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【资源利用】雨水收集与利用的系统及处理技术

我国现代城市发展很快，绿色建筑已被大家普遍接受，但针对雨水利用的研究不够，并且技术推广偏慢。20 世纪 90 年代起，雨水收集系统逐渐在我国城市的绿色建筑内兴起，雨水回收和利用技术在我国大中城市中发展势头良好。以北京为例，北方城市本身存在水资源匮乏的问题，政府重视程度较高，北京市自2000年开始先后采取一系列政策措施促使绿色建筑小区内雨水收集与利用工作大面积铺展开来，同时也带动了绿色建筑小区雨水收集与利用技术的发展进步。而类似上海、武汉、南京等中东部沿江城市，水量充沛而忽略雨水收集与利用，近年来这些地区均出现严重内涝，雨水对人居环境的影响逐渐凸显。

1.雨水收集与利用的系统及处理技术

1.1 集雨系统

20世纪80年代后，随着国际雨水集流系统会议的召开和国际雨水集流系统协会的成立，国际上掀起了雨水收集利用理论和技术研究的热潮，内容涉及集雨面处理、集雨系统设计、集雨模型和收集雨水的高效利用等。到2003 年，国际上共召开了11届雨水集流系统会议，收集的雨水已成为许多国家农业、畜牧、家庭、城市和工业用水等的主要补充来源。

Pirnz 等将集雨系统进一步细分为4 种类型：

(1)屋顶集雨系统(Rooftop water harvesting)：在屋顶和庭院安装管道、输水设备和蓄水设备，收集屋顶上的雨水供家庭饮水、卫生、养畜等使用。

(2)小型集雨系统(Microcatchment water harvesting)：与上述MCWH 相似，集雨区面积在1000m2以下， 种植区面积在100m2以下， 两者之比为1: 1一l:10;种植区仅种一棵树或部分灌木或一年生作物;主要由人工建成，不设溢流口。

(3)中型集雨系统(Macrocatchment water harvesting)：集雨区经过处理或不处理，坡度在5%一50%之间，面积在l000m2一2000m2之间;种植区或为梯田或为坡度小于10 %的缓坡;集雨区面积与种植区面积之比为10 : 1一100 : 1;由人工或机械建成，设溢流口。

(4)大型集雨系统(洪水集流系统，Floodwater harvesting)：需建设复杂的渠坝体系，收集雨季时季节性河流形成的洪水;集雨区面积在200hm2 一50km2之间，集雨区面积与种植区面积之比为100 : 1一10000:1收集的雨水蓄存于水库、池塘和农田土壤中，其主要用途为补充作物所需的土壤水分、回补地下水和减小洪水灾害造成的损失。主要由机械建成，设溢流口。

1.2 雨水截污技术

对于雨水的收集，要想进一步利用，就要对雨水水质进行处理改善。因此应从源头入手，控制源头污染，通过采取一些简单易行的截污措施，可大大改善收集雨水的水质和提高后续处理系统的效果。雨水的截污技术主要有：屋面雨水截污技术、路面雨水截污技术。

1.2.1、屋面雨水截污技术

屋面雨水的截污措施有很多种方法，常采用 3 种方式：截污滤网装置、花坛渗滤净化装置、初期雨水弃流装置。在此简单介绍花坛渗滤装置：

花坛渗滤净化装置是利用建筑物四周的一些花坛来接纳、净化屋面雨水, 也可以专门设计花坛渗滤装置，既美化了环境，又净化了雨水。下图所示是花坛渗滤净化装置图。

1.2.2、路面雨水截污技术

由于地面污染物的影响，路面径流水质一般明显比屋面的差，必须采用截污措施或初期弃流装置，采取的截污技术有：截污挂蓝、初期雨水弃流装置、雨水沉淀井与浮闸隔离井、植被浅沟等技术。在此简单介绍初期雨水弃流装置：

初期雨水的弃流装置是提高雨水径流水质的重要技术方法，一次降雨过程中 60%以上的污染物集中在初期的雨水径流中。根据不同的雨水水质情况，确定初期雨水的弃流量，能够有效去除大部分的悬浮物以及可溶解的污染物。目前，国外一些成型的雨水截污装置已经投入市场，下图为一种容积法初期雨水弃流池的构造图。

1.3雨水处理工艺

常规的雨水处理是将雨水收集到蓄水池后集中进行物理、化学处理，以去除雨水中的污染物。在工艺流程的选择中，需充分考虑降雨的随机性、雨水水源的不稳定性以及雨水储存设施的闲置等因素。

1.3.1、屋顶雨水处理工艺

屋顶雨水收集后，由于雨水相对污染比较小，其只需要经过沉淀消毒之后就可以应用到城市普通生产生活方面，如家庭冲厕、洗衣洗车，企事业单位生产线的冷却循环，这类非饮用方式的用水水质要求不高。如果住区内有水体景观经过处理后的雨水就可以应该到景观水体中，这样不仅可以补充景观的水体，而且还能实现雨水储存的效果。

1.3.2、道路雨水处理工艺

道路雨水水质由于道路环境复杂，其水质受污染程度较大杂质成分也相对较为复杂，在处理的初期应首先考虑排除初期的径流，对后续雨水收集再进行混凝、沉淀和过滤等常规方式的处理，此外根据水质的情况，在必要时还需要增加活性炭吸附处理工艺，实现对收集雨水的最终处理。另一方面，考虑到在道路收集的雨水中通常含有许多大颗粒杂物和油污, 因此需要在处理工艺前段设置格栅，以便处理夹杂于雨水中的树叶、纸张、塑料废弃物及其他大颗粒杂物。对于含油污较高的雨水，则还需增设物理设施如弯管的方式来进行处理，即弯管法处理雨水，在雨水由沉淀池进入过滤池的管道上安装弯头，可以有效拦截油污，同时使得不含油污或少量含污雨水由弯头上水位流入水池。而道路上的机动车道收集的雨水则综合处理难度与成本的比较，由于此类雨水污染较为严重，水质极为复杂，故不主张对其处理与回用，可直接排入市政管道进污水处理厂。

1.3.3、常规雨水水质处理工艺

图-3 常规雨水水质处理工艺流程图

(1)筛网与格栅。在收集雨水进行处理前，考虑到城市复杂的情况，雨水中必然含有大量的杂物，如树叶、果皮、纸屑等，为提高后续设施对雨水处理的效果，在处理前期就设置格栅或筛网截留水中杂物。

(2)沉淀。雨水沉淀池可以按照传统污水沉淀池的方式进行设计，可以采用平流式、竖流式、辐流式、旋流式等形式，其目的是在流动过程中将固体颗粒从雨水中分离出来。

(3)消毒。根据雨水的用途，应考虑在利用前进行消毒处理。消毒是指通过消毒剂或其他消毒手段灭活水中绝大部分病原体，使雨水中的微生物含量达到用水指标要求的各种技术。雨水消毒应满足两个条件：经消毒后的雨水在进入输送管网前，水质必须符合相关用水的细菌学指标要求;消毒的作用必须一致保持到用水点处，以防止可能出现的病原体危害或者再生。

2雨水收集与处理利用技术

雨水收集与处理利用是将雨水经过一系列的收集、截污、处理设施后，使雨水水质达到一定要求，再作为水资源补充，在工业上或作为中水进行下一步利用。如一些水质要求不高，用水量却较大的绿化、道路浇洒、消防、建筑用水等。

作为一项雨水综合利用措施，这一系列设施主要包括前期处理系统、雨水收集、储存及后期处理净化系统。主要相关装置如下：

2.1草地加固垫

草地加固垫将植被生长与合成材料结合在一起，形成了一种高强度的衬垫，有助于防止降雨径流区域及陡坡上的土壤侵蚀与污染。与混凝土及乱石相比，草地加固垫被列为一种“软工程措施”，在某些侵蚀控制条件下可取而代之。

草地加固垫增强了植被永久性防止土壤发生侵蚀与污染的能力。草地加固垫由相互交织的非降解土工合成材料层组成，如聚丙烯、尼龙及聚氯乙烯(PVC)织网，将这些材料缝合在一起以形成一个三维基体。这些材料具备足够的厚度与多孔性，可进行土壤填充，并保持一定的土壤持水量。除了提供冲刷保护外，草地加固垫的网状结构设计可促进植被根茎的生长。通过保护土壤不受冲刷力的影响，并促进植被生长，草地加固垫可提高稳定斜坡、河岸及沟渠上自然植被承受较高水压力的能力。除降低水流速度外，使用自然植被通过沉淀作用及土壤渗透提供了颗粒污染物的去除方法，并增强了现场美感。

草地加固垫提供了较高的剪切强度、耐紫外线(UV)降解，以及对土壤中发现的化学物质的惰性。图-4说明了现有侵蚀控制技术范围内草地加固垫的适用性。临时侵蚀防护毯及防护垫也如图-4所示，最终植被会处于非保护及非加筋状态，且只能用于在轻度水力条件下建立植被。

图-4 临时侵蚀防护毯及防护垫

表-1 临时侵蚀防护毯及防护垫

与临时侵蚀防护产品所不同的是，草地加固垫设计为永久性地设置于现场，以保护种子与土壤，并促进发芽。草地加固垫可结合使用天然纤维材料，以帮助建立植被。但草地加固垫的永久加筋结构完全由不可降解的合成材料组成。典型草地加固垫的结构如图-5所示。可使用各种地面锚固装置对草地加固垫进行固定，包括U型丝钉、金属插销，以及木桩或塑料桩。应根据现场特定土壤及坡度条件选择合适的地面锚固装置。

图-5 典型草地钢筋网的结构

表-2 典型草地钢筋网

植被种子的选择应根据项目所在的地理区域以及现场特定条件。种子选择的信息来源包括：美国自然资源保护局(NRCS)、各大学推广服务机构，以及国家交通运输部门。安装草地加固垫之前或之后，可根据钢筋网施工与制造商的建议，在安装区域进行播种。

草地加筋技术可与临时沉淀及侵蚀防护措施结合使用，以便在施工现场重新建立并保护植被。沉淀及侵蚀防护措施为雨水污染预防方案的典型组成部分，其旨在降低施工对受纳水体的影响。常用的沉淀及侵蚀防护措施包括可光降解及可生物降解的天然纤维毯与水力覆层。草地加固垫的使用允许将植被覆层扩展至可能会受到现场条件限制的地区。这有助于在整个使用区域建立并维持连续的植被覆层。草地加固垫可用于大多数需进行永久侵蚀防护的场地或结构。这项技术可有效地应用于城市及农村地区，并可在各种气候条件下运用。尽管草地加固垫在完全植被地区使用时最为有效，但也可用于只有少数植被可生长的干旱、半干旱，以及高海拔地区，以防止侵蚀。在这些地区，植被的建立较为缓慢，或存在难度，且草地加固垫往往需填塞当地土壤(并使用钢筋网，用于永久性防止侵蚀)，以进行保护。

在大多数气候或环境条件下，加筋植被可保护：

•地表水输送系统。

•坡面表层侵蚀。

•管道入口与出口。

•海岸线与河堤。

2.1.1 草地加固垫优势与劣势

目前，草地加固垫被用于防止侵蚀并稳定土壤，以控制由陡峭坡面径流引起的地貌改变，并防止停车场中部范围内及河堤与海岸线沿线雨水滞洪池、蓄水池、小型明渠、排水沟，以及径流输送系统中的冲刷现象。

2.2 覆盖物

覆盖物是一种简单而有效的雨水管理最佳措施。相对于其它雨水管理最佳措施而言，其优势包括：其执行相对简单、其潜在的低成本，及其广泛的适用性。

覆盖物为原材料、副产品、产成品、容器、设备、流程操作及材料存储区域的部分或全部外罩，当这些项目暴露于雨中和/或径流中时，可能污染雨水。防水油布、塑料薄膜、屋面、建筑物及其它外罩是能有效地防止雨水污染现象的临时或永久覆盖物实例。这种覆盖物最突出的优点是，相对于其它最佳管理措施(BMP)而言，其价格较为低廉。

2.2.1 适用性

美国针对大量的国家污染物排放淘汰制度(NPDES)分组应用案例的评审表明，覆盖物是一项普遍采用的最佳管理措施。随着更多的设施确定了雨水污染的潜在来源，从性能与成本的角度考虑其经济效益，覆盖物的使用将大大增加。

覆盖物适用于装载/卸载区、原材料、副产品及最终产品户外存储区、加油与车辆维修区，以及其它高风险区域。

2.2.2覆盖物优势与劣势

覆盖物是一种简单而有效的雨水管理最佳措施。相对于其它雨水管理最佳措施而言，其优势包括：其执行相对简单、其潜在的低成本，及其广泛的适用性。

作为一项最佳管理措施，与覆盖物有关的劣势包括：

• 临时覆盖物方法，如塑料薄膜，可能被撕裂或撕破，而使污染物暴露于降水和/或雨水径流中。

• 高成本可能妨碍建立完整的外罩。

• 将外罩建立在某些材料或活动之上可能引起健康或安全问题。

• 覆盖物需要经常进行检查。

• 仅设有一个屋面的结构可能并不能遮挡所有降水。

覆盖区域的影响取决于覆盖物设计的复杂程度。简单的塑料薄膜可能形成雨水分流，允许对未受污染的水进行处理并排入雨水下水道。如内部的材料未采取充分的防护措施，以避免与径流接触，设有永久屋面的适当结构可能不太有效。封闭的结构可能需要设置内部排水装置。但如果认为存储的材料具备危险性，则不得将其连接至雨水下水道。与生活污水下水道的连接也可能是不适宜的，这取决于现场条件。然后，内部排水道需要连接至某些适当的防泄漏区，便于后续预处理与处置。

2.3 砂过滤器

砂过滤器可有效地去除雨水径流中几种常见的污染物。砂过滤器通常用于控制雨水质量，可提供十分有限的流速控制。

典型的砂过滤器系统由两个或三个水槽或水池组成。首先为沉淀槽，可去除漂浮物及重质沉淀物。其次为过滤槽，可通过沙床对径流进行过滤而去除额外的污染物。最后是排水槽。经处理的滤液一般通过暗渠系统排放至雨水排放系统或直接排入地表水中。砂过滤器占用空间较小，可以用于开发程度较高的场地及带有陡坡的场地。可增添这些装置对现有场地进行改造。砂过滤器可实现沉淀物、生化需氧量(BOD)，以及粪大肠菌群较高的去除。但总金属去除率中等，养分去除率通常较低。

目前通常采用的有三种主要的砂过滤器设计类型：Austin砂过滤器(图-6);Washington砂过滤器(图-7);以及Delaware砂过滤器(图-8)。这些设计之间的主要区别在于其位置(即高于或低于地面)、所服务的排水区、其过滤表面区域、土地要求，以及其处理的径流量。

图-6 Austin砂过滤器

至雨水滞洪池	过滤池
耗能器	经过滤的流出量
沉淀池	乱石
第一个1/2英寸	实现均匀排出量的挡流坝
雨水道	沙床
跌水入口	暗渠管线系统
设有坡度的槽，便于将沉淀物输送至沉淀池	立视图A-A
设有拦污栅的钻孔竖管

表-3 砂过滤器

图-7典型的奥斯汀砂过滤器设计

表-4 奥斯汀砂过滤器

图-8典型的哥伦比亚特区华盛顿砂过滤器设计

表-5 华盛顿砂过滤器

2.3.1适用性

砂过滤器主要用于改善水质。一般情况下，当关注常规污染物——生化需氧量、悬浮固体物，以及粪大肠菌群对地下水造成污染时，砂过滤器是渗透应用，如渗透沟的首选。这通常发生于仅依靠下层土壤不能充分处理径流的区域，或地下水位较高的区域。在大多数情况下，砂过滤器可设置于不透水池或水槽底部，其有助于收集、处理，并将径流释放至雨水排放系统中，或直接排放至地表水中，而污染的径流与地下水之间不产生接触。

砂过滤器设计的选择很大程度上取决于排水区域的特征。例如，哥伦比亚特区华盛顿砂过滤器与特拉华州砂过滤器系统非常适合高度防渗透区域，因为两者均安装于地下，这些区域用于结构控制的土地是有限的。这两种砂过滤器通常用于处理停车场、车道、码头、加油站、车库、机场跑道/滑行道，以及堆货场的径流。奥斯汀砂过滤器更适合于不透水与透水表面的大面积排水区。本系统设置于同一水平面上，且通常用于交通设施、大型停车场，以及商业发展区。

一般情况下，所有三种类型的砂过滤器均可以作为水质入口的替代设施。这些砂过滤器更多地是用于处理使用重型车辆的排水区中被油脂污染的径流。在蒸发量超过降雨量，且水池无法维持所需永久水池的地区，可使用奥斯汀砂过滤器。

2.3.2 优势与劣势

砂过滤器可成为一项非常有效的最佳雨水管理措施(BMP)。所有三种类型的砂过滤器均可取得较高的沉淀物、生化需氧量，以及粪大肠菌群去除率。过滤器介质应定期从过滤装置中去除，从而也可永久性地去除截留的污染物。过滤器中的废物介质是没有毒性的，对其进行填埋处理对环境也是安全的。如对其进行不透水池内衬设计，砂过滤器还可以降低地下水的潜在污染。最后，与其他最佳管理措施，如池塘或湿地相比，砂过滤器所需的土地较少。

排水区域的大小与特征，以及污染物负荷，将大大影响砂过滤器系统的效率。例如，由于砂过滤器设计为处理相对较小排水区域中的径流，且对养分及金属物的去除能力较差，可能在一些应用中价值有限。在这些情况下，其他最佳管理措施，如水池的成本可能较低和/或更为有效。该系统也需要进行日常维护，以防止沉淀物堵塞过滤器。在某些情况下，过滤介质可能需在3 ~ 5年内予以更换。最后，砂过滤器通常不会控制雨水流量，因此，其不能防止下游河岸与沟渠的侵蚀。

气候条件也可能限制过滤器的性能。例如，目前尚不清楚砂过滤器在寒冷气候或结冰条件下是如何正常工作的。

2.4 渗透沟

城市发展显著增加了地表径流量，以及对当地水域的污染。因此，通常采用渗透方法，如渗透沟，以去除雨水径流中的悬浮固体物、颗粒污染物、大肠菌群、有机物，以及一些可溶性金属及养分。如图-9所示，渗透沟为开挖沟，深度为0.9 ~ 3.7米，采用石骨料进行回填，并加设过滤器织物作为内衬。一小部分径流(通常为首次冲刷)被转移至位于地面以下或同一平面上的渗透沟内。径流渗透进入周边土壤中时，其含有的污染物被过滤掉。渗透沟也提供了地下水补给，并可维护附近溪流中的基流。

图-9典型的渗透沟

表-6 渗透沟

2.4.1渗透沟适用性

渗透沟经常用于采取了其它最佳管理措施，但可用土地有限的地区。渗透沟最常用于美国气候温暖、不是太干燥的地区。

渗透沟可捕获并处理少量径流，但不能控制峰值水力流量。渗透沟可与另一种最佳管理措施结合使用，如滞洪池，以提供水质控制及峰值流量控制(Harrington)。这种渗透沟的输入量较为集中，而不是分散的输入量。本系统储存了与连接至渗透系统同等水质(最佳管理措施)的水量。这通常通过设置在储存设施规定高度的开口进行雨水管理量的缓慢释放得以实现。因此，最佳管理措施水质水量将等同于开口标高以下的雨水滞留区，这些水量必须通过渗透予以排出。

可堵塞渗透沟的沉淀物或碳氢化合物(油脂)含量较高的径流通常采用其它最佳管理措施进行预处理。一些预处理最佳管理措施的实例包括沉砂池、水质入口、沉淀井、洼地，以及植被过滤带(SEWRPC, Harrington)。

2.4.2渗透沟优势与劣势

渗透沟对雨水径流中的悬浮固体物、颗粒污染物、大肠菌群、有机物，及一些可溶性金属及养分具有较高的去除率。捕获的径流渗入周围土壤内，并增加了附近河流中的地下水补给与基流。

负面影响包括潜在的地下水污染，以及如维护不当，很可能发生早期故障。

对于任何渗透最佳管理措施，必须对潜在的地下水污染进行仔细考虑，尤其是如果地下水供人饮用或用于农业。渗透沟不适于使用或存放化学品，或危险材料的场地，除非能有效防止危险及有毒材料进入渗透沟。在这些地区，应考虑采用不会影响地下水的其它最佳管理措施。通过积极的污染预防措施可将潜在的泄漏降至最低程度。

由于会对地下水造成潜在污染，现场规划早期必须进行广泛的现场勘察，以确定安装渗透沟的现场适应性。渗透沟的使用可能受到很多因素的限制，包括本地土壤的类型、气候，以及地下水位的位置。现场特征，如排水区坡度过大、细颗粒土壤类型，以及地下水位与基岩近似位置，可能不允许使用渗透沟。除进行特别设计用于集中输入量外，周边区域的坡度应使径流能在流入渗透沟时均匀分布于片流中。一般来说，渗透沟不适用于含有相对不透水土壤的区域，这种土壤含粘土与泥沙，或位于填土区。渗透沟应设置于地下水位上方，使径流可通过渗透沟进行过滤，并流入周围土壤内，最后进入地下水。此外，排水区不应将大量的沉淀物或碳氢化合物输送至渗透沟内。因此，服务于停车场的渗透沟必须事先进行适当预处理，如油砂分离器。

使用渗透沟的另一项限制是气候条件。寒冷气候条件下，渗透沟表面可能结冰，从而阻止径流流入渗透沟，并允许未经处理的径流流入地表水。周围土壤也可能结冰，从而减少进入土壤及地下水的渗透量。但最近的研究表明，如设计与维护得当，渗透沟可在寒冷气候条件下有效工作。通过保持渗透沟表面无压实积雪及结冰现象，并通过确保部分渗透沟是在冰冻线以下修建的，显著改善渗透沟在寒冷气候条件下的性能。

最后，对于渗透沟系统的长期效果也产生了众多关注点。过去，渗透沟已被证实其寿命较短，经检查的渗透沟系统，其中逾50%在5年后部分或全部不能使用。施工之前通过仔细的岩土工程评估，并通过设计与实施检查与维护计划可提高其寿命。应对土壤渗透率与地下水位深度进行评估，以确保现场条件满足渗透沟的正常工作。预处理结构，如植被缓冲带或水质入口，可通过清除沉淀物、碳氢化合物，以及可能堵塞渗透沟的其它材料提高其寿命。定期维护，包括更换堵塞骨料，也可提高渗透沟的效率及寿命。

2.5 渗透排水场

渗透排水场是专门设计用于促进雨水渗入下层土的创新技术。这些排水场有助于进行径流控制，并可防止本地水域的污染。该系统通常是由一个预处理结构、歧管系统及排水场组成。径流首先转入穿过预处理结构(如油砂分离器)的雨水下水道系统。该油砂分离槽可有效去除径流中的粗泥沙、油类与油脂。之后，雨水径流继续通过歧管系统进入渗透排水场。该歧管系统由多孔管组成，此多孔管可将径流均匀分布于整个渗透排水场。此后，径流通过下层的砂粒过滤器及过滤器织物渗入下层土。本系统的一个实例如图-10所示。

图-10 典型的渗透排水场示意图

表-7 渗透排水厂

渗透排水场最佳管理措施常见的设计修改包括安装透水性铺面(环绕该铺面的是位于渗透排水场上方的草坪过滤带)，或在油砂预处理槽中插入紧急溢流管。溢流管允许超出设计容量的径流量直接排出，而流入雨水干道系统。

2.5.1渗透排水沟适用性

渗透排水场对于具备较小排水区(小于15英亩)的现场尤为适用。可使用这些渗透排水场对来自停车场、屋顶、不透水存储区，或其它用地的径流进行控制。在接受巨大沉积量(可能对预处理系统造成阻塞，并随之堵塞渗透排水场，降低其使用效率)的位置不得使用渗透排水场。

考虑安装渗透排水场的区域内土壤现场验证渗透率应大于0.5英寸/小时，且应包括系统底部与基岩或地下水位之间最小为4英尺的间隙。

2.5.2渗透排水沟优点与缺点

在气候寒冷的地区、干旱地区、高风蚀率地区(由于风沙量的增加)的地区，以及具备唯一地下蓄水层的区域使用渗透排水场可能受到一定的限制。渗透排水场的一些具体限制包括：

● 当排水场的沉积量很大时，维护要求较高。

● 工程设计、开挖、填充材料，以及预处理系统的费用较高。

● 如维护不当，将缩短其寿命。

● 不适于在粘土或粉砂土地区使用。

● 不适于在地下水供当地人消耗的地区使用。

● 如暴雨事件间隙没有足够的时间使土壤干燥，下层土壤中可能形成缺氧条件，而可能阻塞土壤层，并降低该系统的容量与性能。

渗透排水场的一个潜在消极影响是对地下水造成污染的风险。迄今为止的研究表明，如遵循场地适宜性指导思想，不会产生重大风险。但对于从排水场的硝酸盐和氯化物转移，则存有记载。

2.6 生物滞留带

生物滞留是由美国于二十世纪九十年代早期提出的一种最佳管理措施(BMP)。生物滞留利用土壤，及木本与草本植物清除雨水径流中的污染物。如图所示，径流作为片流传送至处理区，该区域由植草地带、沙床、积水区、有机层或覆盖层、种植土壤及植被组成。径流最先跨越或穿越沙床，此沙床减缓了径流的速度，并将其均匀分布于积水区的长度方向上，该积水区由地表有机层和/或地面覆层，及下层种植土壤构成。积水区有一定的坡度，其中心地势较低。积水深度为15cm，并逐步渗透进入生物滞留区，或水分产生蒸发。生物滞留区进行了坡度设置，以便将过量的径流引入他处。生物滞留区种植土壤中存留的水分经过数天的滞留而渗入下层土壤。

图-11 生物滞留区

水分蒸发损失	草皮草
生物滞留区	地表覆层
降雨	渗透
片流	现场材料
植草地带	渗透
径流	草皮
过量径流	积水区
积水	种植土壤
铺砌面	沙床

表-8 生物滞留区

图-11所示的基本生物滞留设计可进行修改，使其满足更多具体需要。弗吉尼亚州亚历山大市已修改了生物滞留最佳管理措施设计，使其包含沙床内的暗渠，以收集渗透水并将其排入下游的下水道系统。这种修改是必要的，这是因为不透水下层土阻止了土壤系统中的完全渗透。修改后的设计使生物滞留区更多地起到了过滤器的作用，用于排放经处理过的水，而不是作为渗透装置。

2.6.1适用性

生物滞留通常用于处理流经商业、住宅与工业区不透水面的雨水。生物滞留是一种适用于中间路带、停车场区域与洼地的理想雨水最佳管理措施。可对这些区域进行设计或修改，使径流可直接转入生物滞留区，或通过镶边及排水沟收集系统传送至生物滞留区。生物滞留通常最好在从斜坡区域接收片流的入口处，以及拟开挖的区域中使用。在片流传送至处理区，最大限度提高其处理效率的同时，现场必须以能最大限度降低侵蚀条件的方式设置坡度。生物滞留应在稳定的排水区域进行运用，以最大限度减少处理区的沉积负荷。正如所有最佳管理措施一样，必须制定一项维护计划。

2.6.2优势与劣势

在地下水位位于地表以下1.8m范围内的位置，以及周围土层不稳定的位置，生物滞留并非最佳的管理措施。天气寒冷时，土壤可能会产生冻结，从而阻止径流渗透进入种植土壤。对于坡度超过20%的区域，或者需要清除已成材树的区域，也不建议采用最佳管理措施。可能会产生堵塞问题，特别是当最佳管理措施所面对的是沉积负荷较高的径流时。

生物滞留提供了雨水处理的方法，这种方法可改善下游水体水质。径流通过最佳管理措施进行临时存储，并以四天为限释放至受纳水体中。最佳管理措施还可提供遮荫与防风林，吸收噪音并改善该区域的景观。

4.7 湿式滞留池湿式滞留池为雨水控制结构，可同时保留及处理污染雨水径流。典型的湿式滞留池设计如图-12所示。该滞留池包括一个永久性的水池，而雨水径流则通过导流进入该水池。每次雨水事件的径流被截留，并在水池中进行处理，直至其被下一次暴雨事件的径流所取代。

图-12 湿式滞留池典型布置图

通过捕获并保留暴雨事件期间的径流，湿式滞留池可同时控制雨水的数量与质量。之后，滞留池的自然物理、生物及化学过程可去除污染物。沉淀过程可去除微粒物、有机物质与金属物，同时溶解的金属物与养分可通过生物吸收予以去除。一般来说，与其它最佳管理措施，如干池、渗透沟，或砂过滤器相比，湿式滞留池可取得更高的养分去除率及更好的雨水量控制。

表-9 湿式滞留池

可对滞留池作出多项常见的改良，以提高其污染物去除效率。首先，可通过增设沉淀上水池增加沉淀物沉降面积(如图1所示)。当径流通过沉淀上水池时，较重的沉淀物将与悬浮物分离，而较轻的沉淀物将随着径流保留于永久性水池中而沉淀出来。另一个常见的改良是，沿着永久性水池边缘修建浅滩。可利用这些周边浅滩种植水生植物，以抑制水流，并截留进入水池的污染物。这些植物也可提高对养分的生物吸收率。除了具备水生植物生境功能以外，这些浅滩还具备其它多个功能，包括防止意外溺水的安全预防措施，并提供永久性水池的便捷通道，便于进行维护。最后，在水池周边也可设立湿地区域，有助于污染物的去除。

2.7.1滞留池适用性

湿式滞留池在全美已广泛使用多年。对大量滞留池进行了监测，以确定其性能。美国环保局V区目前正着手对50 ~ 60个湿式滞留池的效率进行研究。其他组织，如哥伦比亚特区华盛顿政府委员会(WMCOG)及马里兰州环保局也对湿式滞留池的性能进行了广泛的评估。

2.7.2滞留池优点与缺点

湿式滞留池同时具备雨水数量与质量的控制优点，并可为现有开发提供较大的改造覆盖率。优点包括减少了潜在的下游洪水及河岸侵蚀，且由于去除了悬浮固体物、金属物及可溶性养分而改善了水质。

同时，湿式滞留池的积极影响一般会超过任何负面影响，设计、选址或维护不当的湿式滞留池可能对水质、地下水、冷水渔业，或湿地造成潜在的负面影响。设计或维护不当的滞留池可能导致分层与缺氧条件，从而增加了固体物质的再悬浮，以及所截留沉淀物中养分与金属物的释放。此外，应采取预防措施，以防止滞留池施工期间对湿地区域造成损害。最后，应仔细对地下水的潜在污染进行评估。但迄今为止的研究表明，湿式滞留池不会对地下水造成显著的污染(Schueler)。

在确定安装湿式滞留池的可行性时，还应考虑以下限制条件：

1.湿式滞留池必须能保持永久性水池中长期有水。因此，滞留池不可修建于无充足降雨而无法保持水池有水的地区，也不可修建于渗透性较高的土壤中。对于潮湿地区，一处较小的排水区足以确保足够的水源，以维持永久性水池;而在较干旱的地区，则可能需要设置一处较大的排水区。在某些情况下，渗透性较高的土壤可能需进行压实或采用粘土封层，以此降低底部的渗透性。

2.土地限制，如场地较小或区域已高度开发，可能不容许滞留池的安装。

3.滞留池的排放物通常包括温水，因此，在滞留池的温水排放可能对冷水渔业造成负面影响的地区使用滞留池可能会受到限制。

4.当地气候(即温度)可能影响滞留池中的生物吸收。

5. 如未进行适当维护，滞留池的性能会急剧下降。上水池的定期清洗尤为重要。

永久性水池的维护对于防止捕获沉淀物的再悬浮也非常重要。水池中沉淀物的积累也会降低水池的蓄水能力，并导致其性能下降。因此，永久性水池的底部沉淀物应在每2 ~ 5年左右进行一次清理。大多数情况下，对于处理从湿式滞留池清理出的沉淀物则无具体的限制。迄今为止的研究表明，水池沉淀物符合毒性限制条件，并可安全地予以填埋(NVPDC)。只要在远离海岸线的位置堆积沉淀物，以防止其再次流入水池内，有些州也允许在现场对沉淀物进行处理。

2.8 雨水湿地

湿地是指通常为地表水或地下水淹没，并使植物能适应饱和土壤条件的地区。湿地被描述为“大自然的肾”，因为湿地中发生的物理、化学及生物过程分解了大量化合物(如含氮化合物、硫酸盐)，并对其它化合物进行了过滤(Hammer, 1989)。湿地天然的污染物去除能力使其作为最佳雨水管理措施赢得了广泛关注。典型的浅水沼泽湿地如图-13所示。

用于雨水处理的湿地可以是伴随的、天然的或构建的。伴随湿地是由于以前的开发或人类活动而形成的湿地。众多专家和/或公益团体不鼓励使用天然湿地用于雨水处理，而且在许多地区都不能选择天然湿地方案。但有些州允许将湿地作为一项最佳雨水管理措施，但只能在非常有限的条件下使用。例如，佛罗里达州允许使用已严重侵蚀的天然湿地，或间断性地与其它水域相连的湿地(即，只有在地下水上升至地面以上时，才与其它水域相连)(Livingston, 1994)。将天然湿地转换为雨水湿地可在个案基础上逐个予以完成，并需取得相应的州与联邦的许可(如401水质证明与404湿地许可)。

图-13 浅水沼泽湿地

表-10 潜水沼泽湿地

两种类型的构建湿地已成功用于废水处理：地下水流(SF)构建湿地与自由水面(FWS)构建湿地。在自由水面构建湿地中，径流流经深度较浅的土壤衬底盆地。这种湿地包括种植有挺水植被(这种植被植根于沉淀物中，但叶子在水面上或水面上方)的浅水池。

与自由水面构建湿地相反，地下水流构建湿地盆地两边设置有预先设计数量的岩石或砾石，径流通过这些岩石或砾石得以输送。地下水流构建湿地的地下水位保持低于岩石或砾石层顶部。有关研究表明，地下水流构建湿地比较适合于废水的日流量模式;但雨水或合流污水溢流(CSOs)的峰值流量可能比基流高出几个数量级。控制峰值暴雨事件的砾石层费用很高，这可能妨碍采用地下水流构建湿地进行雨水或合流污水溢流处理。因此，本说明书剩余部分探讨在雨水应用中采用自由水面构建湿地，或天然与伴随湿地。

有四种基本设计类型的自由水面构建湿地：浅水沼泽地、扩展型滞留湿地、水池/湿地系统，以及袖珍湿地。如图2所示，这些湿地将径流储存于种植有湿地植物的浅水池内。在两种设计中选择其一，这取决于多种因素，包括土地可用性、污染物去除水平与可靠性，以及起作用排水区的大小。

浅水沼泽设计需要充足的土地及基流，以维持湿地中的水位。可对基本的浅水沼泽设计进行改良，以储存正常蓄水高度以上的额外水量。作为扩展型滞留湿地，这种湿地可减弱水流并缓解下游洪水。

水池/湿地系统具有两个独立的单元：湿水池及浅水沼泽。湿水池可捕获沉淀物，并在径流进入湿地之前降低其的速度。与浅水沼泽系统相比，水池/湿地系统所需的土地较少。

袖珍湿地所需的土地更少。袖珍湿地应设计用于面积为0.4 ~ 4公顷(1 ~ 10英亩)起作用的排水区，且通常需要开挖至地下水位以下，以获得可靠的水源。水源不可靠或水位波动将使植物的种类减少，并降低野生生物的生境价值。

2.8.1湿地适用性

湿地不仅可改善雨水径流的质量，还能控制净流量(如扩展型滞留湿地)。湿地是去除污染物最可靠的最佳管理措施之一，可适用于美国采用现有湿地用于雨水处理的大多数地区，包括阿拉巴马州、加利福尼亚州、科罗拉多州、佛罗里达州、伊利诺伊州、缅因州、马里兰州、密歇根州、明尼苏达州、弗吉尼亚州及华盛顿州。湿地已被用于处理农业、商业、工业及住宅区的径流。

过去，湿地从水中去除污染物的天然能力主要被用于处理废水。但最近几年利用湿地处理雨水也获得了广泛关注，很多雨水湿地处理系统现已投入使用。目前正在进行评估，以确定湿地的污染物去除效率，并确定维持其性能所要求的维护水平，同时，其它研究也在对潜在的设计改进进行评估，以改善湿地性能。

2.8.2优点与缺点

雨水湿地的环境优点包括下游水域及生境质量的改善、城市地区多样植被与野生生物生境的加强，以及洪水遏制。下游水质通过去除城市径流中的部分悬浮固体物、金属物、养分及有机物质而得以改善。随着下游沉淀量的减少，以及峰值雨水流对河岸侵蚀的降低，环境质量也得以改善。湿地可促进多种野生生物的繁殖，包括的物种有矶鹬、苍鹭等，并能减缓径流，缓解下游洪水(尤其是扩展型滞留湿地)。

雨水湿地可对湿地上游、湿地自身范围内，以及湿地下游造成不利的环境影响。位于大型水域(大于40公顷(100英亩))中的雨水湿地可使上游水源恶化，这些水源未得到有效的水文控制(MWCOG, 1992b)。湿地设计师可考虑上游改良，以缓解这种不利影响。

湿地本身范围内可能的不利影响为鱼类通道的潜在阻断，不良物种的潜在生境，以及地下水的潜在污染。修建于河道中的湿地可阻断鱼类进入部分河流的通道，从而减少了河流中的鱼类物种。

如湿地设计中未具有结构复杂性(即，限制深水与开放水域的特征，以及适合鹅与野鸭生存的开放草地)，这些鸟类可能成为湿地中不受欢迎的常驻物种。这些动物将增加湿地的养分量与大肠菌群量，并可能成为当地物种的公害。侵入性公害植物成为植被也是一种潜在的负面影响。侵入性物种对本地物种构成了威胁，并可能对湿地的雨水处理能力造成不利影响。维持和/或种植高地缓冲带有助于减少引入公害植物物种。种植挺水植被也可减缓公害藻类的大量繁殖。

将污染沉淀物转移至地下水中，由此引起的地下水污染问题已成为一项潜在的负面环境影响。然而有研究表明，几乎不存在地下水污染的风险。

雨水湿地可作为一个散热体，尤其是在夏季，并可将温水排放至下游水体中。温度的上升会影响下游敏感的鱼类(如鲑鱼、杜父鱼)，及水生昆虫。因此，不建议在温度敏感性鱼类的上游修建雨水湿地。不考虑下游物种敏感性的情况下，设计师应时刻采取预防措施，以降低湿地修建造成的潜在温升影响。

社区可能因为害怕蚊虫及其它公害，或因为影响湿地的外观，而反对修建湿地。但湿地可设计得很美观，且其物种(如鱼类及植物)能得以适应，以治理蚊虫及其它公害。在温暖气候条件下，养殖食蚊鱼用于治理蚊虫已成为一种常用的方法，而在寒冷气候条件下，则养殖黑条纹食蚊鱼(Notrophus fundulus)。为了将由较高植物所提供的针对天敌的防护水平降至最低，建议在害虫繁殖之处种植较矮的植物(美国环保局，1996)。

在非生长季节，以及气温较低的位置，湿地去除污染物的效率较低。当湿地被冰层覆盖，以及当接收到融雪径流时，我们观察发现一些污染物的去除效率有所降低。

最后，由于雨水湿地系统需要大量的土地(参见设计标准)，在城市环境以及建立的社区中使用该系统可能会受到限制。就这些影响的多种可能的补救措施，在出版的《雨水湿地系统设计》中进行了探讨。

2.9 植草沟

植草沟为一片开阔的、深度较浅的沟渠，其边坡及底部覆盖有茂密的植被。植草沟可以是天然的或人造的，并可设计为截留颗粒污染物(悬浮固体物与微量金属)，促进渗透，并可降低雨水径流的流速。其典型设计如图-15所示。

植草沟可作为雨水排放系统的一部分，并可替代路缘、排水沟及雨水下水道系统。因此，植草沟最适合于低流量和人口较少的住宅、工业与商业区。

2.9.1植草沟适用性

当地气候与土壤条件允许建立并维护茂密植被覆层的情况下，可使用植草沟。在特定现场建立植草沟的可行性取决于起作用的水域面积、坡度与透水性，以及植草沟系统的尺寸、坡度及其所使用的植被覆层。

图-14 植草沟实例

表-11 植草沟

植草沟易于设计，并可纳入现场排水计划中。通常情况下，当植草沟作为一项独立的最佳雨水管理措施时，如与其它最佳管理措施，如水池、渗透带、湿地等结合使用，则最为高效。

当植草沟广泛地作为最佳雨水管理措施进行使用时，也存在某些方面尚未进行量化。正在进行调研的一些问题包括其污染物去除率是否随着使用时间的延长而降低;坡面对植被过滤能力，及拦沙坝的作用有什么影响;设计因素在何种程度上会提高污染物去除效率。

2.9.2植草沟优点与缺点

与传统的雨水管理措施，如雨水下水道系统相比，植草沟通常具有多个优点，包括：峰值流量的减少、污染物的去除、促进径流渗透，以及较低的资本成本。但通常植草沟对于大暴雨则无效，且较为脆弱，这是由于高速水流可侵蚀植被覆层。

植草沟的限制条件包括以下内容：

•在非常平整的地区、地形陡峭的地区，或潮湿或排水不良的土壤地区，植草沟是不可行的。

•当流量和/或流速很高时，植草沟效率低，且可能造成侵蚀现象。

•植草沟可能引起溺水的危险;成为蚊虫滋生地;并可能散发气味。

•对植草沟可能没有可用的土地。

•在一些地区，植草沟的使用还受到法律的限制：如其峰值排放量超过140升/秒(5立方英尺/秒)，或流速大于1m/秒(3英尺/秒)时，许多当地市政当局禁止使用植草沟。

•在侵蚀土壤地区，或难以维持茂密植被覆层的地区，植草沟是不可行的。

植草沟对环境的负面影响可能包括：

•植草沟植被的浸出可增加径流中的微量金属与养分含量。

•通过植草沟的渗透可将污染物带入当地地下水中。

•植草沟中的积水可能导致潜在的安全、气味与蚊虫问题。

2.10 阻流箱

阻流箱是包含一系列由挡板隔开沉淀槽的混凝土或玻璃纤维结构。阻流箱的主要功能是去除雨水中的沉淀物、悬浮颗粒以及有关污染物。阻流箱也可包含拦废筛或撇沫器，以捕获大型材料、垃圾以及漂浮物。阻流箱为内嵌式或位于雨水管道的末端。典型的阻流箱设计如图-15所示。

图-15 阻流箱示意图

使用阻流箱对污染物进行去除是基于通过阻流箱减缓流速，从而使固体物及有关污染物沉淀至阻流箱底部这一设想。雨水进入阻流箱，并注入第一个沉淀槽中。当雨水碰到挡板时，其流速减缓，使得沉淀速度大于横向流速的固体颗粒可沉淀至阻流箱底部。除减缓流速之外，挡板还可阻止颗粒的运动。当悬浮固体物撞击挡板时，其开始进行沉淀。较大的颗粒物通常最先沉淀，并堆积在第一个沉淀槽中，而较小的颗粒物则通常沉淀于下一个沉淀槽中。

2.10.1适用性

阻流箱可有效地去除雨水径流中的沉淀物，这一点已得到证实。阻流箱主要用于沉淀物控制是主要关注点的区域，而对于存在额外雨水污染物(如可溶性养分、油脂，或金属)的区域，其它最佳雨水管理措施可能更为有效。

佛罗里达州已使用阻流箱多年。截至1998年，佛罗里达州布里瓦德县已有42个阻流箱用于居住区，以此收集草坪、车道，以及街道的径流。阻流箱中的沉淀物累积存在很大差异，且取决于现场特点，如排水区、用地、土壤类型及坡面。此外，非潮湿天气条件下的水流，如日常生活包括洗车或草坪浇水形成的径流，可增加雨水下水道中的沉淀量。

阻流箱非常适合加装于现有的雨水管道中。用于直径达48英寸管道的阻流箱可以进行预制，以此实现快速安装，且能取得较好的成本效益。阻流箱也可用于直径达60英寸的管道，但这些阻流箱必须在现场进行浇注，从而导致费用较高，并安装时间较长。

阻流箱主要设计用于沉淀物的去除，但也可以安装拦污栅、筛网，或撇沫器，以捕获漂浮物以及油脂。

2.10.2优点与缺点

阻流箱是一种简易、廉价的最佳雨水管理措施，可有效地去除雨水中的沉淀物与悬浮固体物。阻流箱的主要优点是可加装于现有的雨水管线中，使其可在现有的使用权限范围内进行安装。这对于土地不可用的区域，或其它最佳雨水管理措施费用十分昂贵的区域显得尤为重要。

阻流箱的一个主要缺点是，需要进行大量的维护工作以去除累积的沉淀物。如阻流箱未经常进行清洗，后期暴雨可能使累积的沉淀物重新悬浮，并将其冲出阻流箱之外，从而降低了总体污染物的去除效率。此外，由于安装于阻流箱中的许多拦污栅是通过铰链固定于顶部的，以防止较高的水压造成损害，这些拦污栅可能在高流量期间释放累积的垃圾。基于阻流箱的使用经验，布里瓦德县官员建议，旱季每二至三个月应对拦污栅进行一次检查与清洗，而在雨季则每个月进行一次检查与清洗(巴特曼等，1998;国家资源保护委员会，1999)。

阻流箱的另一个缺点是其不适合去除养分，如在特定场地养分是一个关注的问题时，其并非一项合适的最佳雨水管理措施。但由于阻流箱可有效去除悬浮物质，附着在沉淀物上的养分可沉淀于阻流箱中。一般而言，模拟结果表明，阻流箱对于去除较大颗粒物更为有效，而去除较小颗粒物的效率较低(Pandit 与 Gopatakrishnan)。

结语

随着城市雨水利用技术的不断推广，越来越多的人开始重视城市雨水收集利用技术。在城市雨水收集利用系统的建设过程中，面对具有不同结构、种类繁多的雨水水质控制措施，设计人员应该根据工程项目环境，按照区域的场地条件以及对径流的消减流量的要求和对非点源污染物的处理要求，评估不同措施的实际径流削减能力、对非点源污染去除能力、空间需求后，综合考虑，选择符合区域场地特征的适宜的措施。在评估区域的场地特征时，需要综合考虑区域的位置特点、土地条件、地下水特点、地形、地势、汇水区性质等对措施进行评估，选择适宜的控制措施，保证系统功能的有效发挥。