够被花园中的自然景观吸收、减速、滞留、净化并下渗，从而水量被削弱。其设计形式根据规模大小有种植池、雨水种植沟、路牙扩展池和雨水渗透园等。文献对西安市雨水花园的蓄渗能力进行实际观测并通过理论分析，发现雨水花园结合城市景观设计建造可显著增加雨水的下渗，削减雨洪径流量，补充地下水资源，有效缓解城市雨洪造成的排泄压力，同时可净化雨水水质，改善城市生态环境。雨水花园可有效去除悬浮物、化学需氧量、氮和磷。

2.3.3 屋面雨水的利用

降落到屋面的雨水可通过集蓄系统和绿色屋顶两种方式加以利用。城市中每幢建筑屋面都可对雨水进行收集利用，根据《西安市城市总体规划》（2004～2020）西安市主城区居住建设屋面可达到189万m2，按照60%的屋面可以收集雨水，结合西安市的年平均降雨量，由此可见西安城区建筑屋面可收集利用的雨水量相当可观。屋面雨水集蓄系统，是将降落到屋面的雨水汇集，经过雨落管流入沙砾层，进行简单过滤后，沿输水管进入地下蓄水池。在蓄水池中可添加混凝剂，去除水中的悬浮固体、胶体等物质，蓄水池一方面可起到蓄水作用，另一方面具有沉淀的作用。再通过压力泵提升到压力滤池中，经简单过滤后添加消毒剂进行消毒。最后利用中水管网将处理过的雨水冲洗卫生器具、洗车、消防、绿化，洒扫路面，补充景观用水。

在屋顶种植绿色植物不仅能削减雨水径流量、改善生态环境、拓展城市绿色空间，净化水质，同时弱化热岛效应、改善大气环境质量、提高屋顶的隔热效果，还可作为雨水集蓄利用和渗透的预处理技术。西安市位于暖温带半湿润的季风气候区，四季分明，雨量适中，但降雨季节性变化较大，一般集中在5-10月，占全年降雨量的78%。根据西安市的降雨特点，绿色屋顶应当综合考虑雨季和旱季的雨水资源利用。旱季时短时降雨可通过草坪型绿化屋面进行截留下渗，暴雨时可同时结合雨水集蓄系统收集回用。

3 结论

文章通过对西安市水资源利用现状及雨水利用的必要性进行分析，认为雨水是解决城市供需用水矛盾、水污染严重的有效措施之一。从雨水利用相关制度建立及完善、宣传力度、利用技术三个方面对雨水资源化进行了分析。

从目前城市发展面临的水资源短缺问题出发，雨水利用具有广阔的应用前景，将吸引大量资本投入，形成新的产业发展。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020）》已将城市雨水利用纳入可持续发展战略，未来加强雨水资源化利用，应加强雨水利用与其他学科的联合交叉，从城市规划开始，从雨水利用相关技术规范的制定开始，将雨水的回用考虑在内，在设计过程中综合园林、城市管网、景观生态等，真正实现雨水的可持续发展。