水资源高效利用——城市雨水利用及湖泊水污染防治

赵鹏李雪平

【摘要】随着社会经济的发展，城市规模和数量迅速扩大，城市水资源问题也日益凸显，干旱缺水、洪涝灾害、水环境恶化已成为新世纪我国面临的三大水问题，并逐步深入地制约经济增长和社会的可持续发展。受城市化和城市热岛效应的影响，城市暴雨不能及时排出形成水患，城市初期雨水，成为城市受纳水体的主要污染源。与此同时，很多城市因为资源型缺水、水质型缺水和工程型缺水，而制约着城市的发展。城市雨水利用是指在城市范围内，有目的的采用各种措施对雨水资源的保护和利用，包括回用与渗透相结合，利用与洪涝控制、污染控制、生态环境改善相结合的综合利用。是从水文循环中获取为人类所用的一种水资源利用方式。作为开源和节流并举的一项措施，合理开展城市雨水利用是缓解城市水问题的重要举措，具有节水、防洪和生态环境三方面的效益。

【关键词】城市雨水利用；LID理念；湖泊水体污染防止；雨水径流污染

【中图分类号】X70【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）10-0188-03

1.城市雨水利用的概念和发展探索

城镇化和经济的高速发展，我国水资源不足、内涝频发和城市生态安全等问题日益突出，城市雨水利用逐渐受到关注。城市雨水利用有狭义和广义之分。狭义的城市雨水利用主要指对城市汇水面产生的径流进行收集、调蓄和净化后的直接利用。如对学校、广场、建筑物屋面、小区、道路等一定区域内的雨水进行收集、调蓄后回用于绿化灌溉或洗车、冲厕等。这种利用技术较易掌握，是城市雨水利用研究初期应用广泛的利用方式，对改善区域环境、缓解城市用水紧张能够产生一定的效果。广义的城市雨水利用是指在城市范围内，有目的的采用各种措施对雨水资源的保护和利用，包括收集、调蓄和净化后回用的直接利用；也包括利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或洼地使雨水渗透补充地下水资源的间接利用；还包括回用与渗透相结合，利用与洪涝控制、污染控制、生态环境改善相结合的综合利用。本文所关注的城市雨水利用侧重于雨水的间接利用和综合利用。雨水间接利用是指通过雨水渗透设施把雨水转化为土壤水，其设施主要有地面渗透、埋地渗透管渠和渗透池等。目前由于城市大面积地面硬化雨水难以渗入地下补充地下水，导致城市水环境的恶化和城市地面局部下陷。城市可收集雨水资源由于其水质较好、处理成本低廉等成为回灌地下水和补充城市湖泊水体的最佳选择。

国内最早开展城市雨水利用研究与示范的城市，如北京、上海等，在城市雨水利用方面经历了从探索阶段、研究与示范阶段、技术集成示范与推广与应用阶段、以及完善政策，加强推广和全面管理雨水的四个阶段。经过多年的科研、工程示范建设等，虽也取得了一定的成就，但对中心城区整体暴雨径流的控制效果还很微弱，主要存在的问题有：一方面是在工程技术措施上，城市雨水利用工程建设基本处于无序或半无序状态，工程规模小而分散，缺乏城市的统一规划和较为经济实用的用水利用推广技术，难以发挥雨水利用的初衷。另一方面更多的是管理理念等非工程措施上的，缺乏雨水利用工程的投融资、审批、建设、运维、管理的政策细节，大多城市在市政排水、防汛、用水利用三方面的职能相互割裂、互不关联，导致雨水利用系统处于被动和应急管理，没能形成高效管理系统和积极的应对理念。

参考国内外的一些先进经验等，顺应节能环保和可持续发展的趋势，针对城市雨水利用，我们积极响应国际上普遍倡导的LID理念。LID即LowImpactDevelopment低影响开发(雨水利用理念），由美国最早提出，其强调在水资源日益紧缺的今天，雨水首先是一种应该就近自然回用于城市下垫面的水资源，不能随城市现代化建设项目的开发而任意直接排放，要求在汇水面源头尽量保持场地原有的自然水文功能，积极缓解大量不透水面积带来的不利影响。与利用管渠排放的传统雨水收集排放系统不同，LID理念不仅强调在技术上采用小型、分散、低成本、且具有景观功能的措施控制雨水径流总量和污染物水平，还强调在规划设计阶段--项目实施阶段的源头就要系统地考虑应用低影响开发理念和措施，减少雨水径流排放，以实现维持场地原有水文条件的总体目标。

与LID理念同时得以认可和退管应用的还有GSI理念，即GreenStormwaterInfrastructure绿色雨水基础设施，是采用诸如林荫街道、湿地、公园、林地和自然植被区等开放空间和自然区域组成的相互关联的自然网络，能够以自然的方式控制雨水径流、减少城市洪涝灾害、控制径流污染、保护水环境。

2.城市雨水高效利用的作用和具体形式

在我国水资源的匮乏已是不争的现实，我国是目前全球13个人均水资源最贫乏的国家之一，人均水资源占有量仅为2100立方米左右，约为世界平均水平的四分之一，面对如此困境，首都曾通过跨区域调水工程调节水资源的分布，以及通过流域、湖泊水体的治理缓解水资源质量的恶化。但与此同时，对于水资源的利用效率却始终没有得到公众足够的关心。正如“能效”（能源效率）一词，是被作为衡量经济发展质量的一项重要指标。水作为一种日益宝贵的自然资源，它的利用效率，即“水效”也日益成为一个行业热词。相比于跨区域调水和海水淡化等引水用水方式，通过“自然生态”的方法实现雨水的净化利用，统筹解决城市内涝、雨水资源化利用等问题，无疑是公认的水资源高效利用方式之一。

秉承海绵城市的建设理念，克服“重工程手段轻自然方法”的思维偏向，重视生态系统应有的吸纳、渗透、滞蓄、净化等功能。通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等技术手段实现城市雨水资源的高效利用，一方面可减轻城市排水压力，缓解城市内涝，增加可用水资源量，有利于缓解城市缺水现状；另一方面也可改善城市水环境，提升生态文明建设水平，是一种削减径流量、增加新水源、减轻污染和美化城市环境的综合生态治理技术。

根据LID/GSI理念，城市雨水利用方面的具体措施有：雨水花园或生物滞留设施、屋顶绿化（花园）、植草沟、渗透铺装、分散或集中式雨水调蓄利用、植被缓冲带、雨水截留、初期弃流装置、土壤修复、降低不透水铺装比列、雨水塘/湿地/景观水体/多功能调蓄等，不同场地的设计应利于整个流域的生态保护和后期维护，强调综合控制及响应配套管理措施。国内外大量实践已经证明，LID/GSI具有广泛的环境效益、经济效益和社会效益，是实现低碳、环保、节能、生态和可持续发展的一种新型、高效的雨洪控制利用理念和技术体系。

根据以上指导措施，雨水利用可通过收集、弃流、存储、净化和回用等一些列人工与自然相结合的方式将雨水回用于城市杂用，替代自来水用于景观绿化、洗车及冲厕等，缓解城市供水压力。更重要的是可通过各种自然生态的雨水下渗设施，直接对城市地下水源进行回补，以避免地下水源系统的用水失衡和城市局部路面沉降，同时涵养水源，提升城市气候环境质量和城市生态文明，保障城市的安全运行。

3.湖泊水体的径流污染防护

城市常用的雨水综合利用技术流程如下：

目前大部分城市雨水的末端出路主要为城市周边的受纳河湖水体，相比于城市周边河流，湖泊水体环境与雨水利用方面的研究更受关注。雨水资源作为城市湖泊水体的主要补给源之一，其水质也是影响湖泊水质的重要因素。雨水在降落的过程中，空气中的溶解型气体、悬浮状固体、重金属及细菌等均会融入其中，也即大气污染程度对降雨的水质有直接影响。同时，地表径流中携带的地表沉积物，如散落的城市垃圾碎屑、车辆排放物等也是雨水径流，特别是初期雨水的主要污染源。

经过初期弃流处理后的雨水，对于直接回用，处理工艺应以流程简便、经济适用为原则，多采用传统的物化处理法，出水一般作为城市杂用。而城市湖泊水体对雨水资源的利用，其水质防护的先决条件是通过自然的方式控制进入水体的径流污染源。同时，水体自身的生态修复也必不可少。控制径流污染源的常用做法即在雨水补给的湖泊沿岸设置植被浅沟与缓冲带。当雨水径流通过有截污作用的植被时，径流中的污染物由于过滤、渗透、生物吸收与降解的量和作用而被去除，同时生长的植被也降低了雨水的降速和流速，使径流中的颗粒物得以沉淀，达到雨水径流水质控制的目的。植被浅沟缓冲带对污染物的去除效果主要取决于径流雨水在过滤带内的停留时间、土质、植物类型及生长情况等。对于常年降雨较为均匀的点源型雨水径流，可在雨水进入水体的湖泊岸边，结合自然地形建设人工湿地系统。雨水利用湿地技术是模拟天然湿地的结构和功能，利用自然系统中的基质、水生植物和微生物之间物理、化学和生物的共同作用来实现过流雨水的净化。具体做法多为在一定长宽和地面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，在床体表面种植具有处理性能好、成活率高的水生植物（如芦苇、香蒲、美人蕉等）。径流雨水流过湿地设施时，在床体缝隙或床体表面缓慢流动的同时通过物化作用和生物联合作用达到对入流雨水的净化。

适当净化后的雨水在补给湖泊水体时，一方面通过水体交换，降低了水体在湖泊中的停留时间，提高了水体中营养盐的输出周转率，另一方面也起到了防止营养盐和其他污染物质在湖泊底泥中的富集，避免湖泊底泥的二次释放污染和经常的疏浚清掏，提升湖泊水体自身的生态修复功能。

4.结语

随着城市的发展和气候的变化，我国很多城市“逢雨必涝”“暴雨必瘫”的现象已引起了政府和社会各界的高度重视，挑战着我们在城市规划建设方面的技术理念和管理体系。部分大城市在遭受水涝困扰的同时，很多地方也面临着湖泊水体污染恶化以及供水水源紧缺、地下水位持续下降等多重与雨洪关系密切的重大生态问题。面对诸多的雨水相关问题，需要反思，研究和改观，首先我们须转变过去单纯被动解决雨水收集排放的观念，积极推广和运用LID理念，因地制宜地采取措施，将雨水利用与城市景观设计、水土保持方案、绿色建筑和海绵城市的建设等相结合，积极制定可行的规划和技术管理体系，采取多部门联合管控，提高城市基础设施综合管理水平，促进生态文明和宜居城市的发展。

参考文献

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该论文为宁夏理工学院科研成果论文。