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城市初期雨水收集与处理的建议与方案

摘要 综合国内外资料，研究了国内外城市雨水收集利用的现状，阐明了城市初期雨水收集处理的必要性。分析了我国城市初期雨水收集处理在设计参数、处理技术、负荷评估等方面存在的问题和不足，并提出了初期雨水处理回用的一些建议和方案。
关键词 初期雨水 雨水径流 弃流
Discussion on collecting and disposing of urban initial rainwater Jiang Wei，Cheng Xiaoru. (Wuhan University, School of Civil and Architectural Engineering, Hubei Wuhan 430072)
Abstract：The present situation of the colleting and usage of urban rainwater were researched through relative references at home and abroad, the necessity of collecting and disposing of the initial rainwater were explained, and some problems and deficiencies on parameter designing, disposal technique, factor evaluating of collecting and disposing of domestic urban initial rainwater were analyzed. Finally, several suggestions and schemes on disposing and recycling of initial rainwater were given.
Keywords：Initial rainwater Rainwater runoff Discarding runoff
1 国内外城市雨水利用现状
1.1 国外城市雨水利用
从20世纪80年代开始，世界各国就开始探索雨水资源化利用。目前世界上很多国家已经认识到了雨水的利用价值，采用各种技术、设备和措施对雨水进行收集、利用、控制和管理。美国、加拿大、意大利、德国、法国、日本、苏丹、也门、澳大利亚等五大洲约40多个国家和地区已经开展了不同规模的雨水利用与管理的研究和应用[1]。
技术方面，国外城市雨水利用的方式主要有三种：一是屋面雨水集蓄系统，收集下来的雨水主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水；二是雨水截污与渗透系统，道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水；三是生态小区雨水利用系统，小区沿着排水道建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水流过时下渗，超过渗透能力的雨水则进入雨水池或人工湿地，作为水景或继续下渗[2]。
政策方面，许多国家和地区已经出台了相应的技术手册、规范和标准，另外还制订了一系列有关雨水利用的法律法规，对雨水利用给予支持。如德国联邦水法、建设法规和地区法规均以法律条文或规定的形式，要求加强对自然环境的保护和水的可持续利用，如规定新建项目的业主必须对雨水进行处置和利用。同时，通过经济手段控制雨水排放量，如向业主征收不透水地面面积的雨水费用等[3]。
设备方面，专门生产雨水利用设备的厂家和公司也逐渐增多。德国GEP公司的雨水过滤器、屋顶雨水利用控制设备、雨水储存罐等产品畅销整个欧洲市场；德国UFT公司的流量控制和监控设备已经开始在全球20多个国家和地区销售和使用；荷兰WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整体式雨水检查井、雨水口等雨水利用设备已经在全球30多个国家使用。
此外，德国在污水联合会ATV规范框架下，基于水体的分类、空气的污染状况、汇水区域的被污染状况、雨水处理设施的效果四个方面，做出雨水携带的污染负荷对水体影响的评价。根据评价结果，可以分析应该如何布置雨水处理设施或提出改进现有雨水处理设施的建议。另外还提出了雨水携带污染负荷对水体影响的定量评价方法，将计算出的污染负荷评价指数与水体目标指数相比较，就可以方便地评价雨水携带的污染负荷对水体的影响，并初步判断应采取哪些处理措施[4]。
1.2 国内城市雨水利用
我国城市雨水利用具有悠久的历史，而真正意义上的城市雨水利用的研究与应用却从20世纪80年代开始，并于90年代发展起来。总的来说技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律、法规保障体系。20世纪90年代以后，我国特大城市的一些建筑物已建有雨水收集系统，但是没有处理和回用系统。在技术和资金缺乏的情况下，收集后的雨水未经任何处理直接排入水体，对城市水体水质造成了很大的影响。
随着城市和工业的发展，水源危机和雨洪危害日益严重。雨水作为重要的水资源加以收集利用，实行综合治理已成为重要的新兴课题。在城市总体规划上，过去普遍采用的合流制排水系统大多数已被改制，改为分流制或截流制排水系统。但是，对于初期雨水未进行截流处理，多与中后期雨水一样排入水体。
雨水收集利用的新技术和新设备也不断涌现。对于大型公用建筑、居住区、建筑群等屋面及地面雨水，经收集和一定处理后，除用于土地入渗补充地下水，还可用于景观环境、绿化、洗车场用水、道路冲洗、冷却水补充、冲厕及一些其他生活用水用途。通过因地制宜的规划设计结合雨水收集、利用设备的实施，减少用于以上用途的自来水用量，既可以节约水资源，又可以节约大量自来水费和排污费。另外还有小型雨水利用设备如一体化HDPE雨水贮存利用设备，是以HDPE密封式贮罐为基体，在罐内设置相应的机电设备。罐体可以安放在地面上或者埋入地下，自屋面或者其他集流场所收集的雨水在罐内做简单处理。贮水可以通过自动化设备提供给冲厕、浇灌绿地、洗车、水景等用途。罐内设有水位计量装置，最低水位时限制吸水，提示引入其他水源。该设备可广泛应用于小型建筑、别墅、洗车场、住宅的雨水收集与利用。但是这些设备中，对于初期雨水均采用弃流的方式，也没有对弃流后的处理提出较好的方案。
目前，我国大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，北京、上海、大连、哈尔滨、西安等许多城市相继开展研究，已显示出良好的发展势头。由于缺水形势严峻，北京市开展的步伐较快，城市雨水利用已进入示范与实践阶段。《北京城市总体规划(2004—2020年)》的描述，市政系统的中水将成重要水源，到2020年，中心城和新城区的雨水管道覆盖率达90%以上，完善污水处理设施和回收系统，建立中水回用系统，使中水成为城市绿化、道路浇水、生活杂用和工业冷却等主要水源[1]。通过一批示范工程，争取用较短的时间带动整个领域的发展，实现城市雨水利用的标准化和产业化，从而加快我国城市雨水利用的步伐。
2 城市初期雨水收集处理的必要性
雨水径流污染属于非点源污染，具有突发性和非连续性。雨水污染的特点是：初期雨水中的污染物含量高，随着径流的持续，雨水径流的表面被不断冲洗，污染物含量逐渐减小到相对稳定的浓度[5]。
随着城市大气污染及地面污染的严重，雨水径流污染愈加严重尤其是污染物较多的初期雨水。据调查，某些地区的初期雨水的污染物指标最高值已远远高于典型城市生活污水。北京市曾经对道路地面径流雨水污染情况进行过测试，与《污水排放综合标准》（GB 8978—96）及《地表水环境质量标准》（GBZB1—99）相比，SS、BOD5和COD指标的最高值均超出许多。可见，初期雨水携带的污染负荷相当高且难于控制，已经严重超出直接排放水体的标准[6]。因此，对于城市初期雨水进行收集处理是十分必要的。
3 初期雨水收集处理问题及建议
3.1 初期雨水量的计算
既然要进行初期雨水的收集处理，初期雨水量的计算是必不可少的。但是目前在我国对初期雨水量还没有较为统一准确的计算方法。综合设计院设计人员的经验，一般按照下雨10 min或者15 min的时间来计算初期雨水量。依据《给水排水工程快速设计手册》中相关要求，确定建设项目初期雨水收集时间为5 min，根据实际工程经验计算出降雨历时为8 min，由此按降雨历时8 min计算初期雨水流量。这些不同的计算方法并没有注明适用条件，在具体设计中不知如何选用。因此，期待有更准确的计算方法，标注有清楚的使用条件以及较为精确的公式系数，为初期雨水的设计提供理论依据。
3.2 初期雨水的截流
随着初期雨水的危害性被人们所认知，在我国一些大中型城市的规划设计中，已经开始考虑到初期雨水的收集处理。由于道路初期雨水的污染最为严重，首先开始引起重视的是道路初期雨水的分流问题。在排水系统为合流制或截流制的城市，怎样把初期雨水截流到生活污水管网成为最普遍的问题。
若采用截流，当雨量较大时，后期的雨水必然会对污水处理厂产生负荷冲击，由此带来截流管径应该取多少的问题；若按照截流井的做法把初期雨水截入污水系统，溢流井应该按照怎样的条件设计；如何确定截流井的截流倍数；截流点至汇流面积内不同距离也导致截流的不科学性，通常会出现该截流的污水流入了水体，水质较好的雨水进入了污水处理厂，因此是否应该采用截流和调蓄相结合的方式。诸如此类的问题在具体设计中经常遇到。由于国外的污水雨水排水系统多为雨污分流制，因此少有合流制和截流制的技术经验可借鉴。在我国初期雨水收集处理的经验较少的情况下，对于这些问题的解决就依靠设计者从失败中总结经验，得出适合我国国情的初期雨水截流的方法。
3.3 初期雨水的污染负荷对水体影响的评价
前面已提到，德国在ATV规范框架下，做出雨水携带的污染负荷对水体影响的评价。根据评价结果，可以分析应该如何布置雨水处理设施或提出改进现有雨水处理设施的建议。我国现阶段对雨水的收集处理还没有较系统的污染负荷评价方式，对雨水的收集也未根据水质而分类处理。因此，学习引进国外先进的经验技术，对我国雨水收集技术的发展是相当必要的。
3.4 初期雨水的处理方法
我国目前对初期雨水的收集处理还处于初期阶段，收集初期雨水仅仅是不让其排入水体污染水质，但对于初期雨水的处理和回用考虑得相当少，多数直接排入市政生活污水管网。初期雨水中含有的污染物浓度较高，尤其是道路初期雨水，直接排入生活污水管网会给污水厂带来较大的负荷。另外，屋面初期雨水中污染物的含量虽高，但是多为固体颗粒和无机杂质，经简单沉淀处理后水质也可以达到较好的标准。因此，对于初期雨水的处理和回用应该分具体情况而定，找出针对不同区域初期雨水的处理利用方式，做到珍惜水资源，充分利用雨水资源。
笔者认为，对于道路初期雨水，可以在截流时设置一些稳定塘作为雨水调节池，根据初期雨水量确定调节池的容积，中后期雨水溢流到水体中，雨水调节池设计成稳定塘，可就地处理初期雨水。对于屋面初期雨水，可在小区内设置集中的小型初沉设备，初期雨水经收集和简单处理后，排入小区内的水景系统或浇洒绿地，如果污染较为严重未达到回用标准，则可以在小区内建设小型景观式或园林式人工湿地，通过人工湿地对初期雨水进行再处理，同时也可以丰富小区绿化样式。
4 小 结
（1）将弃流的初期雨水直接排入城市周边水体或排入市政排水管网会严重破坏水体生态环境或者给城市污水处理厂带来负荷冲击。因此，从城市水处理的整体角度和长远角度来看，城市在道路建设和小区等工程项目中，都应该设计相应的雨水收集设施，同时要把初期雨水收集处理的问题考虑在内，做出在不同情况下针对初期雨水的不同的收集及处理方案。
（2）目前初期雨水的危害已受到广泛重视，我国部分大中型城市的建设中也开始考虑初期雨水。但是缺乏经验，在设计中存在一定的问题：初期雨水的计算还没有较为准确统一的设计依据；城市排水系统如何截流初期雨水，以及截流后的初期雨水如何处理还未得到较好的解决；污染负荷相对较小的屋面初期雨水也没有得到普遍的收集和充分的利用。同时缺少较为系统的污染负荷评价方法来辅助分析初期雨水的处理方案。
（3）对于道路初期雨水，可在截流时设置一些雨水调节设施，就地处理初期雨水，减轻污水厂负荷。对于屋面初期雨水，可在小区内设置小型处理设备，初期雨水经简单处理后作为水景和绿地用水；或者在小区内建设小型景观式或园林式人工湿地，对初期雨水进行处理，丰富小区绿化样式。
参考文献
1 居 江.雨洪利用技术在住宅小区中的实践.中国住宅产业网，
2 吴连伟.城市雨水利用.网易给排水，
3 郑 兴.德国的雨水管理及其技术措施.中国给水排水，2005，21（2）：104～106
4 刘旭军.雨水径流携带污染负荷对水体影响的评价.中国水网，http://www.h2o-
5 刘 鹏，傅文华.初期雨水要不要弃流的思考.给水排水，2004，30（12）：78～79
6 韩志强，许志鸿.初期路面径流的收集与处理.公路，2004，（10）:33～36