海绵城市计算 | 狭义的雨水资源化利用及其计算探讨
发布时间：
2023-08-09
上周“海绵水圈”发布的关于《海绵城市建设下的城市雨水资源利用探讨》一文受到关注，文中提到了“广义的城市雨水资源利用”的概念，有读者对此进行了提问，海绵君抛砖引玉做了一个简单图解，不当之处大家留言讨论。
针对当前海绵城市建设项目中实际遇到的雨水资源化利用/回用的概念，今天想聊一聊与其对应的“狭义的雨水资源利用”及其计算，即：在中小雨的情况下，通过设置雨水收集系统，将雨水从屋面、道路和其他地表收集起来，将收集的雨水进行处理和净化，既可以作为生活用水，也可以替代自来水用于绿化灌溉、路面浇洒、洗车冲厕等非饮用用途。
其实，在中国北方缺水地区和南方降雨丰富地区，针对上述的雨水资源利用会有一些差异。
北方缺水地区：
雨水收集池是一种重要的雨水资源利用措施，由于水资源紧缺，地下水超采等问题，人们通常会建设雨水收集系统，将降雨水收集起来储存起来，主要用于生活用水和农业灌溉，最大限度地利用有限的雨水资源，满足人们的需求。比如“母亲窖”就是一种传统的雨水收集系统，可以储存长达数年的雨水，是当地居民生活的重要水源之一，提供了宝贵的淡水资源。
南方降雨丰富地区：
由于降雨量较多，雨水收集池的利用率相对较少。这是因为南方地区通常有足够的降雨量和水系来满足农业灌溉和生活用水的需求，不需要过多地依赖雨水收集池。在一些特殊情况下，南方的雨水收集池更像是雨水调节池，用于暴雨时的径流峰值调蓄或者小雨时初期雨水的收集处理。当然从节水角度出发，仍可以作为一种补充的雨水资源利用方式，用于浇洒和冲厕等。
我们可以简单认为，北方缺水地区的雨水就是宝贵的生活水资源，需要尽可能的保留下来；南方降雨丰富地区的雨水是辅助水资源，从节水角度可以减少资源浪费。
海绵君认为，正因为上面的原因，缺水地区的雨水收集池和丰雨地区的雨水回用池在设计上存在一定区别，突显在敏感参数“排空时间“。
南方降雨频繁，雨水回用池主要呈现短期回用浇洒，由于气候湿润，雨水中可能含有较多的微生物、悬浮物和污染物，受到高温、高湿等气候条件的影响，容易导致水质变化和污物堆积的速度加快，为避免水质问题，需要较短的排空时间定期排空；
北方的雨水收集池主要是为了长期储存雨水，用于生活用水，但北方地区气候干燥，水质变化和污物堆积的速度较慢，可以长期储存不需要频繁排空，甚至根本不外排。
因此，南方雨水回用池的水量平衡计算就很重要，应为要不断降雨进水和排空，其中降雨量、用水量、补水量和排空量之间的关系是雨水回用池水量平衡的核心要素。降雨量：指每次降雨过程中回用池收集到的雨水量，可以通过气象数据、降雨记录或降雨模拟等方式来估算；用水量：指从回用池中取出的水量，用于灌溉、冲洗、清洁等非饮用水需求；用水量的大小取决于使用场景和需求；补水量：指为了维持回用池中水量的平衡而需要从其他水源中补充的水量，补水量的大小取决于降雨量和用水量之间的差异；排空量：指将回用池中积累的污水或废水排出的量，排空量的大小取决于污水处理和清理的频率。
不管是雨水利用或者是回用，在计算时都有目标值，比如：雨水资源回用率、雨水资源替代率、雨水资源利用率，它们其实是有区别的。
1. 雨水资源回用率：指将收集的雨水用于特定用途的比例。它是通过将回用的雨水量除以总收集的雨水量来计算的。例如，收集了1000m³的雨水，并将其中800 m³用于灌溉，那么雨水资源回用率为80%。
即：雨水资源回用率 = 实际利用雨水量 / 总雨水收集量。
2. 雨水资源替代率：指雨水回用对传统水资源的替代程度。它是通过将回用的雨水量除以传统水资源的使用量来计算的。例如，回用的雨水量为500 m³，而原传统水资源的使用量为1000 m³，那么雨水资源替代率为50%。
即：雨水资源替代率 = 实际利用的雨水量 / 原自来水需求量
3. 雨水资源利用率：指实际利用的雨水占总降雨资源的比例。它是通过将回用的雨水量除以总的雨水资源量来计算的。例如，如果总体降雨量为1000 m³，并将其中200升用于冲洗，那么雨水资源利用率为20%。
即：雨水资源利用率 = 实际利用雨水量 / 总雨水资源量
上面三个公式都提到的实际利用雨水的量，可以按照日、月、季度、年或者其他特定的时间段进行统计。举一个简单的例子，实际情况会复杂很多。
例如，如果你想知道一个月内的实际利用雨水量，你需要记录这个月内每次雨后你实际使用的雨水量，然后将这些数据加在一起，就可以得到这个月的实际利用雨水量。具体计算过程可以是这样的：
假设在一个月内，有5次雨，每次雨后，你通过雨水收集系统收集到的雨水分别是100 m³、200 m³、150 m³、120 m³和180 m³。然后，你将这些雨水用于冲洗、灌溉、清洁等，每次实际使用的雨水量分别是80 m³、160 m³、120 m³、100 m³和150 m³。那么，这个月的实际利用雨水量就是这5次实际使用雨水量的总和，即80 m³+160 m³+120 m³+100 m³+150 m³=610 m³。
如果仔细观察就会发现，池体体积、回用量、排空量和降雨收集量之间的平衡会受到排空频率的影响。因此，有一些设计师朋友经常将雨水回用体积和海绵城市设计指标年径流总量控制率挂钩，是有问题的。
