雨水利用可行性分析模式及应用
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作者: 付爱民
摘 要：论述了雨水利用的分析模式，通过对城市雨水集水区的划分以达到合理选择处理方法。结合实际情况探讨了可行性评估方法以及城市雨水利用的适用模式，最后通过核电站的具体应用案例分析得出了城市雨水利用具有经济及环境双重效益。
关键词：城市雨水利用 可行性 利用模式 经济效益 环境效益
中图分类号:F294 文献标识码:A
文章编号:1004-4914(2011)01-197-02
一、雨水利用的分析模式
1.依据集雨地区的污染源情形，分类收集处理。城市划分为许多功能分区，规定不同的使用型态，作为集雨环境时，对水质会有不同的影响，水需求处理的方式也不相同，因此城市集雨地区可以分为下列三类：（1）第一类集水地区：无污染、雨水利用只需要一般处理，此类分区包括，一般建筑用地：住宅区、商业区、行政区、文教区；公共设施用地：公园、绿地、广场、儿童游乐场、学校、社教机构、卫生机构、机关用地、墓地、变电所、体育场、民用用地、港埠用地、人行道、铁路；非城市发展地区：保护区、风景区、水岸发展区。（2）第二类集水地区：污染物种类单一，例如油脂类，虽然污染程度并不严重，但是若要利用此类雨水，则需要特别处理予以排除。包括公共设施用地：道路、停车场、加油站、市场、机场用地。（3）第三类集水地区：城市的污染源、雨水利用需经过特殊处理，此类使用分区包括：一般建筑用地：工业区。非城市发展地区：农业区。
2.根据雨水的用途来决定要收集的类别。雨水作为包括厕所、清扫和其它杂用水的替代生活用水，也可以作为入渗和补注地下含水层用，不同的雨水用途，需要符合政府单位的水质要求标准，才不致于危害到人体。目前以第一类集水地区收集到的雨水比较干净，处理简易，因此，适合作为生活杂用水的替代用途。第二类集水地区以道路面积最多，收集到之雨水，由于受到非点污染的影响，污染程度并不严重，只要稍加特别过滤处理就可以排除，但是此类集水地区分布广泛，地面雨水径流至道路旁的排水沟，经由雨水排放系统排放，若要利用此类雨水，则可能需要全盘整体考量城市雨污水排放系统。
二、系统执行的可行性评估方法
1.运用供需平衡的观念，来决定最佳储水池的容积。储水池的容积会影响系统投资成本费用，采用动态供需平衡的分析方式，可以针对每个系统做最佳的选择。
2.根据实质环境决定系统模式。采用个别型集水系统模式或群体型集水系统模式，都需要根据实质环境来决定。一般而言，城市地区除了学校类型拥有大面积的校园空地，可以采用个别型集水系统以外，仍然以群体型集水系统比较具有效益，特别是工业集中地区。
3.根据投资的经济效益来决定替选方法。对于已发展的城市地区，实质环境会决定可行的系统模式，如果无法替代全部生活杂用水来使用时，可以考虑替选方法，调整集雨面积或雨水替代用水比例，让每个月的集雨量都大于需求量，也让雨水储存桶的容量接近于0，来达到收支比大于1的效益，同时有利于雨水储水池的设置。调整方式如下：（1）增加集雨面积，让每个月的集雨量都大于需求量，使得雨水储存桶的容量接近于0时，收支比就会大于1。此时，集雨量大约为雨水需求量的9.11倍。（2）减少雨水需求量，让每个月的集雨量都大于需求量，使得雨水储存桶的容量接近于0时，收支比就会大于1。此时，集雨量大约为雨水需求量的9.53倍。（3）从集雨面积与雨水需求量之关系可以了解，当收支比小于0.5时，无论是以增加集雨面积或减少雨水需求量的做法，两者的变化情形大约一致。可是当收支比大于0.5时，减少雨水需求量比较容易使得收支比会接近于1。然而，以增加集雨面积的做法，就需要更多的集雨面积来收集雨水，才能让收支比大于1。对于现有已发展的城市地区，以减少雨水需求量的做法，不但雨水利用系统比较容易执行，而且可以得到比较好的经济效益。
三、都市地区雨水收集利用的适用模式
1.不同使用分区等价开放空间的计算。城市地区各个使用分区的集雨量如果无法满足需求量时，若由公园、绿地、广场、儿童游乐场等公共开放空间用地之集雨来补充不足的部分。从不同使用分区等价开放空间的计算，可以评估城市在雨水利用供需平衡时，使用分区的合理分配。
2.评估模式。RHF（rainwater harvesting feasibility）可以简易的评估都市雨水收集利用的可行性。研究资料表明：对于某地区7个主要城市的仿真，结果显示在高雨量地区拥有最好的条件，其可行性评估值为5.92%。在中雨量地区其次，其可行性评估值为3.31%。在低雨量地区可行性评估值大于五个低雨量地区主要城市的平均值。从计算结果显示，城市地区如果在规划之初未能考量雨水收集利用时，等到城市发展后，才要收集雨水来利用可行性就会降低。
3.RHF应用于都市土地开发的可行性的评估。城市地区雨水收集利用可行性评估的RHF计算可以作为大规模城市土地开发时，评估雨水收集利用的可行性。一般来说，如果增加的部分是低需数量的使用分区用地，减少的部分是高需水量的使用分区用地，例如增加商业区面积，减少机关用地时，变更后的RHF大于变更前，表示雨水收集利用的可行性增加，显示值得开发。如果增加商业区面积，减少住宅区时，变更后的RHF小于变更前，表示雨水收集利用之可行性降低，显示开发后，会对城市水环境造成不利的影响。
四、应用案例
1．概况。某核电站生活区共有1213人，用水定额为31.7L/（人・d），雨水可替代比例为33%，则蓄水可替代量为12.69m3/d。其中屋顶（径流系数0.85）建筑面积为7597.67m2，地面面积（径流系数0.30）为24130.33m2，以屋顶作为集水面积进行计算，全年逐月集水量（每月平均降雨量×集水面积）、雨水替代量（该月天数×每天替代量×人数）计算如表1。可以看出，以建筑屋顶作为集水面积的年平均集水量已经大于可替代用水总量，因此可以不必利用生活区地面集水。
2.雨水储水池容积估算。雨水储水池容积＝全年雨水供给不足月份差额合计+各月份雨水替代量需求最大值－集水量与雨水替代量连续正直差额最后月份的差额量＝1369.3+393.39－930.28＝832.41m3。
3.经济效益评估。以收支比作为评估标准。由系统获得的经济利益以全年的集水量换算成水费的方式计算。这个集水系统成本包括：建造成本及运行维护成本。建造成本按照20年摊销，以现值（上接第197页）计算。成本费用计算参见表2。年运行维护费用为成本的20%计算。
通过计算可以看出，收支比大于1，具有经济效益。
五、结语
由于城市及工业集中地区人口密集，水资源消耗大，用水压力日趋严重，寻求新的水源是有必要的，合理的利用雨水不但具有经济效益，更重要的是还具有可持续发展的环境效益。对于部分资金困难地区可以财政补贴的形式，鼓励企事业单位建设雨水利用系统，以达到长期节约水资源缓解用水压力的目的。
参考文献：
1.汪慧贞,李宪法.北京城区雨水入渗设施的计算方法[J].中国给水排水,2001(11)
2.吴慧芳,陈卫.城市降雨径流水质污染探讨[J].中国给水排水,2002(12)
3.邓风,陈卫.南京市居住区雨水利用方案探讨[J].中国给水排水,2003(05)
4.汪慧贞,车武,胡家骏.浅议城市雨水渗透[J].中国给水排水,2001(02)
（作者单位：福建宁德核电有限公司 福建宁德 355220）
（责编：贾伟）
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