(一)国外情况
雨水利用是人类最早的用水方式,可以追溯到几千年以前的远古时代。希腊、罗马雨水利用的遗址已证实了其悠久的历史。
虽然雨水普遍而常见,但它不像常流水的河流和富集的地下水那样随时可取。由于城镇发展需要流量大而集中的供水,河流与地下水便成为人类开发的主要水源,而过去和现在一直在为农作物和生态环境利用的雨水则默默无闻。20世纪80年代以来,由于全球范围内水资源危机的频繁发生,重新引起了人们对雨水利用的注意。1983年在美国夏威夷举行了国际雨水收集系统的第一次会议,掀起了世界各国利用雨水的热潮。在随后的17年里,雨水利用已被世界各国的学者所重视,国际上已出现了国际雨水收集系统协会(IRCSA),并召开了十届国际会议。
近20年来,美国、加拿大、意大利、法国、墨西哥、印度、土耳其、以色列、日本、泰国、苏丹、也门、澳大利亚等约40多个国家和地区,在城市和农村开展了不同规模的雨洪利用研究,其中日本、美国和德国的经济发达,城市化的进程发展较早,且都是暴雨洪水灾害频繁的国家,因此,雨洪利用的起步较早,也较完善,现重点介绍如下。
1.日本
日本是城市雨水利用较先进的国家之一,其雨水利用包括楼顶集雨、利用雨水建天空(楼顶)花园、利用雨水进行绿化、洗澡等。在日本,越来越多的居民储蓄雨水,作为防御地震的备用水源。日本于1963年兴建了滞蓄洪雨的蓄洪池,还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、绿化灌溉等城市杂用水。这类设施多建在地下,以充分利用地下空间。近年来,各种雨水入渗设施也在日本迅速发展,包括渗井、渗沟、渗池等,这些设施规模小、分散、占地面积少,可因地制宜地修建在任何地方,其主要功能是可将地面径流就地入渗地下,在控制径流汇集、减小洪峰流量的同时,使地下水得到补给,使遭受破坏的水环境系统得以恢复,同时也起到阻止地面沉降的作用。日本还有在屋顶修建蓄水系统,或修建屋顶蓄水和渗井、渗沟相结合的回补系统,雨水在屋顶积蓄后,逐步进入渗井和渗沟,再回补地下。
2.美国
美国的雨洪利用则以提高入渗能力为主要方法,作为土地利用规划的一部分,并在新的开发区成功地实施。如美国加州富雷斯诺市的“Leaky Areas”地下水回灌系统,在1971~1980年的10年间,地下水回灌总量为1.338亿m3,占该市年用水量的20%。在芝加哥兴建了著名的地下蓄水系统,以解决城市防洪和雨水利用问题。此外,在众多的州研究了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水路面组成的地表回灌系统。美国不仅重视工程措施,还制定了相应的立法,对雨水利用给予支持。针对城市化引起河道下游洪水泛滥的问题,美国科罗拉多州(1974年)、佛罗里达州(1974年)和宾夕法尼亚州(1978年)分别制定了雨洪管理条例。这些条例规定,新开发区的暴雨洪水洪峰流量必须保持在开发前的水平,所有新开发区必须实行强制的“就地”滞洪蓄水。滞洪设施的最低容量均能控制5年一遇的暴雨径流。除制定雨洪管理条例外,联邦和各州还采取了一系列政策,如使用总税收、发行义务债券、政府补贴、联邦贷款、投资分扣方式等,鼓励人们采用新的雨水处理方法。
3.德国
德国自20世纪70年代以来,随着城市化发展,对城市雨洪利用和管理提出了新的挑战,城市雨洪管理和雨水利用日益受到重视。德国城市雨洪利用主要有以下几个目的:一是减少城市供水量;二是减少雨洪排水容量;三是减少暴雨时城市污水量,因德国在部分小城市仍采用原有的径流污水系统,暴雨时将使污水处理的容量大增;四是提高人们的环境保护意识。德国在城市雨洪管理方面,包括城市水文分析、城市化与城市水文循环、城市径流水质、城市雨水蓄集及回用、城市雨水调蓄和入渗回补、城市雨水设备开发与商业化等,都做了大量的系统研究和设备定型生产。德国在城市雨水调蓄利用方面是当今世界上最先进的国家之一,其家庭雨水集蓄利用在德国北部已得到广泛推广使用,受到世界广泛的关注。
德国的城市雨水利用可分为两大类;一类是家庭房屋屋顶雨水集蓄利用系统;另一类是公共建筑和绿地等集蓄和导渗系统。
(1)家庭雨水集蓄利用。德国地处西欧中部,年雨量为700mm左右,北部年雨水达800mm,南部略少,年内雨量分配比较均匀,对雨水集蓄利用较为有利。在北部居民房顶屋面雨水集蓄利用也更为普遍。
德国住房屋顶雨水集蓄利用系统都利用房屋屋顶作为集流面,将雨水导入设置于房屋外或半地下室的水池或塑料箱中,每个水池容积3~5m3。储蓄于水池的雨水通过管道和小型水泵输水系统用作家庭杂用水。雨水集蓄池中存水用完时,可自动和原有洪水系统连接。当水池已装满时,雨水可自动溢流进入户外渗水管,进而排入小区排水系统。
这种分散式家庭雨水集蓄利用系统已有定型设计,可根据屋面大小、地区降雨特性进行设计,各户可按定型设计选用,所用设备如储水箱、水泵、过滤器、截门、控制系统等,都有定型商业产品。一户屋顶集水面积为100~120m2的二层住房,加底层储藏室的小楼,雨水集蓄系统总的设备和造价为5000马克。政府为鼓励使用雨水集蓄利用系统,对使用雨水利用系统的用户,其用水水价给予一定优惠。在一些县、市,新建住宅一律装有雨水利用系统。(www.daowen.com)
根据德国对城市家庭用水分析,每人每天的消耗量为135L,其组成如表6-1。
表6-1 德国家庭用水组成分析
表6-1中家庭杂用水占家庭用水的近一半,现德国雨水集蓄系统对雨季第一次暴雨仅做冲洗系统之用,其他所收集的雨水已用于洗澡和洗衣。由于居民有效使用雨水,使家庭清洁水用量和排水量大大减小(表6-2)。
表6-2 典型家庭雨水利用效果分析(m3)
(2)公共建筑集蓄入渗回补系统。公共建筑集蓄入渗回补系统规模相对较大,将公共建筑或铺装地面的雨水集蓄于地下水池,容积达100m3以上,蓄水池顶部有溢流口,当暴雨时入流超过蓄水容量,可排入城市河道或洼地。德国对雨水集蓄的水质要求比较严格,认为公路路面的雨水水质差,常有油类、酚、重金属、轮胎橡胶等有机物,一般不加以利用。但对小区内交通流量小的铺装地面,常同公共建筑等一起设置雨水集蓄系统,以用于公共场所的杂用水。
有的雨水集蓄系统对雨水不直接使用,而是对小区内铺装地面、公共建筑场所的地面径流导入地下渗水管或地面洼地,以便使径流入渗回补地下水,改善城市局部的生态环境,减少城市暴雨径流,减轻城市防洪负担。
根据德国建筑规划法规,在小区规划建设中,除家庭应有雨水集蓄利用系统外,小区内也应设置公共雨水入渗回补系统。
(二)国内情况
中国雨水利用亦可追溯到远古,如甘肃董志源、陕西的渭北雨水旱井-涝池等都已经有悠久的历史,一直成为当地农户生活与生产的主要水源。然而,随着现代大规模水利工程的兴建,雨水利用渐渐被人们淡忘。
80年代以来,为了解决人畜饮水问题,我国的雨水利用重新兴起。大规模的雨水利用始于西北一些省区(甘、青、宁、内蒙古等)的农村。80年代末至90年代中,甘肃实施的“121”工程与北京市进行的城市雨洪利用研究项目,向世界展示了雨水利用的空前规模与效果。1995年在北京,由我国主持召开了第七届国际雨水收集系统大会,来自40个国家的100名代表参加了大会。1996年、1998年、2000年,我国又举行了3次全国雨水利用大会暨国际学术讨论会,推动了我国雨水利用的研究和实践。雨水利用并不仅限于农村聚落的人畜饮水和雨养农业,既然降雨在空间上是遍沥的,那么,雨水利用就应该是广泛的。雨水利用方兴未艾。
中国是一个地域辽阔的大国,水资源分布极不均匀。通常利用的河川径流呈线状分布,远离河川的广大地区则难以依赖河川径流;而降水则在面上降落,可覆盖比河川更大的面积,只要设置一定的集雨面积,就可把雨水转变为局地的“小河川”,成为局地供水水源。中国主要有三大缺水地区可望通过雨水利用而受益。一是黄土高原;二是西南岩溶高原;三是分布在350万km2海域上的6600多座小岛。后者由于无河流或无地下水,靠雨水收集供水应是惟一的途径。我国雨水利用的活动,几乎囊括了全国雨量谱的全部范围。从半干旱地区到湿润地区,按雨量从小到大,有解决农村人畜饮水到农田雨养作物和城市绿化、环卫用水,具有多种方式。
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