城市建筑雨水收集与再利用

发布时间：2022-10-05 10:03 热度：

　　这篇论文主要介绍的是城市建筑雨水收集与再利用的相关内容，本文作者就是通过对水污染建筑雨水的再利用的内容做出详细的阐述与介绍，特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

　　关键词：水污染;建筑;雨水收集

　　我国水资源储量很丰富，但同时我们也是一个缺水国家，原因是人均可支配的水资源非常少，还达不到世界的平均水平，许多城市出现了用水荒。为此人们采取了各种方法来改变现状，如调取其他地区的水、抽取地下水、开采高山雪水等等，费神费力，而现在人们终于发现雨水作为一种在日常生活中的常见水资源却没有引起足够的重视。在很多城市，雨水还被看作一种污染，设计上只是简单地采取措施将其快速排放，这样的措施短期看似目标明确，而从可持续发展的长远角度看，既牺牲环境又将大量宝贵的水资源浪费了。城市建筑雨水收集利用是一种新型综合性技术，有很大的开发潜力[1]。经过合理规划，利用雨水资源，算是就地取材，抓住了分散在我们周遭的资源，并把它们聚拢到一起，这样让城市水资源得到了庇护与涵养，也减少了城市水污染，改善了城市生态环境，一举多得。

　　一、概述

　　城市建筑的雨水收集其实与雨水花园有着异曲同工之妙，后者是在自然界环境中进行雨水的自我调节，而前者则是在建筑上进行，并将雨水储存在建筑当中，需要时可根据实际情况人为控制释放，达到综合利用雨水资源和节约用水的目的。建筑雨水收集，是人们对雨水收集进一步研究的结果。最早的雨水收集体现在独立建设的水窖，以及对雨水引导的水渠工程，这些都是非常大的独立工程项目。这类工程早就在新疆吐鲁番地区有过实践，那就是坎儿井。春夏时节大量积雪和雨水流下山谷储存在窖内，到了秋冬干旱少雨季节，再使用储存的雨水，这样就获得了相对稳定的水源。20世纪80年代到21世纪初的大约二十年的时间，是我国城市化发展比较快的时期，也是创新科技在建筑雨水收集上的逐渐成熟时期。我国因地域辽阔，降水南多北少的不同情况，建筑雨水收集情况也多有不同。东南沿海一带，降水充沛而且全年均衡，但降水水质较差。这些地区经济发展起步较早，工业发达，各种污染是影响水质的主要因素。这里的建筑更多是承担了雨水净化的角色。对降雨进行过滤、沉降，保证了雨水的可用性。西南地区，尽管受到季风的影响，年降雨也有1000mm左右，但87%的降雨只在每年5月到10月，很显然当地会季节性的缺水。这些地区大部分属于丘陵山地，多喀斯特地貌，土层保水性能不佳，很多降水都直接流走，多山石峭壁也导致人们开发当地水资源困难。这里的建筑更多是做到雨水的引导、收集与储存[2]。相较于湿润多雨的南方，我国北方大部分地区，雨水缺乏正困扰着城市的发展。我国北方受大陆气候影响深远，许多地区年平均降雨量仅为260～700mm，且降雨集中出现在7～9月份，4～6月份的降雨量只有全年降雨量的两到三成。特殊的气候、地质和土壤条件造成了此区域内地表和地下水资源都十分缺乏，人均水资源量只有200～500m3，是全国人均水资源量最低的区域。为此国家不得不花费巨资兴建南水北调工程，来缓解北方城市用水的困难，但这仍然是远水解不了“近渴”。因此，在北方的城市，雨水收集也是解决其城市用水的办法之一。这需要更多的技术来合力实现，以达到改善城市生活的目的。目前，这些城市，存在着数量巨大且雨水收集潜力未被完全开发的建筑群。对这些建筑的部分区域进行有针对性的改造，有效利用建筑本身进行日常雨水收集、处理和利用是完全可以的。将建筑本身作为水资源载体对雨水进行处理，控制雨水的流向、下行的速度、水质的优劣等等，这一切的处理都可以在建筑上进行，省去了诸多麻烦，除了对品质要求高的饮用水外，其他的日常用水像洗衣、洗车、打扫卫生等都可以拿来用。当然市政工程，像清洗路面、绿化灌溉、消防灭火等水资源需求的大户也可以拿来用。而经过深度处理的雨水也就可以用于日常生活，烧菜做饭。

　　二、建筑雨水收集与再利用的作用及意义

　　(一)节约水资源

　　节省水资源是实施雨水收集、控制与使用的主要目的。虽然地球70%的表面被水覆盖，但真正能被人类利用的水资源却只占其中的极小部分，世界人均淡水资源是严重不足的，而且存在分布不均的情况。雨水资源分散在我们的日常活动中，比较常见也容易获取，每一滴雨水看似非常小，但是当无数雨滴汇聚时数量非常可观，这对城市越来越大的用水需求来说是一个有效的帮助。

　　(二)减少城市内涝

　　城市内涝形成的客观原因是降雨强度大，范围集中，时间较长，特别是在低洼地带，高强度的降水会把地表细小物体混杂在雨水中汇集到一起，堵塞城市地下排水系统，形成积水潭，再加上现代城市建筑、道路存在大量低透水性或完全阻隔水渗透的情况，雨水不经任何渗透，直接流向低处形成积水，造成城市内涝。在建筑上进行雨水收集，就能有效控制雨水径流的速度，使得流至城市地下排水系统的雨水量下降，减缓了道路积水的形成;在建筑上进行雨水径流的引导，既增加了雨水疏流的路径，也延缓了雨水下流的速度，为城市地下排水和材料透水争取了宝贵的时间，减少了内涝对城市生活的持续影响。

　　(三)减轻城市水污染

　　城市雨水相对于其他地区的雨水有所不同，城市中由于工业废气、汽车尾气的污染，空气中的硫、碳、氮等元素的氧化物含量较高，当他们与雨水结合时现出酸性雨水，这些雨水直接接触建筑表面或是流到地面上，就会对原本的建筑材料造成一定程度的腐蚀。虽然正常情况下这种腐蚀需要几年、几十年上百年才会有比较明显的变化，但这毕竟存在安全隐患。通过建筑本身的雨水收集，结合新科技和生物因素，可以让建筑成为处理与转化这些污染雨水的场所。充分利用建筑内外的空间，把收集来的雨水进行有害物的降解净化，获得氮、硫等植物生长必不可少的营养物质，促进植物的生长，减少雨水对城市的危害。同时，建筑自行处理污染也为国家节约了数量可观的专项环保资金。

　　三、建筑雨水收集与再利用的原则

　　(一)最大化

　　在进行雨水收集时充分利用建筑外形，力求达到雨水资源的最大化收集利用。这就需要在建筑设计或是改造上着力考虑能与雨水接触的所有面，尽量不漏掉每一滴雨水。这一点在干旱的城市尤为突出。美国的新墨西哥州地处北美大陆内部，是典型的沙漠气候，为了获得珍贵的水资源，州政府为每一个建筑的屋顶都配备一套雨水收集系统，将整片区域的每一块屋顶都纳入了雨水收集的大系统中，并把收集来的雨水分区汇集到各个区域内的屋顶蓄水池，进行景观绿化的灌溉、公共场所的用水。

　　(二)系统性

　　雨水收集利用工程，应充分考虑在建筑上进行的雨水收集、过滤、净化、运输等全套环节，力求每个处理环节都能与其他环节相互协调、相互支持，体现水资源利用的可持续性。系统性原则同时还应运用到建筑设计、建筑室内景观设计等与建筑设计本身相关的环节过程中，应考虑建筑的美学功能、社会功能、生态功能等方面的问题。城市在自然界中仅仅是一个相对较小的区域，我们没有足够的空间来专门规划一块雨水收集空间，而将雨水收集技术化整为零，分散在每一个建筑中，使得每一栋建筑都成为雨水收集的一份子，同时，每一栋建筑的空间都可以参与到雨水收集过程中。2010年上海世博会演艺中心在建筑设计上就遵循了雨水收集系统性的原则，单体建筑内采用了屋面雨水收集系统，还特别关注了空调凝结水，将雨水同空调凝结水共同收集。同时通过电脑控制，对收集来的水进行智能化分配，用于绿地灌溉系统、公共卫生系统、景观水体、道路冲洗等，实现了其成为一座“绿色生态建筑”的构想。在世博园园区轴上的阳光谷内，还有一个被称为以阳光和雨水“为食”的“杂食”建筑。这是国内第一个锁膜结构建筑，数十根缆索和巨大的膜布巧妙结合，钢架中间埋藏着数量众多的雨水收集、过滤与排水通道，雨水经过这些管道的引导最终流向了庞大的地下蓄水池。这个设计的特点是通过阳光谷的喇叭状造型让更多的阳光照射进原本阴暗潮湿的地下空间，让景观植物在深处高大建筑的包围中也能进行光合作用，同时喇叭状的造型也保持了空气的流通，让地下也成为人们可以舒适活动的空间。而经过阳光谷的雨水被收集到地下雨水处理中心，再经过过滤，不仅可以自用，还可用于周围其他场馆的清洁和和植物灌溉。这是一个智慧的系统，每一个建筑都在这个系统中发挥自己的作用，形成一个整体。随着越来越多成功实践的案例，这种系统性原则将被更多人采纳。

　　(三)生态性

　　在对建筑进行改造的过程中应当尽量保持原生态的场景，最大限度地适应当地的气候条件、地质条件，维护原有的自然雨水轮回，保证景观在生态系统上的完整性。法国马塞尔•桑巴高中扩建项目就是一个建筑雨水收集利用的典范。这是座紧挨着一个公园的校区，设计师希望能把外面公园中的绿色也引进学校里面，不止是颜色上的，也是材料、空间，甚至是理念上的。于是他们让学校全部的起伏的屋顶变成了夹杂着绿色植物的波浪状，带有起伏的创意使得扩建后的形态从视觉上和周围的公园融为一个整体。建筑内部的钢架也成了贮藏和输送过滤雨水的通道，整个建筑在保护当地原生态的基础上进行改进，取得了良好的效果。[3]

　　四、建筑雨水收集与再利用的应用方法

　　(一)建筑内人工湿地雨水处理

　　这种处理方法，简单地说就是将室外的湿地雨水系统整个搬进建筑中，与建筑及其周围配套的区域设施融合，让雨水被建筑吸收，自行“消化”。这样做可节约空间，有利于城市规划和土地的有效利用，但对建筑本身的力学结构和湿地内植物的选择有更高的要求，需要从实际出发根据当地的自然条件，认证规划。例如，英国的千年穹顶可以说是一个典范之作。设计它的泰晤士河公司在穹顶上设计了一个大型的雨水回用装置，在它10万多平米的表面上，每一滴雨水都顺着它规划好的路径流到建筑内的雨水收集区，作为建筑内厕所用水、景观灌溉水储存起来。由于建筑空间的限制，在雨水充足的季节，多余的雨水依次通过在建筑内的一级芦苇床、泻湖和三级芦苇床，层层净化。在建筑外围的空间上，人们在雨水流经的区域铺上鹅卵石，同时种植当地特有的芦苇，到雨水流出建筑时几乎是以纯净的天然水质流入泰晤士河。该处理系统不仅利用自然的方式有效地预处理了雨水，同时很好地融入到世纪穹顶的景观中[4]。

　　(二)建筑内储水空间系统

　　以2000年汉诺威世博会为例，这个被盛赞为人类科技文明的展示，是对人类先进理念、高超技术和完美创造力的检阅。将可持续发展和资源保护的思想贯穿始终的2000年汉诺威世博会上，德国设计者们展示了渗透渠组合系统，这是德国用近十年时间研发的雨水处理技术，该系统多安装于公共建筑场所及道路附近。此前人们一直将雨水集中到一个地方统一处理，这样看似方便快捷的方法实际上加重了城市管道排水的压力，并且造成了越来越多的资源浪费，而MR系统通过分散在城市建筑上的各个小点来回收、控制城市雨水，从雨水下流的路径开始控制，以此缓解城市排水管网的负担，渗入储存的雨水也涵养了地下水源。同英国穹顶一样的是，该系统在建筑内种植有大量的植物，不同的是对净化的植物和雨水的运输进行了分层，草类植物在上层，渗透渠在下层。通常，铺设的渗水道在深度上不会过半米，坑道内堆有的材料如熔岩小颗粒或是别的带有长条型直线角的颗粒，这些材料运用时凭借自己比其他材料更大的接触面和蓄水能力，能在下雨时吸收大量的雨水，并在下雨结束之后逐渐散解其收纳的雨水以补充地下水资源，达到控制雨水过量的作用，同时多余的雨水通过排空管排走，避免了暴雨时雨水的过快排放及少雨时的干燥。雨水被植物吸收，再经过土壤的渗透与过滤后排出建筑。整个160公顷的区域内全部采用了该方法。建筑外围的空间，用砂和碎石铺设成多种仿真河道，并最终汇集到同一个水塘，在这里，水塘成为了雨水储存的关键点。由于水塘连接着众多的展馆，为了使雨水在水道和水塘间循环互动，保持水塘内水质清洁，水塘底种有绿色植物，并安装了通过太阳能发动的水泵，当水塘中水体流动不佳时，可自行驱动水流，给水生动植物提供一个良好的自然环境。雨水量充足的季节，多余的水通过渗透系统回灌地下，整个工程基本实现工业用水和雨水的零排放。这让世博会馆成为了一个高效的自然水生资源的生产工厂，全新的雨水处理方式不仅解决了了世博区内的用水，也缓解了周边地区人们生活用水的困难。同样，园区内的道路上也使用了渗透渠组合系统，依靠该系统强大的蓄水能力，雨水落到地面上后逐渐渗透至地下，剩余的少部分雨水通过排水管排放到城市地下排水管道内。精良的设计为此次世博会赢得了广泛的赞誉。

　　(三)多功能雨水调蓄设施

　　日本四面环海，雨水资源非常丰富，但对雨水收集不利的多山地情况，使得他们很早就开始研究雨水利用。进入20世纪80年代以后，日本还开启了雨水贮留渗透计划，并成立了一个专门用来管理这个计划的协会。日本的雨水调蓄手法十分精细，小到每一块绿地、花坛、公园、校舍、操场的地面贮水工程，大到专门在低洼地带建设大型水泵站来调水，更多的是在大型建筑下面修建水库，在路面修建渗水井，加速雨水渗透，种种技术手段使得日本的雨储水、河水、湖水连为一体，相互调配，储存与使用非常灵活。日本的降雨量非常多，单位时间内降雨量也大，因为日本对自然环境的保护做得较好，所以雨水可直接进行收集与储存，省去了减缓下渗速度的过滤环节，这也是从实际出发，因地而宜的举措。现在的东京都墨田区，每个住户家屋顶的雨水通过透水材料进行吸收，进入屋顶下的水管，收集到水箱中，然后用于冲厕所、浇庭园和洗车等[5]。

　　五、结语

　　在大型公共建筑中以生态技术为基础进行雨水处理是社会发展的趋势。这有很多原因，不止是因为它切合了当下绿色发展、生态发展的主题，也是因为它成本低，效率高，适用范围广。很多时候，这些收集设施构成了建筑内生态环境的一部分，也是整个城市生态系统的一部分，既改善了单个建筑的生活空间，也改进了城市生态环境，通过对自然条件的利用，减少了人们对自然的物质需求及消耗，维持了生态体统的稳定、健康、和谐，保持城市生态系统可持续发展。未来，以雨水处理技术为主，深度处理技术为辅，配合建筑材料灵活组合的雨水利用技术，必将成为我国大型公共建筑雨水收集与利用技术的主流。当然本文探讨的，更多是专业技术方面的成果和方向，要想改变当下我国在水资源利用与处理中的问题，还要政府及社会组织在城市整体规划中发挥作用，给予一定的引导和补助，同时提高公民合理利用资源的意识，才能让技术优势得到最大的发挥。

　　参考文献：

　　[1]李梅,李佩成,于晓晶.城市雨水收集模式和处理技术[J].山东建筑大学学报,2007,(6):517-520.

　　[2]陈志祥,王洪涛,陈沐生.西南岩溶山区集雨工程现状与对策[J].中国给水排水,2004,(9):9.

　　[3]林同云,莫子男,廖磐.绿色建筑雨水收集利用技术应用初探[J].建筑工程技术与设计,2016,(35):456.

　　[4]黄少文,潘志辉,冯燕,等.城市公共建筑雨后利用系统的技术经济分析[J].净水技术,2012,(6):86-90.

　　[5]迟建程.城市雨水的收集与利用[J].华章,2013,(36):331.

　　作者：朱宴青