第一章 概论
第一节 雨水集蓄利用背景及发展状况
一、雨水集蓄利用背景
充分有效地利用雨水资源，不仅可以在很大程度上解决缺水问题，而且可以减少暴雨径流灾害，实现暴雨径流资源化，减少水土流失。发展雨水集蓄灌溉工程，保证在作物需水期进行灌水，能够大幅度提高其产品产量和质量，增加收益。因此，深入系统研究当地雨水集蓄是很有现实意义的。雨水作为一种自然资源，污染轻，处理容易，国际上受到广泛的关注，并在许多地方得到应用。
（一）开发利用雨水缓解水资源短缺
1.水资源短缺迫使人们寻找可替代的水资源
社会经济的发展和人口增长，地表水与地下水污染，水资源的时空分配不均和周期性的干旱，迫使人们寻找可替代的水资源。雨水是一种就地利用而经济的水资源，但目前开发利用还很不够。
2.暴雨时的洪涝灾害和旱季的严重缺水
随着城市的发展，由于没有健全的暴雨洪水时的汇集和调蓄设施，造成暴雨时的洪涝灾害和旱季缺水现象的发生。在城市化地区，由于人为因素的影响，不透水面积（比如屋顶、广场、道路）的比例不断增加，使得产流速度加快和产流量加大；并且由于排水管道和房子、道路的影响，径流方向也发生了改变，所以就很容易造成城市排水不畅，导致地面积水现象发生。山区农村地区，降雨量的减少、山坡生态环境的破坏和土层缺水的土壤松散，导致暴雨洪水时的水土流失甚至严重地区泥石流现象的发生。洪涝发生过后，雨洪排除造成雨水资源流失，近而加重水资源危机。由于没能很好调蓄雨洪、收集利用雨水，导致旱季缺水情势加重，研究开发利用雨洪资源是缓解水资源短缺的有效途径。
（二）雨水水质较好，经简单处理就可回用
1.雨水水质状况好
雨水是轻污染水，水中有机污染物较少，溶解氧接近饱和，钙含量低，总硬度小，细菌和病毒的污染率低。对于生态环境良好的山区农村，雨水可回用于生活用水、田间节水或经沉沙、过滤处理后煮沸用于人畜饮水。城市雨水简单处理便可用于生活杂用水、工业用水。
2.收集处理雨水回补地下水
有些地区地下水开采过度导致地下水水位下降，如能将降雨收集处理后回灌地下，就能对于暴雨洪水的水量起到调蓄作用，削减洪涝灾害，同时还能补充地下水。雨水的利用将缓解水资源的短缺，促进经济的可持续发展。
（三）收集雨水，减少农业用水，促进农业增产
我国北方地区多年平均降雨量不足600mm，且80%以上集中在汛期6—9月，与作物需水期严重错位。主要作物在4—6月的需水量占全年需水量的40%～60%，而同期降雨量却很少。大力发展小型雨水集蓄工程，集蓄天然雨水，发展节水灌溉是缺水地区农业和区域性经济发展的唯一出路，而且这项措施投资少、见效快，便于管理，适合于农村经济的发展水平，应该大力推广、全面普及。
（四）雨水分散式收集利用补充替代大型水利工程调蓄雨洪
面对日益干旱、水资源日趋紧张的局面，靠拦截地表径流（如修建水库）、开采地下水（打井）或跨流域调水等取水方式引起越来越多的生态环境问题，如造成土地资源的淹没，对文物及宝贵自然资源的影响，破坏生物多样性，水库还诱发地震等。充分开发利用雨水资源，因地制宜地建设分散集蓄雨水利用工程，不会造成淹没、移民等不利的环境影响，且又利于环境保护和可持续发展，因此雨水集蓄工程将是解决水资源短缺的重要途径。
二、雨水利用的发展状况
从19世纪末20世纪初开始，随着现代技术的兴起，先是地下水的开采在许多地方逐渐取代了雨水利用技术，接着以控制洪涝灾害、利用河川径流和开采地下水为目标的当代水利工程的修建，又为社会经济的发展，特别是农业的持续稳定增长，发挥了很大的作用，取得了巨大的效益。雨水利用渐渐被人们忽视。但是，人类社会经济的进一步发展，人口的不断增长，对有限的水资源提出了越来越高的要求，水资源的紧缺已成为许多地方制约经济发展的因素，同时，大型水利工程引起越来越多的生态环境问题也迫使人们思考和寻找其他出路。因此，近20年来，雨水利用又重新引起了人们的注意。雨水集蓄技术得到迅速发展，在一些多雨、年降水丰沛的国家也得到发展（如德国），雨水回用的范围从生活用水向城市用水和农业用水发展。
（一）山区雨水利用发展状况
山区雨水集蓄利用长期以来，群众就有集蓄雨水，解决人畜饮水困难的做法。从20世纪80年代末期开始，随着节水灌溉理论、技术、设备的广泛推广应用，群众将传统的雨水集蓄工程与节水灌溉措施结合起来，实施雨水集蓄节灌工程，发展农业生产，经历了试验研究、试点示范、推广应用等阶段。各级政府和广大群众对雨水集蓄利用的认识进一步提高，工程建设开始从零散型向集中连片发展，“人均半亩到一亩基本农田”“一园一窖”成为广大群众奋斗的目标。
集雨工程的形式多种多样，既有小口井，也有集雨池，还有较大的集雨场；既有利用天上降雨，也有利用小泉、小河引水。根据调查的情况看，集雨工程形式主要有以下几种。
（1）窑、窖、旱井。主要利用路面、广场、屋顶、庭院、坡面集流。农用以路面集流为主，人饮以屋顶、晒场为主，牧区以坡面集流为主。
（2）截潜流工程。有沟、河的地方，如河床为砂床或砂卵石床，则搞截潜流工程。在砂床边打截潜流大口井，在砂卵石河床上修建空心廊道的截潜流坝，截流水量较大。
（3）截地面水工程。如采用人字闸、翻板闸等拦蓄河、沟的小泉小水。人字闸节灌工程是以钢筋混凝土为结构的人字固定支架和活动闸板组成的蓄水闸门，以流域为单元合理布局，配合高位水池和管道或自流渠道进行灌溉。其典型特点是平时蓄积清洁的小泉小水，在汛期打开闸板，排洪清淤，工程投资小、建设周期短，利用方便。
（二）城市雨水利用发展状况
北京、上海、大连等许多城市相继开展雨水利用探索与研究。由于缺水形势严峻，北京的步伐较快。2001年国务院批准了包括雨洪利用规划内容的《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》，北京建筑工程学院和北京城市节水办公室从1998年开始立项研究，北京市水利局和德国埃森大学的示范小区雨水利用合作项目也于2000年开始启动，北京市政设计院开始立项编制雨水利用设计指南，北京市政府66号令（2000年12月1日）中也明确要求开展市区的雨水利用工程。因此，北京城市雨水利用成为我国城市雨水利用技术龙头，并带动整个领域的发展，随着水管理体制和水价的科学化、市场化，将实现城市雨水利用的标准化和产业化。
我国许多建筑物已建有完善的雨水收集系统。浦东国际机场航站楼已经建有完善的雨水收集系统用来收集航站楼屋面雨水，航站楼屋面各组成部分的水平投影面积综合达176150m2，在暴雨季节收集雨量为500m3/h。如果这些雨量能被有效地处理和加以利用，比处理轻污染的生活污水更经济、简便易行。而类似的国际会展中心、国际机场等，在国内基本上拥有完善的雨水收集系统。
三、雨水利用的应用前景
我国是水资源短缺的国家，干旱缺水已成为制约首都经济发展的瓶颈。严重缺水的山区、高原地区收集雨水是解决人畜饮水的有效途径，雨水水质有待净化和改善。对于城市雨水，如果能将雨水进行有效的收集和处理，用作生活杂用水、景观用水，要比回用生活污水更便宜，且工艺流程简单，水质更可靠，细菌和病毒的污染率低，出水的公众可接受性强。我国有些地区地下水开采过度导致地下水水位下降，如能将雨水收集处理后回注地下，就能对于暴雨洪水的水量起到调蓄作用，削减洪涝灾害，同时还能补充地下水。雨水的利用将缓解水资源的短缺，促进当地经济的可持续发展，因此雨水集蓄工程技术的发展前景十分广阔。