理论教育 中国城市雨水利用的可行性

中国城市雨水利用的可行性

时间:2023-10-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:因此,城市雨水利用是化害为利的绿色水利工程,也是城市开源节流的重要措施之一。汛期城市及其周围产生的雨洪水,是可供利用的潜在资源。我国城市雨水利用的可行性仍以北京市为例加以具体分析。利用汛雨回补地下水,实现地面水和地下水的联合调度运用,以丰补歉,减少暴雨径流,把补源和防洪相结合,寓资源利用于灾害防范之中,是城市雨洪利用的思路和根据。

中国城市雨水利用的可行性

我国水资源紧缺,而以城市为中心的地区更是水资源供需矛盾的焦点。近20年来,由于人口激增、城市化与工业化迅速发展,城市缺水和水质恶化已成为城市发展的重要限制因素。全国有近半数的城市缺水或严重缺水,其中大部分在我国北方,特别是华北地区,水资源紧缺已成为制约国民经济发展的重要障碍。为了解决缺水问题,很多缺水城市大量超采地下水,造成了严重的地下水枯竭、地面沉降、地裂缝等地下环境问题,在沿海地区还引起了海水入侵问题。由于超采而形成的地下水漏斗,改变了地下水原有的流向,导致地表污水渗入地下含水层,污染了作为生活和工业最主要水源的地下水。

21世纪我国将进入城市化高速发展的时期,到21世纪中期城市将由目前的668多座增加到1000多座,城市人口将由3亿增加到9亿左右。城市人口的迅速增长,将使城市人均占有水量不断下降。北京市1997年统计的人均水资源量已下降到373m3,是全国人均占有量的1/6左右。在全国668座城市中,存在不同程度缺水的就有300多座。全国32座特大城市(人口100万以上)就有31座存在着供水不足的问题。缺水的原因是多方面的,除工程供水能力的限制外,用水方式不合理也是原因之一。如几乎所有城市都将饮用水用于冲洗厕所、绿化及其他杂用;另外,没有充分合理地利用城市雨洪资源也是原因之一。

另一方面,由于城市化的高速发展,不透水面积大幅度增加,造成降雨对地下水入渗补给的大量减少,因而加剧了地下水枯竭的速度和范围。不透水面积大幅度增加,还造成城市洪水增大,洪涝灾害加剧。城市化带来的城市洪涝问题的加剧,是世界各国城市化发展所面临的普遍性问题,也是越来越棘手的问题之一。

我国沿海城市尤其是特区的水资源供需矛盾突出。从城市缺水的数量来看,缺水量最多的地区不是处于“三北”地区,而是在东南湿润多雨地区的沿海城市,其缺水量几乎占全国严重缺水总量的一半。因此,发展雨水利用具有重要的意义。

根据北京市城市发展规划,至2010年,城区周围的坝河、清河、凉水河等河道的防洪排水流量将比20世纪90年代初增加一倍。这涉及河道原有防洪能力,对涉及的跨省、市的河道增加了下游沿线的防洪负担,需同沿线下游省市协商解决。因现有市区河道两岸都已高楼林立,有的已改成暗涵,进一步扩大河道断面难度极大。因而市区河道防洪流量增大,增加了城市洪灾的危害。

自20世纪80年代中期以来,北京市一方面水资源紧缺,靠超采地下水维持平衡,已形成以城市为中心的降落漏斗,累计超采量已近40亿m3,导致了地下水水质恶化,大面积硬度超过30德国度;而另一方面因城市化而导致汛期暴雨洪水增大,更易酿成洪涝灾害,且暴雨径流又未能得到利用。

“节流、开源和水资源保护并重”是解决北京市水危机的总体方针。近年来,工业、农业、生活节水已取得了很大成效,水资源保护和污水处理改善水环境的各项措施正逐步实施。外流域调水,由于耗资巨大,且涉及社会经济、生态环境、地区间协调等众多因素,在北京市节水和污水资源化等内部挖潜尚未达一定水平前,恐难以实施。

城市雨水利用措施,特别是利用城市绿地和洼地等,增加降雨对地下水的入渗补给量,一方面可以恢复天然降水对地下水的自然补给路径,逐渐减缓和恢复地下水的失衡状况,缓解地下水环境问题;另一方面,还可以大大减轻城市的洪涝威胁,使雨水为城市环境建设服务。因此,城市雨水利用是维持城市良好的生态环境和水文地质环境的重要措施。

实施利用雨洪回补地下水,如把屋顶、路面等不透水面产生的径流蓄滞于草坪或导入渗井,以回补地下水,既可以改善地下水水环境,又可以调节径流,减少河道洪峰流量,改善防洪条件;集蓄屋顶等公共建筑产生的径流,用于灌溉草坪及杂用水,改善人居条件,减少自来水用量。因此,城市雨水利用是化害为利的绿色水利工程,也是城市开源节流的重要措施之一。

雨水利用工程作为大、中、小型供水工程的辅助性工程,在我国城乡供水矛盾突出的今天,具有深远的意义,必将在缓解供水矛盾中发挥巨大的作用。我国缺乏地表水和地下水的缺水地区十分广泛。在北方,广大的半干旱地区与半湿润地区河网稀疏;在西南,岩溶山区地高水低;在我国350万km2的领海中,有6000多座小岛,特别是南沙、西沙的珊瑚岛,既无河流又无地下水,却有丰沛的降雨。在上述这些地区发展雨水利用,具有重要的战略意义,是解决供水问题的必由之路。(www.daowen.com)

城市的不断发展,建成区的不断扩大,也使城市雨水利用的可能性越来越大,同时,随着城市经济的发展,对城市雨水利用的投资能力也越来越大。城市不透水面如建筑物屋顶、道路、停车场以及人工绿地等,是良好的雨水收集面;城市及其周围的河湖、天然洼地以及公园的水面、废弃的砂石坑和废弃的河道等地,是很好的雨水入渗和回灌的场所;城市地下水超采腾空的巨大空间,是理想的雨水地下储存空间。汛期城市及其周围产生的雨洪水,是可供利用的潜在资源。雨水的水质通常是较好的,但是空气严重污染的城市,雨水的水质较差,污染最严重的通常是汛期的第一场雨和每次降雨的最初一段时间内的雨水,可通过一定措施弃掉这部分雨水。只要修筑一些简单的雨水收集和贮存工程,即可用于城市需水,如城市清洁、消防、绿地灌溉、城市水体补水和地下水人工回灌。城市雨水利用一方面可以缓解城市用水紧张,减轻城市需水对地下水开采的压力;另一方面,还可减轻城市洪水对城市的威胁。此外,将收集的雨水经一定的处理,可在自然条件适宜的地方(如山前冲积扇、古河道等),用于城市地下水人工回灌,以缓解目前已经形成的地下水漏斗和由此产生的地下水环境问题。我国城市雨水利用的可行性仍以北京市为例加以具体分析。

根据北京的自然特点,千方百计提高本地有限的水资源利用程度,采取措施拦蓄汛期雨水加以利用,就地开源,是一项近期缓解水资源紧缺状况的策略和措施,也为远景调水奠定高效用水的基础。利用汛雨回补地下水,实现地面水和地下水的联合调度运用,以丰补歉,减少暴雨径流,把补源和防洪相结合,寓资源利用于灾害防范之中,是城市雨洪利用的思路和根据。

北京的降水在年际和年内分配不均。全市年平均降雨量在年际间最丰的1956年为1085.6mm,最枯的1965年仅311.2mm,两者相差达3.5倍。实测多年汛期雨量约占全年降雨量的75%~85%,且多集中于几次大的暴雨过程。降水过分集中,使每年汛期均有多余径流出境。据1985~1997年统计,扣除过境水量,多年平均汛期径流出境量约7.13亿m3。1986年全市降雨量为560mm,相当于中等偏估年份,当年出境径流量约4.6亿m3,其中绝大部分为汛期未能控制利用的暴雨径流。1997年全年降雨410mm,全市仍有9.44亿m3左右的水量出境(未扣入境水量)。

从以上分析可知,城市雨洪径流有相当可观的数量,能否利用在于是否具备存蓄条件。北京市山前地区一般有粗颗粒的第四纪沉积构造地层,特别是在永定河水系山前冲积扇,有大范围较厚的砂砾石透水层,具备较好的入渗蓄水条件,有可能结合防洪布置一些分洪、滞蓄引渗的回灌工程,增加源头的地下水补给;在广大平原区,由于地下水超采后,地下水位普遍下降,腾空了巨大的地下库容,有利于增加降雨入渗,可利用河道建闸蓄水,拦截径流,回补地下水;在城区利用屋顶、草坪收集雨水,通过草地入渗和渗井引渗回补,既可减轻城市防洪负担,又增加了对地下水的补给。因此,有计划地开展城市雨洪利用、拦截汛雨回灌、入渗补源是缓和北京城市水危机的可行措施之一。

为了在近期能迅速获得良好的效果,北京市雨洪利用的重点首先是山前和平原地区。根据北京市水文总站对40年降雨资料的分析,频率为2%~50%,6~9月降雨量占全年降雨量的比例为81.9%~87.9%。在汛初或夏末秋初常出现50~120mm的连阴雨,且是全市性的。暴雨是平原区汛期降水的重要特征,雨量集中且强度大,出现几率频繁,其特性如表6-8所示。

表6-8 北京市平原区最大1日、3日、7日暴雨特性

由表6-8可见,从平水年(P=50%)到丰水年(P=25%),都反映了暴雨雨量的集中程度。汛期暴雨大多出现在7月中旬至8月中旬,尤以7月下旬出现的机率为最高,达27%,这是雨洪利用的最好时机。

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