雨水利用系统及国家经验详解

雨水利用指把雨水及其产生的地表径流拦蓄、收集起来,或者直接用于农村灌溉、人畜饮用或城市用水,或者通过增大土壤入渗措施增加土壤水、地下水资源来间接利用。

雨水直接利用系统包括雨水收集系统、蓄水系统、处理系统和供水系统。

雨水收集系统:需要有一定面积的集雨面,集雨面的入渗能力应很小,以尽可能增加收集的水量。城市不透水的屋顶、街面是很好的集雨面。农村的屋顶、硬化的院场可以作为集雨面。一些软地面可以通过铺设塑料薄膜等措施来建成集雨面。

雨水利用的蓄水系统:在干旱农村,经常挖旱井或修水窖来蓄水;在城市里,可以利用蓄洪池塘、地下水池等设施来蓄水。

雨水利用的处理系统:可以根据不同用水的不同水质要求,对水进行不同程度的处理。对于灌溉和城市环卫用水,只要经过简单的沉淀、过滤,就可以利用。对于人畜用水,则还需要进行杀菌等处理。

雨水利用的供水系统:指把从雨水蓄积系统中取出水,供给用户利用的系统。

雨水间接利用系统由各种增加雨水入渗的措施组成。例如水土保持中常用的水平沟、鱼鳞坑,平原地区用的增渗沟、地下水回灌井,城市地区用的透水路面等。

雨水利用古已有之,如北京市北海公园团城的雨水利用,见案例2-1。但把雨水作为供水的一个正式水源,还是现代的事情。尤其是发达国家雨水利用做的较早。从1970年以来,雨水资源利用技术应用从孤立小块地区迅速发展到世界各地。20世纪80年代初期,国际雨水收集系统协会(IRCSA)应运而生。

日本是各项雨水利用技术处于世界领先水平的国家。日本是个水资源比较缺乏的国家,目前全国水资源利用率已达到20%左右,新辟水源所需的投入越来越大。为此,日本政府除了采取开源措施和提高水的利用率、鼓励全社会利用循环水外,还十分重视对雨水的利用。日本早在1963年就开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池,还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。1980年日本建设省就开始推行雨水贮留渗透计划。采用雨水贮留渗透计划,可以有效地补充涵养地下水,复活泉水,恢复河川基流,改善环境生态条件。日本实施的雨水贮留渗透计划得到民间和企业的支持。1988年成立的“日本雨水贮留渗透技术协会”就吸引了84家包括清水、住友、西武、大成、东急、日产、三井和三菱等著名建筑及其他株式会社参加。日本于1992年颁布了“第二代城市下水总体规划”,正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。精于经营的日本商人发现,水在阿拉伯国家是贵重的商品,便着手向阿拉伯国家出口雨水,这标志着雨水利用已经在日本显示出独特的价值。第一个向日本购买雨水的国家是阿拉伯联合酋长国,该国每年的雨水进口量大约为2000万m3,主要用于农作物灌溉。对于阿拉伯国家来说,进口雨水比淡化海水所花费用要低得多。此外,日本还在积极扩大对其他阿拉伯国家的雨水出口。

案例2-1:(www.xing528.com)

北京北海公园团城雨水利用

我国北京市北海公园内的团城是古代城市雨水利用工程的一个典范。团城是一个孤立、封闭的单元,地面高出北海湖水水面5.64m。地面由青砖铺装,但城内众多的古树却生长了几百年,最大树龄已高达800余年,仍枝繁叶茂。究其原因关键是城内具有独特的雨水排放利用系统。团城总面积5760m2,按北京地区多年平均年降水量为595mm计算,每年可得到天然降水量3427m3。除去无法控制的蒸发损失外,如何利用剩余的雨水量来满足古树生长的需要,古人做了周密的考虑。

(1)北京其他古建筑(如故宫、正阳门箭楼、鼓楼、长城及北海白塔等)都设有地面排水明沟和在城墙上设置泄水石槽(吐水嘴),但团城不设排水明沟和泄水石槽,说明古人在建筑团城时就已有意将降水尽量留在城内。

(2)团城除建筑物、古树占去部分地面外,其余地面均由青砖铺筑而成。按形式和功能,青砖铺筑地面又分为两种:小部分由方砖(尺寸40cm×40cm)和条砖铺成甬道,宽1.35m和2.20m,不渗水,供人行走;其余部分由梯形青砖铺成,铺装时大面朝上、小面朝下,砖与砖之间留有空隙,且不用灰浆勾缝用于拦蓄雨水并入渗补给砖下土壤水。

(3)城内地下有一排用青砖砌成的水廊道,绕城布置,地面多余雨水通过9个雨箅子汇集到排水廊道。排水廊道也用青砖砌成,在水量较小时,水会通过青砖慢慢渗入到廊道周围土壤。经试验,廊道周围土壤的渗透系数为1.23×10-5cm/s。在水量较大时,水会在城东南侧排出城外。

总之,团城地面采用铺装倒梯形青砖和设置地下排水廊道的做法,充分利用了天然降水,并为古树营造了适宜的生长环境。该技术历史悠久,思路精巧,是人类利用雨水的工程杰作,其作法非常值得借鉴。(王浩、杨爱民,2002)

德国利用公共雨水管收集雨水,从20世纪80年代后期开始。修建大量的雨水调节池来处理和利用雨水,经过简单的处理后,达到杂用水水质标准,便可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。德国还制订了一系列有关雨水利用的法律法规,如目前在新建小区之前,无论是工业、商业还是居民小区,均要设计雨水利用设施,若无雨水利用措施,政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。

英国拥有欧洲最大的建筑物内的水循环设施,也是比较著名的雨水利用设施。泰晤士河水公司为了研究不同规模的水循环方案,设计了英国2000年的展示建筑——世纪圆顶示范工程。在该建筑物内每天回收500m3水用以冲洗该建筑物内的厕所,其中100m3为从屋顶收集的雨水。

我国雨水利用从20世纪80年代末开始起步。甘肃省1988年率先在我国开展雨水集蓄利用技术研究。研究目标主要是为了解决农村饮水问题,同时兼顾庭院经济的发展。经过十几年的努力,现已累计建成各种蓄水窖253万眼,稳定解决了252万人的饮水困难,发展集雨节灌农业457万亩,在雨水利用方面积累了丰富的经验和技术,社会经济效益显著,引起国内外极大关注。2003年3月底,在日本京都召开的第三届世界水论坛会议上,甘肃省的“雨水利用行动”获得了特等奖。