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【摘要】在总结和分析了降水资源化和国内外降水资源化实施情况后，结合水文学中的自然水循环和社会水循环理论，提出了降水资源化应模拟自然水循环的实施原则，提出了新的降水资源化实施途径，并进行了可行性分析。
【关键词】降水资源化;社会水循环;自然水循环;污水管道;回灌地下水
1.导论
近几十年来,随着世界人口的增长、城市化进程的加快,众多城市水资源问题的接踵而至。而由于城市地表绝大部分为人工不透水地面（沥青与混凝土）所覆盖，大气降水很难渗入地下，城市径流主要表现为地表径流。它是城市水量平衡、水资源变化和水污染变化的基本因素[1]。
赵剑强等人的研究结果表明，道路会对城市地表径流造成严重污染。具体如下[3]：
1.1某城市道路路面径流中的有机污染物及SS浓度不低于典型生活污水的污染物浓度,重金属Pb及Zn的浓度低于污水综合排放标准的限值。
1.2某城市道路路面的污染强度(折算为小客车1×104辆/ d)为：CODCr = 66.9 kg/ (d ·km);BOD5 = 11.2 kg/ ( d·km) ; SS = 52.4 kg/ ( d·km) ;Pb = 18.5 g/ (d·km) 。
因此，如何減少路面对城市地表径流的污染和如何利用城市降水资源，即降水的资源化成为近年来的研究热点。
2.降水资源化的内涵和基本途径。
2.1降水资源化的内涵
城市雨水资源化作为水资源化的一种特殊方式,其概念具有以下几个内涵:
①强调合理的规划和设计,而不可盲目地进行。
②强调通过工程设施对大气降水加以充分利用。
③突出通过人工方式将雨水资源向其他形态水资源的转化与调蓄。
④强调以最大、最优利用雨水资源为主,同时兼顾雨洪控制。
⑤在区域上,城市雨水资源化最重要的地区是那些缺乏地表水和地下水的城市,例如缺乏淡水的沿海城市。
⑥降雨较多的地区,非常适合开展城市雨水资源化。由于降雨量大,对于蓄水工程设施的容积、储存时间等都要求不高,这样的工程设施容易建成,并且投资少,而对于少雨地区,更应该进行城市雨水资源化,对来之不易的汛期雨水尽可能多地进行蓄积,以补充可用水源。
2.2降水资源化的基本途径
2.2.1加大雨水就地入渗量
在进行城区建设规划时,一般要求城市绿化覆盖面积应大于市区用地的30 %。研究表明,随着植物覆盖率的增加,不同时段的累计入渗量呈指数增加,从而可知绿地一般具有较好的入渗性。
2.2.2加大雨水的贮留量
市区内一般都分布有一定面积的低洼地,有些是其下垫面入渗性较好的坑、塘之类的设施,而有些则是其下垫面已被“水泥化”了的停车场等大型场所。在以往的排洪过程中,这些低洼地仅仅起到暂时积水的作用,当洪水减少时,就将其中的积水排泄掉,而若将低洼地作为一种向地下蓄水池或是地下水回灌的一个水源,不仅可以减轻排洪负担,而且可以增加水源。对低洼地进行优化改造,并配以适当的引水设施,譬如对具有入渗性的低洼地可将其表层敷设土层更换成透水性较强的土层,就可以直接引渗地下,补充地下水;而对于“水泥化”的低洼地,则可以在其与地下蓄水池之间修建输水沟、渠或输水管,将水直接引入地下蓄水池。为了能使这些低洼地尽可能多地贮留汛期雨水,在规划设计时应尽可能进行综合考虑,使这些场所在雨期与无雨期的功用发挥到最优,而避免发生利用功能上的冲突。
2.2．3兴建拦截和蓄存雨水的新设施
一般而言,大气降水水质较好,不需要处理即可作为初级水源或补充水源加以利用。
2.2.4利用雨水回灌
在大多数城市,由于地下水过量开采,导致沉降漏斗范围不断扩大,不少地区甚至出现了严重的地面沉降和断裂带。如果地下水长期得不到补充,地面沉降和断裂幅度将不断增大,从而导致建筑物倾斜甚至倒塌,造成严重的损失。所以,采取有效措施,利用汛期雨水进行合理的地下回灌,势在必行。
3.降水资源化的原则和新方法的提出
3.1国内外雨水资源利用现状
从1970 年以来,雨水资源利用技术从孤立小块地区迅速传播到世界各地。20 世纪80 年代初期,国际雨水收集系统协会( IRCSA) 应运而生;德国从80 年代后期开始,修建了大量的雨水调节池来处理和利用雨水;日本在雨水利用、防灾等方面也作了不少的研究并卓有成效。据资料显示,国外人工补给地下水量占地下水总开采量的比例西德为30 % ,瑞士为25 % ,美国为24 % ,荷兰为22 % ,瑞典为15 % ,英国为12 %。
我国在雨水资源利用方面也取得了一些成绩,如北京1988 年以来修建了50 多座橡胶坝拦截雨水,甘肃水利部门利用雨水集流水窖抗旱效果明显,南方有些地区进行有效雨水拦截以减少水稻灌溉,舟山群岛、南海诸群岛的雨水集流,湖南、江西、浙江等地区雨水蓄积,湖北、安徽等地的埂塘田生态系统,黄、淮海的节水农业等都是我国雨水资源化和有效利用的成果。
但是，由于资金和地域限制，很多城市和地区都不能实现有效的降水资源化。且利用雨水回灌地下水时，由于地下水人工回灌的因素很多,必须进行综合考虑,可以对现有的两用井、渗井等加以充分利用,在地下水库所在位置扩建回灌井、渗井等设施,从而可以有效地补充地下水,防止地质环境的恶化。而在我国,虽说有部分地区推行这项技术,然而都是利用地表水来补充地下水,利用雨水进行地下水人工回灌的很少，而将未处理或处理不达标的雨水会管到地下水，反倒会污染地下水资源。
3.2降水资源化的原则
根据降水资源利用的现状和降水资源化的内涵，提出以下降水资源化的应用原则：
3.2.1降水应处理达标后利用
降水处理后应达到国家二级排放标准。这样才能应用于回灌地下水和市政用水等。甚至可以经过深度处理后作为居民的生活用水和工厂的生产用水。
3.2.2强调加大渗入量
回灌地下水的方式虽然可行，但是所耗费的能源过多。且回灌地下水只能是阶段性的注入，不能随时保证地下水位的稳定稳定。因此，应该把加大渗入量作为主要原则之一，以保证地下水为的相对稳定，避免因地下水位变化而造成的地质灾害。
3.2.3修复城市自然水循环
即增加降雨向土壤水的转化量、增加地下水补给量、增加蒸散发量、有效减少径流外排量和使城市河道“清水常流”。
且能够在一定程度上修复城市自然水循环，因而也有利于“和谐社会”和“宜居城市”目标的实现。
3.2.4节约资金，以改造为主
3.3降水资源化新方法的提出
早在2005年，科幻小说作家就提出了一个新的降水资源化思路，即使用生物管道。华龙设想了一种可以自己向地表深处生长、具有生物净水功能、靠电流控制的城市污水管道。
虽然在实际中这种技术还不能实现，但其具有合理性和可行性的一面。
3.3.1从节约资金和改造难度方面分析，对管道进行改造最合理。
3.3.2雨水中的主要污染物为悬浮物，而路面和建筑物表面等对其造成的污染并不大，完全可以通过简单的处理后达标。
3.3.3生物管道在技术层面上暂时不可行。但是可以模拟植物的根系向地表深处铺设管道，并利用泵加压注水。
4.总结
降水资源化在技术层面上是可行的，并且已经取得了一定的成果。但是由于城市水循环与自然水循环差距很大，所以降水资源化应该尽量模拟自然水循环。这一想法在技术方面也是可行的。■
【参考文献】
［１］陈卫,孙文全,孙慧.城市雨水资源利用途径及其生态保护.中国给水排水,2000 ,16 (6) :26-27.
［２］Wu J S ,Allan C J , et al . Characterization and Pollutant Loading Estimation for Highway Runoff . J . of EnvironEng ,ASCE ,1998 ,124(7) :584-592.
［３］赵剑强,闫敏,刘珊等. 城市路面径流污染的调查.中国给水排水,2000,17(1):33-35.
【关键词】降水资源化;社会水循环;自然水循环;污水管道;回灌地下水
1.导论
近几十年来,随着世界人口的增长、城市化进程的加快,众多城市水资源问题的接踵而至。而由于城市地表绝大部分为人工不透水地面（沥青与混凝土）所覆盖，大气降水很难渗入地下，城市径流主要表现为地表径流。它是城市水量平衡、水资源变化和水污染变化的基本因素[1]。
赵剑强等人的研究结果表明，道路会对城市地表径流造成严重污染。具体如下[3]：
1.1某城市道路路面径流中的有机污染物及SS浓度不低于典型生活污水的污染物浓度,重金属Pb及Zn的浓度低于污水综合排放标准的限值。
1.2某城市道路路面的污染强度(折算为小客车1×104辆/ d)为：CODCr = 66.9 kg/ (d ·km);BOD5 = 11.2 kg/ ( d·km) ; SS = 52.4 kg/ ( d·km) ;Pb = 18.5 g/ (d·km) 。
因此，如何減少路面对城市地表径流的污染和如何利用城市降水资源，即降水的资源化成为近年来的研究热点。
2.降水资源化的内涵和基本途径。
2.1降水资源化的内涵
城市雨水资源化作为水资源化的一种特殊方式,其概念具有以下几个内涵:
①强调合理的规划和设计,而不可盲目地进行。
②强调通过工程设施对大气降水加以充分利用。
③突出通过人工方式将雨水资源向其他形态水资源的转化与调蓄。
④强调以最大、最优利用雨水资源为主,同时兼顾雨洪控制。
⑤在区域上,城市雨水资源化最重要的地区是那些缺乏地表水和地下水的城市,例如缺乏淡水的沿海城市。
⑥降雨较多的地区,非常适合开展城市雨水资源化。由于降雨量大,对于蓄水工程设施的容积、储存时间等都要求不高,这样的工程设施容易建成,并且投资少,而对于少雨地区,更应该进行城市雨水资源化,对来之不易的汛期雨水尽可能多地进行蓄积,以补充可用水源。
2.2降水资源化的基本途径
2.2.1加大雨水就地入渗量
在进行城区建设规划时,一般要求城市绿化覆盖面积应大于市区用地的30 %。研究表明,随着植物覆盖率的增加,不同时段的累计入渗量呈指数增加,从而可知绿地一般具有较好的入渗性。
2.2.2加大雨水的贮留量
市区内一般都分布有一定面积的低洼地,有些是其下垫面入渗性较好的坑、塘之类的设施,而有些则是其下垫面已被“水泥化”了的停车场等大型场所。在以往的排洪过程中,这些低洼地仅仅起到暂时积水的作用,当洪水减少时,就将其中的积水排泄掉,而若将低洼地作为一种向地下蓄水池或是地下水回灌的一个水源,不仅可以减轻排洪负担,而且可以增加水源。对低洼地进行优化改造,并配以适当的引水设施,譬如对具有入渗性的低洼地可将其表层敷设土层更换成透水性较强的土层,就可以直接引渗地下,补充地下水;而对于“水泥化”的低洼地,则可以在其与地下蓄水池之间修建输水沟、渠或输水管,将水直接引入地下蓄水池。为了能使这些低洼地尽可能多地贮留汛期雨水,在规划设计时应尽可能进行综合考虑,使这些场所在雨期与无雨期的功用发挥到最优,而避免发生利用功能上的冲突。
2.2．3兴建拦截和蓄存雨水的新设施
一般而言,大气降水水质较好,不需要处理即可作为初级水源或补充水源加以利用。
2.2.4利用雨水回灌
在大多数城市,由于地下水过量开采,导致沉降漏斗范围不断扩大,不少地区甚至出现了严重的地面沉降和断裂带。如果地下水长期得不到补充,地面沉降和断裂幅度将不断增大,从而导致建筑物倾斜甚至倒塌,造成严重的损失。所以,采取有效措施,利用汛期雨水进行合理的地下回灌,势在必行。
3.降水资源化的原则和新方法的提出
3.1国内外雨水资源利用现状
从1970 年以来,雨水资源利用技术从孤立小块地区迅速传播到世界各地。20 世纪80 年代初期,国际雨水收集系统协会( IRCSA) 应运而生;德国从80 年代后期开始,修建了大量的雨水调节池来处理和利用雨水;日本在雨水利用、防灾等方面也作了不少的研究并卓有成效。据资料显示,国外人工补给地下水量占地下水总开采量的比例西德为30 % ,瑞士为25 % ,美国为24 % ,荷兰为22 % ,瑞典为15 % ,英国为12 %。
我国在雨水资源利用方面也取得了一些成绩,如北京1988 年以来修建了50 多座橡胶坝拦截雨水,甘肃水利部门利用雨水集流水窖抗旱效果明显,南方有些地区进行有效雨水拦截以减少水稻灌溉,舟山群岛、南海诸群岛的雨水集流,湖南、江西、浙江等地区雨水蓄积,湖北、安徽等地的埂塘田生态系统,黄、淮海的节水农业等都是我国雨水资源化和有效利用的成果。
但是，由于资金和地域限制，很多城市和地区都不能实现有效的降水资源化。且利用雨水回灌地下水时，由于地下水人工回灌的因素很多,必须进行综合考虑,可以对现有的两用井、渗井等加以充分利用,在地下水库所在位置扩建回灌井、渗井等设施,从而可以有效地补充地下水,防止地质环境的恶化。而在我国,虽说有部分地区推行这项技术,然而都是利用地表水来补充地下水,利用雨水进行地下水人工回灌的很少，而将未处理或处理不达标的雨水会管到地下水，反倒会污染地下水资源。
3.2降水资源化的原则
根据降水资源利用的现状和降水资源化的内涵，提出以下降水资源化的应用原则：
3.2.1降水应处理达标后利用
降水处理后应达到国家二级排放标准。这样才能应用于回灌地下水和市政用水等。甚至可以经过深度处理后作为居民的生活用水和工厂的生产用水。
3.2.2强调加大渗入量
回灌地下水的方式虽然可行，但是所耗费的能源过多。且回灌地下水只能是阶段性的注入，不能随时保证地下水位的稳定稳定。因此，应该把加大渗入量作为主要原则之一，以保证地下水为的相对稳定，避免因地下水位变化而造成的地质灾害。
3.2.3修复城市自然水循环
即增加降雨向土壤水的转化量、增加地下水补给量、增加蒸散发量、有效减少径流外排量和使城市河道“清水常流”。
且能够在一定程度上修复城市自然水循环，因而也有利于“和谐社会”和“宜居城市”目标的实现。
3.2.4节约资金，以改造为主
3.3降水资源化新方法的提出
早在2005年，科幻小说作家就提出了一个新的降水资源化思路，即使用生物管道。华龙设想了一种可以自己向地表深处生长、具有生物净水功能、靠电流控制的城市污水管道。
虽然在实际中这种技术还不能实现，但其具有合理性和可行性的一面。
3.3.1从节约资金和改造难度方面分析，对管道进行改造最合理。
3.3.2雨水中的主要污染物为悬浮物，而路面和建筑物表面等对其造成的污染并不大，完全可以通过简单的处理后达标。
3.3.3生物管道在技术层面上暂时不可行。但是可以模拟植物的根系向地表深处铺设管道，并利用泵加压注水。
4.总结
降水资源化在技术层面上是可行的，并且已经取得了一定的成果。但是由于城市水循环与自然水循环差距很大，所以降水资源化应该尽量模拟自然水循环。这一想法在技术方面也是可行的。■
【参考文献】
［１］陈卫,孙文全,孙慧.城市雨水资源利用途径及其生态保护.中国给水排水,2000 ,16 (6) :26-27.
［２］Wu J S ,Allan C J , et al . Characterization and Pollutant Loading Estimation for Highway Runoff . J . of EnvironEng ,ASCE ,1998 ,124(7) :584-592.
［３］赵剑强,闫敏,刘珊等. 城市路面径流污染的调查.中国给水排水,2000,17(1):33-35.