缺水型城市雨水收集技术应用研究——以天津市为例

魏广龙，刘曼

（河北工业大学 建筑与艺术设计学院，天津 300132）

一、引言

水资源短缺是长期的问题，将雨水收集再利用是实现水资源可持续发展的重要举措，尤其是我国缺水型城市较多，降雨量时空分布不均和季节性的干旱缺水问题十分突出，严重影响了工农业生产和城市用水。2013年《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》规定将建筑、小区雨水收集利用要求作为城市规划许可和项目建设的前置条件，因地制宜配套建设雨水滞渗、收集利用等削峰调蓄设施。于是我国的海绵工程在多个具有很强地域性的城市进行了试点，部分完成项目在缓解城市内涝和改善水环境方面初见成效，但效果还不能让人满意，雨季积水点仍会出现内涝，无法实现蓄渗缓释的效果。***总书记提出的“海绵”最适合缺水城市，没有蓄水就不算是海绵工程，所以蓄水是缺水型城市发展建设最重要的举措。

二、雨水收集技术

（一）雨水收集及利用含义

雨水收集利用简单来讲就是通过系统的收集与渗透等方法，使雨水径流最大程度地收集与下渗，然后再经过净化过滤设施实现雨水回用。雨水收集利用有直接收集利用、间接收集利用和综合收集利用三种方式。直接收集利用是集蓄处理后用作生活杂用水，包括景观补水、喷洒道路等，常见的是蓄水池的建设；间接收集利用是通过雨水花园或下沉绿地等天然或者人工的渗透设施来补充地下水；综合收集利用是调蓄排放，回用与渗透相结合利用，需要市政的人工技术手段再加上改善生态环境的景观设计以实现效益最佳，这也是世界范围内一直在研究的课题。

（二）雨水收集技术种类

1.雨水收集利用系统

雨水收集系统是通过雨水收集管道收集雨水—废弃的集水装置—雨水收集罐的雨水过滤消毒—净化和再利用的这样一个整体过程，收集的雨水用来灌溉可以节约水资源，实现绿色环保。简单来讲就是集雨、截污和处理利用，集雨一般有小中大型雨水收集系统，截污包括屋顶截污和路面截污，包括截污滤网装置、初期雨水弃流装置、植被浅沟等技术，处理利用要经过集水—筛网—蓄水池—沉淀—消毒—再利用来进行水资源补充。

2.处理技术

就雨水净化技术而言，将雨水与杂质分离的技术已经相当成熟，有离心式分离器、毛细管式分离器与重力式分离器三种常见的技术，达到的效果是分离过程不用电；无需人工操作，全自动进行；原则上永久不堵塞，无需人工清理；常态下，分离90%以上的清水与10%以下的杂质污水，达到90%的效率。这些技术都符合***主席的指示：利用自然力做功。清水进入蓄水池后，需要回用时，依照回用目的的不同，可能需要使用水泵加压，需要少量用电。现代雨水收集的技术措施通常以渗透沟、湿式滞留池、生物滞留带和植草沟等最为常见的方法将自然景观与人工措施相结合。

（1）渗透沟

渗透沟可以处理少量径流，但对于控制峰值水量来讲效果不佳。

（2）湿式滞留池

作为雨水控制结构的湿式滞留池包含一个永久性的水池，雨水径流通过导流进入该水池。

（3）生物滞留

生物滞留是利用土壤及植物来清除径流中的污染物，进行改造后的生物滞留设计包含沙床内的暗渠，实现从传统的渗透装置到过滤器的作用，更多的适用于中间路带、停车场区域与洼地，是这些地带雨水的最佳管理措施。

（4）植草沟

植草沟可以作为雨水排放的一部分，是最适合于低流量和人口较少的住宅、工业与商业区的雨水处理方式。易于设计的植草沟作为独立的雨水管理措施时，将雨水池、渗透带和湿地等结合使用效果最佳。

我国的雨水收集技术经历了从水窖、蓄水塘到水库、集蓄工程的转变，从最开始解决人饮到农业用水再到城市用水的需求，虽说每个阶段不同的设施都有自身的社会效益，但还是存在雨水处理问题，未来的雨水收集技术一定是高效综合的。

（三）雨水收集主要途径

1.路面雨水收集

路面是雨水收集的来源之一，各种道路空间中人流量大，降雨时地面的雨水杂质多，污染源复杂，路面雨水径流量往往是流失最多的，降雨时往往为了城市道路的畅通而直接排放。

2.屋顶雨水收集

屋顶雨水比路面雨水杂质和污染物少，可以经过净化过滤后排入蓄水系统进行再循环利用。屋面雨水收集方式可依据建筑格局而定，大多是可以沉淀污物和改善水质的雨水桶和雨水池。但是一定要保持装置的清洁，也可利用周边绿化对集蓄的雨水发挥最大程度的净化作用。

3.绿地雨水收集

绿地是天然的具有截污能力的雨水净化和渗透设施，经过绿地净化后的雨水径流污染物较少，但由于绿地的渗透功能可能导致收集不到足够的雨水，以往的城市建设忽略了绿地结构以及其产生的生态效益，现在一般城市的绿地基本上是将上凸式或者平地式改为下凹式以利于收集。

（四）蓄水方式及途径

1.地上蓄水：水池、雨水花园、河道等。地上蓄水基本上就是针对降雨量小时集流净化然后再起到美化环境的作用。

2.地下蓄水：地下水库、停车场、人防等。地下蓄水量大于地上蓄水量，是集蓄雨水效果最好的方式。

3.先进国家的雨水蓄水池内有两样东西，第一是清水，第二是水泵，与国内蓄水池相比简单太多，几乎没有机会出现故障，后续维护成本也很低，这种设计方式值得我们研究参考。

三、缺水型城市的雨水收集技术发展现状

（一）缺水型城市

缺水型城市有三种类型，有资源型缺水，像西北干旱等地水资源可利用量小于需求量的地区；水质型缺水，像长三角地区水资源受到污染不符合城市用水水质要求的城市；工程型缺水，即是像珠江、松花江流域等地供水工程的供水能力有限的地区。天津、河北、山西、内蒙古、甘肃、陕西等地水资源总量不足以维持生态系统的循环，有些水资源丰富的南方地区也因城市污染面临缺水问题。

（二）缺水型城市雨水收集现状

城市的水资源供需矛盾突出，地下水位下降，片面地为了品质的提升加大工程设施的建设力度，生搬硬套地把没有特色的东西强加在区域景观中，或者经济落后的地区还没有开展海绵城市相关工程。现在全部下渗工程的成本每一立方米雨水回收的工程投入都是几千到几万，自来水每一立方只有2～5元人民币，所以蓄水结合下渗才是***书记指示的“海绵”。城市雨水收集系统需要进一步完善，积少成多的景观细节也可以配合工程设施让整个城市形成完整的生态海绵系统。

（三）存在问题

1.有效雨水收集系统尚未建立，有些城市对雨水收集存在误区，没有开展微型水利工程。

2.雨水利用观念的缺失，居民节水意识不高，还没有意识到缺水的严重性。

3.技术手段不成熟，经济落后的缺水型城市受到资金限制，制约了雨水收集技术的发展，目前发展仍很缓慢。

四、天津市雨水收集技术现状

（一）天津市缺水概况

天津市是典型的资源性缺水城市，再加上地下水开采所导致的水位下降和地表水污染问题，使水资源日益紧张。虽说引滦济津等工程让城市缺水情况得到缓解，但年平均降水量571毫米的天津历史上存在各自为政的租界区，夏季降雨量达到全年的四分之三左右，地表径流大，以年平均降水量600毫米计算，市域降水可以达到71亿立方米，且市区缺乏系统的排水规划，水利设施不健全，还是会出现水库干涸等现象。虽然近几年在逐步实施海绵城市工程，但更新周期慢，汛期排水量大，很多水景观设计集中在公共空间，因而改善水资源并予以合理化利用成为保证城市水循环的关键举措。

（二）天津市雨水收集现状

海河是天津市的主要行洪河道，要承受南运河、北运河等一级河道的汛期洪水，以及沿河两岸的雨水和津河、卫津河等的河水排入。随着经济的发展，市政和景观建设方面也在加大力度进行雨水收集利用，但大雨时城市内涝还是时有发生。天津市中心城区雨污合流改造先锋河调蓄池工程将于汛期前投入使用，其将在雨急量大的情况下暂时收集雨水，水位降低调蓄河道水量。即便是海绵城市建设，但蓄水总量仍然是非常小的，水太多就会内涝，太少会干旱，太脏会污染，工程设计一般集中在排涝和下渗上，蓄水往往会被忽略。

（三）天津市雨水收集的可行性分析

根据统计资料显示，天津市有高比例的硬化铺装和较多的绿化地带，砂质壤土能够满足渗透工程实施要求，所以进行雨水收集利用是可行的。人类使用大量水泵抽取地下水就会造成水位下降，只需要停止抽水地下水位就会上升，停止水泵供电的成本要比下渗工程低得多。建设多功能蓄滞池等以蓄为主的雨水利用工程是有效的措施，但是根据城市性质的不同对雨水的收集方式要加以区分，像天津这样的缺水型城市最重要的是将暴雨期的雨水有效收集起来。作为轻污染的雨水比起生活污水来说处理方式较简单，但建设可持续的节水型环境仍需要从理论技术各个方面进行完善深化，从而在响应国家政策的同时实现弹性发展。

（四）存在问题及改进方向

1.老旧市区受到空间环境限制处于低速开发阶段，除了简单利用城市绿化、透水路面和公园等措施外，在工程技术方面应该加大力度，需要建立完整的雨水收集工程技术体系。

2.硬质路面的改进做法是用透水性铺装和隔离绿化带来增加渗透能力，基于绿地改造的雨水花园以及下沉绿地在降雨量小时汇集效果较佳，暴雨时无法下渗的雨水会形成较大的雨水径流，造成大面积的污染，雨水资源大量流失，所以采用单一的形式很难达到有效改善径流雨水水质的目的，需要多种设施进行优化组合利用。

3.有些地方建设的蓄水池规划设计不合理，存在蓄不上或者蓄满无法排放等问题。

五、雨水收集技术在缺水型城市的应用研究

（一）雨水调蓄

1.泄洪道设计

马来西亚吉隆坡的SMART隧道是可以弹性控制的隧道，由洪水隧道与机动车隧道组成，在解决城市内涝的同时也舒缓了该城市高架道路高峰期时的交通堵塞。城市内涝每年都发生，我们需要采取低成本的有效方法，根据下沉式道路设计的原理把现有的马路挖深是可以考虑的一个方向，尤其是城市内涝容易发生的地带，比如一级道路或者城市高架区。

（1）挖深10米，作为下层道路，小雨可以利用水泵排入河道或者下凹绿地和人工湖，雨量积存超过10公分就禁止进入，大雨或者暴雨底层的深蓄水空间足够达到削峰的目的。

（2）上层可以多做一个3米高的高架层，暴雨时底层封闭上层照样可以通行。目前国内防涝方法是加装大型抽水泵，但价格昂贵，投资无法回收。

（3）中间地面完全还给行人，马路两侧排水进入底层道路之前，经过拦污隔栅，净化系统，保证进入底层的洪水没有垃圾，无需清理。

2.蓄水池设计

一般雨水来临时自然落入位置比较低的地下停车场，所以我们应该设置具有调蓄功能的停车场蓄水池，再通过巧妙设计的自动净化系统后即可以储存大量雨水。城市为了抢收雨水，地下蓄水位置应该增加，停车场使用材质必须是防水耐潮湿的。防涝式的停车场不仅仅局限于此，只要是容易淹水地点附近的公园绿地广场都可以做下沉设计建设蓄水池。政府应该鼓励所有建筑类型增加地下蓄水停车场的设置，由开发商自行设计且达到政府规定的标准。

3.排水沟渠设计

韩国首尔的清溪川潺潺流水清澈见底，很多市民都喜欢在此散步、休闲、约会。首尔下大雨或暴雨的时候，如果排水不好，就可能有内涝的风险，此时大量的雨水就会进入这个小河，其有足够的空间滞洪，排除洪涝。我国的西安、石家庄、天津等城市曾经有严重的内涝发生，可以考虑利用类似的方式。比如天津的海河，在低洼地区顺着地形开辟水沟，将洪水排往河道，水沟的宽度、深度可以随地形变化，以增强排洪的效果，既不影响街道的宽度反而能增加行人步行的空间，关键是保持水沟的清澈，保持水的流动。

（二）指导原则

1.蓄为主原则

不要让雨水没有过滤就进入地下，不要没有蓄水就直接下渗。

2.不堵塞原则

不要让系统有任何堵塞的危险，不要让系统依靠人工清掏。

3.低成本原则

不要让雨水回用的成本超过自来水，不要接受寿命10年以下的产品与工程方法。不要使用无法打扫的水箱，不要让水箱预算低于设备总预算的80%。

六、总结

文章对缺水城市水资源短缺情况进行分析，再结合天津市雨水收集情况，提出雨水收集技术在保持水土和改善生态环境方面的一些措施建议。尽管我国海绵城市建设有很大发展，但在许多方面还不成熟，需要在应用中不断地完善。缺水型城市的雨水收集技术不能仅仅局限于工业和农业领域，应该是全面性的应用，从商业活动城市用水到日常生活居家用水都应该有完善的设施。尤其是我国城市空间既相似又独特，在不同形态的城市空间设计中，应充分把握好空间本身的特色、功能、服务人群，拥有适合自身特色的雨水综合收集利用技术，同时在满足基本功能应用的基础上，实现雨水收集利用的景观化效果，通过多样化的处理手法，体现其景观的形式美感、生态美感，增加居民的审美体验。