城市雨水利用的技术经济与环境影响分析（胡晓亮,王启山,王效琴,吴立波,刘爱厂）

摘要：目前我国大部分城市都有不同程度缺水情况，而汛期的雨水又经常给很多城市带来洪涝灾害，这种矛盾的产生就是因为城市雨水没有得到充分的、科学的利用。对城市雨水利用的技术、经济与环境影响进行了详细的分析，并据此提出了城市科学舍理利用雨水的方案。

关键词：雨水；技术；经济；环境影响

中图分类号：TV213．9 文献标识码：A 文章编号：1004—7328(2007)04—0037—0

雨水利用有非常悠久的历史，早在公元前2000年，中东地区就有雨水利用的范例。我国也在很早就开始了雨水利用[1]。到了近代，随着地下水、地表水的开采利用技术的发展，人们雨水利用意识逐渐淡化。到2O世纪后半叶，随着城市化进程的加快，水污染的加剧，水资源短缺已经成为很多地区发展的制约因素，因此雨水利用又被重新重视起来。

1 城市雨水利用技术分析

从广义上讲，陆地上一切形式的水资源利用都是雨水利用，而我们现在所说的雨水利用是特指有目的地对降雨资源进行收集、调配和利用等过程。

城市雨水利用包括雨水的收集、储存、控制并高效利用等过程。雨水用途包括：补充地下水、绿化用水、景观用水、城市杂用(洗车、冲洗道路及建筑物、消防等)、居民杂用、工业用水，深度处理后还可以用作饮用。

1.1 集流系统

1.1.1 收集面

城市雨水收集面大致可分为2种：一种是不渗水集雨面收集(屋面、混凝土面、水泥土或三合土面、塑料薄膜面、原土夯实面等)，它们通过径流方式收集到一起；另一种是渗水面收集(绿地、渗透地面等)，这种收集主要为浇灌绿地、涵养地下水等。

集流面形式应根据各地的具体条件来选择。对于城市市区路面，如果条件允许的话最好使用渗水路面，并且要加大城市绿化面积，使绿地集雨并渗透地下，小区内或郊区庭院内为解决人畜用水的集流面应首先采用屋顶，还可在庭院内铺设混凝土作为补充集流面，混凝土面效率可达75％以上。对于以解决城市杂用、节水灌溉等为目的的雨水集蓄利用工程，集流面应因地制宜，尽量采用现成的集水效率较高的集流面，如公路面、场院、郊区土路等。必要时，也可以采用人工防渗集流面，如塑料薄膜集流面。薄膜集流面有2种铺设方法，一种是裸露式，这种方式集流效率很高，可达95％ 以上，但塑料薄膜易老化，且容易被鸟琢破；另一种是在薄膜表面铺3～5 cm的沙，但效率降低。原土夯实集流面是一种完全就地取材的集流面，价格便宜，但集流效率较低，寿命较短[2]。

1．1．2 径流系统

我国现有城市市政工程中，城市排水系统主要有2种情况：一种是老城市中原有污、雨水合流制；另一种多为新建城市中的污、雨水分流制。要解决雨水大面积收集和大量贮存的问题，必须有具体的工程措施，对原有排水系统进行专项改造或新建专用排水系统。专用雨水收集系统除了要满足收集量的需求外，考虑到雨水的后加工和使用的要求，还必须作到在雨水人口处加设滤水格网，滤除城市中大颗粒固体垃圾，在管道全范围内采取措施防止雨水污染等[3]。

1.2 蓄水系统

蓄水系统是对收集的雨水进行贮存和调控的系统。城市雨水贮存从工程设施的地理位置上可以分为就地贮存和异地贮存。

就地贮存有以下一些情况：绿地收集的雨水主要为本绿地供水，多余的水渗透到地下水中。对于渗透地面收集的雨水直接渗透到地下，用来涵养地下水，如果雨量大而不能渗下的就排人径流收集系统。有的地方建设了屋顶花园，将雨水直接贮存到屋顶，如果雨水过多则渗流下来。还有一些不渗透集雨面较小，储水量不大，可就地贮存到水窖、塘坝、小水库等。

异地贮存主要是集雨面较大而不渗透的地面等收集的雨水通过专用雨水排水系统调到大的专用雨水贮水池或排放到河道、湖泊、水库或池塘内。贮水池可建在地上，结合城市规划，可建成湖面、水景等，兼有美化城市的功能；也可建在地下，如马路、广场或建筑物底下等，既不占用城市面积，又有利于防止污染，并且建在地面下可就近收集，减少管道长度，节省管网造价。

1.3 用水系统

城市收集储存的雨水可以有很多用途，根据水质和收集方式的不同，雨水的利用方式也不同

1.3.1 补充地下水

雨水补充地下水方法设施种类很多，大致可分为人渗补充地下水和直接回灌地下水两大类，如图1。

(1)入渗补充地下水。绿地收集的雨水主要为本地植物提供水分和涵养地下水。将用于城市绿化的草地和花池稍加改造变成浅水蓄水池，一般蓄水池深度可达10～20 cm，大面积草地可根据地势变化情况分块蓄水，这样雨季可蓄存一部分雨水，蓄存的雨水随着时间的推移可自动渗透地下。补充地下水；另外，由于贮存的雨水对草地和花池起到灌溉作用，因此可减少对草地和花池灌溉的次数和用水量，节省自来水[3]。在绿地建设中，应使绿地低于周围的地面或道路，不仅使绿地上的雨水能人渗下去，而且还能使周围地面上的雨后产流汇人绿地，补给地下水。研究表明，绿地与周围地面的高度。对绿地雨水利用的数量有很大影响[4]。

除绿地外，渗透地面、渗透管、渗透沟、渗透池(坑)等也是渗透补充地下水的常用设施。而且，城市要充分考虑增加雨水人渗的问题，应尽可能建设透水路面。

(2)直接回灌地下水。在雨季，利用城市中已有渗井或人工建成的渗井将雨水加压渗透地下，或在城市周围建设雨洪地下水回灌系统，发展地下调蓄，利用雨洪水和上游水库的汛期弃水进行地下水回灌，以补充地下水，抬高地下水位。这对于地下水超采已使地面沉降，甚至海水倒灌的城市尤其重要。

入渗式涵养地下水可应用于城区、生活小区、公园、道路和厂区等各种情况下，规模大小因地制宜，设施简单，可减轻对雨水收集、输送系统的压力，补充地下水，还可以充分利用表层植被和土壤的净化功能减少径流带入水体的污染物。但一般渗透速率较慢，而且在地下水位高、土壤渗透能力差或雨水水质污染严重等条件下应用受到限制。集中式深井回灌容量大，可直接向地下深层回灌雨水，但对地下水位、雨水水质有更高的要求，尤其对用地下水做饮用水源的城市应慎重[5]。

1.3.2 雨水的中水利用

雨水中水利用是将收集的雨水，经过处理后达到一定的水质标准，用于居民杂用、城市清洁、绿化、喷洒路面、消防和维持城市水体景观等。我国人均综合日用水量约为300～350 L／(人·d)，其中用于不直接接触人体的各种杂用水约占总用水量的50％[6]。因此，收集城市雨水加以适当处理后进行中水利用，有很大的节水潜力。

1.3.3 用作饮用水水源

在一些极度缺水的城市，可以根据雨水水质进行雨水处理，以生产自来水。一般降雨的初始阶段(大约降雨2 mm以内)水质比较差，此后雨水水质较好[6]。将雨水直接处理达到饮用水标准后用于饮用，或者将水质比较好的雨水集中收集到自来水的来源水库、河流中，经水厂处理后提供饮用；还可以雨水回灌地下水后再抽取地下水作饮用水。

2 城市雨水利用的经济分析

雨水集蓄利用工程在经济上是否可行，甘肃省曾对此作过分析[2]。几个主要结论是：解决人畜用水问题，雨水集蓄工程国家人均资金投入，仅为人畜饮水常规工程的1／3～1／15；不需要国家补助运行费；雨水集蓄工程的成本为远距离调水的1／6～1／18；雨水集蓄工程大部分可以依靠群众自筹，国家只需补助造价中的一小部分，是一项费省效宏的工程。如，北京市某雨水利用工程[4]，雨水收集基本建设投资不到200元/m3，运行费用不足O．1元／m3。

下面对小区雨水利用进行一下经济分析。小区雨水利用方案根据当地条件可以设计为渗透、中水利用或集中方式的组合。表1为各小区雨水利用经济数据对比[7-9]。

表1中，“年利用雨水量”是指雨水直接处理成中水回用于城市杂用的水量；“雨水渗透后转化成自来水的成本”包括雨水渗透工程总投资折旧费(折旧年限按3O年计算)、工程运行费用以及从地下抽取地下水变成自来水的费用；“雨水转化成单位中水成本”包括工程总投资折旧费、转化成中水的运行费用。

由表1可看出对于城市小区来说，雨水通过渗透地下再转化成自来水的成本为1．35元／ 左右，雨水直接用于中水成本大约为1．6～1．9元／m3之间，虽然由于各地具体条件和雨水利用方案的不同，雨水转化成本可能会有较大的差异，但不难总结出雨水利用成本水价在O．5～2．O元／m3之间，可以看出雨水利用在经济上是非常合理的。

从工程投资方面来看，雨水利用设施造价普遍比较低，只需要国家投入一小部分资金，其余可以由小区自行解决，有的甚至完全不需要国家投资。所以建设雨水利用工程在经济上比较可行。

3 城市雨水利用的社会及环境效益分析

雨水利用的效益是多方面的，更多地表现为社会效益、环境效益等间接效益，所以评价雨水利用更应该看它的社会效益和环境效益。

3.1 涵养地下水产生的效益

在我国很多城市，由于地下水过量开采，导致地下水位下降，地下漏斗范围不断扩大，甚至出现了地面沉降、海水倒灌。通过绿地、透水性地面等将雨水渗透地下，或者根据情况直接将雨水回灌地下，能够起到涵养地下水、防止地面下沉、海水倒灌的作用。另外，地下水补充的足够多时，还可以抽取地下水作为生活用水等。同时，地面土壤起到净化雨水的作用。

3.2 美化环境产生的效益

水自古以来就被人们认为是美化环境的物质，而到了近代，由于工业的兴起、人口的增多、城市的扩张、污染的加重，使得水资源越来越短缺，很多以水为主要特征的景观都不存在了。而我们现在的目标是构建人与自然和谐社会，不仅要满足人们在衣食住行上的要求，也要满足人们美的享受。美化环境，使世界呈现自然风貌，是人类共同的目标。通过雨水利用能够补充水体、滋养绿地、补充景观用水，产生很大的环境效益。

3.3 防洪产生的效益

雨水合理利用具有防洪的作用。由于城区的扩张，不透水面积逐年增加，使城区的雨水径流峰值明显增大。流出时间缩短，当出现较大的降雨时，造成市内雨水积存，影响交通，破坏建筑物，给城市的生产和生活造成极大的影响。这样就形成了城市水资源短缺与暴雨季节排水压力增大的矛盾。雨水渗透和利用能有效地解决这个矛盾。此外，人们认识到城区雨水的快速排出增加了接纳水体洪涝危害、河岸侵蚀和污染物冲击负荷，还造成合流制系统中污水处理厂运行的困难及一部分雨污水合流外溢而污染水体。雨水利用工程建成后，可有效地减轻排水系统压力和路面积水问题。

3.4 消除污染而减少的社会损失

据分析，为消除污染每投入1元可减少的环境资源损失是3元[10]，即投入产出比为1：3。雨水收集和入渗可以大大减少污染雨水排入水体，也减少了因雨水的污染而带来的河流水体环境污染，这样因减少污染而产生的经济效益也是很大的。

3.5 节省城市排水设施的运行费用

雨水渗透与利用后，减少向市政管网排放雨水，减轻市政管网的压力，也减少市政管网的维护费用。管网运行费用为0．08元，m3[11]，则雨水渗透与利用每年可节省巨大的城市排水设施的运行费用。

3.6 雨水利用对水环境的影响

雨水利用水环境不会造成负面影响。雨水利用量占整个雨水资源量的比例很小，从远景看，即使是最乐观的估计，开发利用的雨水也只可能占全部雨水资源的百分之一、二，我国北方地区的径流系数为0.05～0.3，南方地区为0．2～0．5，消耗的雨水所减少的河川径流充其量也只是1‰～5‰，不会造成对河川径流大的影响，可以说是一种生态环境友好的工程[5]。以黄河流域2010年为例[12]，西北及华北地区雨水利用减少其径流约2．2亿m 3，仅占黄河流域年径流量的3．3％，可见其影响是非常小的，不会对河川径流造成影响。

4 城市雨水利用模式

根据以上城市雨水的技术、经济及社会环境效益分析，可以总结出，城市雨水利用在技术上可行的，并且具有较大的经济效益、社会效益和环境效益，有利于城市可持续发展。所以，我们要加强对雨水利用的研究，加快城市雨水利用，建议雨水利用模式如图2所示。

参考文献：

[1] 牟海省．国内外雨水利用的历史、现状和趋势[A]．中国雨水利用研究文集[C]．江苏：中国矿业大学出版社，1998．

[2] 朱强，李元红．论雨水积蓄利用技术[A]．中国雨水利用研究文集[C]．江苏：中国矿业大学出版社，1998．

[3] 王季震．城市雨水资源化利用及工程方法[J]．华北水利水电学院学报，2004，25(2)：4—6．

[4] 李丽娟．城市雨水利用的潜力与对策[A]．雨水利用与资源研究文集[C]．北京：气象出版社，2001．

[5] 车伍．现代城市雨水利用技术体系[J]．北京水利，2003，(3)：16—18．

[6]王国平，庄敏．城市雨水利用途径及措施的探讨[J]．能源技术与管理，2005，(1)：66—67

[7] 李俊奇．城市雨水利用方案设计与技术经济分析[J]．给水排水，2001，27(12)：25—28．

[8] 邓风，陈卫．南京住宅小区雨水回用方案技术经济分析[J]．城市环境与城市生态．2003．16(6)：104—106．

[9] 曾鸿鹄．某小区雨水回用工程设计[A]．华南青年地学学术研讨会论文集[C[．广州：广东人民出版社，2003．

[1O]邬扬善．城市污水处理—— 投资与决策[M]．北京：中国环境科学出版社．1992．

[11]邬扬善．北京市中水设施的成本效益分析[J]．给水排水，1996，22(4)：3 1-33．

[12]李勇．雨水集蓄利用的环境效应及研究展望[J]．水土保持研究，2002，9f41：18—21．

基金项目：

南开大学“985工程”循环经济哲学社会科学创新基地资助项目(A05005)

作者简介：胡晓亮(1981-)，男，硕士研究生，主要从事环境科学研究工作。

来源：《海河水利》2007.8