摘要：所谓雨水资源化就是直接对天然降水进行收集、储存并加以利用。雨水回用的效益是多方面的，既有环境效益也有社会效益。
1.雨水有效改善区域生态环境
将雨水收集、利用或回灌地下，可减轻城市的防洪排涝压力，防止城市因排涝设施不完善导致的城市雨水排泄不畅和洪涝等灾害的发生;削减雨季峰流量维持河川的水量，增加水分的蒸发，从而改善城市生态环境抑制环境恶化，减少或避免马路及庭院的积水，改善小区水环境，从而提高城市居民的生活环境质量。
2.雨水提高水资源利用率
雨水可作日常用水，用于冲厕、洗衣物、浇灌花草等，经过简单处理后也可作冷却水。雨水也适用于工业，可用来清洗机器、车间清洗等，减少工业上自来水的用量。还可作市政用水，用于道路清洗、浇灌城市绿化等。
3.补充地下水
4.雨水减轻城市防洪、排水系统压力
多单元的雨水利用，可以蓄到大雨的前中期水量，还能起到洪水错峰的作用，从总量上减少排入市政管网和河湖的雨水量。
下面我们主要从中美雨水回用的发展历史、地域特征、常见雨水收集回用系统、以及中国雨水资源化面临的挑战四个方面进行简单阐述。
研究员介绍
张静(美方研究员)
现中国河海大学环境学院教师和美国科罗拉多矿业大学博士后，主要研究方向为水中新兴有机污染物迁移转化规律、去除效能与机制研究;水和污水的深度处理新技术开发;工业废水的处理处置等。
郑祥(中方研究员)
中国人民大学环境学院教授，中国科学院环境科学博士，哈尔滨工业大学博士后，主要从事污水处理与公共卫生安全方面的研究工作。
张振兴(中方研究员)
Hydrologist at Prairie Research Institute, University of Illinois at Urbana-Champaign. 纽约州立大学水资源工程博士，纽约州注册工程师。主要从事水文模型，水资源水环境规划管理方面的研究工作。
中美雨水资源化的异同
1.中美雨水回用的发展历史
美国雨水回用经历了最初的城市防洪排涝、降雨径流污染控制、雨水资源化利用等几个阶段[1]，而每个时期还可细分为不同的发展阶段
水量调控时期
伴随着城市的发展与扩张，城市不透水地面不断增加，因而加剧了城市内涝、下游洪水、河道侵蚀等问题。水量调控就成为了这一时期的主要目标，以补偿或应对城市扩张对原有水文过程的改变。场地滞留是通过自然或人工的坑塘、洼地以及其他工程措施将降水产生的地表径流暂时滞蓄在上述设施中，减缓其汇入市政雨水管网和受纳水体的时间。
市政卫生工程时期
美国早期以开挖明渠来收集、排泄城市生活污水及雨水。到了19 世纪初期，美国开始步入工业化与加速城市化阶段，城市内的沟渠逐渐被市政排水管网所取代，城市的生活污水、雨水开始通过管道排入邻近的受纳水体。到了20 世纪50 年代，美国大多城市已经建立了比较完善的城市排水基础设施，城市饮用水源也从井水转向更加安全的河水。50 年代到70 年代“雨污分流”模式被非常广泛地采用，而且二战后的经济增长与城市扩张也促进了这一模式的推广。
图片来源见参考文献[2]
水质管理时期
1987年《清洁水法案》正式将雨水排放列入点源管理的范畴，从此于雨水处理技术开始迅速发展。90 年代初，美国环保局发起了许多以流域为基础的项目，而针对某一河湖水体的单日最大污染负荷容量(TMDL: Total Maximum Daily Load)要求的推出和实施促进了流域尺度水质管理的产生与发展。
可持续发展时期
随着Low Impact Development、绿色基础设施等一系列可持续发展理念的提出，美国的雨水管理又一次进入了新的变革时期。主要体现在：(1)城市发展与人类活动对水文过程的最小干扰;(2)通过分散的、场地尺度的技术手段与管理措施来避免涌现在流域尺度上的问题;(3)将雨水作为资源对待，尽可能地进行资源化利用或补给地下水。
历史上的应用实例
波多黎各是欧洲最早占领的美国城市，波多黎各古堡下有巨大的雨水储水池，收集的雨水主要用作当时欧洲士兵们的生活用水。因为波多黎各雨量较大，收集到的雨水水量也较大，每个储水池约30英尺高，20英尺宽，50英尺长，可容纳145000加仑水。相邻储水池之间互相联通，可以维持水面稳定。即便现在，古堡中的部分储水池仍在使用，储存的雨水主要用于游客中心冲厕。
中国雨洪管理发展历史悠久，主要按照朝代/时期划分。
由于各地自然环境、生态环境不同，中国古人应对暴雨、利用雨水的方式也各具特色。我国春秋战国时期开始修建的陂塘系统：利用低洼之地汇集周边水源和蓄留、消化雨水，在不破坏区域自然水系格局的前提下，能有效减缓暴雨径流，存蓄下来灌溉田地。这样的陂塘又与分布的一口口水塘相串联，组成“长藤结瓜”式的陂渠串联工程，形成了一个完整的海绵系统，就地蓄存、消化雨水，既有实用价值，又有生态与美的价值
陂塘系统
隋唐时期，为了满足梯田的灌溉需要，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地截入其中，不仅解决了梯田稻作的命脉水利问题，在暴雨侵袭时，集流到沟渠中的水又可以被引流到广大的梯田中，大面积的梯田能够滞蓄大量的雨水，从而减弱地表径流，有效地控制了水土流失及土壤侵蚀，形成 “森林—村寨—梯田—水系”四位一体的良性循环系统和壮丽的大地景观。
哈尼族的“森林—村寨—梯田—水系”系统
我国夏朝时期洛阳的筒形陶土管道排水设施建设，标志着引导雨水排放从原始就地散流排水阶段进入了较为先进的规划时代。随着历史的发展，中国各朝代的宫殿区不断扩建，雨水排放系统也日趋完备。清代北京紫禁城内，利用自然坡降设计营造了包括干沟、支线、涵洞、沟眼等众多排水设施的人工排水网络，雨水通过东西向的支线汇集到南北干沟内，再流入内金水河，最后汇入护城河。这套完整的排水系统，主次分明、明暗结合、纵横交错，保证了故宫五百余年来不受暴雨积水之害。
故宫“千龙吐水”
历史上的应用实例
“四水归堂”是中国古代建筑引导雨水的典型做法之一。所谓“四水归堂”是指建筑合院天井四周的斜屋面将雨水引入院落内，汇集的雨水流入院落中的地沟、鱼池或水池，最后排入通向河道的沟渠。在风水学中“四水归堂”还有积聚四方之财的寓意。“四水归堂”在引导雨水的同时，也形成了独特的雨水宣泄景观。古代建筑艺术的观赏功能与引流雨水的实用功能被巧妙有机地结合在一起。
中国古代建筑中的“四水归堂”
迄今已有800多年历史的北京北海公园团城就是雨水入渗的杰作。当时团城的地面高于周围地面约4.6米，相对封闭和孤立。城内的树木根系吸取不到地下水，而全部依赖雨水供给。团城地面没有排水沟，城墙没有泄水口，雨水通过呈倒梯形、极具吸水性的地面青砖渗流入地下，汇流至十一个水眼中。每个石制水眼下都有一个竖井，竖井之间有涵洞勾连，这样到达涵洞的雨水就可以从左、右、下三个方向继续往周边的土壤入渗。另外，团城的土壤层也具有良好的透气性和透水性。
北京北海团城俯瞰
中国传统民居的铺地同样也非常讲究透水和透气。灵活地采用卵石、碎石、瓦片、缸片、残砖等各种材料对地面铺砌进行装饰，这些铺地材料本身大多为多微孔材料，而且各种铺地材料之间还留有许多微小的空隙，渗水保湿及透气性良好。形成“雨天不湿脚，绿地不用浇”的雨水利用方式。这样，既可以减少地表径流，又能够涵养地下水，还能通过土壤净化水质，改善周边的微气候。铺地间的缝隙也为草本植物和地下微生物的生长及生存提供了空间;反过来，植物的根系更有利于促进雨水的蓄留。
中国传统民居的地面
2.中美雨水资源化区域特点
美：美国各州对雨水回用的法律规定也不尽相同，有些州因为水资源贫乏，对于雨水采集有法律上的限制，如科罗拉多州;而中部一些州则在法律上既没有明文鼓励，也没有明文限制，如怀俄明州、北达科他州、南达科他州、内布拉斯加州、堪萨斯等，见下图;西部的州法律则主要是鼓励雨水收集回用，如德克萨斯州、华盛顿州、俄勒冈州、加州等。科罗拉多州法律对雨水采集最为严格，2009年前科罗拉多州的水权利法案基本是完全禁止雨水采集，即使在自己房屋或者农场采集了雨水也被视为盗取了下游有权使用该水源的人的水。科罗拉多州法律中规定流动的水都是备用水资源，因而雨水如果汇流后会流入某条河流，则属于备用水资源，不可以随意采集。但近年科罗拉多州也开始允许居民采集自家屋顶雨水。在新墨西哥州Santa Fe要求新建住宅必须配套雨水收集设备[4]。德克萨斯州为了鼓励雨水收集回用，规定居民购买雨水收集设备可以享受免税政策[4]。
美国雨水回用有室外回用和室内回用。室外回用主要包括农业灌溉、水体景观、公园和高尔夫球场灌溉、消防、冲洗街道(除尘)等;室内回用主要包括工业上回用于电厂或者炼油厂的冷却水、造纸厂和印染厂的工艺用水、冲厕、洗衣、沐浴甚至饮用水。
中：干旱地区为解决生活用水和庭院经济用水的雨水集蓄利用工程。在干旱山区的无水源地区以修建水窖为主，解决人畜饮水困难，促进庭院经济和发展养殖业，并着力于探索窖灌农业的新途径。在有水源的干旱山区，利用小水小泉修建水池、小塘坝等微小型水利工程，尽力发展节水补灌的高效旱作农业。
在旱作农业区,为满足农业生产要求而修建的雨水集蓄利用工程,, 主要集雨措施有修筑梯田、挖掘鱼鳞坑、深耕、覆盖、粮草轮作、窑窖蓄水灌溉等工程措施、农业措施和生物工程措施等.
而湿润半湿润地区降水量多且降水集中，易发生城市内涝。早在20世纪90年代初，就提出了北京城区雨洪利用的对策和技术。截止到2014年，全北京市已建成 25 个蓄水池，已累计收集了 9 万多立方米的脏水，这些脏水没有排入河道，而是被再生利用了起来。
2015年第一批海绵城市试点名单正式公布(16个城市)，分别是：迁安、白城、镇江、嘉兴、池州、厦门、萍乡、济南、鹤壁、武汉、常德、南宁、重庆、遂宁、贵安新区和西咸新区;2016年第二批海绵城市名单公布(14个城市)，分别为：北京、天津、大连、上海、宁波、福州、青岛、珠海、深圳、三亚、玉溪、庆阳、西宁、固原。
3.雨水收集和回用系统
雨水收集回用系统根据收集区域不同主要可以分为屋面、绿地、道路和硬覆盖以及区域雨水收集回用系统四类
屋面雨水收集回用系统
屋面雨水收集系统主要包含屋面、屋檐排水沟、落水管、初期雨水弃流装置、雨水存储设备、雨水雨水净化及消毒设备等组成。雨水储存设备最简单可以为各种不同材质的水桶或者废弃的酒桶等，也可以为大容积专用储水罐;根据雨水回用目的不同，雨水净化和消毒工艺不尽相同。
夏威夷岛屿上，部分居民以雨水作为生活主要或者唯一水源。下面以夏威夷屋面雨水收集系统[5]为例进行介绍。夏威夷居民家中的雨水回用系统并非由政府负责监督其运行状况及安全性，而是居民自己对雨水回用系统负责。夏威夷典型的雨水收集系统如下图所示，雨水从屋面流入带有格栅(用于拦截落叶、动物等)的屋檐沟槽内，然后顺着落水管进入储水罐中，其中落水管上设初期雨水弃流装置，以排除含有屋顶杂质的初期雨水。雨水进入储水罐中进行储存、备用。储水罐必须加装盖子，同时要有溢流装置，罐中的水需要定期加氯进行消毒。雨水输送管道可以通过水泵加压将雨水输送至雨水处理装置等。目前常用的雨水处理工艺主要有过滤和消毒(氯消毒、紫外消毒)等。
屋檐沟槽(带格栅)
立管为初期雨水弃流装置
夏威夷居民雨水回用系统
绿地雨水收集回用系统
面积较大的绿地，修建人工池塘和人工湖，雨水漫流入湖，集中径流人湖口铺砌卵石。湖塘不防渗漏，起向地下补水、调节水量、自然沉淀的作用。湖边设溢流井或溢流口，雨水经绿地涵养后进入湖塘调节和沉淀，雨量大时，通过溢流和管道排放。面积较小的绿地向中间找坡，低处设渗井，雨水经绿地涵养后漫流到渗井，然后通过管道排放。一般面积的绿地，中间修挖洼地，周围找坡，底部铺砌卵石，周围绿化，洼地存水时间较短时，底部植草绿化。
道路和硬覆盖雨水收集回用系统
道路雨水分段通过雨水口和管道排入绿地、洼地和湖塘，有时在路边修建人工池塘，涵养和调节雨水，净化初雨水。美国停车场高度发达，硬覆盖平整，面积较大。硬覆盖雨水通过雨水口和管道排人绿地洼地和湖塘。市中心以街道管道排水为主。收集后的雨水可以用于灌溉、冲洗路面、补给地下水等。
区域雨水收集回用系统
美国中小城镇人口密度小，城镇化程度高，雨水收集回用系统首先考虑土壤涵养，最大限度地涵养雨水;其次利用自然条件和人工设施调节水量，削减峰值，除前端的洼地、湖塘调节外，管道汇集后尽量利用自然条件设置湖塘和人工设施，多次调节，大幅度地消减峰值，大大降低了系统造价。
中国雨水收集系统主要可以分为建筑物屋顶收集、地面径流收集和城市绿地滞蓄。
建筑物屋顶收集
建筑物屋顶的雨水收集依据建筑物的不同构造分为：平顶屋面收集和脊式屋面收集。平顶屋面收集比较简单，因为所有的建筑物都是有落水管的，直接将落水管接通汇水池或者集水沟就可以了;脊式屋面收集则还需在屋檐下安装一段半圆形的水平管，再将水平管接通到垂直的落水管上，也就可以实现雨水的初步收集了。
地面径流收集
地面径流的收集是依靠雨污分流和地面透水材料来实现的。雨污分流就是在城市规划或改建中设计两套管网，一套用来排污，另一套则专门用来排雨，让下雨时形成的地面径流通过雨水管网排到河湖或者雨水收集利用系统。路面铺装透水性材料，通过增加路面物质间的孔隙来实现雨水的下渗和汇集。还可以将道路两侧的绿化和雨水收集口相结合，通过绿化过滤地面径流进行雨水的收集回用。
城市绿地滞蓄
绿地滞蓄一般借助城市中的景观湿地。在这些地区地势较一般路面低，故又被称为下凹式绿地，它们容易汇集雨水，又因为植被覆盖率比较高，汇集到的雨水流动性比较弱，不会像地面径流一样很快流走，只要建立一些简单的明渠就可以直接将雨水汇入周围的景观湖，或者简单过滤后用于绿地灌溉和小喷泉等景观用水。
应用实例
以北京奥运村和奥运会场馆雨水收集利用为例，奥运村和奥运会场馆建设应用了各种形式的雨水收集和回用系统。国家体育场每年可收集雨水5.8万立方米。国家游泳中心每年可回用雨水1万余立方米。世博会核心区域的世博中心、文化中心、主题馆、中国馆等四大永久性场馆和世博轴，都进行了雨水收集利用系统的设置。收集雨水量达到10.97万立方米。在2007年时，由北京市建筑设计研究院有限公司设计的奥运中心区下沉花园雨水利用工程。
深下沉区域雨水利用及蓄洪排水系统流程示意图
在奥林匹克中心区广场90公顷的范围内，通过树脂混凝土线性排水沟收集广场地表雨水径流，在实现雨水高效收集的同时和广场铺装良好地融合在一起。下沉花园雨水收集利用方式以下渗为主，辅助回收;先下渗、净化，再收集、回用; 回用采取就近用于下沉花园绿化用水及观赏景观用水以降低成本。大于80%的深下沉区域广场及人行道采用透水铺装。绿化区域全部采用下凹式绿地或带增渗设施的下凹式绿地，路面和广场多余的雨水可经过绿地入渗。集水系统是由雨水利用系统设计标准内的雨水经过透水铺装及绿地、水平疏水层、竖向疏水层、集水沟等汇集到雨水泵站内的雨水收集池。经2007至2010年雨季监测，运行正常，地面无积水产生，安全可行。由于蓄洪空间同时可做为外排水量的调蓄空间，奥林匹克公园中心区下沉花园在奥运场区建设了大面积的雨洪利用示范工程中具有代表性。
4.中国雨水资源化面临的挑战与展望相比美国雨水回用的发展现状而言，我国从全民意识和法律保障等多方面均有较大差距。近年海绵城市建设的开展标志着雨水资源化被提上了日程。在参照美国的情况与针对国内现状的基础上，本文拟提出促进中国城市未来雨水收集回用的建议[1]。
(1)转变城市雨水收集回用观念
国内相关的部门、行业对雨水的态度需要转变，即要从单纯的城市排水到环境、经济、社会多目标管理进行认识转变;理解可持续发展与环境友好、环境最小干扰的原则;真正做到将雨水看作水资源的必要组成部分。
(2)现有行政管理部门的配合与整合
在我国城市排涝与城市防洪分管于市政和水利两个部门，而涉及城市雨水问题的还有水务、环保、园林等多个部门。因此要彻底解决城市内涝甚至实现雨水资源化，则需要现有的不同行政管理部门之间协作，甚至部门整合。
(3)完善相关法律法规体系
美国现阶段雨水管理的成功推行在于法律的约束和政策的引导，美国各州均有本州的雨水收集指南。而我国目前仍然处理雨水水量控制时期，要更好的实现雨水资源化则需要国家环保部门和各地环保部门法律法规的强制推行，并配合相应的政策引导。
(4)加强基础研究与数据共享
美国雨水管理发展的过程中，技术进步与基础研究发挥了重要作用。近几年国内的研究在这方面已经做了许多基础工作，包括一些示范性项目的完成，相关导则与规范的出台，气象等基础数据库的建立等。但上述方面尚可深化，需要加强导则、规范的可操作性、细化和具体化的基础研究;针对不同地区的雨水管理最佳措施的基础研究;基础数据对公众和相关从业人员的开放度等。
参考文献
[1] http://www.water8848.com/news/201603/21/54767.html
[2] http://www.a-green.cn/
[3] http://www.puertoricodaytrips.com/san-cristobal-cisterns/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Rainwater_harvesting
[5] Patricia S. H. Macomber, Rainwater Catchment System for Hawaii.
对比结束
研究员们辛苦啦，听听大牛们怎么说~
李博
美国华盛顿州环保局项目经理
资源化是一个很重要的议题，在美国这边，雨水的管理也是点源管理的一部分，有专门的雨水排放许可证来进行管理。所有的雨水的排放，都需要有专门的责任单位来负责，申请相关的雨水排放许可证，并通过监测，和相关的处理设备对雨水中的污染物进行去除，最终的目的还是要将雨水排放到河道或者渗透到地下水，来保证河道水量或者补给地下水。
在国内，个人认为，要将雨水资源化，有几件事需要先完成：1. 在合适的地方，进行雨污分流。并不是每个城市都适合全部雨污分流，如果雨水污染严重，和污水质量类似，其实雨污合流处理还是有优势的，但如果雨水污染特征和污水不一样，相对好去除，应该首先考虑雨污分流。2. 针对这种雨污分流的情况，建立类似于美国的雨水排放许可证的方式，明确责任人，加强监管和监测，然后针对雨水的污染特征进行相关的处理，建立一个长期监管的机制。传统的雨水处理设备(生物滞留池，雨水花园等)对后期的运维要求很高，需要有个体系能保证设备的处理率能保持。3. 对雨水资源化理念的改变。在国内，很多城市进行海绵城市等项目的动力是因为洪涝，在相关的海绵城市的设计中，着重强调雨量削减，但其实应该削减的雨量峰值，这样保证雨水管道能排掉，但并不是说就不排了或少排。雨水处理的最终目标是要把雨水中的污染物处理掉，削减峰值后，回到生态中，补给地下水或者河流体系。
苏雨明
美国水资源工程师院资格工程师
关于本文，我有几点想说的。1. 雨水资源化利用是雨水综合管理的一个重要部分，涉及方面内容和对应的技术比较多。尤其在水危机加深，水环境恶化等大环境下，雨水资源化利用是一个很重要的，不可缺少的手段，多数时候符合源头控制这一趋势，还可能有效的缓解一些洪涝问题(双刃剑)。2. 在LID，GI，SUDs，WSUD，海绵城市等理念出现后，诸多国家的雨水管理理念进入一个更可持续的、科学的、综合的阶段(手中无剑，心中亦无剑的境界)，雨水资源化得到了更多的重视，同时也激发了这一手段和技术的不断丰富和进步。3. 很高兴看到本文从中美对比进行的一些简要的探讨和介绍。也希望本文能抛砖引玉，得到中外业内人士的多多讨论，补充，和完善。4. 资源化利用可以说是有深有浅，亦深亦浅：从流域角度的一些灰色基础设施，到区域局域的GI;从工业农业商业的雨水收集利用系统，到普通居民后院的雨水罐;从Managed Aquifer Rege (MAR)，到普通的地表水体补给;从处理后做饮用水，中水，洗车用水等，到不处理直接用于灌溉等。5. 但我们的原则和目的都是一样的。都是最大程度减少对环境的负面影响和破化，恢复自然的生态的水平衡，尽可能的和谐的可持续的发展。也希望能本文开始，吸引更多人更加深入更加系统的对这个方面加以重视和研究。
原标题：【技术聚焦】雨水变资源？看看中美如何将它变废为宝
