任务二 城市雨洪利用的途径与措施
一、城市雨洪利用的途径
城市雨洪利用途径的指导思想是“雨洪是资源．综合利用在前，排放在后”。其利用应根据具体城市生态环境用水和建筑物分布的特点，因地制宜的建造雨洪直接利用和间接利用工程，以达到充分利用城市雨洪、提高雨洪利用能力和效率的目的。城市雨洪利用的途径主要有以下几种方式。
（一）雨洪集蓄利用
城市的建筑屋顶、大型广场、小区庭院、不透水地面都可汇集雨洪，是良好的雨洪收集面。将雨洪收集处理后直接利用是城市雨洪利用的直接过程。收集处理后的雨洪主要用于城市的绿地浇灌、路面喷洒、景观补水等，可有效缓解城市供水压力。
1.屋面雨洪集蓄利用系统
利用屋顶集雨面的雨洪集蓄利用系统主要用于家庭、公共和工业等方面的非饮用水，如浇灌、冲厕、洗衣、冷却循环等中水系统，可节约饮用水，减轻城市排水和处理系统的负荷，减少污染物排放量和改善生态环境等。
该系统又可分为单体建筑物分散式系统和建筑群集中式系统。由雨洪汇集区、输水管系、截污装置、储存、净化和配水等几部分组成。有时还设渗透设施与贮水池溢流管相连，使超过贮存容量的部分溢流雨洪渗透。
2．屋顶绿化雨洪利用系统
屋顶绿化是一种削减径流量、减轻污染和城市热岛效应、调节建筑温度和美化城市环境的新的生态技术，也可作为雨洪集蓄利用和渗透的预处理措施,既可用于平屋顶，也可用于坡屋顶。
植物和种植土壤的选择是屋顶绿化的技术关键，防渗漏则是安全保障。植物应根据当地气候和自然条件，筛选本地生的耐旱植物，还应与土壤类型、厚度相适应。上层土壤应选择孔隙率高、密度小、耐冲刷，且适宜植物生长的天然或人工材料。在德国常用的有火山石、沸石、浮石等，选种的植物多为色彩斑斓的各种矮小草本植物，十分宜人。屋顶绿化系统可提高雨洪水质并使屋面径流系数减小到0.3，有效地削减雨洪径流量。
3.园区雨洪集蓄利用系统
在新建生活小区、公园或类似的环境条件较好的城市园区，可将区内屋面、绿地和路面的雨洪径流收集利用，达到更显著削减城市暴雨径流量和非点源污染物排放量，优化小区水系统，减少水涝和改善环境等效果。因这种系统较大，涉及面更宽，需要处理好初期雨洪截污、净化，绿地与道路高程，室内外雨洪收集排放系统等环节和各种关系。降雨产生的地面径流，只要修建一些简单的雨洪收集和贮存工程，就可将城市雨洪资源化，用于城市清洁、绿地灌溉、维持城市水体景观等，由于雨洪污染并不重，可经过简单的处理用于生活洗涤用水、工业用水等。如果在贮留池基础上建造美丽的音乐喷泉，可解决喷泉用水和绿地用水的矛盾。
（二）利用渗透设施集雨
利用各种人工设施强化雨洪渗透是城市雨洪利用的重要途径，雨洪渗透设施主要有渗透集水井、透水性铺装、渗透管、渗透沟、渗透池(塘)等。采用各种雨洪渗透设施，让雨洪回灌地下，补充涵养地下水资源，是一种间接的雨洪利用技术。
1.渗透地面
渗透地面可分为天然渗透地面和人工渗透地面两大类，前者在城区以绿地为主。绿地是一种天然的渗透设施。其主要优点有：透水性好；城市有大量的绿地可以利用，节省投资；一般生活小区建筑物周围均有绿地分布，便于雨洪的引入利用；可减少绿化用水并改善城市环境；对雨洪中的一些污染物具有较强的截留和净化作用。其缺点是渗透流量受土壤性质的限制，雨洪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。
人造透水地面是指城区各种人工铺设的透水性地面，如多孔的嵌草砖、碎石地面、透水性混凝土路面等。其主要优点是：能利用表层土壤对雨洪的净化能力，对预处理要求相对较低；技术简单，便于管理；城区有大量的地面，如停车场、步行道、广场等可以利用。其缺点是，渗透能力受土质限制，需要较大的透水面积，对雨洪径流量的调蓄能力低。在条件允许的情况下，应尽可能多采用透水性地面。
2.渗透管沟
雨洪通过埋设于地下的多孔管材向四周土壤层渗透，其主要优点是占地面积少，管材四周填充粒径20～30 mm的碎石或其他多孔材料，有较好的调储能力。其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，对雨洪水质有要求，应采取适当预处理，使之不含悬浮固体。在用地紧张的城区，表层土渗透性很差，而下层有透水性良好的土层、旧排水管系可改造利用、雨洪水质较好、狭窄地带等条件下较适用。一般要求土壤的渗透系数明显大于10-6m／s，距地下水位要有一定厚度的保护土层。 可以采用地面敞开式渗透沟或带盖板的渗透暗渠，弥补地下渗透管不便管理的缺点，也减少挖深和土方量。渗透沟可采用多孔材料制作或做成自然的带植物浅沟，底部铺设透水性较好的碎石层。特别适于沿道路、广场或建筑物四周设置。
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，在井底和四周铺设直径10～30mm的碎石，雨洪通过井壁、井底向四周渗透。
渗透井的主要优点是：占地面积和所需地下空间小；便于集中控制管理。其缺点是净化能力低，水质要求高，不能含过多的悬浮固体，需要预处理。适用于拥挤的城区或地面和地下可利用空间小、表层土壤渗透性差而下层土壤渗透性好等场合。
4.渗透池（塘）
渗透池的最大优点是：渗透面积大，能提供较大的渗水和贮水容量；净化能力强；对水质和预处理要求低；管理方便；具有渗透、调节、净化、改善景观等多重功能。其缺点是：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、蚊蝇孳生，以及池底部的堵塞，渗透能力下降；在干燥缺水地区，蒸发损失大，需要兼顾各种功能做好水量平衡。特别适合在城郊新开发区或新建生态小区里应用，结合小区的总体规划，可达到改善小区生态环境，提供水的景观、小区水的开源节流、降低雨洪管系负荷与造价等一举多得的目的。
5.综合渗透设施
可根据具体工程条件将各种渗透装置进行组合。例如在一个小区内可将渗透地面、绿地、渗透池(塘)、渗透井和渗透管等组合成一个渗透系统。其优点是可以根据现场条件的多变选用适宜的渗透装置，取长补短，效果显著。如渗透地面和绿地可截留净化部分杂质，超出其渗透能力的雨洪进入渗透池（塘），起到渗透、调节和一定净化作用，渗透池的溢流雨洪再通过渗透井和渗透管下渗，可以提高系统效率并保证安全运行。其缺点是装置间可能相互影响，如水力计算和高程要求；占地面积较大。
（三）雨洪综合利用系统
生态园区雨洪综合利用系统是利用生态学、工程学、经济学原理，通过人工净化和自然净化的结合，雨洪集蓄利用、渗透与园艺水景观等相结合的综合性设计，从而实现建筑、园林、景观和水系的协调统一，实现经济效益和环境效益的统一，以及人与自然的和谐共存。这种系统具有良好的可持续性，能实现效益最大化，达到理想的效果。但要求设计者具有多学科的知识和较高的综合能力，设计和实施的难度较大，对管理的要求也较高。
（四）城市雨污分流，建立单独的城市雨洪系统
目前，我国的许多城市都是实行合流制的排水系统，有两个弊端：一方面是将雨洪和污水在一个排水系统中排放，并且都排入同一条河道和海域，这些河道得不到足够的清水补充，在源源不断的污水排入后变得又脏又臭，海域也发生赤潮现象；另一方面，雨洪较污水来说，水质较好，而合流制的排水系统将其和污水一同排放，使较清洁的雨洪白白浪费和流失。例如，上海市通过市区排水泵排入河道的雨洪量约有5.59亿m3 ,目前已经启用“雨洪再利用研究”，来缓解城市供水不足，控制径流污染和改善城市生态效应。
为了利用雨洪资源，应采取相应的措施，比如旧排水管网系统改造、新建城市雨洪排水系统，采用双层排水道，上层排泄雨洪，下层排放污水，实现雨洪污水分流。分流后的雨洪经排水道排至需要景观用水的集中用水点，如人工湖、贮水池等，补充生态用水，用于维持和改善城市的水环境。
（五）其他途径
1.空间返还，恢复自然
随着城市化进程的加快，人口增多，土地成了稀缺资源。许多城市为多争一块地，盲目填充河道，改为管道排水，侵占河流漫滩、湖泊边缘及湿洼地，清除树木草地，不仅减少了市内拦蓄量，增加了暴雨汇流速度，常导致内涝，而且减少了外水蓄洪能力，提高了洪水强度和洪灾几率。更为严重的是，积水面积的萎缩，降低了城市生态系统的重要要素水环境的应有作用，导致热岛效应、气候失常、蒸发量增加、降水量集中。因此，应提倡返还河流、湖泊空间，恢复自然的拦蓄雨洪方式。目前，我国城市比较重视防外水，即防洪，忽视预防内水，即暴雨汇流产生的涝灾。我国城市的排涝标准较低，一般不足10年一遇，加之填充排水河道、用混凝土覆盖空地，一遇大雨，市区到处是水，交通堵塞，雨污混流，导致城市功能不能正常发挥，甚至造成巨大的经济损失。如武汉市1998年长江发生大水时，军民严防死守保住了大堤，但7月21日一场暴雨，却导致交通、电力、通信等城市生命线工程瘫痪。因此，在进行城市规划时应保留城市原有河流、湖泊、洼地，适当恢复已被挤占、填充的蓄洪水面，退堤还漫滩、还边缘。有条件的还可以开挖人工湖和运河，提高蓄洪、排涝能力，改善城市景观和生态环境。
2.生态河堤，营造水环境
改革开放以来，不少城市不仅在新城建设、旧城改造中用砖、混凝土覆盖裸露地面，而且在城市防洪中采用混凝土覆盖河堤、衬砌河道，从而不仅减少了城市绿地、植被，而且降低了植被拦蓄、土壤下渗能力，增加了暴雨汇流和洪水的流速、流量。因此，今后除在城市建设中恢复绿地外，还需借鉴发达国家的成功经验，建设生态河堤。
生态河堤是融现代水利工程学、环境学、生物学、生态学、美学等为一体的水利工程。它以保护、创造生物良好的生存环境和自然景观为前提，以具有一定强度、安全性和持久性为标准，把河堤由混凝土人工建筑改造成水体、土体和生物体相互涵养、适合生物生长的仿自然状态的护堤，并结合河堤、河道的具体情况，以水和绿作为空间基质，营造安全、舒适、富有生机活力的水边环境。
3. 全河统筹，上下同蓄
城市雨洪利用，绝不能走单纯防洪、单纯供水，各防各的、各供各的的老路，一定要统一管理，上下同治。对水资源开发、利用和保护，不能条块分割，城市雨洪利用也是如此，虽然是分散实施，就地拦蓄，就地利用，但要上下行动，共同实施，只有这样才能积少成多，发挥综合效应。否则，虽然也能取得一城一市的免涝、增水、减少雨污混流，却难以减免洪水发生的几率和强度。
二、城市雨洪利用的措施
雨洪利用是一项系统工程，涉及多部门、多学科。如何有效地进行合理的开发和利用，是一个相当复杂又必须处理好的技术经济和政策问题。雨洪利用要从开发资源、生态补偿与城市可持续发展的高度加以重视，给予政策法规的支持和支撑。为保证雨洪综合利用与雨洪径流污染措施得以顺利实施，以促进城市水资源的可持续利用和城市水环境的彻底改善，建议采取如下措施。
1.合理规划，加强管理
城市雨洪资源的利用是一个复杂的系统工程，涉及到城市规划、城市供水、防洪、排涝、生态系统建设、环境保护、城市美化等多个方面，必须统筹规划，综合考虑。传统的城市发展对雨洪问题多采取排放的做法，对雨洪资源化和污染控制考虑得不够，亦即对自然的生态平衡、城市水系统整体环境等未作细致分析。事实上，在城市规划时，在宏观上把握城市发展的同时，合理对雨洪问题加以论证，把土地利用计划与雨洪利用、径流污染控制相结合，会对总体上控制解决城市雨洪问题带来许多便利。土地规划时，对土地进行分区，禁止或限制在危险土地上进行某些开发和土地利用活动。下列问题应首先被考虑：规划城市的绿化带、植被缓冲带；减少裸露土地和硬质铺装，增加渗透铺装；原地形地貌的保持；规划使用低势绿地、渗透管渠等渗透设施；环境水体景观的利用，人工湿地的利用与建造；建筑结构形式与屋顶做法；优选城市排水体制等,因此，应利用新的思路搞好城市的总体发展规划和其他专项规划，加强宣传，提高认识，转变观念，把城市雨洪利用与城市建设、水资源优化配置、生态建设统一考虑，把集水、蓄水、处理、回用、入渗地下、排水等纳入城市建设规划之中，将城市建成水城和谐的亲水型城市。
2.强化公众教育和参与意识
雨洪相对于污水回用的中水在公众心理更能让人接受，通过宣传和市场手段鼓励居民利用雨洪资源，它是解决城市雨洪问题的重要组成部分，是雨洪项目方案能够得以实施的重要手段。只有强化公众教育和参与意识，才会在一个城市或一个市区有明显的效果。公众的教育与参与包括对城市专门管理人员的培训、对城市居民的教育和监督等,主要方式是教育、培训、参与、宣传等。
对城市专门管理人员的教育主要是培训,尤其是那些其行为影响到雨洪的工作部门，比如城市园林部门、规划部门、垃圾处理部门等。教育他们在制定整个城市的发展计划时应考虑到雨洪及其环境的影响因素，考虑到如何有效地减小雨洪径流的污染等问题。
对城市居民的教育主要是通过宣传和实践，使居民认识到雨洪资源化的必要性和雨洪径流污染的危害，使他们知道家庭用品中的各种有毒有害物质和不正确地使用及处理而导致的雨洪污染。有条件的社区、街道、单位可以利用一些志愿者和非政府组织，开展一些环保活动，参与垃圾管理、排放监督、环保知识宣传等活动。通过实践，培养公众雨洪利用和径流污染控制的习惯和意识。
3. 尽快制定雨洪利用的法律、规范和标准
城市雨洪利用技术涉及到城市雨洪资源的科学管理、雨洪径流的污染控制、有组织排放雨洪的屋面系统设计、生态环境建设等诸多方面，是一项涉及面很广的系统工程。我国城市雨洪利用技术比较落后，针对城市水资源和水环境状况，应尽早制定城市雨洪利用规范和条例等一系列有关雨洪利用的法律法规。明确雨洪利用的基本原则是“保证开发项目建成后降雨径流系数不能增加”，例如规定在新建或改建的开发区，开发后的雨洪径流量不得超过开发前的径流量，迫使开发商构建雨洪利用设施，并且美化环境。同时，可以考虑采取鼓励雨洪利用的政策，如给予增建雨洪利用设施的业主一定补贴，减免雨洪利用的税款等。发达国家在这方面做得很好，比如德国的有些州规定，一个进行了绿化的建筑物（如屋顶绿化）不用缴纳环境补救费用，因为它对自然环境的干扰作用要小于没有绿化的建筑物；德国还规定，采用种植屋面的业主可以减免排污费用，因为种植屋面有蓄水功能，使排水量大大减少，减轻了排水管道的压力。
必要的经济措施对于城区雨洪利用和径流污染控制的开展与实施也会有较大的促进作用。具体措施包括建立雨洪排污费（税）制度、建立积极的激励机制、实施雨洪排放许可证制度、按照雨洪排出量或径流中污染物总量收取环境资源费等。通过经济手段，把企业、个人的局部利益同全社会的共同利益有机地结合起来。目前我国在雨洪领域的经济措施尚缺乏深入研究和成熟经验，可以先选取试点示范，摸索经验后再推广应用。
4.深入开展城市雨洪利用科学研究
城市雨洪利用是一项系统工程。因此，必须加强理论研究，为这项新生事物始终保持科学、理性、正确的发展方向奠定坚实的理论基础。国外对雨洪利用的研究已经比较成熟，而我国尚处在起步阶段，应当鼓励各高校和科研单位加强对城市雨洪利用的研究工作。从社会、经济、生态、科学、技术等不同角度入手，对城市雨洪利用进行综合研究，探索不同条件下雨洪利用的政策体系、技术模式，效益分析，以及对城市雨洪利用中存在的关键问题的技术攻关。设立一些试验区、示范区，理论和实践相结合，进行城市雨洪利用的有效尝试，对成本效益进行必要的定性和定量分析，为雨洪利用技术的推广应用提供科学依据，积极推进城市雨洪利用事业的开展。
