水资源问题目前已经成为世界各国日益关注的课题。近年来,许多国家年度降水量波动幅度越来越大,受地域和气候影响水资源分布也极不均匀。如何让有限的降水得到充分利用成为这些国家积极讨论的话题。 新加坡 雨水收集节省4%的地下水使用量 新加坡的土地资源十分有限,人们对水的需求量不断上升,该国正在创新水资源的获得方法。新加坡人口大约有86%居住在高层建筑上,他们安装轻型屋顶作为集水区,把收集的雨水保存在屋顶上单独的水箱内,用于非饮用目的。新加坡最近的一项研究,是对面积约7.42平方千米的城镇住宅进行模型模拟,以确定屋顶水箱最佳的储水量,要考虑的因素包括非饮用水的需求量、15分钟时间间隔的实际降雨量等。这项研究表明,该区域使用雨水收集系统能够节省4%的地下水使用量,对于保护地下水和防止地面下沉有很多好处。考虑能源消耗和投资延迟等因素,对屋顶雨水收集进行成本效益计算发现,水资源成本由以前的每立方米1.17美元变为现在的每立方米0.96美元。 新加坡樟宜机场的雨水收集利用系统,将飞机跑道及其周围绿地的降雨径流导入两个池塘中,其中一个池塘用于平衡同时发生的较大径流和潮汐入流,另一个池塘用于收集径流。池塘的蓄水主要用于非饮用目的,例如消防演习和冲厕等。这种收集和处理的水占总用水量的28%至33%,每年能节省约31万美元的消费开支。 日本东京 建成750处雨水收集利用系统 日本东京政府鼓励雨水集蓄利用,以减轻紧急情况下的水资源短缺、洪水控制压力,确保用水安全。 1985年在墨田区建成的相扑摔跤竞技场是著名的大规模雨水利用设施。这个竞技场里的建筑物的屋顶是雨水利用系统的集水面,集水面积达8400平方米。收集的雨水被导入一个1000立方米的地下存储罐中,用于冲洗厕所和清洗空调。 在社区层面,一个被称为“Rojison”的简单和独特的雨水收集利用设施,已在东京向岛地区的居民住宅屋顶普遍推广开来,所收集的雨水被用于浇花、消防和紧急情况下的饮用。 截至目前,东京大约有750处私人和公共建筑物安装了雨水收集和利用系统。 德国柏林 58%的雨水在源头保留

位于欧洲中部的德国,地势北低南高,年降水量800毫米,年内年际分布都比较均匀。德国河流众多,水资源丰沛,虽不存在水资源短缺问题,但为了维持良好的生态与环境,德国政府不仅制定了严格的法律和法规,要求对污水进行治理,同时还要求对雨水进行收集利用,并投入了大量的人力物力开展雨水利用的研究与应用。

雨水的收集和利用并非是新鲜事,我国早在秦汉时期就有修建池塘拦蓄雨水用于生活的记录,而西北地区水窖的修筑已有几百年的历史。国外收集利用雨水的记录也不乏其例。而真正现代意义上的雨水收集利用尤其是城市雨水的收集利用是从20世纪80年代到90年代约20年时间里发展起来。随着城市化的进一步加速,城市缺水的矛盾也进一步加深,环境与生态问题也同步扩展。为了解决缺水、环境、生态等一联串的矛盾,人们把注意力放到雨水的收集和利用。这一课题正好是解决了缺水、环境、生态这一联串的问题。国外对这一课题的研究起步较早,国内城市收集利用雨水起步较早的首推北京,而上海在收集利用雨水的问题上并没有引起足够的重视,原因是上海尽管水的质量不好但并不缺水。然而雨水的收集和利用解决的并不仅仅是水的问题,它还可以减轻诸如上海地区日显巨大的自来水的供水压力、路面积水等问题。对水土流失、河水污染等问题也有一定的缓解作用。

德国柏林的雨水收集设施 在德国柏林,雨水利用系统是在1998年10月大规模的市区重建中产生的,当时,最大的一处是波茨坦广场。波茨坦广场的19幢楼房的屋顶均装有雨水收集设施,屋顶总面积大约有32000平方米,收集的雨水被存储在一个3500立方米的地下室水箱内,用于冲厕、浇灌绿地和人造池塘补水。

德国在20世纪80年代末,就把雨水的管理与利用列为90年代污染控制的三大课题之一,修建了大量的雨水池用于截留、处理或利用天然地形以及人工设施渗透雨水。目前,已形成了比较成熟和完整的雨水收集、处理、控制和渗透技术以及配套的法规体系,成为国际上雨水资源利用技术最为先进的国家之一。

一、为什么要收集利用雨水

法规支持和政策导向是德国雨水利用成功的关键

为了回答这个问题,笔者收集了一组南桥地区的有关数据:

德国联邦水法、建设法规和地区法规都以法律条文或规定的形式,要求加强对自然环境的保护和水资源的可持续利用。联邦水法的政策导向为:优化生态与环境,保持生态平衡。这为各州的法规建设确立了基本依据。在这种背景下,建设规划导则规定,在建设项目的用地规划中,要保障雨水下渗用地,并通过法规进一步落实。各州的具体落实方式不同,但在其法规中都规定,除了特定情况外,降雨不能排放到公共管网中;新建项目的业主必须对雨水进行处置和利用。

2004年南桥地区的高峰用水量为13万吨/日,而目前第三水厂的制水能力为10万吨/日,由于输水管道的管经达不到要求,实际输水能力仅为8.5万吨/日左右。为了添补用水高峰的缺口,不得不启用老水厂救急。在这本来就很紧张的用水环境中,又增加了绿化用水10万吨/月,道路冲洗用水7万吨/月。(洗车用水还没统计在内)。

1988年,德国汉堡最早颁布了对建筑物雨水利用系统的资助政策,在后来的7年时间里,先后有1500多个私有住宅的雨水利用系统得到州政府的资助。1992年,黑森州开始征收地下水税,并籍此资助包括雨水利用在内的节水项目。1993年又颁布了新的建筑法规,给市政当局或地方团体权利来强制性地推行雨水利用。这些工作标志着城市规划与建设的一个新纪元。到了20世纪90年代后期,又有一些州或市政府出台了对雨水利用的资助和鼓励政策。这些有关的法律法规及政策导向有利地促进了德国城市雨水利用技术的推广与应用。

从中不难看出,南桥地区的自来水供应已难以同步跟上城市化发展的步伐。

目前,城市雨水利用在德国已逐步进入到标准化和产业化阶段。1989年,德国出台了雨水利用设施标准(DIN1989),对住宅区、商业区和工业部门雨水利用设施的设计、施工和运行管理,过滤、储存、控制与监测4个方面制定了相应的标准。1992年,德国出现了“第二代”雨水利用技术。又经过10余年的发展与完善,到今天的“第三代”雨水利用技术,新的标准也逐步成形。

城市的浇灌绿化、冲洗马路等公益用水及洗车等新兴的用水行业又进一步加重了自来水供应的负担。可是每年的暴雨季节,泛滥的雨水又给城市排水造成了极大的困难。而雨水的收集和利用正好解决了这一给城市建设带来的两大难题。

UEDBET西甲赫塔菲 ,德国的城市雨水利用技术

雨水的收集和利用可以为我们带来许多的好处,我们可以把收集来的雨水用于日常生活,如洗衣洗车、冲洗厕所。当然浇灌绿化、冲洗马路、消防灭火等等更是雨水利用的大户。

德国到本世纪初已形成了“第三代”雨水利用技术。其基本特征体现在设备的集成化,从屋顶雨水的收集、截污、贮存、过滤、回用到控制都有一系列的定型产品和组装式成套设备,各项雨水资源化技术均达到了世界领先水平。

雨水的收集和利用还可以减少城市街道雨水径流量,减轻城市排水的压力,同时有效降低雨污合流,减轻污水处理的压力。

从降雨径流收集技术来看,德国有关法律都规定受到污染的降雨径流必须经过处理达标后方可排放。实际操作中一般将来自不同区域的降雨径流分别收集,对来自屋顶的径流,不经处理或稍加处理即直接用于冲洗厕所、灌溉绿地或用于景观补水等;而对于来自机动车道等区域上的径流,则要处理达标后方可排放。

有此可见,我们有必要把雨水收集起来并加以利用。

从降雨径流传输与贮存技术来看,德国传输径流主要有地下管道和地表明沟两种形式,其中地下雨水管线不仅要考虑雨水传输,同时还要考虑储存雨水和减缓洪峰的功能;地表明沟则既考虑了雨水传输的功能,也考虑了对构造城市景观的作用,通常是将其模拟为蜿蜒曲折的天然河道。降雨径流的贮存形式,家庭中一般采用预制混凝土或塑料蓄水池;居民区一般采用人工湖或构造水景观,或者通过绿地、花园或人工湿地增加雨水入渗。总之,德国将雨水的传输储存与城市景观建设与环境改善融为一体,既有效地利用了雨水资源、减轻了污水处理厂对雨水处理的压力,又有效地改善了城市景观。

二、收集雨水的可行性分析

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雨水收集和利用的目的明确了,接下来我们就要分析本地区能不能收集雨水?为了研讨这个问题,笔者又收集了这样一组南桥地区的有关数据:

据奉贤水文站40年的实测雨量统计,南桥地区常年平均雨量为1111.6毫米,每年的4—9月的平均雨量都在100毫米以上。

第二种雨水利用的典型区域是城市居民小区。生态小区雨水利用系统是1990年代开始在德国兴起的一种综合性雨水利用技术。该技术利用生态学、工程学、经济学原理,通过人工设计,依赖水生植物系统或土壤的自然净化作用,将雨水利用与景观设计相结合,从而实现人类社会与生态、环境的和谐与统一。其具体做法和规模依据小区特点而不同,一般包括屋顶花园、水景、渗透、中水回用等。此外,一些小区开发出集太阳能、风能和雨水利用水景观于一体的花园式生态建筑。其中一个典型的例子是曼海姆Wallstadt居民小区。Wallstadt居民小区的雨水通过具有一定造型的地面宽浅式沟道流入明渠。明渠模仿天然河流修建,局部地段建有涌泉或造型建筑物,渠边种植水生植物。明渠底部采用防渗处理,以保持稳定的水面,若水量过大,会自动溢过防渗层补给地下水。

雨水充沛是本地一个显著的气候特征,这是我们能不能收集雨水的一个先决条件。此外,我们要考虑的第二个问题是,到那里去收集雨水?这是一个很简单的问题。屋顶是一个最好雨水收集点,马路、广场、操场、绿地等等都是收集雨水的好地方。由此可见,本地区有足够的雨水,有足够的雨水收集场所,收集雨水是可行的。

家庭房屋雨水利用

国外已有许多雨水收集利用的成功范例。

从降雨径流过滤、控制与处理技术来看,为了除去降雨径流中的杂质,德国研究开发了不同种类的径流过滤器。分散式过滤器一般体积较小,安装于房屋的漏雨管下端;集中式过滤器体积较大,用于将来自不同区域的径流汇集到一起进行集中过滤。为了达到更为理想的降雨径流水质处理效果,德国还研制开发了不同的径流控制设备。

日本最早实施"雨水利用"工程。东京都墨田区把降到各家屋顶的雨水通过导水管收集到水箱中,然后用于冲厕所、浇庭园和洗车等。这项和居民合作来普及雨水利用的工程,获得了国际环境自治团休协商会的第一届环境奖。目前,越来越多的日本地方政府响应在首都中心建立"微型水库"的号召,对些项费用提供补助,已先后在国技馆、日本电视台和上智大学图书馆等1000多个场所建立了微型水库。这对防止排水不及而造成的城市道路积水也起到了有益的作用。

德国城市雨水利用的典型案例

德国Ludwigshafen已经运行十年的公共汽车洗车工程利用1000㎡屋面雨水作为主要的冲洗水源;法兰克福Possmann苹果轧汁厂将绿色屋面雨水作为冷却循环水源等等

最基本的雨水利用单元是居民住宅。德国居民住房多为单门独户,其雨水利用也较为方便。家庭雨水利用的一般模式是首先将屋顶雨水通过雨漏管进行收集处理,然后通过分散或集中式过滤除去径流中的颗粒污染物,再将过滤后的雨水引入蓄水池贮蓄,最后通过水泵输送至用水单元,一般多用于冲洗厕所或灌溉绿地等。此外,家庭屋顶花园雨水利用系统也比较普遍,它是削减城市暴雨径流量、控制非点源污染和美化城市的重要途径之一,也可以作为雨水集蓄利用的预处理设施。

特别是1992年建于柏林市的某小区雨水收集利用工程,将160栋建筑物的屋顶雨水通过收集系统进入三个容积为650立方米的贮水池中,主要用于浇灌,将溢流雨水和绿地、步行道汇集的雨水进入一个仿自然水道,水道用砂和碎石铺设,并种有多种植物。之后进入一个面积为1000㎡、容积为1500立方米的水塘。水塘中以芦苇为主的多种水生植物,同时利用太阳能和风能使雨水在水道和水塘间循环,连续净化,保持水塘内水清见底,形成植物鱼类等生物共存的生态系统。遇暴雨时多余的水通过渗透系统回灌地下,整个小区基本实现雨水零排放。

第三种城市雨水利用的典型对象是大面积商业开发区。德国有关法律不但规定受到污染的降雨径流必须经过处理达标后排放,而且规定新建开发区必须考虑雨水利用系统。因此,开发商在进行开发区规划建设时,均将雨水利用作为重要内容考虑,尤其在大面积商业开发区建设时,一般开发商都结合开发区雨情水情,因地制宜,将雨水利用系统作为开发区建设的重要组成部分。柏林的坡斯坦广场就是一个成功的范例。坡斯坦广场是东西德统一后开发兴建的欧洲最大的商业区,总投资约为80亿德国马克。由于柏林市地下水位埋深较浅,要求商业区建成后既不能增大地下水补给量,也不能增加雨水排放量。为此,开发商对雨水利用采用了如下方案:对适宜建设绿地的屋顶全部建成绿色屋顶,利用绿地的滞蓄作用滞蓄雨水,一方面延缓径流的产生,起到防洪作用,另一方面增加雨水的蒸发,起到增加空气湿度、改善环境的作用;对不宜建设绿地的屋顶,将屋顶雨水通过雨漏管并经过滤后引入地面蓄水池,构造水景观。

柏林Potsdamer广场Daimlerchrysler区域城市水体工程也是雨水生态系统成功范例。该区域年产雨水径流量2.3万立方米。采取的主要措施:建有绿色屋顶4ha;雨水贮存池3500立方米,主要用于冲厕和浇灌绿地;建有人工湖12ha,人工湿地1900㎡,雨水先收集进入贮存池,在贮存池中,较大颗粒的污染物经沉淀去除,然后用泵将水送至人工湿地和人工水体。通过水体基层、水生植物和微生物等进一步净化雨水。此外,还建有自动控制系统,对磷、氮等主要水质指标进行连续监测和控制。使该水系统达到一种良性循环,野鸭、水鸟、鱼类等动植物依水栖息,使建筑、生物、水等元素达到自然的和谐与统一。

“洼地——渗渠系统”和道路雨水利用

三、怎么样收集利用雨水

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收集雨水首先要有一个集水面,再配一套输水管,最后是蓄水池。收集雨水的系统并不复杂,投入最大的是蓄水池,其次是输水管。就目前的条件而言,收集屋顶的雨水,集水面也有,输水管也有,缺的只是蓄水池。而建蓄水池也并不是一件很复杂的事,只要在每栋房前的花园或绿地底下建一个蓄水池,上面留一供取水和清扫池底垃圾的口,顶上复盖土并种上绿化。这样的蓄水池还可以和人防建筑相结合,一方面满足了人防的建设指标,另一方面又增加了一条收集利用雨水的投资渠道。

近年来,“洼地——渗渠系统”这种新的雨水处理系统在德国开始流行。该系统包括各个就地设置的洼地、渗渠等组成部分,这些部分与带有孔洞的排水管道连接,形成一个分散的雨水处理系统。通过雨水在低洼草地中短期储存和在渗渠中的长期储存,保证尽可能多的雨水得以下渗。该系统代表了一种新的排水系统设计理念,即“径流零增长”,这个理念的目标是使城市范围内的水量平衡尽量接近城市化之前的降雨径流状况。系统的优点在于不仅大大减少了因城市化而增加的雨洪暴雨径流,延缓了雨洪汇流时间,对防灾减灾起到了重要的作用,同时由于及时补充了地下水,可以防止地面沉降,使城市水文生态系统形成良性循环。

高速公路同样也是一个收集利用雨水的好场所。我区现有的两条高速公路就是一个很好的实例。

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现有的高速公路路幅为24米,A4高速公路全长为23832米,集水面积为857952平方米。A30高速公路全长为39612米,集水面积为950688平方米。两路共计集水面积为1808640平方米。以六月份0.154米的平均雨量为参考数据,两条高速公路的集水量可达278530.56立方米。考虑到路面收集雨水的损耗,以85%计,两条高速公路可收集到雨水还有236750.976立方米。换言之,就一个月两条高速公路可收集到雨水23.6750万吨。

此外,德国的道路雨水利用也很普遍。与屋顶雨水利用不同,道路雨水主要排入下水道或渗透补充地下水。在德国,城市街道雨水入口多设有截污挂篮,以拦截雨水径流携带的污染物。由于机动车道的降雨径流含有较高浓度的污染物质,必须经过处理后方可排放,因此,德国沿机动车道均建有径流收集系统,将所收集到的径流直接送至污水处理厂处理,高速公路所收集径流则要进入沿路修建的处理系统处理后才能排放。

只要在高速公路的边上每隔一定的距离建一蓄水池,再把各个蓄水池串联起来,把一个个分散的小蓄水池变成一个统一的蓄水系统,结合高速公路的绿化带的用水,这样就可以方便的收集和取用雨水。

城市雨水利用带给我们的启示

四、雨水利用的水质控制

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用以上方法收集来的雨水并非是纯净的水。雨水水质控制是现代城市雨水利用不可忽视的问题。影响雨水质量的原因主要有这么几个方面:

城市雨水利用

一是由于大气的污染,直接由降水带来的污染物。城市的大气污染日趋严重,致使雨水水质下降,不少城市出现酸雨。从部分城市降雨水质分析结果看,天然雨水中含有的污染成分为SS、COD、硫化物,氮氧化物等,但浓度相对较低。

城市雨水的利用是一个方兴未艾的广阔领域,它涉及到城市雨水资源的科学管理、雨水径流的污染控制、城市居民小区的合理设计及其环境建设等方面,是一项涉及面很广的系统工程。21世纪无论是发达国家还是发展中国家,很多地区都面临着淡水资源紧缺的问题。作为解决水资源短缺问题的途径之一,城市雨水资源的利用必须得到足够的重视,必须改变单纯排放雨水的观念,限制雨水直接排放与流失。雨水是一种优质的自然资源,收集和使用方便,污染少,处理简单,用于城市和生活,可以有效缓解城市生活供水不足的矛盾。雨水利用是一项典型的生态保护技术,对于水资源的优化配置,促进经济社会的可持续发展具有十分积极的意义,需要多学科、跨部门联合攻关、共同研究。

其次是屋面材料的影响和在非降雨期屋面上积累的大气沉降物。

安徽雨水回收利用系统 

路面雨水径流水质和影响因素相对其他方面的污染要复杂的多。路面材料、汽车排泄物,生活垃圾、裸露或植被地带冲出的泥沙等等,其成分复杂,随机性很大。主要污染成分有COD、SS、油类、表面活性剂、重金属及其它无机盐类。COD、SS均可能高达数千毫克/升。

为了有效控制雨水的水质,我们就必须采取一些措施,如;路面雨水截污装置、初期雨水弃流装置等等。

为了控制路面带来的树叶、垃圾、油类和悬浮固体等污染物,可以在雨水口和雨水井设置截污挂篮和专用编织袋等,或设计专门的浮渣隔离、沉淀截污井。

也可设计绿地缓冲带来截留净化路面径流污染物,但必须考虑对地下水的潜在威胁,限用于污染较轻的径流,如生活小区、公园的路面雨水。

设计特殊装置分离污染较重的初期径流,保护后续渗透设施和收集利用系统的正常运行。

那意气风发课题刚好是消除了缺水、意况、生态那大器晚成联串的主题素材,德国秘Luli马最先发表了对建筑冬至利用系统的接济政策。除了上述源头控制措施外,还可以在径流的输送途中或终端采用雨水滞留沉淀、过滤、吸附、稳定塘及人工湿地等处理技术。需要注意雨水的水质特性,如颗粒分布与沉淀性能、水质与流量的变化、污染物种类和含量等。

我国对城市雨水水质特性和相应的处理技术的研究尚处于初级阶段,没有相应的技术规范和要求。随着城市雨水利用技术的推广和城市非点源污染控制的开展,雨水的净化处理也将受到越来越多的重视。

现代城市雨水利用是一项涉及多学科的、复杂的系统工程,在选择雨水利用系统方案时,要特别注意地域及现场各种条件的差异。即使在同一个城市,由于项目间各种因素和条件的不同,宜采用的方案也可能完全不同,切勿生搬硬套。

规划设计要根据现场的气候及降雨、水文地质、水环境、水资源、雨水水质、给水排水系统、建筑、园林道路、地形地貌、高程、水景、地下构筑物和总体规划等各种条件,充分考虑收集利用和各种渗透设施的优缺点及适用条件,通过水量平衡、水力计算和技术经济分析来确定方案,力求最佳效果。