传统雨水回用系统及其发展趋势

传统雨水回用系统及其发展趋势

一、前言

传统城市雨水收集式是在雨水落到地面上后，一部分通过地面下渗补充地下水，不能下渗或来不及下渗的雨水通过地面收集后汇流进入雨水口，再通过收集管道收集后，排入河道或通过泵提升进入河道，即传统城市雨水管理以雨水尽快汇集至收集系统、经收集输送后快速排除为目标。随着城市化程度的提高，高强度人类活动改变城市地表环境的结构与功能，使得相当比例的软性透水性下垫面变为不透水表面（路面、屋面、地面）所覆盖，改变地表生态环境的结构和功能，影响雨水截留、下渗和蒸发等环节，导致水的自然循环规律变化，加剧了流域洪涝灾害发生的频率和强度。因此，传统的雨水管理模式表现出城市洪灾风险加大、雨水径流污染严重、雨水资源大量流失、生态环境破坏等主要问题。

由于天然雨水具有硬度低，污染小等优点，对于大型公用建筑、居住区、建筑群等屋面及地面雨水，经收集和进行简单处理后，除用于土地渗入补充地下水，还可以用于景观环境、绿化、洗车场用水、道路冲洗、冷却水补充、冲厕及一些其它生活用水用途。

雨水回用系统的工艺特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）全自动运行、远程控制；（3）运行操作稳定、维护简单方便；（4）处理效果好，出水水质稳定；（5）动力消耗低；（6）处理构筑物结构紧凑，占地面积小；（7）工程范围内绿化率高，外形美。

二、国际先进雨水资源管理理念

为创造一个生态和谐、尺度宜人、环境优美的城市空间，结合规划区建设，探索以国际先进雨水资源管理理念对城市雨水径流资源进行管理和合理的利用，如对屋面雨水进行收集、经过简单处理后用于绿化浇灌和道路洒水以节约优质水资源。另外，通过屋顶绿化、低洼绿地、渗透性辅面等措施强化雨水的储蓄和下渗以减少雨水泾流，通过景观水体的调蓄削减外排雨水量，通过地下雨水调蓄池以减少雨水污染等措施。通过这些技术措施的实施，展现将雨水资源资源利用、预防洪涝、城市景观、环境改善等功能融为一体的发展趋势，符合“生态”的理念，也是环境保护与生态建设的实际需求。

1、屋面雨水收集及利用

屋面雨水水质情况随城市化程度、屋面下垫面类型、交通量、人口密度、空气污染程度、降雨量及降雨历时等因素变化，一般来说，相对于其它道路等下垫面的雨水，屋面雨水水质相对较好，有关试验表明，雨水中的污染物大致可分为悬浮固体、好氧物质、氮磷等富营养化物质，降雨污染物集中在初期的几毫米雨量中。

考虑到雨水降雨的不均匀性，需要设置雨水贮存池，雨水储存调蓄池根据建造位置不同可分为地下封闭式、地上封闭式、地上敞开式等。储存池的大小根据雨水降雨量特征、贮水池的形式及雨水回用的效益等综合确定，一般而言，贮存池越大，可收集的雨水量较大，雨水的集蓄效率越高，但储存池投资大；相反，贮存池小，降雨量超过设计调蓄容积多，储存池投资小，但可收集的雨水量也小。根据上海

市的降雨特性曲线，采用采用混凝土地下式贮存池作为调蓄池时，计算表明，储存池按降雨量10-20mm储存，此时的集蓄效率约为

45-60%，雨水回用工程可以实现效益大于费用，具有较好的经济性。

由于初期雨水污染程度高，在雨水利用时，对初期雨水的控制主要采用弃流处理和调蓄处理。将这部分雨水弃流，排入污水管网，大大减少雨降低后续雨水处理的难度，提高雨水回用水的水质，可大大提高工程的技术经济可行性。

雨水回用用途主要用于构造城市水景观、人工水面、灌溉绿地、补给地下水、冲洗厕所、改善生态环境等。雨水处理程度与雨水的水质、回用用途等密切相关，根据不同的回用要求，可采用人工湿地、稳定塘、MR系统（水洼－渗透渠组合系统）等生态处理技术。在建筑密度高、土地昂贵的城区，一般采用成套水处理装置，通过沉淀、过滤、消毒等处理措施可达到杂用水水质要求，对于要求较高的水，根据实际情况考虑活性炭处理和膜技术等处理措施。

2、雨水蓄渗利用

雨水蓄渗是一种雨水处理与资源化利用技术，近年来，各国相继开发出新的雨水排放系统，如德国开发出“洼地－渗渠系统”，日本提出“雨水的碎石空隙储存渗透系统”等，其核心理念是以“就地”处理雨水的措施取代传统的快速排除雨水排放系统。雨水就地蓄渗处理有着诸多的生态环境效应，在控制城市面源污染及削减洪峰水量方面发挥着十分重要的作用，越来越受到世界各国的广泛关注。

近几十年来的研究表明，城市地表径流污染的来源广泛、复杂，但污染物的迁移和转化的主要载体是雨水及其所形成的径流，其水动力因素主要是降雨的冲刷作用和地表径流的冲刷作用，雨水中的污染物主要有无机物质和一些有机物质(主要是挥发性化合物)，同时还存在少量的重金属(如铜、铬、铅、锌等)，如果将这些雨水直接排入河道，对环境造成一定的污染。因此，雨水中污染物的控制是控制面源污染一个最关键的问题。

利用城市渗滤来降解雨水径流中污染物质是一种自然有效，成本低廉的方法。雨水径流经过植被和土壤时产生一系列的物理、化学和生物反应，许多污染物质通过吸附降解、沉积、离子交换、氧化还原及其他反应在土壤表层被去除。由于粘土的颗粒细小，比表面积大，比表面能大，有些细小颗粒甚至接近于胶体颗粒，因此具有较强的吸附力。它们通过对有机物质的物理、化学作用的截留吸附，一些污染物被固定于绿地渗滤系统的滤层中。使流出绿地土壤的径流污染物浓度降低，污染物去除的另一个主要因素是土壤中的微生物作用，径流流经土壤时，土壤颗粒截留其中的营养物质作为微生物的碳源和能量来源，促进微生物的繁殖，不断增加的微生物进一步降解被截留的污染物。有资料表明：在各种不同降雨条件下，对有机物、氮、磷等污染物的平均去除率可达40?50%左右，表明绿地渗滤系统对地表径流污染物的削减作用显著。

促进雨水下渗的技术措施很多，如增加绿地面积、采用透水性路面、下凹式绿地和增加水体面积等方法。雨水蓄渗技术有植草洼地、

低势绿地以及渗透性路面、渗透井、渗透塘、渗透管沟等。其中，绿地作为一种天然的渗透设施，它具有透水性好、节约投资、便于雨水引入等优点。

（1）“低绿地＋下排水系统”措施

目前，采用低势绿地是常用的雨水蓄渗方法之一，该方法通常建造在低于路面的景观隔离带内或采用低势绿地，与路面雨水口一起构成蓄渗排放系统，具体过程是结合原有的绿化布局，对土壤应进行改造，通过填加石英砂、煤灰等提高土壤的渗透性，同时在地下增设排水管，穿孔管周围用石子或其他多孔隙材料填充，具有较大的蓄水空间，将屋面、道路等各种铺装表面形成的雨水径流汇集入绿地中进行蓄渗，以增大雨水入渗量，多余的径流雨水从设在绿地中的雨水溢流口或道路排走，这种蓄渗设施有效地提高了道路景观隔离带的调蓄与下渗能力，同时可确保景观植物生长条件与景观效果，人行道外侧的绿化带也可进行类似设置。

低绿地＋下排水系统雨水蓄渗措施

（2）透水性路面、广场

采用透水性路面也是降低雨水径流量的措施之一，透水性路面是降低地表径流的最重要措施之一，因地制宜地设置透性路面，具有一定的削峰减排作用，主要方法在行车道、人行道、广场、停车场等人工地面，尽量采用多孔沥青或混凝土、草皮砖、连锁砖铺面等透水性铺面。

渗透性路面的典型结构

排水性沥青路面采用高空隙率的磨耗层，雨水可渗入路面之中，由路面中的连通空隙向路面边缘排水，导致雨天路面表面不会形成较厚水膜，避免了水飘与水膜反光的产生，同时不会出现溅水现象，有效地保证了行车的安全，降低了噪声。多年来，发达国家不断进行这一技术的开发研究，发展迅速。

密实路面与排水性沥青路面对比

在土壤入渗性能较差的地方，渗透速度过慢、渗透时间过长，雨水在短时内很难渗净，可采取扩大入渗面积和蓄水空间等措施来强化雨水入渗，浅层地下雨水蓄渗是结合城区的功能规划要求，在人行道、广场的辅装层或绿化种植土以下，在地下水位以上用多孔空隙材料堆彻成大小、形状不同的形成可供短暂储存的雨水连通空间，在多空隙材料底部用渗水材料以提高下渗速率，当暴雨来临时，屋面等相对干净的雨水通过初期弃流和简单预处理后，通过管道或沟渠方式导流进入高孔隙材料空间内短暂储蓄，暴雨过后雨水继续下渗，超过储蓄容量的雨水外排。

浅层地下雨水蓄渗技术上至下分别由植被层（草皮）、基质层、隔离过滤层、储水层、渗滤层等组成。

浅层蓄渗透视图

采用浅层蓄渗技术，不改变原有土地的使用功能，充分利用人行道、绿化或广场的浅层地下作为雨水短暂储存和渗透设施，雨水储存设施的大小、形状可根据小区或城市的要求灵活设置，不影响绿化景观要求，解决了传统蓄渗技术对高地下水位、高景观要求的地区难以应用问题。通过该系统的应用，雨水尽可能长久的得到储存，支持和延长渗透过程，分散补充地下水，防止地面沉降；在不影响设施功能的情况下，通过简单的就地雨水滞留的方式分散城市的雨水达到雨水的就地处理，减少外排量和因雨水外排而导致河流污染，减少城市排水和防洪设施的投资和运行费用。

3、初期雨水调蓄池

降雨径流初始部分含有较高浓度或较大负荷的污染物质，在屋面径流污染控制或雨水利用的工程实践中，合理处置初期雨水可大大提高工程的技术经济可行性。初期20%的雨水中含有60%左右的污染物，说明降雨存在初期污染效应。

在雨水回用系统中，应建设初期雨水调蓄池。在暴雨时，雨水管网的污染物较高的初期雨水先进入雨水调蓄贮存，然后在暴雨停止后，将收集的雨水缓慢的输送至市政污水管网，纳入污水厂进行处理，中后期的雨水进入雨水处理系统，经处理后回用。