理论教育 农村雨水集蓄利用现状:典型国家实践

农村雨水集蓄利用现状:典型国家实践

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:德国居民小区雨水利用和家庭式的雨水利用技术也较成熟,并有了较广泛的利用。另外,德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规。德国的地方法规定,新建住宅必须配备雨水利用设施。为此,丹麦开始寻找可替代水源,以减少对地下水的消耗,雨水集蓄利用因此受到关注。目前,日本政府除了采取开辟新水源和提高水的利用率外,还积极开展雨水集蓄利用研究。此外,日本还制定了相关政策来推动全民对雨水集蓄利用设施的修建和安装。

农村雨水集蓄利用现状:典型国家实践

(一)德国

德国是世界上雨水收集、处理、利用技术最先进的国家之一,基本形成了一套比较完整、实用的理论和技术体系。早在20世纪80—90年代,德国就开始雨水利用研究,并把雨水的管理与利用列为水污染控制的三大课题之一,修建了大量雨水池用以截流、处理或利用雨水,利用天然地形地貌及人工设施来渗透滞纳雨水。德国许多地方利用公共雨水管道收集雨水,经过简单处理后,达到杂用水水质标准,便可用于街区公寓的厕所清洗和庭院浇洒。而对于机动车道上雨水径流,则需要处理达标后才能加以利用。德国居民小区雨水利用和家庭式的雨水利用技术也较成熟,并有了较广泛的利用。

目前,德国已形成了成熟和完整的雨水收集、处理、控制和雨水渗透等技术体系及配套的法规体系,而且已经走向了设备集成化道路,从屋面雨水的收集、储存、渗透、回用等环节都形成了一系列定型产品和组装式成套设备。例如赫伯特·德莱塞特尔在德国波茨坦地区进行了有关雨水收集利用的系统设计,用储存在地下蓄水池里的雨水满足包括广场洒水、绿地灌溉等用水系统的水量供给。

为提高城市排涝能力,近年来,德国开始推广新型雨水处理系统“洼地-渗渠系统”。该系统包括各个就地设置的洼地、渗渠等组成的设施,这些设施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。

另外,德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规。如目前德国新建小区之前,无论是工业、商业还是居民小区,均要设计雨水利用设施,若无雨水利用设施,政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。德国的地方法规定,新建住宅必须配备雨水利用设施。另外,德国对雨水实行就近分散的原则。小雨或中雨时,各个社区基本都可以自行消化区域径流。只有大雨和暴雨时,建筑物集水沿着排水管道排入地下蓄水池。蓄水池兼具渗透功能,并与公共排水系统相通。

(二)美国

美国的雨水利用主要是考虑雨水的截留、储存、回灌、补充地表和地下水源,常以提高天然入渗能力为目的。雨水管理在美国已有30年的历史,主要是针对雨水的收集、储存和净化过程。与传统的“排”水概念相反,美国在20世纪80年代初对所有新开发区强制实行“就地滞洪蓄水”。

1993年大水之后,美国新建地下隧道蓄水系统,让洪水迂回滞留于曾经被堤防保护的土地中,既利用了洪水的生态环境能力,同时也减轻了其他地区的防洪压力。改建或新开发区的雨水下泄量,即暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平。同时,为了保证雨水质量,排向市政管道的雨水必须经过一定时间(至少24h)的沉淀和过滤;对暴雨洪水的蓄水能力和过滤设施是工程报批必不可少的重要组成部分,滞洪设施的最低容量均能控制5年一遇的暴雨径流。对一些硬质的市政设施采取软化的措施,如在停车场采用嵌草路面,提高雨水的下渗量;在停车场及道路沿线两侧设置地下蓄水层(池),以扩大地表层收集雨水的能力。美国的关岛、威尔金岛广泛利用雨水进行草地灌溉和冲洗。芝加哥市为解决长期以来的污水和暴雨突袭成灾问题,修建了长211km、深45~91m、直径2.7~10.8m的地下隧道蓄水工程,主要包括252座直径1.2~5.1m的截水竖井,645项接近地表的集水构筑物,4座泵站和5个蓄水量共为1.55亿m3的蓄水设施。洛杉矶建有屋顶蓄水池,加州建有渗漏回灌系统,其他很多城市还建立了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统。

美国不但重视工程措施,而且还制定了相应的法律法规对雨水利用给予支持。如科罗拉多州、佛罗里达州和宾夕法尼亚州分别制定了《雨水利用条例》。这些条例规定所有新开发区必须实行强制的“就地滞洪蓄水”,新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平。

(三)丹麦

丹麦属于北欧五国之一,是一个岛国。地势低平,平均海拔约30m。过去供水主要依靠地下水,这在世界上是极为罕见的。一方面这与丹麦特殊的地质水文条件有关,另一方面是因为该国十分重视地下水资源的保护、净化和合理利用。但地下水开发利用量非常有限,一些地区的含水层已经被过度开采。为此,丹麦开始寻找可替代水源,以减少对地下水的消耗,雨水集蓄利用因此受到关注。例如,在一些城市地区开始从屋顶收集雨水,收集后的雨水经过预过滤设备进入储水池进行储存,用于冲洗厕所和清洗衣服。目前,丹麦每年从居民屋顶收集雨水645万m3,占居民冲洗厕所和清洗衣服用水量的68%,相当于居民总用水量的22%,占市政总用水量的7%。

(四)日本

日本是一个水资源缺乏、人口密度大、用地紧张的国家。目前,日本政府除了采取开辟新水源和提高水的利用率外,还积极开展雨水集蓄利用研究。鉴于此,日本政府自20世纪60年代就开始着力推动因地制宜的小型地面蓄水设施和大型地下蓄水设施建设,于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池,并用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水源。许多城市屋顶还建有利用雨水浇灌的“空中花园”,有些大型建筑物如相扑馆、大会场、机关大楼等,建有数千立方米容积的地下水池来存储雨水。

同时,为解决“因抽取地下水而引起地基下沉”等问题,于20世纪80年代初期推行“雨水渗透计划”,采取了“雨水的地下还原对策”,先后开发应用了透水性沥青混凝土铺装和透水性水泥混凝土铺装。计划用雨水来涵养地下水,复活泉水,改善区域生态环境条件。透水性铺装主要应用于公园广场、停车场、运动场及城市道路,雨水可以通过柏油马路渗入到地下,然后再经过收集系统处理后加以利用。同时,城市里大量的建筑物也都安装了雨水收集装置。据统计,透水性铺装使东京市区的雨水流出率由51.8%降低到5.4%。1992年颁布了《第二代城市排水总体规划》,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。近年来,各种雨水入渗设施在日本得到迅速发展,包括渗井、渗沟、渗地等,这些设施占地面积小,可因地制宜地修建在楼前屋后。

此外,日本还制定了相关政策来推动全民对雨水集蓄利用设施的修建和安装。如东京的墨田区建立了一套完善的雨水利用补助制度,对于在区内设置利用雨水储存装置的单位和居民(不包括国家单位、地方机关和其他公共团体)实行补助。补助金分为3类,分别是地下大型储雨装置补助金、中型储雨装置补助金和小型储雨装置补助金。在各个种类的补助金下又根据储水装置设置方式、有效容量和材质的不同,划分了不同的补助金额标准。同时,墨田区政府还针对3种补助金,分别制定了申办手续,以保证该项制度得以合理且高效的实施。

(五)新加坡(www.daowen.com)

新加坡地处赤道,属于热带雨林气候,雨水充沛,四季常青,以700km2的陆地承载500万人口,但是它曾是世界上人均淡水资源占有量倒数第二的国家,其天然淡水资源远远不能满足生产、生活之需。许多年来,其日常生活用水几乎全部从马来西亚进口。另外,新加坡也曾饱受暴雨内涝之苦。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取方法。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,用于非饮用水。新加坡最近的一项研究主要是针对面积约7.42km2的城镇住宅进行模型模拟试验,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、15min时间间隔的实际降水量等。研究结果表明: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。例如,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水之目的。通过该系统收集和处理的水占总用水量的28%~33%,每年能节省约31万美元的消费开支。

受岛国地质条件限制,新加坡严禁开采地下水,以防地面沉降,因而获取水资源的主要途径除地表水资源外就是收集雨水。经过多年的实践,新加坡政府成功地采取了适合岛国特色的集水区计划,在规划建设、环境保护和综合利用等方面,都进行了有益的探索和尝试,积累了一整套行之有效的经验和办法。

通过科学高效的回收、利用、管理,以及完善的政策法规配套支持,新加坡已基本上解决了全岛的缺水问题。目前,新加坡政府开源与节流双措并举,提出开发四大“国家水喉”计划,即天然降水、进口水、再生水和海水淡化,正在向着实现水资源自给的目标努力,而其中适合岛国特色的隶属于天然降水的集水区计划无疑扮演着举足轻重的关键角色。

(六)澳大利亚

澳大利亚是一个水资源相对贫乏的国家,多年平均年降水量只有470mm,水资源短缺迫使澳大利亚人充分利用好每一滴水。澳大利亚各地开展了以节水为核心的城市雨水利用设计,主要是通过收集雨水并加以利用,减少地下水开采量,同时大量补充地下水。澳大利亚城市雨水利用设计被广泛应用于很多方面,比如在新开发居民点附近的停车场、人行道铺装透水砖,并在地下修建地下蓄水管网。雨水收集后,先被集中到第一级人工池里过滤、沉淀;然后,在第二级水池中进行化学处理,除去一些污染物;最后在第三个布设有类似芦苇的植物并养鱼的池塘里进行生物处理,也就是让池塘中的动植物吃掉一些有机物。经过这三道工序后,雨水就被送到工厂作为工业用水直接利用。澳大利亚雨水利用典型示意图如图1-1所示。

图1-1 澳大利亚雨水利用典型示意图

政策先行保障了雨水利用和收集在澳大利亚的普及,政府对雨水的回收利用非常重视,并对修建储水箱的居民每年给予200澳元的补助。因此,几乎每家每户都安装了雨水收集容器,他们使用水箱收集雨水来满足冲洗厕所、家用热水和户外浇水、洗车等用水需求,能明显节约用水,缓解水资源紧张状况,减小供水压力。同时,雨水收集在源头上降低了洪水发生的可能,体现了一种暴雨源头控制的理念。

(七)泰国

泰国在20世纪80年代,建造了1200万个2m3的家庭集雨水缸,解决了超过300万农村人口的饮水问题。事实证明,通过泰缸储存来自屋顶的雨水是一种恰当且廉价的获得高质量饮用水的方法。泰缸最常见的规格是2000L,约花费750泰铢。通过“泰缸工程”的实施,收集的雨水足以满足一个6口之家在旱季长达6个月的生活用水。泰国典型雨水利用装置如图1-2所示。

由泰国的人口与地区发展协会(PCDA)主导成功实施的泰缸项目,进一步刺激了泰国政府在全国范围内推广雨水集蓄利用技术的积极性,显著促进了雨水集蓄利用在泰国的推广应用。

(八)孟加拉国

在孟加拉国,雨水集蓄利用在砷污染区被当作一种可行的安全饮用水备选方案。从1997年开始,有关非政府组织,在全国农村地区安置了大约1000个雨水集蓄系统。孟加拉国雨水集蓄罐有钢丝网水泥罐、砖罐、碾压混凝土和地下水罐等,容量从500~3200L不等,成本从3000~8000塔卡(50~150美元)不等。收集的雨水主要用于生活饮用,一些非政府组织在城市地区倡导了一些雨水集蓄利用行动,并将雨水集蓄利用作为解决家庭各种生活用水的备选方案。

综上所述,无论是国外发达国家还是发展中国家,都把雨水集蓄利用作为社会经济用水的有益补充。自从1982年6月在夏威夷召开了第一届雨水集流利用国际会议之后,每两年一次的国际会议如期召开,截至目前,已经成功举行了17届。其中还有不少国家和地区的区域性会议,这些雨水集蓄利用会议的召开,进一步推动了雨水资源化及开发利用的进程,加速了各国对雨水集蓄利用技术的研究与应用。

图1-2 泰国典型雨水利用装置

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