水資源是一種特殊資源，關(guān)系到國計民生、經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和環(huán)境友好型社會建設(shè)、生態(tài)保護(hù)和生態(tài)建設(shè)，關(guān)系到人民生活水平的提高和小康社會的建設(shè)，在國民經(jīng)濟(jì)中具有不可替代的特殊地位。我國是嚴(yán)重缺水國家，人均淡水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，并且時空分布不均勻，長江以北地區(qū)人口占全國的45.3%,耕地占全國的64.1%,而水資源量卻占全國的19%，水資源供需矛盾十分突出[1]。解決水資源供需矛盾的根本出路在于開源節(jié)流。雨水是重要的水資 源，雨水利用是解決水資源供需矛盾的重要途徑之一。

大量開采地下水使地下水位下降，造成地面下沉，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國地面下沉城市達(dá)56個[1]。雨水是地下水的最重要補(bǔ)給源。雨水涵養(yǎng)對保持和恢復(fù)地下水位具有重要意義。

城鎮(zhèn)初雨水淋洗空氣和沖刷地面，含有大量污染物，是水環(huán)境的重要污染源之一，城鎮(zhèn)初雨水凈化是水環(huán)境保護(hù)的重要課題。

我國對雨水利用非常重視，國家制定了相應(yīng)的鼓勵政策，大力推進(jìn)雨水利用。 但是，雨水利用僅限于直接利用，主要是水池、池塘、薄膜防水結(jié)構(gòu)儲水，投資大，水量小，實效差。我國的城鎮(zhèn)雨水排水體制主要是有組織的管道排水和無組織或有組織的溝渠排水，重點在于城鎮(zhèn)排水和防洪，沒有考慮雨水利用，與雨水利用的需求極不適應(yīng)。我國城鎮(zhèn)有硬覆蓋泛濫的趨勢，大量雨水通過管道直接排入水 體，既加重了排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)，又造成初雨水對水體的污染。        

 

一、美國雨水排水與初雨水凈化 
 

筆者最近考察了美國北部城市安阿堡及其周邊城鎮(zhèn)。安阿堡在美國最適宜居住城市中名列第六，是一個非常美麗和諧的城市，水資源并不缺乏，也不限制用水，居民似乎沒有節(jié)水意識，但是，雨水涵養(yǎng)和初雨水凈化非常先進(jìn)和完備，令人耳目一新，驚嘆其精密、自然和完美，巧奪天工。   

1. 屋面排水

美國建筑沒有散水，屋面雨水全部通過雨水管首先排入地下涵養(yǎng)，涵養(yǎng)飽和后才組織排放。涵養(yǎng)方式有三種：第一，滲透好的土壤，主要是沙質(zhì)土和腐植土，直接排入土壤涵養(yǎng)；第二，滲透一般的土 壤，主要是腐植土等，沿建筑外墻開挖溝槽，回填木屑、碎石、腐植土等，種植花樹；第三，市中心，建筑密，硬覆蓋多，沿建筑外墻開挖約1.5×2m溝槽，回填碎石等，形成地下儲水結(jié)構(gòu)，地上部分建筑花壇，種植花木。   

2. 綠地排水

美國的建筑風(fēng)格與中國不同，一般不形成中國式的庭院和街坊。美國郊區(qū)建筑間距大，一般單體建筑掩映在綠地和樹林叢中。市中心建筑密集，建筑寬大，街道以建筑建設(shè)，建筑沿街道建設(shè)。面積較大的綠地，修建人工池塘和人工湖，雨水漫流入湖，集中徑流入湖口鋪砌卵石，湖塘不防水，起向地下補(bǔ)水、調(diào)節(jié)水量、自然沉淀作用，設(shè)溢流井或溢流口，雨水經(jīng)綠地涵養(yǎng)后進(jìn)入湖塘調(diào)節(jié)和沉淀，雨量大時，通過溢流和管道排放。面積較小的綠地，向中間找坡，低處設(shè)滲井，雨水經(jīng)綠地涵養(yǎng)后漫流到滲井，然后通過管道排放。一般面積的綠地，中間修挖洼地，周圍找坡，底部鋪砌卵石，周圍綠化，洼地存水時間較短時，底部植草綠化。洼地設(shè)滲透溢流井，井周圍設(shè)人工濾層，雨量小時，滲至地下；洼地水位升 高，雨水經(jīng)滲透過濾后通過管道排放；升高到一定水位（一般為1至2m），雨水溢流排放。   

3. 道路和硬覆蓋排水

美國的獨立人行道、綠地路徑、高速公路、鄉(xiāng)間公路、郊區(qū)支路均不設(shè)路牙，路面高出綠地，雨水直接漫流到綠地。部分郊區(qū)干道一側(cè)設(shè)人行道，另一側(cè)不設(shè)人行道和路牙，雨水通過無路牙一側(cè)直接漫流到綠地。部分郊區(qū)干道兩側(cè)設(shè)人行道和路牙，雨水分段通過雨水口和管道排入綠地洼地和湖塘，有時在路邊修建人工池 塘，涵養(yǎng)和調(diào)節(jié)雨水，凈化初雨水。美國停車場高度發(fā)達(dá)，硬覆蓋平整，面積較 大。硬覆蓋雨水通過雨水口和管道排入綠地洼地和湖塘。市中心以街道管道排水為主。   

4. 區(qū)域排水

美國中小城鎮(zhèn)群人口密度小，面積大，城鎮(zhèn)化程度高，如果全部采用管道輸送排放雨水，雨水管道長，峰值流量大，雨水排水設(shè)施的投資非常巨大。美國的做法是：首先考慮土壤涵養(yǎng)，最大限度地涵養(yǎng)雨水；其次，在保證市政安全的情況下盡量采用地面徑流；第三，千方百計地利用自然條件和人工設(shè)施調(diào)節(jié)水量，削減峰值，除前端的洼地、湖塘調(diào)節(jié)外，管道匯集后盡量利用自然條件設(shè)置湖塘和人工設(shè)施，多次調(diào)節(jié)，大幅度地削減峰值，大大降低了系統(tǒng)造價。 
 

5. 初雨水凈化

初雨水凈化的途徑主要有：第一，土壤涵養(yǎng)凈化，第二，自然沉淀，第三，植物凈化，第四，滲透過濾�？傊�，美國初雨水凈化主要依靠自然凈化，除簡單實用的滲透溢流井外，沒有專門的人工設(shè)施，方法簡單，投資非常少，效果非常突出。   

6. 排水系統(tǒng)的特點

第一，土壤涵養(yǎng)，最大限度地涵養(yǎng)雨水；第二，盡量采用地面徑流，大大減少雨水管道長度；第三，利用自然條件和人工設(shè)施，多次調(diào)節(jié)，大幅度地削減峰值，大大降低了系統(tǒng)造價；第四，利用自然凈化，徹底凈化初雨水；第五，雨水直接利用少，除涵養(yǎng)和補(bǔ)充地下水外，很少直接利用雨水。美國水資源并不缺乏，其出發(fā)點主要是涵養(yǎng)雨水、凈化初雨水和減低系統(tǒng)造價，系統(tǒng)非常先進(jìn)和完善，非常值得我們借鑒。
 

二、雨水涵養(yǎng)利用系統(tǒng) 
 

我國現(xiàn)行《室外排水設(shè)計規(guī)范》的著眼點是排除雨水，沒有考慮雨水利用。國家大力提倡雨水利用，但是，目前的雨水利用僅限于直接利用水池、池塘、薄膜防水結(jié)構(gòu)收集儲存雨水，投資大，水量小，實效差。要提高雨水利用水平，必須借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗，創(chuàng)新思路、創(chuàng)新技術(shù)、創(chuàng)新體系。美國的經(jīng)驗表明雨水涵養(yǎng)利用可以大大提高雨水利用水平，發(fā)揮利用雨水、涵養(yǎng)地下水、初雨水凈化等多方面作用，還可以減少雨水排水系統(tǒng)的造價，是非常行之有效的雨水利用方式。我們在借鑒美國經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了我國雨水涵養(yǎng)利用系統(tǒng)，如圖所示。

雨水涵養(yǎng)利用系統(tǒng)

雨水首先盡可能地進(jìn)入地表土壤涵養(yǎng)層涵養(yǎng)儲存。涵養(yǎng)飽和后多余的雨水經(jīng)過地面徑流和洼地、湖塘等調(diào)節(jié)，然后通過管道排放。涵養(yǎng)水一部分補(bǔ)充地下水，一部分通過滲渠和大口井取水利用。      

1. 屋面排水與涵養(yǎng)

屋面雨水首先盡可能地進(jìn)入土壤涵養(yǎng)和人工涵養(yǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行涵養(yǎng)、儲存、調(diào)節(jié)、凈化，多余雨水溢流到綠地或道路、硬覆蓋排水系統(tǒng)。屋面雨水涵養(yǎng)包括直接涵養(yǎng)、溝槽涵養(yǎng)、花池涵養(yǎng)、徑流涵養(yǎng)等基本形式。

a. 直接涵養(yǎng) 屋面雨水管直接通入私家花園或庭院綠地土壤中，雨水管距地面0.4至0.9m處設(shè)溢流口，以便飽和后溢流和清通管道。直接涵養(yǎng)適合土壤滲透性較好的情況。

b. 溝槽涵養(yǎng) 沿建筑開挖溝槽，屋面雨水排水管通入溝槽之中，溝槽中下部回填沙石、木屑等，上部覆種植土，植樹栽花種草，雨水管距地面0.4至0.9m處設(shè)溢流口。溝槽涵養(yǎng)適于土壤滲透性一般或較差的情況，也可以滲透性較好的土壤，以便增大雨水涵養(yǎng)量。

c. 花池涵養(yǎng) 在溝槽涵養(yǎng)的基礎(chǔ)上，地面上修建帶狀花壇，花壇底部與溝槽連通�；ǔ睾B(yǎng)適于城市中心建筑密集區(qū)、廣場和停車場等硬覆蓋與建筑相連的情 況。

d. 徑流涵養(yǎng) 屋面雨水直接排入庭院綠地，通過地面徑流，滲入土壤涵養(yǎng)。徑流涵養(yǎng)適于土壤滲透性好的情況。 
    

2. 綠地排水與涵養(yǎng)

綠地雨水首先盡可能地進(jìn)入土壤涵 養(yǎng)，地面徑流盡可能利用自然條件、水景設(shè)施和半人工結(jié)構(gòu)進(jìn)行涵養(yǎng)、儲存、調(diào)節(jié)、凈化，多余雨水溢流排水。綠地雨水涵養(yǎng)包括滲井涵養(yǎng)、洼地涵養(yǎng)、湖塘涵養(yǎng)等基本形式。a. 滲井涵養(yǎng) 適于面積較小的綠地。綠地向中間找坡，低處設(shè)滲井，雨水經(jīng)綠地涵養(yǎng)后漫流到滲井，溢流后通過管道排放。b. 洼地涵養(yǎng) 適于一般面積的綠地。綠地中間利用自然條件或修挖洼地，周圍找坡，底部鋪砌卵石，周圍綠化，洼地存水時間較短時，底部植草綠化。洼地設(shè)滲透溢流井，井周圍設(shè)人工濾層，雨量小時，滲至地下；洼地水位高于設(shè)計溢流水位 （一般為1至2m）時，通過溢流和管道排放；洼地水位低于設(shè)計溢流水位時，經(jīng)過人工濾層和滲井，通過管道排放。c. 湖塘涵養(yǎng) 適于面積較大的綠地，或有天然湖塘、人工水景湖的情況。雨水主要漫流入湖，形成溪流時入湖口鋪砌卵石，湖塘不防水，設(shè)溢流井，溢流井設(shè)雨水和洪水2級溢流。雨水經(jīng)綠地涵養(yǎng)后進(jìn)入湖塘調(diào)節(jié)和沉淀，雨量大時，通過溢流和管道排放。庭院一般采用滲井涵養(yǎng)和洼地涵養(yǎng)，有時也可以徑流到道路雨水口。
     

3. 道路、硬覆蓋排水與涵養(yǎng)

道路和硬覆蓋雨水首先盡可能地進(jìn)入土壤涵養(yǎng)和人工涵養(yǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行涵養(yǎng)、儲存、調(diào)節(jié)、凈化，多余雨水溢流排放。道路和硬覆蓋雨水涵養(yǎng)有路邊滲井涵養(yǎng)、邊池涵養(yǎng)、邊溝涵養(yǎng)、轉(zhuǎn)移涵養(yǎng)等基本形式。

a. 路邊滲井涵養(yǎng) 適于設(shè)有綠化帶的城市道路雨水涵養(yǎng)和排水。雨水排水干管設(shè)于綠化帶，按滲井的要求建設(shè)檢查井，除發(fā)揮檢查井的功能外，主要起涵養(yǎng)和調(diào)節(jié)雨水及初雨水凈化作用。

b. 邊池涵養(yǎng) 適于需要管道排放雨水的郊區(qū)道路。沿道路間隔挖水池，一般長15至30m，寬3至5m，深1.5至2m，通常不砌筑，不護(hù)坡。路面雨水經(jīng)涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)、沉淀后進(jìn)入管道排放。

c. 邊溝涵養(yǎng) 適于公路，路面雨水經(jīng)邊溝排放。

d. 轉(zhuǎn)移涵養(yǎng) 指將道路和硬覆蓋雨水轉(zhuǎn)移到綠地，利用綠地、洼地、湖塘、水景設(shè)施等進(jìn)行涵養(yǎng)。轉(zhuǎn)移涵養(yǎng)的基本形式有：1）徑流轉(zhuǎn)移，人行路、庭院路、花間路高于綠地，雨水直接徑流到綠地涵養(yǎng)；

2）管道轉(zhuǎn)移，道路和硬覆蓋雨水通過雨水口和管道轉(zhuǎn)移到洼地、湖塘、水景設(shè)施等涵養(yǎng)。住宅小區(qū)道路排水應(yīng)結(jié)合小區(qū)綠化和景觀進(jìn)行。市中心以街道管道排水為主。
     

4. 區(qū)域連接

各單元雨水進(jìn)入管道輸送后應(yīng)盡量地利用自然條件，如洼地、湖塘、水景湖 等，進(jìn)行進(jìn)一步涵養(yǎng)和調(diào)節(jié)，以最大限度地涵養(yǎng)雨水，削減峰值流量，減少管道造價。      

5. 雨水涵養(yǎng)

雨水進(jìn)入地表涵養(yǎng)層后，一部分向外徑流，一部分補(bǔ)充深層地下水，一部分涵養(yǎng)在本區(qū)域內(nèi)。前兩者是間接利用，后者可以直接利用。我們把可以直接利用的涵養(yǎng)水及其結(jié)構(gòu)稱之為地表涵養(yǎng)水庫。為了提高雨水利用量，必須提高地表涵養(yǎng)水庫的涵養(yǎng)能力，其主要途徑如下：

1） 合理規(guī)劃，勘察地表土層、表層水的徑流走向、地形等，摸清區(qū)域地表層水脈，確立地表涵養(yǎng)水匯聚點，合理布置和規(guī)劃地表涵養(yǎng)水庫，最大限度地利用地理資源。

2） 土壤涵養(yǎng)[2]，土壤，尤其是種植土，是地表水庫的載體和物質(zhì)基礎(chǔ)。表層土壤孔隙發(fā)達(dá)，毛細(xì)豐富，生長著大量微生物�？紫犊梢詢Υ嫠�，毛細(xì)孔具有吸附和緩釋水的作用。微生物可以分解有機(jī) 物，是物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，微生物分解和土壤吸附發(fā)揮了凈化水質(zhì)的作用。利用綠化覆土可以大大增加地表涵養(yǎng)水庫的涵養(yǎng)能力。

3） 植物涵養(yǎng)[2]，植被可以有效地減少地面蒸發(fā)，植被越茂盛，涵養(yǎng)水越豐 富；植被越高大，根系越發(fā)達(dá)，涵養(yǎng)水的能力越強(qiáng)，一棵十年生喬木，可以涵養(yǎng)水5m3以上。

4） 物理阻截[2]，利用地下建筑等阻截涵養(yǎng)水向外徑流；向外徑流量較大的斷面，可以修建地下暗壩，阻截涵養(yǎng)水向外徑流。5） 水力截留[2]，在涵養(yǎng)水徑流下游邊界修建滲渠和大口井，設(shè)立取水口，降低水位，不僅可以有效地阻止地表涵養(yǎng)水庫水向外徑流，還可以使一定數(shù)量的區(qū)外水流向區(qū)內(nèi)。    
 

6. 涵養(yǎng)水利用   涵養(yǎng)水水質(zhì)好，可以被廣泛利用。主要利用方式有：

1）湖塘直接取水利用，適于用水量較小、間斷用水和臨時用水；

2）滲渠取水利用[2]，適于向外徑流斷面取水；

3）大口井取水利用[2]，適于水脈匯集地點取水。    
 

7. 初雨水凈化

初雨水淋洗空氣和沖刷地面，含有大量污染物，是水環(huán)境的重要污染源之一，是水環(huán)境保護(hù)和雨水利用的重要課題。目前，我國初雨水凈化尚屬空白。上述雨水涵養(yǎng)系統(tǒng)是非常簡單、實用、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的初雨水凈化方法。凈化過程主要有：

1）土壤涵養(yǎng)凈化，土壤除具有巨大的涵養(yǎng)功能外，還有巨大的凈化能力，通過土壤的過濾、吸附和生物降解作用，凈化初雨水；

2）植物凈化，通過植物生長，吸收去除污染物；

3）自然沉淀，通過洼地和湖塘自然沉淀，去除懸浮物和部分其它初雨水污染物；

4）滲透過濾，通過滲井的滲透過濾作用去除污染物。         

 

三、管道排水量分析 

雨水排水管道造價的主要影響因素是管道長度和排水量。雨水排水管道的長度與排水區(qū)域的特點有關(guān)，雨水涵養(yǎng)系統(tǒng)大大減少了管道長度，降低了管道造價。對較大規(guī)模的住宅小區(qū)，雨水涵養(yǎng)系統(tǒng)與普通雨水排水系統(tǒng)相比，可以減少管道長度30％至60%。

排水量直接決定管徑的大小，從而決定管道造價。排水量可以由下式計算：Q=ΨF－167A(1+ClgP)/(t1+m2t+b)n

1) 起始管段，起始點相同時由于涵養(yǎng)，徑流系數(shù)Ψ減少到0.4以下，比不涵養(yǎng)的徑流系數(shù)減少40％至 50%；地面徑流時間t1增加50％至 150%；涵養(yǎng)后的排水量比不涵養(yǎng)的普通系統(tǒng)減少45％至70%。

2)管道起始點不同時，不涵養(yǎng)的普通系統(tǒng)需要通過管道輸送到涵養(yǎng)系統(tǒng)的管道起始點，此時這種情況下，普通系統(tǒng)的徑流系數(shù)更大，比涵養(yǎng)系統(tǒng)大1倍以上；由于地面徑流面積小，管道流速快，普通系統(tǒng)徑流時間t1普+mt2普遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于涵養(yǎng)系統(tǒng)的徑流時間t1涵；綜合以上情況，涵養(yǎng)后的排水量比不涵養(yǎng)的普通系統(tǒng)減少45％至80%。

3) 下游管段，管道長度相同時,徑流系數(shù)的關(guān)系與情況1類似，地面徑流時間t1的關(guān)系與情況1也基本類似，管道徑流時間t2大致相等，涵養(yǎng)后的排水量比不涵養(yǎng)的普通系統(tǒng)減少34％至60%。

4) 下游管段，管道長度不相同時流量關(guān)系式與情況3相同，徑流系數(shù)的關(guān)系與情況2類似，地面徑流時間的關(guān)系與情況2類似，普通系統(tǒng)的管道徑流時間大于涵養(yǎng)系統(tǒng)，涵養(yǎng)后的排水量比不涵養(yǎng)的普通系統(tǒng)減少30％至60%。總之，涵養(yǎng)系統(tǒng)的管道排水流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通系統(tǒng)，大大減少了管徑，節(jié)省管道造價。
 

四、 結(jié)論

1) 雨水涵養(yǎng)利用系統(tǒng)借鑒美國成熟經(jīng)驗，是我國雨水利用的創(chuàng)新體系，方法簡單、易行、可靠，利用量大，效率高，效果好，值得推廣應(yīng)用。

2) 雨水涵養(yǎng)系統(tǒng)在涵養(yǎng)雨水的同 時，徹底解決了初雨水凈化的難題。

3) 雨水涵養(yǎng)系統(tǒng)與普通雨水排水系統(tǒng)相比，管道長度短，管徑小，大大節(jié)省了系統(tǒng)造價。        

 

 

參考文獻(xiàn)： 

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