第1章 雨水资源化利用现状
在快速城市化进程中，不透水面积大幅增加，城市内涝和水资源短缺矛盾加剧，城市水环境和水生态等问题日益凸显，不仅对居民健康、财产造成威胁，还严重制约着社会经济的发展。世界卫生组织紧急事件数据库资料（http://www.emdat.be）显示，1996～2015年全球因洪水事件造成的伤亡人数为150 061人，占全球灾害死亡率的11.1%。在我国，2007～2015年全国超过360个城市遭遇内涝，其中1/6的城市内涝单次淹水时间超过12h，淹水深度超过0.5m，直接经济损失高达数亿元（赵丽元和韦佳伶，2020）。例如，2012年7月21日北京特大暴雨造成79人丧生、10 660间房屋倒塌、约160.2万人受灾，直接经济损失高达116.4亿元；2013年武汉市7月5日特大暴雨，市区交通几乎瘫痪，受灾人口总数25万人、房屋损毁73户，据不完全估计直接经济损失已超过2.5亿元；2021年7月17～23日，河南省遭遇历史罕见特大暴雨，发生严重洪涝灾害，特别是7月20日，郑州遭受重大人员伤亡和财产损失。同时，联合国环境规划署千年报告中也指出，气候变化、水资源短缺和环境污染将是21世纪全球面临的主要问题（Bhattacharya and Rane，2009；冯文强，2021）。根据国际公认的标准，年人均水资源量低于3000m3为轻度缺水，低于2000m3是中度缺水，低于1000m3为严重缺水。目前，中国有400多个城市面临缺水问题，有些城市年人均水资源量不足200m3（Zhang et al.，2012），属于严重缺水。同时，工业及居民生活污水处理不当等人类活动造成的水环境污染等问题，进一步加剧了水资源短缺程度。
随着城市内涝和水资源短缺的矛盾日益凸显，二者逐渐成为制约城市发展的主要因素之一。许多城市既要防洪排涝，又要解决水资源短缺的问题。因此，雨水资源化利用这一古老技术重新焕发活力，作为防洪和缓解水资源危机的一种有效措施在城市发展中的地位日益重要，并逐渐发展成现代意义上的雨水利用技术体系（*，2009；Hicks，2008）。例如，削减暴雨径流量的*佳管理措施（best stormwater management measures，BMPs）、尽可能减小场地开发对自然水文条件影响的微尺度控制措施的低影响开发（low impact development，LID）、考虑城市水循环各个方面的水敏感城市设计（water sensitive urban design，WSUD）、减轻城市发展对自然生态系统影响并解决与水相关的城市问题的海绵城市（sponge city）等（Hunt et al.，2009；Morison and Brown，2011；Ahiablameet al.，2013；Fletcher et al.，2015;Nguyen et al.，2019）。与此同时，雨水作为一种相对清洁的淡水资源，凭借其资源量丰富、处理简单、能耗小的优点，也逐渐在部分地区成为生活用水的替代水源进入人们的日常生活中（Bhattacharya and Rane，2009；鹿新高等，2010）。
本章对全球不同区域现有雨水资源化利用理念进行了总结，并详细介绍了一些典型雨水资源化利用技术。
1.1 雨水资源化利用发展历程
雨水资源化利用*早可追溯到公元前6000多年的墨西哥、秘鲁和南美洲的安第斯山脉，人们收集雨水用于农业生产和生活所需，依靠雨水养活了太阳帝国的印加人和现已消失的马丘比城的数十万人。公元前2000多年，在中东、南阿拉伯及北非出现了用于灌溉、生活、公共卫生等的雨水收集系统，阿拉伯人、以色列人收集雨水以保障农业，印度和斯里兰卡修建了一系列小型阶式池塘以便在雨季蓄水并供旱季使用。2000年前，阿拉伯闪米特部族的纳巴泰人创造了径流收集系统，在降雨量仅100mm的内盖夫沙漠种出了庄稼。500多年前，科罗拉多的阿那萨基人建造小坝截留雨水种植玉米、豆子和蔬菜（水利部农村水利司农水处，2001；黄乾等，2006）。
雨水资源化利用在中国也有悠久的历史，它是古人结合地理、文化资源衍生出的具有地域特色且蕴含“天人合一”思想的设施与技术（张亦驰，2018）。公元前11世纪的周朝，人们利用中耕等技术提高农业生产中雨水的利用率。2700年前的春秋时期，黄土高原出现引洪漫地和塘坝技术。2500年前，安徽寿县修建大量拦蓄雨水用于灌溉的大型平原水库（芍陂）。秦汉时期，人们在汉水流域的丘陵地区修建了串联式塘群，对雨水进行拦蓄调节。隋唐时期云南哈尼族先民在大山里开挖千百条干渠水沟，将山上的雨水尽可能载入其中，不仅有效减弱地表径流，控制水土流失和土壤侵蚀，还能滞蓄大量雨水满足灌溉需要。600多年前出现水窖，将雨水收集储藏用于解决次年人畜用水、农田灌溉的问题。明清时期北京内、外城和宫城建造的城壕总长44.2km，蓄水容量966.73万m3，既可避免因排水路径不合理而造成城市内涝，又可有效增加城内河网密度与雨水蓄积能力。无论国内还是国外，雨水利用都曾有力地促进了许多地方古代文明的发展（水利部农村水利司农水处，2001；黄乾等，2006；唐小娟，2016；魏泽崧和汪霞，2016）。
随着现代技术的兴起，地下水开采在许多地方逐渐取代了雨水资源化利用技术。例如，我国20世纪60年代前地下水开采相对较少，60年代中期到70年代末开始大规模开采利用，到1979年年底全国地下水年开采量达到400亿m3，到2002年地下水年开采量达到1091亿m3（林柞顶，2004）。然而，随着人口的急剧增长以及经济的快速发展，淡水资源急速减少，地下水超采严重，雨水利用开始重现于新型城市建设中，并日益得到相关部门的重视。20世纪70年代末起，美国等发展较快的国家开始注意城市雨水资源的开发和应用（王永磊等，2006），随后雨水资源化利用理念伴随互联网的迅速发展在世界各地得到了广泛传播和应用，如澳大利亚提出水敏感城市设计理念，联邦、州和地方政府一直通过各种方式推动雨水收集，并提供财政支持来促进节水的创新（Imteaza et al.，2011）；日本福冈穹顶项目中建成的雨水系统可满足65%低质水的需求，每年可节省约12万美元的财政支出（Slys＇，2009）。
20世纪90年代起，雨水资源化利用在我国悄然兴起。80年代后期，位于干旱半干旱区的甘肃省开展集雨试验技术研究工作，探讨雨水利用技术理论上的可行性和技术上的持续性。1995年甘肃在遭受一场60年不遇的严重旱灾时做出实施“121雨水集流工程”的决定，1996年在兰州召开**届全国雨水利用学术讨论会，2001年中国妇女发展基金会实施“母亲水窖”慈善项目，募捐善款1.16亿元帮助西部贫困干旱地区妇女和群众摆脱因严重缺水带来的贫困和落后。在我国其他地区，雨水利用也日益得到重视与应用。1999年广西水利厅从水利经费中拨款1000多万元在河池、百色等干旱山区开展20000个地头集雨水柜建设的试点工作。2000年北京正式启动“城市雨洪控制与利用”工程，2001年水利部颁发《雨水集蓄利用工程技术规范》，标志雨水利用技术的初步成熟。2012年的《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中，新型雨洪管理理念——海绵城市被*次提出，随后得到了住房和城乡建设部（简称住建部）、财政部等部门的大力支持与推广，2015年、2016年共有30个城市获批成为海绵城市建设试点单位，政府按直辖市、省会城市和其他城市连续3年分别给予各试点城市6亿元、5亿元和4亿元补贴（何晓云，1997；李里宁，1999；唐小娟，2016；黄乾等，2006）。近几年，基于前期海绵城市建设试点的阶段经验，我国提出以流域为整体，兼顾流域内不同城市所拥有的自然、经济等基础条件及特点，因地制宜地推动海绵城市建设，促进生成生态、安全、可持续的城市水循环系统。2022年住建部发布的《住房和城乡建设部办公厅关于进一步明确海绵城市建设工作有关要求的通知》（建办城〔2022〕17号）中明确指出，海绵城市建设应突出全域谋划，在全面掌握城市水系演变的基础上，着眼于流域区域，全域分析海绵城市生态本底，立足构建良好的山水城关系，为水留空间、留出路，实现城市水体的自然循环。
1.2 不同国家雨水资源化利用理念
随着雨水资源化利用在世界各国的发展与推广，一系列雨水资源化利用理念相继得到政府的重视与推广。20世纪70年代，美国提出雨水*佳管理措施对径流及其携带的污染物进行收集处理，1978年威斯康星州提出非点源水污染治理计划以减轻非点源污染对水体的影响，存在问题的130个流域可通过此计划获得实施BMPs的资金支持（U.S.Department of the Interior and U.S.Geological Survey，2006）。90年代，绿色基础设施、低影响开发等雨水资源利用理念相继被提出。1990年，美国马里兰州开展的绿道运动中*次提出“绿色基础设施”（green infrastructure，GI）一词。同一时期，马里兰州乔治王子县提出“低影响开发”，并在1999年公布的报告中提出相应的水文分析方法和计算程序，以便于确定雨水管理目标（Williamson，2003；Eckart et al.，2017；Prince Georges County and Maryland Department of Enviromental Resources Programs and Planning Division，1999）。
1994年，西澳大利亚发布了**部关于水敏感城市设计（water sensitive urban design，WSUD）的指南，2004年Argue编撰出版了**部介绍WSUD概念、设计方法和技术的图书——Water Sensitive Urban Design:Basic Procedure for Source Control。随后，新西兰在LID、WSUD等理念的基础上结合实际国情，提出了低影响城市设计与开发（low impact urban design and development，LIUDD），旨在避免传统城市发展和再开发带来的一系列不良影响。1999年的新西兰《奥克兰区域增长战略》中预计，未来50年所有新增城市面积中的70%将发生在奥克兰大都会区，使得LIUDD成为实现城市可持续发展的关键组成部分（Van Roon，2012；Kuller et al.，2017；Ahammed，2017；Roy et al.，2008）。
在欧洲，与WSUD和LID类似的倡议被称为“可持续城市排水系统”（sustainable urban drainage system，SUDS），该理念于1997年由苏格兰水务公司的Jim Conlin*次提出，并在2000年出版的针对苏格兰、北爱尔兰、英格兰和威尔士的设计指导手册中正式被官方认可。近年来，非城市地区人口和经济快速发展，使得这些区域对排水系统的要求相应提高，SUDS这一理念也不再局限于城市地区。因此，SUDS中的“urban”一词被删除，特别是在英格兰和威尔士，以可持续排水系统（sustainable drainage system，SuDS）替代SUDS（Eason et al.，2003；Charlesworth et al.，2003；Morison and Brown，2011；Fletcher et al.，2015）。
在全球化联系日益紧密的背景下，互联网的快速发展将GI、LID等各种雨水资源化利用理念传入中国，并得到我国政府及人民的重视与支持。2012年，我国相关政府机构结合已有的传统雨水利用技术及国外新型雨水资源化利用理念，正式提出海绵城市建设理念，以增强城市雨水管理调控能力。综合来看，虽然BMPs、LID等理念在范围和背景上存在差异，但它们的主要思路是相同的，即雨水管理及资源化利用时
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