任务一 城市雨洪利用的必要性与可行性
雨洪利用实际上是一个含义非常广泛的词，从城市到农村，从农业、水利电力、给水排水、环境工程、园林到旅游等许许多多的领域都有雨洪利用的内容。城市雨洪利用，指的是通过工程性和非工程性措施，分散实施，就地拦蓄、储存和利用城市雨洪，避减洪涝灾害，增添城市供水，改善水生态，营造一个亲水、爱水、节水、用水的城市环境。
雨，即降水，尤其是暴雨。降水是地球水体补给的来源，但时空分布不均。我国位于亚洲季风气候区，季风气候决定了我国雨季年内的高度集中。每当夏季风北上，西南、东南暖湿气流与西风带系统冷空气相遇，或者有台风影响，往往会产生强度很大的暴雨。
洪，即洪水，尤其是平原区洪水。我国不仅年内降水高度集中，而且西高东低，平原中的平地大多位于江河洪水水位以下，是洪水洪灾易发区。滨海地区由于海平面上涨、地面沉降，加剧了洪水水位抬高，增加了洪水洪灾发生的几率。下图是城市雨洪资源利用示意图。
一、城市雨洪利用国内外发展现状
（一）国外城市雨洪利用综述
目前，国际上城市雨洪利用研究比较广泛。东南亚的尼泊尔、菲律宾、印度、泰国，非洲的肯尼亚、博茨瓦纳、坦桑尼亚，以及日本、德国、澳大利亚、美国、新加坡、法国等发达国家都采用了多种技术开发和利用城市雨洪。日本和德国的城市雨洪利用处于领先地位。
国外城市雨洪资源利用的应用范围广、设施齐全、利用方法多种多样，并且制定了一系列关于雨洪利用的政策法规，建立了比较完善的雨洪收集和雨洪渗透系统。收集的雨洪有很多方面的用途，如冲洗厕所、洗车、浇洒庭院、洗涤衣物、屋顶花园用水，还可作为发生火灾时的应急用水，雨洪渗透可形成地下水回灌系统。
（二）国内城市雨洪利用研究综述
我国城市雨洪利用的思想虽具有悠久的历史，如新疆的“坎儿井”、北京北海团城古代雨洪利用工程，都是古代雨洪利用的典范，而真正意义上的城市雨洪利用的研究与应用始于20世纪80年代，发展于90年代，但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。目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。比较典型的有山东的长岛县、大连的獐子岛和浙江省舟山市葫芦岛等雨洪集流利用工程。
二、城市雨洪资源利用的必要性
（一）城市水危机严重
据统计，我国有600多个城市，其中400多个城市存在资源型或水质型缺水，有110个城市严重缺水，大部分在我国北方及西北半干旱、干旱地区。其中,华北地区水资源紧缺已是制约国民经济发展的重要障碍。随着城市化进程的加快，原有的农田、草地、林地逐渐被建筑物及硬化地面取代，原有疏松透气透水的地表被混凝土、沥青、砖石等不透水材料取代。除了散布于市区的公园绿地和天然水体外（还大部分做了防渗），整个市区酷似一个盆，阻隔了雨洪向市区下部土壤的渗透。而城市作为人口的高密度聚居区域和经济文化的强活动区域，注定了要消耗大量的淡水资源，从目前看，水资源的压力时刻威胁着城市的可持续发展。过去大多数城市是以地下水资源和天然降水资源作为城市水资源供应的主体，而地下水资源主要是借助包括雨洪在内的天然降水加以补充的。无疑城市地下水得不到应有的补充，加之过量超采地下水，使许多城市形成了地下水下降漏斗中心,引起了地面沉降、裂缝等地质灾害问题。
雨洪作为一种宝贵的资源，在城市水循环系统和流域水环境系统中起着十分重要的作用。人类的活动造成植被减少或破坏，城市发展中不透水面积的增加，导致雨洪流失量增加和水循环系统的平衡遭到破坏，并引发一系列环境与生态问题。我国许多城市水资源严重不足，而大量雨洪资源却白白流失，雨洪利用率不到10%。因此，充分利用天然雨洪资源是有效补充城市地下水，缓解城市水资源紧张的重要途径。
（二）城市雨洪灾害严重，洪灾风险加大
城市化改变了地貌情况和流域排水性能，使雨洪径流的特性也发生了变化。城市洪灾由于少有发生而常被忽视。事实上，城市人口密度和财产的密度加大，同样的洪涝灾害一旦发生将造成更大的生命、财产损失。国外城市发展中的洪灾起因除特大暴雨事件外，主要是不透水面积增加导致汇流时间缩短和洪峰流量加大及排洪防涝设计标准偏低等。
城市化的进程增加了城市的不透水面积，如屋顶、街道、停车场等，使相当部分流域为不透水表面所覆盖，致使雨（雪）水无法直接渗入地下，洼地蓄水大量减少。一般天然地表洼地蓄水，砂地可达5 mm，黏土可达3 mm，草坪可达4～10 mm，甚至有报告称已观测到了在植物密集地区可高达25 mm，而光滑的平水泥地面在产生径流前只能保持1 mm的水，这些土地利用情况的改变造成从降雨到产流的时间大大缩短，产流速度和径流量都大大增加，使城市原有管线的排洪能力不堪重负。
排水管渠的完善，如设置道路边沟、密布雨洪管网和排洪沟等，增加了汇流的水力效率，原有的天然河道往往也被裁弯取直，疏浚整治，河底和堤岸也大多采用全衬砌的方法加以固化，粗糙度减小，从而使河槽流速增大，有时会达3～5倍，导致径流量和洪峰流量加大，峰现时间提前。
（三）雨洪径流污染严重
城市化发展还导致了雨洪径流污染程度更为严重。沥青油毡屋面，沥青混凝土道路，磨损的轮胎，融雪剂、农药、杀虫剂的使用，建筑工地上的淤泥和沉淀物，动植物的有机废弃物等均会使径流雨洪中含有大量污染物：有机物、病原体、重金属、油剂、悬浮固体等。对北京城区1998～2004年不同月份屋面和路面径流水质的大量数据分析表明，城区屋面、道路雨洪径流污染都非常严重，其初期雨洪的污染程度通常超过城市污水。
城区的抽样调查还表明，雨洪口被普遍当做垃圾和污水口，雨洪井充塞垃圾的现象非常严重，暴雨过后，道路雨洪淤积，交通堵塞。对许多旧城区的合流制排水系统，在暴雨期间由于水量大大超过了城市排水和处理能力，水流对管道冲刷的污水和未经处理的溢出污水也进入受纳水体,合流制管系的溢流污染也没有得到有效控制。如2001年、2002年、2003年的雨季，耗资数十亿元整治后的北京城区部分河道和湖泊仍然发生水质恶化、藻类大量繁殖，这与城市雨洪径流污染有很大的关系。其他城市近年来也多发生暴雨污染事件，有些已产生严重后果。
我国城市水污染控制目前对雨洪径流污染尚未给予足够的重视，没有相应的法规和技术规范。倾向采用和依靠分流制排水系统来减轻水体污染。但分流制排水系统耗资巨大，旧合流制管系改建为分流制周期长、难度大、影响面宽，且仍然存在雨洪径流污染的隐患。
（四）地下水位下降、地面下沉等
城市化速度的加快，城市的建筑群增加，下垫面硬化，排水管网化，降雨发生再分配，原本渗入地下的部分雨洪大部分转为地表径流排出，造成城市地下水大幅度减少；另一方面，由于地表水受到越来越严重的污染，人们转向无计划无节制地开采地下水。渗透量的减少与过度开采，导致地下水位下降等问题，地面不断沉降。目前，海河流域年均超采地下水40多亿m3，形成2万多km2的地下水漏斗，沧州地下水漏斗中心区最大埋深90 m，地面下沉1.1 m。天津市塘沽区地面最大沉降量达到2.9 m，全国每年超采地下水80多亿m3，形成了56个漏斗区，面积达8.7万km2，漏斗最深处达100 m，并且80％的地面沉降分布在沿海地区。地面沉降，造成城市重力排污失效；地区防洪、防汛效能降低；城市建设和维护费用剧增；管道、铁路断裂，建筑物开裂，威胁城市建筑的安全；地面高程失真，影响防洪、防汛调度，危及城市规划，造成决策失误等。
因此，城市雨洪资源的合理利用将是十分必要的。
三、 雨洪资源化的可行性
“节流、开源、保护并重，以节流为主”是解决城市水危机的指导思想。近年来工业、农业、生活节水已取得了很大成效，水资源保护、污水处理和改善水环境的各项措施正逐步实施，对于开源问题，大多数城市重点放在了外流域调水上。外流域调水不仅耗资巨大，且涉及社会经济、生态环境、地区间协调等众多因素。而雨洪利用实践证明是一项费省效宏的工作。
（一）技术可行性
1.雨洪资源的水质
雨洪中杂质的浓度与降雨地区的污染程度有着密切的关系。雨洪中的杂质是由降水中的基本物质和所流经的地区造成的外加杂质组成的，主要含有氯、硫酸根、硝酸根、钠、钾、钙和镁等离子（浓度大多在10 mg／L以下）及一些有机物质（主要是挥发性化合物），同时还存在少量的重金属（如镉、铜、铬、镍、铅、锌）。不经处理或者简单处理的雨洪应用于城市绿化用水和洗车用水、工业循环冷却水以及景观娱乐用水是完全可以的。
2.国外的先进技术和理论
国外城市雨洪利用的蓬勃发展值得我国城市雨洪利用借鉴。德国和日本在雨洪综合利用方面的研究始终位于世界的前沿。2001年9月我国政府和德国政府间的科技合作项目“城区水资源可持续利用——雨洪控制和地下水回灌”在北京召开了通报会，专家们指出雨洪利用要以将雨洪留在地面、地下为目标，建立雨洪相关产业。目前，德国在新建小区（无论是工业、商业、居民区）时均要设计雨洪利用项目，否则政府将征收雨洪排放设施费和雨洪排放费。日本利用雨洪作为生活杂用水的技术已经比较成熟，大力实施雨洪渗透以补充地下水。以色列由于严重干旱缺水，雨洪资源的利用率已达到了98％。美国也大量建造渗滤田，用于补充地下水或在暴雨洪水时进行汇集和调节雨洪。
3.城市雨洪利用的实施
城市雨洪利用的实施不仅能减小常用的合、分流制排水系统中管道的管径，还能减少雨洪泵站的设计流量、合流制中的沉淀装置以及其他处理设施的设计流量、雨洪初期径流所带来的潜在负荷等，此外还起到对城市暴雨高峰流量的疏导作用。现有的分流制排水体制能通过将排水面积分离（即雨洪的渗透）来避免排水管网纳污能力的不足或者提高河道的防御能力。总之，城市雨洪利用的实施对城市的发展、改善城市水环境的作用是不可限量的。
（二） 经济可行性
1.节省巨额市政投资。
小区雨洪利用工程可以减少需由政府投入的用于大型污水处理厂、收集污水管线和扩建排洪设施的资金。将地面雨洪就近收集并回灌地下，不仅可以减少雨季溢流污水，改善水体环境，还可以减轻污水厂负荷，提高城市污水厂的处理效果；雨洪蓄水池和分散的渗渠系统可降低城市洪水压力，节省封闭路面下的排水管网负荷。
2.有良好的产业前景，能形成新的经济增长点。
雨洪利用运行费用低廉，效益十分突出。雨洪利用的市场前景巨大。收集利用雨洪，可借用基础设施投资，拉动经济增长；雨洪与中水利用设备产业可以吸引大量的民间资本进入，形成一个吸引民间资本的新产业，这项产业在减少政府财政支出、促进经济增长、吸纳就业、促进小城镇建设等方面都会发挥出积极作用。
(三)城市雨洪利用资源量分析
在1998年的“国际雨水利用学术会议暨中国第二届雨水大会”上，水利专家们指出，就地充分利用雨洪资源，采取各种有效措施提高雨洪利用能力和效率，是传统水利发展中不可缺少的补充和延伸，是解决城市水资源危机的重要途径。将雨洪资源收集并利用，能够缓解城市化地区长期供水难的大问题。
我国的年平均降水量是650mm左右，我国的国土面积为960万km2，可以推算出我国的原生水资源量（总降水量）约为6.24万亿m3／a。据国家环境保护总局信息中心资料显示，2004年末我国城市面积39.42万km2，按年平均降水量650mm，可以推算出该年度我国城市原生水资源量（总降水量）约为0.26万亿m3。除自然蒸发和渗透外，城市雨洪收集利用的潜力巨大。
