雨水资源利用和改善城市生态的意义

   随着城市规模的不断扩大,不透水地面面积也随之增加,给城市的生态环境带来的负面影响逐渐显现出来。如果能够充分合理地利用天然降水补充地下水资源,就可有效地改善城市生态。一般可通过渗透等方式拦蓄部分雨水补充地下水、调节城市生态环境,多余的积水再通过城市排水系统安全、合理地排向下游,则可实现汛期减少城区洪量并且补充地下水资源的目的。本文着重介绍几种简便易行的雨水渗透设施和方法,并分析对改善城市生态环境的作用。 
  关键词雨水资源;入渗;城市生态 
  1.雨水利用的发展 
  1.1国外雨水资源的利用 
  随着城市化的发展和人们对水资源需求量的日益增加,城市雨水资源逐渐得到了人们的重视。2世纪6 年代,日本开始收集路面雨水,7 年代修筑集流面收集雨水,采用各种渗透设施截留雨水或收集利用,做了大量的研究和示范工程,并纳入了国家下水道推进计划,在政策和资金上给予支持。美国、前苏联、突尼斯、巴基斯坦、印度、澳大利亚等国对雨水积蓄也展开了大量的研究,8年代初,国际雨水收集系统协会(IRCSA)成立。国际研究的共识是雨水利用将成为解决21世纪水资源的重途径。 
  1.2国内雨水资源的利用 
  近年来,甘肃、内蒙、宁夏、陕西、山西、河北、山东、河南等地开始雨水资源的开发利用实验与推广,但这些工程主应用于农业,集中于干旱半干旱地区的人蓄饮水和集雨灌溉问题上,而城市水资源则主考虑地表水和地下水的开发利用,忽视了对城市雨水的利用。部分城市建筑物虽有较完善的雨水收集系统,但却没有处理和回用系统。与发达国家相比,我国在城市雨水集蓄、回灌技术及管理措施等方面还存在着较大差距。城市雨水工程还停留在管道排除上,城市雨水资源化和利用由于缺乏系统研究,在收集雨水及综合利用方面更谈不上系统规划和工程设施的建设。 
  2.雨水利用的方法 
  城区雨水利用可分为直接利用和间接利用。直接利用是将雨水径流收集起来,根据不同用途进行不同程度处理后用于绿化、洗车、道路喷洒、厕所冲洗等。间接利用是使用多种措施强化雨水就地入渗,使更多雨水留在城市境内并渗入地下以补充地下水,即使下渗量较小、地下水位太深或受地质条件限制以致下渗雨水不能进入地下含水层,但至少可增加浅层土壤的含水量、调节气候而遏制城市热岛效应,还可减小径流洪峰流量及洪涝灾害威胁。因此,强化雨水入渗是增加地下水源、减少城市雨洪量、改善城市环境的有效途径。 
  雨水入渗的主方法有绿地、透水性地面铺装、渗透沟、渗透管、渗透池、渗透井等。 
  2.1城市绿地、花坛和园林雨水入渗 
  绿地是一种天然的渗透设施,主优点是透水性好,节省投资,可减少绿化用水并改善城市环境,对雨水中的一些污染物具有较强的截留和净化作用。缺点是渗透流量受土壤性质的限制,雨水中如含有较多的杂质和悬浮物,会影响绿地的质量和渗透性能。北京市在199年~1991年做了草坪高度对入渗量的影响试验,结果见表1,数据表明若草坪低于路面,其入渗量是高于路面时的3~4倍。基于此研究成果北京市水利科学研究所出“高花坛,高路面,低绿地”的集水糸统,这样不仅能利用绿地对降雨进行截持和收集,而且可利用土壤的净化能力对雨水进行净化。 
  2.2城市道路、广场、停车场、运动场进行透水性铺装 
  透水性铺装包括透水性沥青铺装、透水性混凝土铺装及透水性地砖等;我国传统的用于园林铺地的鹅卵石地面也是透水性铺装的一种,有些透水性地砖与绿化相结合,形成半绿化地面。透水性铺装的主优点是能利用表层土壤对雨水的净化能力,对雨水预处理求相对较低,技术简单,便于管理。缺点是需在透水层下设置蓄水层进行蓄水,造价相对较高。 
  透水性混凝土既能满足城市地面硬化的求又能满足雨水入渗涵养的生态需求,在城市中较适宜应用。按照实际使用情况,透水性混凝土可分为两类一类是直接在透水性路基上铺设透水性混合料,经压实、养护等工艺构筑而成的大面积透水性混凝土路面;另一类是由特殊工艺预制的透水性混凝土制品(如路面砖,连锁砌块等),然后再将它们铺装在透水性路基上。由于透水性混凝土的工作性能受外界影响较大,除试验外,目前在国内很少进行大面积透水性混凝土铺装;透水性混凝土路面砖能较好地控制质量,施工方法也简便,在工程中应用较多。 
  典型的透水性铺装结构表层为透水性混凝土或透水砖,下层为碎石或粗砂,其厚度一般为2cm,也可视所需蓄水量而定,它主用于贮蓄雨水并延缓径流。 
  2.3渗透沟、渗透管、渗透池、渗透井 
  (1)渗透管沟。利用透水管或在PVC管壁上打孔将排水管道作成透水的,使雨水在渗透不完时再排泄出去,雨水通过埋设于地下的多孔管道向四周土壤层渗透。其主优点是占地面积少,充分利用已有的排水管网糸统,在管道四周填充粒径2~3mm的碎石或其他多孔材料,有较好的调储能力;缺点是一旦发生堵塞或渗透能力下降,很难清洗恢复,而且由于不能利用表层土壤的净化功能,对雨水水质求较高,应采取适当处理。 
  (2)渗透池。渗透池的优点是渗透面积大,能供较大的渗水和储水空间,净化能力强,对水质和预处理求低,管理方便,具有渗透、调节、净化、改善景观等多重功能。缺点是占地面积大,在拥挤的城区应用受到限制;设计管理不当会造成水质恶化、池底堵塞,渗透能力下降,另外,蒸发损失大。 
  (3)渗透井。渗透井包括深井和浅井两类,前者适用水量大而集中,水质好的情况,如城市水库的泄洪利用,城区一般宜采用后者。其形式类似于普通的检查井,但井壁做成透水的,在井底和四周铺设粒径1~3mm的碎石,雨水通过井壁、井底向四周渗透。渗透井的主优点是占地面积和所需地下空间小,便于集中管理;缺点是净化能力低,对水质求高,需进行预处理。 
  3.对生态环境的的改善作用
  充分利用雨水入渗设施,可使降雨大量入渗,这对涵养地下水源、调节气候、改善城市生态是非常有利的。 
  3.1雨水能够迅速渗入地表,还原成地下水,使地下水资源得到及时补充,使雨水真正成为一种资源。 
  3.2雨水迅速渗入地表,减少路面积水,大大减轻排水糸统的压力,并且减少了对自然水体的污染。我国城市基础设施发展滞后使得暴雨时城市排水设施不能有效满足排水及防洪的求,市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象,不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨,在暴雨时这种地面径流急剧增高,很快出现峰值,流量急升急降,会加重城市排水系统的压力;采用雨水入渗措施后,在透水性地面、绿地和透水管沟的作用下降雨大量入渗,能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力,径流曲线平缓,其峰值较低,并且流量也是缓升缓降,利于城市防洪。 
  3.3高地表的透气、透水性,保持土壤湿度,改善城市地表生态平衡,有效地保护动植物的多样性和微生物的生存空间。 
  3.4雨水大量入渗可增加城区地下含水量,土壤中丰富的毛细水可以通过自然蒸发作用降低地面的温度,进而缓解城市热岛现象;同时,水蒸气增加了空气的湿度,也利于缓解城市的“干热现象”。 
  3.5透水性铺装可吸收车辆行驶时产生的噪声,创造安静舒适的交通环境,能防止雨天路面积水和夜间反光,改善车辆行驶、及行人行走的舒适性与安全性。 
  4.结语 
  城市雨水利用有多种形式。主包括雨水积蓄与雨水渗透利用,它们均具有较好的环境、社会等综合效益,其中渗透方案最为明显,值得大力倡和推广。现代城市雨水利用是一项涉及多学科的、复杂的系统工程,在选择雨水利用系统方案时,特别注意地域及现场各种条件的差异,在实施时应综合考虑渗透利用、积蓄利用、弃流、污染控制等方面,根据具体情况进行合理规划。 
  参考文献 
  1 王武祥.透水性混凝土路面砖的生产与应用,混凝土与水泥制品,1998(4) 
  2 汪慧贞.李宪法.北京城区雨水入渗设施的计算方法,中国给水排水,21(17) 
  3 汪慧贞.车武.胡家骏.浅议城市雨水渗透,给水排水,21.27(2).,24,16(3)
  4 杨建锋.城市化和雨水利用.北京水利,21.122,23 
  5 车武,李俊奇,刘红,孟光辉.现代城市雨水利用技术体糸.北京水利,23(3)