最初暴雨的收集以疏導(dǎo)為主,城市雨水處理在快速、高效的工程排水原則下,著眼于快速將雨水從城市范圍內(nèi)排除,擴大雨水管道和城市河道橫斷面、減少糙率或開發(fā)分洪渠道等被認為是解決雨洪問題的最有效方法。
隨著城市化進程加快,城市地表不透水面積增加,地表徑流量增加,洪峰流量增大且時間提前,城市的防災(zāi)能力減弱,暴雨洪水災(zāi)害發(fā)生的幾率都有較大的增加,暴露了原有城市排水系統(tǒng)的弊端,反映了原有雨水處置理念與快速城市化進程的不相適應(yīng),嚴重干擾了城市原有水文生態(tài)系統(tǒng),破壞了自然的水文循環(huán)過程。
因此從 20 世紀70 年代以來,國際雨水資源管理的理念發(fā)生了顯著變化,雨水蓄滲、緩排、利用等已成為雨水管理的重要內(nèi)容,很多國家致力于雨水利用技術(shù)的研究和開發(fā),使用法律、經(jīng)濟、技術(shù)等多種手段,從水量和水質(zhì)管理兩個角度,通過工程以及非工程的多種措施實行“生態(tài)排水”,使降水盡可能地進入自然水循環(huán),盡量減少進入城市排水系統(tǒng)的雨水量,促進雨水的資源化利用,減輕城市洪澇災(zāi)害、降低城市污水處理負荷和建設(shè)費用,維護城市水循環(huán)的生態(tài)平衡。
近二十年來,在坦桑尼亞、南非、巴西、中國西北等國家和地區(qū),修建了數(shù)以千計的雨水收集利用系統(tǒng)。
美國、加拿大、德國、澳大利亞、希臘、新加坡和日本等許多發(fā)達國家也開展了不同規(guī)模、不同用途的雨水利用的研究和實施計劃。
德國長期致力于雨水利用技術(shù)的研究與開發(fā),目前已經(jīng)成為世界上最先進的國家之一,從規(guī)劃、設(shè)計到應(yīng)用,不但形成了完善的技術(shù)體系,而且制定了配套的法規(guī)和管理規(guī)定。如在新建小區(qū)之前,無論是工業(yè)、商業(yè)還是居民小區(qū),均要設(shè)計雨水利用設(shè)施,若無雨水利用措施,政府將征收雨水排放設(shè)施費和雨水排放費。
其雨水利用的理念為:
屋頂?shù)挠晁紫韧ㄟ^雨漏管進入樓寓周圍綠地,經(jīng)過天然土壤滲入地下,若雨水大于土壤的入滲能力,則進入小區(qū)的入滲溝或洼地;道路及停車場的雨水徑流直接進入小區(qū)的入滲溝或洼地。入滲溝或洼地根據(jù)綠地的耐淹水準設(shè)計,標準內(nèi)降水徑流可全部入滲,遇超標準降水,則通過溢流系統(tǒng)排入市政污水管道。
日本對雨水利用研究也很多。早在 1980 年日本建設(shè)省就開始推行雨水貯留滲透計劃。利用公園、綠地、庭院、停車場、道路和建筑物等場所,設(shè)置滲透井、管、池和滲透性覆蓋等收集雨水的設(shè)施,將收集的雨水用于消防、洗車、沖廁所,也可以經(jīng)過處理后供居民飲用。
美國的雨水利用常以提高天然入滲能力為目的。在芝加哥市興建了地下隧道水系統(tǒng),以解決城市防洪和雨水利用問題。其它很多城市還建立了屋頂蓄水和入滲池、井、草地、透水地面組成的地表回灌系統(tǒng)。美國不但重視工程措施而且還制定了相應(yīng)的法律法規(guī)對雨水利用給予支持,如針對城市化引起河道下游洪水泛濫問題,科羅拉多州、佛羅里達州和賓夕法尼亞州分別制定了《雨水利用條例》。
國外城市雨水利用設(shè)施齊全,利用方法多樣,并且制定了一系列政策法規(guī),建立了比較完善的雨水收集和雨水滲透系統(tǒng)。城市雨水利用技術(shù)日趨成熟,取得了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
進入 90 年代,雨水利用在我國各地興起,我國的雨水利用主要偏重于嚴重缺水地區(qū),例如甘肅實施的“121 雨水收集工程”、內(nèi)蒙古實施的“112 集雨節(jié)水灌溉工程”、寧夏實施的“窖水工程”都促進雨水集蓄措施的研究,產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。
近幾年來,北京、上海等許多大城市相繼開展雨水利用的研究,由于缺水,北京開展的步伐較快。2008 年北京奧運場館中 100%的雨水得到有效利用,可見北京市城市雨水利用己進入實施階段。
雨水利用工程實例
日本的國技館雨水利用工程是最有特色的工程之一。該工程采用降雨強度計來控制雨水棄流量,收集屋頂雨水,采用微細網(wǎng)過濾器,除去直徑約為 100μm 以上的污染物。
為了防止處理后的水質(zhì)腐敗和有機物繁殖,定期將水在貯流槽內(nèi)循環(huán),并重新加入次氯酸鹽。該工程保證了一定的水質(zhì)和水量可供防災(zāi)、消防或災(zāi)害時飲用水的使用。悉尼奧運會主會場,將整個場區(qū)的雨水收集和處理系統(tǒng)根據(jù)地形和地勢分為三個系統(tǒng)收集。
雨水處理上充分利用自然條件,通過水力學(xué)設(shè)計使雨水在流動過程中泥沙得到有效沉淀,然后進入氧化塘自然凈化,塘內(nèi)與人工景觀相結(jié)合,種植水生植物,水形成了一個整體的自然生態(tài)保護地。北京國家體育場雨水處理,設(shè)計采用棄流初期雨水,將雨水收集儲存在五個雨水蓄水調(diào)節(jié)池內(nèi)。
處理工藝采用物理法,即采用不同性能的過濾實現(xiàn)凈化,主要流程為:雨水蓄水調(diào)節(jié)池→砂濾池→超濾池→納濾池→消毒池→消防中水合用水池,其中砂濾池的反沖洗水經(jīng)二級砂濾池回到雨水蓄水調(diào)節(jié)池。
近年來,雨水利用技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)擴展了很多方面,如初期雨水棄流技術(shù)、小型雨水處理設(shè)備開發(fā)、雨水滲透設(shè)備技術(shù)、小型雨水處理設(shè)備技術(shù)、雨水利用綜合評價等方面,涉及到多個領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的開發(fā),使城市雨水利用技術(shù)更為廣闊的發(fā)展空間