太原市雨水资源利用方法研究

柴宇婕 王雪妮

（太原理工大学水利科学与工程学院 山西太原 030000）

太原市雨水资源利用方法研究

柴宇婕 王雪妮

（太原理工大学水利科学与工程学院 山西太原 030000）

随着太原市城市化进程的加速，城市雨水资源利用成为水务工作的重点。基于雨水资源利用现状调查，对太原市雨水资源利用中存在的问题进行了分析，从工程措施和非工程措施两方面给出了加快太原市城市雨水资源利用的若干方法。文中研究内容可为缓解太原市水资源严重短缺问题提供借鉴。

雨水资源利用；太原市；工程措施；非工程措施

0 引言

作为促进城市发展的主要因素之一，水资源问题一直以来备受关注。随着全球气候变暖和城市化进程的加速，城市水资源匮乏的局面逐渐明显。目前，我国多个城市存在水资源危机，其中个别城市情况尤为严重，这其中便包括山西省省会太原市。太原市地处暖温带半干旱大陆性季风气候，冬夏两季分别由蒙古冷气压和西太平洋副热带高压控制。气候特点以干旱为主，补水主要来源于大气降水。太原市水资源严重不足。全市人均水资源量仅有173 m3，不足山西省人均水资源量的一半，约为全国人均水资源量的1/13[1]。作为华北地区的老工业基地之一，同时也是我国能源、重化工基地的中心城市，随着经济发展步伐的不断加快及外来人口的持续涌进，太原市需水量呈几何态势增长。地区严重缺水问题造成地下水被持续过度开采。近几十年来，太原市地下水位逐年降低，出现的降落漏斗近400 km2，累计超采量达20亿m3[2]，导致含水层疏干、地面沉降、岩溶泉水断流、地下水严重污染以及水源地出水量减少等一系列环境问题、地质问题。

太原市主城区面积约180 km2，平均降水量为459.5 mm（2014年），城区降水总量为8271.0万m3。目前这些降水大多被直接排放，利用率极低，但同时其可开发潜力也非常大。如果能将这些雨水合理地利用起来，将获得相当可观数量的水资源，可缓解太原市缺水现状。鉴于此，本文从国内外城市雨水资源利用发展现状分析入手，联系太原市城市发展实际状况及在雨水利用方面存在的问题，从工程措施和非工程措施两方面提出了加快太原市雨水资源利用的若干方法，为缓解太原市严重缺水的局面提供有益参考和借鉴。

1 城市雨水资源利用发展现状

1.1 国外城市雨水利用情况

在20世纪80年代初期，城市雨水资源利用的概念已经形成，迄今为止已有30多年的历史。其中，德国、日本和美国等国家在该方面的研究最为成功。

自1989年起，德国陆续颁布了多个关于城市雨水资源利用的法律法规[3]，并主要通过三种途径实现城市雨水资源利用：1）屋面雨水收集储蓄系统。通过处理净化，用雨水取代自来水进行冲厕、种植、消防、环卫、工业生产等，不仅可以节约水资源，而且能削减城市地表径流量；2）雨水截污与渗透系统。将道路上的雨水汇集排入大型储水池中，或者通过地表和地下渗透作用补给地下水资源；3）生态小区雨水资源利用系统。雨水通过小区内的入渗浅沟进行下渗。德国利用其成熟的雨水收集和处理技术为其带来了巨大的经济效益，也为一些商业广场，市政建筑以及居民社区解决了用水问题，既环保，又低成本。

在上世纪80年代初期，日本为解决“因抽取地下水而导致地基沉降”等问题，开始实施“雨水渗透计划”，并且研制出新型透水性铺装材料，将其铺设于公园、广场、体育场等场所。通过五年的观测，发现20多个地区的径流流出率从51.8%减少至5.4%，平均流出量由起初的37.59 mm降低为5.48 mm[4]。日本约有15座体育场下方设置了雨水蓄水设施，用来收集体育场外或屋顶的雨水，调蓄能力为1 000～4 320 m3，所收集的雨水可代替自来水进行多方面的利用[5]。目前，日本收集到的雨水资源不仅满足了本国需要，还将富余的雨水资源出口给一些严重缺水的国家。

与德国、日本类似，美国也是在该领域研究最为成功的国家之一。美国通过工程和非工程措施相结合的方式，进行雨水收集和利用，提高天然入渗能力。美国颁布的《雨水利用条例》限制了新开发区的暴雨洪峰流量，并且还大力支持各种工程措施，如修建植被渗透床和植草渗沟等，提倡通过这些工程措施提高降雨的天然入渗能力。

1.2 国内城市雨水利用情况

与发达国家相比，我国的城市雨水资源利用研究目前还处于探索阶段。但令人欣喜的是，北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等大型场馆的建设都考虑了雨水资源利用的理念。北京、上海、广州、深圳等发达城市的雨水资源利用技术也已走在了全国前列，目前呈现出良好的发展态势。

以首都北京为例，到2013年年底，北京市城区共修建雨水资源利用工程967处，全年雨水利用量有2 092万m3[6]。北京市雨水资源收集利用的途径主要以封闭式蓄水池为主，以透水性地面和下凹式绿地为辅。如北京奥林匹克公园的雨水资源收集利用系统，其底部为混凝土材料，完全隔水，通过透水基层、水平疏水层、透水面层和填土层等将雨水送达蓄洪涵，最终汇至蓄水池中，通过净化使雨水达到浇灌公园内植被的目的。

上海市属于典型的水质型缺水城市。经过多年探索，在屋面集水、绿地渗透效应、雨水收集利用的经济效益等方面已取得了不少成果及成功经验，并且在世博园、机场、火车站等都施行了雨水资源收集利用系统。

2 太原市雨水资源利用中的问题

针对太原市城市发展实际情况，国内已有一些学者开展了雨水资源利用相关方面的研究，并取得了一定成果。笔者认为，太原市雨水资源利用发展潜力巨大，但现阶段问题突出，主要表现在：1）缺乏相应的法律法规。由于城市雨水利用在我国起步较晚，各方面规章制度还不完善，迫切需要具体的法律法规对此进行保障。2）缺乏领域之间的相互合作。城市雨水资源利用涉及的专业广泛，是一项非常复杂的工程，需要其他各行业之间相互协调合作方有可能实现。3）雨水利用规划相对滞后。一方面，城市雨水资源利用规划明显滞后于城市总体规划，出现严重脱节。另一方面，缺少可行的城市雨水资源利用规划方案，致使相关工程建设盲目无序。4）缺乏有效经济支持。太原市的支柱产业是煤炭和钢铁，近年来煤炭市场和钢铁市场经济极为不景气，太原钢铁集团、山西焦煤、山西晋能等大型国有企业效益下滑严重，市财政收入受影响较大，无法在城市雨水利用专项研究领域提供经济支持，导致实验研究不能正常实现，制约了该方面的发展。

3 太原市雨水资源利用方法

《海绵城市建设技术指南》的发布，预示着我国将逐渐向修建城市“海绵体”方向转变，在降水时将雨水通过入渗、存储、过滤等步骤，补给地下水、减少洪涝威胁；在枯水期能够将蓄存的水加以利用，使得水循环接近自然。因此，海绵城市成为在不大兴土木重修地下排水、管网，尽量减少投资的前提下，解决城市雨洪问题的良方。它通过渗、滞、蓄、净、用、排等技术提高对雨水的入渗、调蓄、净化、利用和排放能力，恢复城市的“海绵”功能，实现城市良性水文循环。太原市可根据海绵城市建设技术，依托“两山对峙、汾水中流”的生态特征，以生态修复、治理水环境和强化水安全为重点，发挥雨水资源的社会、经济和生态效益，因地制宜采用不同的雨水利用措施，提高雨水利用率。对此，笔者分别从工程措施和非工程措施两方面进行了介绍。

3.1 工程措施

3.1.1 利用绿地渗透雨水进行收集

绿地的径流系数小，大部分雨水可被绿地截留，太原市可充分发挥绿地的功能，使雨水充分渗入地下。根据太原市城市绿地遥感调查结果显示，包括迎泽公园、动物园、森林公园等公园绿地与长治路、新建路、迎泽大街等道路、绿化带在内的绿地总面积共5 243万m2，约占城区总面积的26%，是太原市区不容忽视的一部分。对于这些绿地，可考虑在其周围建设具有导流口的围堰，这样做的好处在于：首先，可避免降落在绿地中的雨水外流；其次，可以将降落在马路、人行道等绿地外的雨水导流进入绿地，从而利用绿地实现最大程度的雨水收集。此外，对于市区计划新建的绿地，建议选址在地势较低的地方，从而不用修建围堰即可达到有效收集雨水的目的。

3.1.2 建立雨水花园等可观赏的雨水利用工程

以保护自然生态与保持美观为原则，净化并储存雨水，达到降低径流量，缓解环境污染的目的。在城市地势比较低的地方种植乔木、灌木、花草等植物，通过植物过滤带的层层吸收、过滤，使周围地面流入的雨水得到净化。直接降落在地面上的雨水没有经过过度的工业污染，通过雨水花园这样简单的过滤净化后即可达到景观用水、厕所用水等城市用水的标准。例如，太原市汾河公园、晋阳湖等工程建设后，对周围气候起到了明显的改善作用，空气质量也提高了很多，但其水体表面积大，蒸发量不容忽视，这些水体补充水的来源是目前急需解决的问题。雨水花园修建后可以根据就近原则，将储存的雨水作为景观用水的补充水分输送至汾河公园、晋阳湖等中。雨水花园的建设可以形成别样的景观，丰富城市绿样，保护城市生态环境，达到城市雨水利用与构建“绿色城市”的双重目的。

3.1.3 充分发挥市区内已建成河道的作用

太原市市区有多条河流，可以充分利用这些河流的河道进行雨水资源利用。以虎峪河为例，其一直以来都作为上游矿区生产生活污水的排水河道，黑臭脏的水体不仅影响周围居民正常的生活，而且白白浪费了降至河道内宝贵的雨水资源。近年来虎峪河治理只是初步、简单的堤防砌护或是对原堤防的加固，还没有进行截污治理，尚未实现雨水与污水的分流，蓄水改造也未完成。通过对虎峪河等市区内现有河道的治理，将雨水污水分流，可以使其最大程度地发挥收集雨水的作用。考虑到河道治理是一项复杂工程，对资金、技术等要求较高，太原市在近期开展此项工作困难较大，但在未来条件具备时，可对市内河道逐个进行整治。

3.1.4 建立绿色建筑雨水收集处理循环利用系统

在绿色建筑群中建立雨水收集系统，通过绿地入渗、透水地面入渗、渗透地等进行雨水收集，将中水用来浇灌植物、冲洗马桶，还可以通过节水器具的使用来达到节水的目的。这一措施还对暴雨时期雨水调蓄有一定作用，分担一部分市政道路排水压力。

3.2 非工程措施

3.2.1 制定出台有关雨水资源利用的法律法规

城市雨水资源利用是一项重要工程，应引起有关政府部门的高度重视。结合太原市实际情况，进一步强化地方法制，尽快制订出切合市情的法律法规是当务之急。明确职责、规范行为，使雨水资源利用逐步走向规范。

3.2.2 加强城市雨水利用的宣传

城市缺水严重制约着当前城市的进步与发展，解决水资源短缺已迫在眉睫。在充分认识水资源与社会经济发展是相互依赖、互相促进、不可分割的基础上，相关媒体与部门应做好全方位的宣传，引起广大人民群众的重视，鼓励民众积极参与其中。

3.2.3 设立专项投资基金

城市雨水资源利用作为一项关乎城市发展与进步的重要举措，需要当地政府及企业的帮助和大力扶持。政府可以通过调整政策，鼓励雨水资源利用资金投入，促进雨水资源利用设施应用。最终形成有关部门政策引导、企业事业单位投入资金、用水户参与的方式，从多方面入手解决城市雨水资源利用中存在的问题。

4 结语

城市雨水资源利用是一项复杂的系统工程，它不仅是市政和水利部门的职责，还是其它企业事业单位甚至每个人民群众的使命。太原市应在法律、政策以及技术规范的指引下，动员全市人民，科学地推广及实施雨水资源利用措施，促进社会、经济及环境的可持续发展。

［1］刘亚平.太原市水资源现状与可持续开发利用初探［J］.山西水利，2002（5）：37.

［2］师 妍.太原市城市雨洪利用探讨［J］.科技创新与应用，2014（22）：128-129.

［3］董秉直.海绵城市管理与建设的国外经验借鉴［J］.人民论坛·学术前沿，2016（21）：19-28.

［4］杨文喜，王彦洋，李顺群，等.基于海绵城市建设的城市雨水处理技术研究［J］.城市，2016（12）：77-79.

［5］陈 嫣.日本大城市雨水综合管理分析和借鉴［J］.中国给水排水，2016（10）：42-47.

［6］谢永明，李文军.完善雨水收集利用系统把北京建成“活水城市”［J］.前进论坛，2016（3）：44-45.

Study on Utilization Methods of Rainwater Resources in Taiyuan City

CHAI Yu-jieWANG Xue-ni

As the acceleration of urbanization in Taiyuan City，it becomes important to use city rainwater resources in the work of water affairs.Based on present situation investigation for rainwater resources utilization，the problems in rainwater resources utilization in Taiyuan City are analyzed.The methods for accelerating rainwater resources utilization in Taiyuan City are given by structure measure and non-structure measure.This study could provide references for relieving the problem of water resources shortage in Taiyuan City.

rainwater resources utilization；Taiyuan City；structure measure；non-structure measure

TV213.9

B

2017-03-28

2017-04-10

柴宇婕（1997-），女，太原理工大学水文与水资源工程专业本科在读。

王雪妮（1986-），女，2016年毕业于大连理工大学水工结构工程专业，博士，现就职于太原理工大学，水文与水资源工程专业，讲师。

国家自然科学基金资助项目51509176，太原理工大学校基金资助项目2016QN39。

1006-8139（2017）03-058-04