建筑物上自然雨水的利用與再利用
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，以及人口的急劇增加，城市基礎(chǔ)設(shè)施尤其是防洪排澇設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后，每逢大暴雨都會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的洪澇現(xiàn)象，被市民戲?yàn)椤翱春！?，給人民生活帶來(lái)極大的影響，給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，一定程度上制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。隨著人民生活水平的提高，節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及城市管理者對(duì)雨水資源的重現(xiàn)，如何采取措施解決這一影響城市發(fā)展和危害市民生活的問(wèn)題，擺在了專家和決策者面前，在加強(qiáng)城市排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，采用雨水收集系統(tǒng)無(wú)疑解決這一問(wèn)題的最有效辦法。既可以減輕城市洪澇保護(hù)環(huán)境，又能節(jié)約用水，實(shí)現(xiàn)雨水資源化，變害為寶。
本文講述提高城市防洪能力和保證城市的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義，小區(qū)雨水收集回用系統(tǒng)包括雨水收集和雨水回用兩個(gè)方面，由于小區(qū)地表與建筑物頂部受人類活動(dòng)影響的程度不同，所以降落在上面的雨水水質(zhì)也有很大差別，為了將水質(zhì)不同的雨水分開(kāi)利用，降低利用成本，雨水收集回用系統(tǒng)分成屋頂收集回用和地表收集回用兩個(gè)不同部分。
一、雨水資源化在缺水城市實(shí)現(xiàn)的意義
1.1問(wèn)題的提出
隨著中國(guó)北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)總量提升和城市化進(jìn)程的加快，對(duì)水的需求越來(lái)越大，但北方地區(qū)水資源短缺的狀況，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的進(jìn)程，城區(qū)作為城市政治經(jīng)濟(jì)文化的中心地面也著地下水超采、地表水污染以及城市用水量日益增大等一系列問(wèn)題所引起的用水危機(jī)，不得不考慮尋求一種新的替代水源來(lái)維持經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市功能的正常運(yùn)行。而雨水資源作為一種潔凈。經(jīng)濟(jì)的水資源越來(lái)越受到人們的重視。
1.2缺水城市實(shí)現(xiàn)雨水資源化的意義
雨水是自然界無(wú)償給予人類的寶貴資源。在華北、西北等缺水地區(qū)的城市雨水作為資源的價(jià)值越來(lái)越突出。以保定為例，目前保定市委了應(yīng)對(duì)水資源的短缺狀況，水費(fèi)由2005年的2.90元/m3調(diào)至目前3.50元/m3，3年時(shí)間水價(jià)上調(diào)了0.6元，水資源費(fèi)已成為保定市居民的重要生活費(fèi)用支出之一。如果在城市居民區(qū)建立完善的雨水收集回用系統(tǒng)，將對(duì)降低城市居民的生活費(fèi)用，提高生活質(zhì)量有著非常重要得意義。列如保定市全城區(qū)可利用雨水每年是5000萬(wàn)m3，按保定市目前的水價(jià)3.50元/m3計(jì)算，如果將這部分雨水資源充分利用起來(lái)，每年保定市居民的水費(fèi)支出就凹節(jié)約出1.75億人民幣。另外，雨水是一種低納的軟水，幾乎不經(jīng)處理就可作為生活用水，而且居民區(qū)雨水資源化對(duì)調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)貧夂?，消減城市汛期雨洪流量，減小城市的防洪排澇壓力，提高城市排水管網(wǎng)的使用壽命等方面也有著積極的意義。
二、雨水收集回用系統(tǒng)的原理工作方式
雨水收集回用系統(tǒng)包括雨水收集和雨水回用兩個(gè)方面，若在城區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)雨水資源化，必須在區(qū)內(nèi)建立起雨水收集和雨水回用相互配套的完備系統(tǒng)。
2.1雨水收集系統(tǒng)
雨水收集系統(tǒng)包括建筑屋頂部的雨水收集系統(tǒng)和地面的雨水收集系統(tǒng)，由于建筑物屋頂受到人類活動(dòng)的影響小一些，所以屋頂對(duì)雨水的污染程度比地面要輕的多。而且地面要考慮到相當(dāng)一部分的雨水途徑綠地回補(bǔ)地下含水系統(tǒng)，因此兩種收集系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上有所差異。
建筑物屋頂雨水收集系統(tǒng)包括建筑物屋頂表面、匯流槽、雨水管、儲(chǔ)水池以及簡(jiǎn)易的處理設(shè)備。屋頂表面是雨水的匯集場(chǎng)所，因此其形狀、表面覆蓋的材料對(duì)雨水收集量和雨水水質(zhì)有著很大影響。一般來(lái)說(shuō)，平面型屋頂比三角形屋頂?shù)氖占Ч?，光滑、潔凈、密閉性好的屋頂對(duì)提高雨水水量和水質(zhì)更為有利。金屬型屋頂和水泥屋頂和水泥屋頂?shù)挠晁畵p失率接近于整個(gè)屋頂表面降水量的10%，焦油砂礫和油氈的屋頂損失率為15%，如果將蒸發(fā)和過(guò)程損失都考慮在內(nèi)節(jié)本上損失量能達(dá)到25%。因此，新建的居住、辦公用建筑物盡量采用平面屋頂，屋面材料選擇上采用黏土光面瓷磚或者其他環(huán)保光潔的材料，避免使用瀝青、焦油或石棉類粗糙，又可減少細(xì)菌的滋生，提高雨水的可利用程度。已建成的建筑物可將屋頂適當(dāng)改造，以適應(yīng)雨水收集的要求。匯流槽和雨水管可做成具有分流過(guò)濾沉淀功能的整體樣式，如圖1。這樣在干季落在屋頂上的樹(shù)葉、鳥(niǎo)糞、羽毛等物質(zhì)能被有效地?cái)r阻，降水前期的屋面沖刷雨水經(jīng)沖刷管排到地表收集系統(tǒng)，而且雨水管也對(duì)雨水起到沉淀凈化作用。與屋頂收集系統(tǒng)相配套的雨水存儲(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)受材料、位置、當(dāng)?shù)亟邓疇顩r、收集面等因素的制約比較復(fù)雜。為了經(jīng)濟(jì)實(shí)用，建造材料選用混凝土或聚乙烯，只是實(shí)用聚乙烯材料的儲(chǔ)水設(shè)備需要外加涂層防止光線進(jìn)入，滋生藻類和菌類。位置應(yīng)遠(yuǎn)離廁所等污染環(huán)境，最好做成高出地面的水塔型。儲(chǔ)水容量要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓疇顩r、屋面的集水面積和用水狀況來(lái)設(shè)計(jì)。在集水面積(屋定面積)確定的情況下，雨水收集量可用下面公式來(lái)計(jì)算：
M=k×(R一h)×S式中：m-收集水量(L)，k-利用系數(shù)(根據(jù)實(shí)際情況取值在0.8~0.85)R-降水量(mm)h-屋面滯水量(mm)s-集水面積(m2)
雨水存儲(chǔ)器的容量在雨水收集量的基礎(chǔ)上按照以下公式計(jì)算：
Vt=Vt-1+(M-c)式中：Vt-本月儲(chǔ)水容量(L)Vt-1上月余水(L)C-本月用水量(L)。Vt應(yīng)取多年平均降水量最大的月為基準(zhǔn)，由于考慮到次暴雨與用水量C的時(shí)間不同步性，應(yīng)加裝一個(gè)小型的副存儲(chǔ)器。此系統(tǒng)收集的雨水比較潔凈，主要用于家庭的洗衣和衛(wèi)生用水，空氣比較潔凈的城市也可作為洗菜烹調(diào)用水。
地面的雨水收集系統(tǒng)是將地面形成的雨水徑流收集起來(lái)，由于地面的雨水水質(zhì)較差，其主要用在小區(qū)綠化用水和景觀用水上。收集方式包括綠地蓄水下滲回補(bǔ)地下含水系統(tǒng)和地表蓄水池。綠地作為雨水下滲的通道，應(yīng)種一些耐澇的植物，而且綠地規(guī)劃時(shí)應(yīng)低于路面便于雨水匯集。地表蓄水池設(shè)計(jì)參照屋面集水系統(tǒng)的儲(chǔ)水設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)，只是來(lái)水多一項(xiàng)屋面前期棄水。
2.2雨水回用系統(tǒng)
建筑物頂部收集來(lái)的雨水回用時(shí)，根據(jù)其用途在儲(chǔ)水器到用戶的總管道上加裝消毒處理設(shè)施，在有樓房的小區(qū)安裝加壓泵。由于雨水本來(lái)就是比較潔凈的軟水，所以消毒處理基本上只考慮沉淀和過(guò)濾兩個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于大氣質(zhì)量比較差的城市，根據(jù)大氣污染物的成分，適當(dāng)在處理設(shè)施上增加處理環(huán)節(jié)。
地面雨水回用系統(tǒng)中地表蓄水池比較簡(jiǎn)單，只需用抽水泵將池中蓄水抽出用來(lái)綠化和景觀上。如果使用噴灌和滴灌系統(tǒng)還要追加投資。使用綠地入滲方式上，要考慮到當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，如果是地面硬化時(shí)土壤經(jīng)過(guò)壓密處理或者土壤本身的滲透性就差，綠地作為雨水回補(bǔ)地下含水系統(tǒng)的途徑就不理想，會(huì)使綠地產(chǎn)生澇漬災(zāi)害。因此對(duì)于這種情況就想要對(duì)綠地下面的突然進(jìn)行必要的處理(如下圖所示)。在綠地植物根系土壤層(30mm)的下面鋪上一層砂礫反濾層，厚度接觸到滲透性較好的土壤層為佳，面積大于綠地的二倍或以上為宜，只要不危害到周圍的建筑物的安全，面積越大越有利于下滲。對(duì)于黏土厚底比較大的地區(qū)來(lái)說(shuō)鋪墊厚度很大的反濾層，很不經(jīng)濟(jì)，也不切實(shí)際，所以可將反濾層由面狀設(shè)計(jì)成管井式內(nèi)填沙礫石的點(diǎn)狀，如圖所示。由于地表雨水徑流比較臟，所以每個(gè)雨季結(jié)束后需要對(duì)植物根系層的土壤進(jìn)行一下處理，清除里面的有害物質(zhì)，防止其積聚到一定程度隨雨水下滲污染反濾層，進(jìn)而污染地下含水系統(tǒng)。
三、發(fā)展雨水收集回用系統(tǒng)存在的問(wèn)題
小區(qū)雨水收集回用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用的潛力很大，發(fā)展前景廣闊，對(duì)環(huán)節(jié)北方缺水城市的用水矛盾意義重大。但是我國(guó)現(xiàn)行的法規(guī)政策，用水體制還不完善，對(duì)雨水的認(rèn)識(shí)還存在誤區(qū)，所以發(fā)展雨水收集回用系統(tǒng)還存在不少問(wèn)題。
3.1政策不完善，缺乏激勵(lì)機(jī)制
在現(xiàn)行的水資源評(píng)價(jià)中，只把地表水和地下水作為水資源看待，而忽略了雨水的作用。其實(shí)，降水是流域水資源的唯一來(lái)源，地表水和地下水只不過(guò)是雨水的兩種賦存形式。而且當(dāng)前的水法對(duì)于雨水的利用也沒(méi)提出明確的目標(biāo)措施和實(shí)施細(xì)則，政府對(duì)小區(qū)雨水的利用也沒(méi)提出明確的目標(biāo)措施和實(shí)施細(xì)則，政府對(duì)小區(qū)雨水的利用缺乏激勵(lì)機(jī)制，調(diào)動(dòng)不起來(lái)小區(qū)居民充分利用雨水資源的積極性。
3.2認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)，缺乏科技資金投入
民眾和社會(huì)對(duì)城市雨水的認(rèn)識(shí)還只停留在有害的階段，即危害城市防洪安全，增大城市排水管網(wǎng)的負(fù)擔(dān)等。殊不知，將城市的雨水資源化，不僅可以減輕城市防洪壓力，減少排水管網(wǎng)的投資，還可以緩解城市用水緊張的局面，降低人們對(duì)有限的地表水和地下水的依賴性。另外就是雨水資源還沒(méi)引起我們社會(huì)和政府的足夠注意，對(duì)雨水利用方面缺乏必要的科技投入和資金支持，使我國(guó)的雨水利用研究還停滯在起步階段。
3.3現(xiàn)有城市小區(qū)布局限制雨水收集回用系統(tǒng)的發(fā)展
我國(guó)城市小區(qū)的布局對(duì)于發(fā)展雨水收集回用系統(tǒng)還有一定的局限性。目前大部分小區(qū)的樓頂覆蓋還是瀝青和油氈一類的具有化學(xué)污染性的材料，而且滯水系數(shù)特別大，區(qū)內(nèi)的綠地大部分都是高于不透水的硬化地面，利用綠地作為雨水的下滲途徑還需要改造，另外高層建筑越來(lái)越多，建筑物的頂部做成各式各樣的裝飾形狀，縮小雨水收集面，而且人均雨水利用量也比底層建筑減少。
四、建議與結(jié)論
針對(duì)以上存在的問(wèn)題，建議盡快完善關(guān)于雨水利用的各項(xiàng)政策法規(guī)，把雨水作為一種寶貴的資源看待，消除把雨洪資源看成是城市一大危害觀點(diǎn)，把雨水利用納入水資源的統(tǒng)一管理體系之中。建立利用雨水可享受環(huán)保優(yōu)惠政策的激勵(lì)機(jī)制，對(duì)于發(fā)展雨水收集回用，充分利用雨水資源的居民區(qū)或單位，應(yīng)免征其防洪費(fèi)和水污染費(fèi)等費(fèi)用。
由政府出臺(tái)相關(guān)雨水利用建筑的管理辦法，明確今后的小區(qū)建設(shè)和建筑物設(shè)計(jì)要服從雨水收集回用系統(tǒng)需要，對(duì)于已建成的小區(qū)或單位，采用政府投資、地方集資和用戶投入的辦法進(jìn)行改造。在雨水利用研究上加大科研投入力度，提供專項(xiàng)資金支持，使研究成果盡快轉(zhuǎn)化，提高雨水綜合利用程度。要加大雨水收集回用的宣傳教育，強(qiáng)化人們的節(jié)水意識(shí)。
