王兆吉

(河北省保定水文水資源勘測局，河北保定71000)

隨著城市化進程的加快，用水量不斷增加，現(xiàn)代生活、生產(chǎn)方式產(chǎn)生大量污水，使得城市水資源危機日益嚴重。為滿足城市水資源需求，一方面地下水開采力度加大，超采嚴重，造成城市地下儲水量銳減、地下水位不斷下降、地下漏斗面積相應擴大，并引發(fā)地面沉降、塌陷、開裂等地質(zhì)災害。同時，沿海地區(qū)的地下水超采，破壞了地下水動力平衡，引發(fā)海水入侵地下水，土壤鹽漬化，耕地面積減小。另一方面作為重要水源的城市雨水大量外排，浪費嚴重，未得到資源化的利用，在暴雨季節(jié)還造成城市內(nèi)澇，引發(fā)城市雨洪災害。僅在2011年夏天先后就有武漢、北京、長沙、成都、揚州、南京6座內(nèi)陸城市遭遇暴雨襲擊，城區(qū)大面積集水，交通基本癱瘓，通信設施出現(xiàn)故障，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

降雨是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，可使水資源在開采和利用后得到補充，具有再生性。相比中水等其它水源，雨水受到的污染較輕，處理工業(yè)較為簡單。雨水作為重要的水源，它的有效利用將緩解城市水資源危機，結合土壤的自凈能力和含水層的儲水能力，通過回灌補給地下水，是綜合調(diào)節(jié)地表水、地下水和雨水，使雨水得到資源化利用的重要途徑，能有效解決地下水超采和城市雨洪災害。

1 城市雨水回灌利用的發(fā)展

城市雨水回灌可概括為:地面雨水通過滲透面或入滲措施，進入土壤或直接進入地下含水層，達到補充土壤水分，補給地下水的作用。在1982年，美國的David Pyne就提出了“含水層貯存和回用”(Aquifer storage and recovery簡稱ASR)，經(jīng)過30多年的發(fā)展，ARS技術已經(jīng)形成了“收集—預處理—回灌—抽取—再利用”的回灌模式，現(xiàn)在國際上對地下含水層的回灌和再利用通稱為ASR技術[1]。2002年在澳大利亞召開的第四屆國際地下水補給會議上，成立了國際水文地質(zhì)學會含水層管理專業(yè)委員會，系統(tǒng)地論證了含水層補給在地下水資源開發(fā)和保護中的作用，總結了人工補給的技術方法和各類地質(zhì)條件下回灌的經(jīng)驗等[2]。

我國的地下水回灌始于20世紀60年代，當時上海為控制因大規(guī)模開采地下水而引發(fā)的地面沉降，開始采用深井灌注的方法補給地下水，開創(chuàng)性地發(fā)展了“冬灌夏用”和“夏灌冬用”的地下含水層儲能技術，并向天津和北京等城市推廣。清華大學與德國、北京等單位在國內(nèi)首次開展城市污水處理后回灌地下水的基本理論和工程研究，采用了地表回灌滲濾池和快速滲濾與淺層回灌相結合的回灌方式。2000年1月中德開始實施“城區(qū)水資源可持續(xù)利用——雨洪控制和地下水回灌”的合作項目，相繼在北京建立了代表老城區(qū)、新建城區(qū)、將建設區(qū)、公園綠地、校園特點的5種類型、6個雨洪利用的示范區(qū)，總面積達60 hm2，并在2001年9月明確了城市雨洪利用的目標是“將雨水留在地面和地下，建立雨洪相關產(chǎn)業(yè)”。

2 城市雨水回灌利用的現(xiàn)狀

目前許多城市已認識到城市雨水控制和利用的重要性，不斷加強雨水對地下含水層補給的管理，編制了相關的技術規(guī)范和管理條例。一些城市建立了包括雨水收集、處理、儲存、排放、澆灌取水等綜合利用的試驗點，如上海的生態(tài)小區(qū)和世博園區(qū)、北京的奧運會場館、天津的節(jié)水型水利科技大廈、成都的活水公園等，這些試驗點通過有效的調(diào)蓄措施，實現(xiàn)雨水資源的有效利用，顯示出良好的發(fā)展趨勢。但試驗點的規(guī)模都不大，只適用在某一個具體的范圍內(nèi)，沒有考慮到城市的整體規(guī)劃，缺乏生態(tài)化、多樣化的利用措施，未成系統(tǒng)。

我國大部份城市的降雨時間分布不均，主要集中在6月到9月的汛期，一般汛期的徑流量占全年的70%到90%，短時間內(nèi)的降雨很難形成可持續(xù)利用的資源。加之城市建筑密度增大、路面硬化、透水面積減小、綠地設計高出地面、滯洪區(qū)縮減等，使得區(qū)域內(nèi)的地表徑流系數(shù)增大，區(qū)域匯流速度加快，洪峰成倍增長。城市雨洪產(chǎn)生速度快和滲透回灌緩慢、降雨間隙性和雨水資源利用持續(xù)性之間的矛盾成了城市雨水回灌利用的主要問題。目前的城市雨水的利用措施對整個城市區(qū)域而言，短時間內(nèi)成倍增長的洪峰仍無法進行有效的調(diào)蓄，加之外排不暢還造成城市雨洪災害，雨水資源未能得到有效利用。而且大多數(shù)回灌設施以靜水方式儲存，水體污染嚴重，且工程設施投入較大、利用效率低，很難滿足城市的景觀和生態(tài)用水。

3 城市雨水回灌利用的措施

城市雨水的利用要以調(diào)峰、收集、儲蓄、利用為主，外排為輔，突破傳統(tǒng)雨水快速排放的理念，建立以調(diào)蓄為主要手段，同時配以滯留和儲水設施的理念[3]。城市雨水利用規(guī)劃還應結合城市河湖水系的整治規(guī)劃，恢復城市地表水系，利用河湖、濕地進行汛期的調(diào)蓄，減輕城市防洪壓力，并與河湖濱水地區(qū)的景觀建設相結合，使雨水綜合利用設施成為園林景觀的組成部分[4]。雨水資源的儲蓄是實現(xiàn)持續(xù)利用的前提，滲透回灌利用以地下含水層為儲水空間，減少工程設施的投入，通過補源地下水，緩解地下水超采引發(fā)的地面沉降等災害。

城市雨水回灌利用應從城市整體規(guī)劃出發(fā)，以生態(tài)城市建設為導引，采用點線面結合的回灌方式。根據(jù)城市地形和地質(zhì)條件，分散布置地表滲水池和地下滲井等雨水收集點，加大透水面積，增強透水面的匯集功能，對雨水實行分散滯留、就地回灌，迅速、及時的減小地表徑流量。利用滲透管道、地下暗河和明渠等線路對雨水收集點進行連接，形成環(huán)路，加強對雨水的儲蓄能力，減輕城市防洪壓力。滲透管道和地下暗河進一步擴展回灌流路，全面修復被破壞的城市地下水;明渠可結合城市地表水系的整治規(guī)劃，改善城市“熱島效應”、凈化空氣;在沿岸還可建成生態(tài)河堤，改善城市環(huán)境，提高居住質(zhì)量。在由管路連接形成的環(huán)路上配以閘門和水泵等人工控制措施，使水體沿環(huán)路流動，延長雨水的滲透作用時間，增強雨水的自凈能力，簡單處理后可直接用于噴灑路面、澆灌的花木等。

在由線串點形成的面上，可依地勢在低洼處開挖大型的水生態(tài)園、設置排洪渠道。水生態(tài)園能大大提高對雨水的蓄留能力，增強調(diào)節(jié)的可操作性。在水生態(tài)園中建立人工湖、濕地、假山、和配種大量水生植物，形成城市重要的水景觀點和生物生存的良好環(huán)境，促進生態(tài)城市的建設。超出城市蓄納的雨洪可通過在連通水生態(tài)園的排洪渠道排出，保障城市安全。渠道通過閘門控制，在雨水充沛的年份，超蓄部分可由渠道排出，在雨水不足的年份，也可引進外部水源滿足城市蓄水要求。點線面結合的雨水回灌方式，在結合了地表水系的規(guī)劃后，實現(xiàn)城市雨水、地表水和地下水的統(tǒng)一調(diào)節(jié)。動水回灌延長了回灌作用時間，解決城市雨洪產(chǎn)生速度快和滲透回灌緩慢的矛盾;補給地下含水層，形成可持續(xù)利用的水源，解決降雨間歇性和雨水利用持續(xù)性的矛盾。

4 城市雨水回灌利用的效益

雨水做為一種重要的資源，在城市水戰(zhàn)略發(fā)展中越來越受到重視。通過人工措施的有效調(diào)蓄，利用滲透回灌補源地下水，可以增加城市區(qū)域地下水含量，緩解地面下沉，提高淺層地下水位，常年的回灌調(diào)節(jié)能使地下水維持在一個穩(wěn)定安全的水平，為城市發(fā)展提供基本保障。通過對城市雨水、地表水和地下水統(tǒng)一調(diào)節(jié)，不僅可以高效利用雨水資源，緩解城市用水危機，還能減輕城市的防洪壓力，防止城市內(nèi)澇等災害的發(fā)生，增加城市的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益。

我國缺水嚴重的110個城市主要集中在北方的干旱和半干旱地區(qū)，這些城市的多年均降雨大多在400 mm以上。以石家莊市為例，石家莊市我國極度缺水的35個城市之一，人均水資源的占有量為280m3，僅為全國人均水平的1/8。石家莊市每年的用水缺口約為3億～5億m3，多年來主要靠開采地下水和犧牲環(huán)境用水來滿足基本用水需求，常年的地下水超采而又得不到有效的補給，使得地下漏斗面積由1980年的189 km2發(fā)展到目前的近400 km2，地下水位也由21.03m下降到了42.79m，地下水遭到破壞的區(qū)域面積占整個城市面積的82.5%，已威脅到城市的健康發(fā)展。但另一方面石家莊市的降雨較為豐富，多年平均降雨量為552 mm，降雨主要集中在6～9月，占全年降雨量的75%以上，但因不能對其的進行有效調(diào)控，大量雨水外排，暴雨季節(jié)還造成城市不同程度的積水，形成洪澇災害。按年可用降雨量=年平均降雨量×城市面積×徑流系數(shù)，主城區(qū)面積按190 km2計算、徑流系數(shù)取0.9，初步估計石家莊市的年可用降雨量為0.944億m3。如果這些降雨得到有效利用，將很大程度上緩解石家莊市的水資源危機，并減小地下漏斗面積、提升地下水位，保障城市發(fā)展。

5 結語

城市雨水的回灌利用以雨水蘊養(yǎng)地下水，形成可持續(xù)利用的水源為目的，是雨水資源化利用的重要途徑。通過點線面相結合，分散布置，統(tǒng)一調(diào)節(jié)的回灌方式，能較好解決城市雨洪產(chǎn)生速度快和滲透回灌緩慢、降雨間隙性和雨水資源利用持續(xù)性之間矛盾。在我國地下水超采嚴重的干旱和半干旱城市，實施雨水的資源化利用對解決城市水資源危機和雨洪災害是十分必要的，并對城市發(fā)展具有重要意義。在新的發(fā)展形勢下，城市雨水的利用向著目標和用途多元化、雨水資源產(chǎn)業(yè)化、工程規(guī)范化的趨勢發(fā)展。通過城市雨水利用的規(guī)劃，形成雨水、地表水和地下水統(tǒng)一調(diào)節(jié)的城市“水工程”，維持城市水循環(huán)的平衡，促進實現(xiàn)生態(tài)、環(huán)保、宜居、資源節(jié)約的城市建設目標，將是城市雨水回灌利用的新方向。

[1]冒建華，王培京，潘艷艷.城市雨水回灌技術研究與應用[A].中國水利學會:2004北京城市水利建設與發(fā)展國際學術研討會論文集[C].北京:2004，165－167.

[2]張璇，王健.城市雨洪控制與利用[J].農(nóng)業(yè)與技術.2010，(2):26－32.

[3]魏新慶，王立彤，王秀朵，等.城市雨洪調(diào)蓄減排綜合利用模式探索[A].2010年中國城市雨洪控制利用高級研討會論文集[C].31－35.

[4]車伍，程文靜.雨水利用與水量平衡分析在城市園區(qū)水景設計中的應用[J].中國園林.2006，22(132):62— 65.