雨水利用有着悠久的历史,早在4000多年前的中东、南阿拉伯以及北非地区,就出现用于灌溉、生活、公共卫生等的雨水收集系统。古代中东的钠巴特人在涅杰夫沙漠,把从高地汇集的雨水径流由渠道分配到各个田块,或把雨水回流到窖里,以在旱季浇灌农作物。在以色列的内盖夫沙漠中,雨水是唯一的水源,而且年降雨量仅100mm,却种出了庄稼并建立了城市,成为灿烂一时的沙漠文明;在同干旱气候长期的斗争中,希腊人、阿拉伯人、以色列人也积累了收集利用雨水的丰富经验。阿拉伯人汇集雨水进行灌溉,曾以罗马帝国的粮仓著称;在斯里兰卡,为了发展农业,早在公元前就修建了小型阶式池塘,在丰雨季节蓄水,供缺水季节使用。
由于全球范围内水资源短缺和暴雨洪水灾害的频繁,为了唤起人类重视雨水资源的有效利用,1982年,在夏威夷召开第一届国际雨水集流会议,嗣后成立了国际雨水集流系统协会(International Rainwater Catchment Systems Association,IRCSA),并多次召开雨水集蓄利用学术会议,促进了国际间雨水利用的交流与研究。雨水利用研究从应用推广逐渐向理论研究、学科建立方向发展,成为当今生态保护水资源利用研究的前沿课题。
近20年来,美国、日本、德国、英国、意大利、澳大利亚、丹麦、新加坡、印度、等40多个国家相继开展了雨水利用的研究与实践,并召开过十三届国际雨水利用会议。其中,德国、日本、美国等发达国家雨洪利用发展较快,技术先进,它们将雨水利用作为解决水资源问题的战略措施。建立起了完善的雨水收集利用体系及相关的规范制度。并开始走向系统化,集成化和规范化。
日本
20世纪60年代,日本开始收集利用路面雨水,70年代修筑集流面收集雨水,采用各种渗透设施截留雨水或收集利用,并做了大量的研究和示范工程。1980年,日本建设省开始推行雨水贮留渗透计划。才用雨水贮留渗透计划,可以有效的补充涵养地下水,复活泉水,恢复河川基流,改善环境生态条件。
利用雨水贮留渗透的场所一般为绿地、公园、停车场、建筑物、道路等,才用渗透设施有渗透池、渗透管、渗透井、透水性铺盖、调节池等。
1992年日本“第二代地下水总体规划”将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市规划的一部分,要求新建或改建的大型建筑设施必须有雨洪收集设施或就地下渗设施。在东京,已有8.3%的人行道采用了透水性柏油路面。雨水通过透水性路面渗透到地下,经过收集设施收集处理后加以利用。据统计,目前,日本已有雨水利用设施建筑物100多座,屋顶集水面积达20多万平方米。
德国
德国雨水资源比较丰富,大部分地区多年平均降雨量在800~1500mm以上,年内分布比较均匀,且降雨强度也不大,极少有暴雨。德国的自然条件非常有利于开展雨洪资源利用。同时德国也非常注重雨洪资源的利用,自20世纪80年代开始,德国就大力发展雨水收集利用的研究和应用,并于1980年制定了屋面雨水利用设施标准,目前已经成为世界雨洪利用最先进的国家之一。
德国所收集到的雨水相当广泛,有工业、公共场所、家庭等多领域。通过使用雨洪水,家庭饮用水量可节省达50%的耗水量,分布主要为:厕所冲洗33%,洗衣物13%,地板清洁2%,花园浇灌3%。
德国成立专门的水资源回收利用和雨水利用的组织机构,提供雨洪资源利用等方面的信息平台。德国还对雨水的收集、过滤、存储、运输设备进行标准化设计制造,安排专门的管理人员。经过近30年的发展,德国的雨洪资源利用已经进入标准化、产业化阶段,开始向集成化、综合化方向发展。
德国还出台了相关的政策法规。要求德国各个城市在新建小区之前,无论工业、商业、居民生活小区等,必须要设计雨水利用设施,如过没有,政府要征收雨水排放设施费和雨水排放费。
美国
美国已经转变过去单纯解决雨水排放问题的观念,认识到雨水对城市的重要性,雨洪资源利用以提高天然入渗能力为宗旨。各州普遍推广屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水路面组成的地表回灌系统,让洪水迂回滞留于曾经被提防保护的土地中去,既利用了洪水的生态功能,同时减轻了其他重要地区的防洪压力。其中加州富雷斯诺市年回灌量占该市年用水量的1 /5。
美国不但重视工程措施,而且还制定了相应的法律法规对雨水利用给予支持。如科罗拉多州(1974)、佛罗里达州(1974)和宾夕法尼亚州(1978)分别制订了《雨水利用条例》。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平。所有新开发区必须强制实行“就地滞洪蓄水”。
丹麦
由于丹麦地表水资源匮乏,丹麦的水资源供应主要依靠地下水供给为主,很多地方的地下水含水层已经被过度开采。为此,丹麦开始重视雨洪资源的利用,在城市地区从屋顶收集雨水,收集后的雨水经过收集管底部的过滤设备,进入贮水池进行贮存,使用时利用泵经进水口的浮筒式过滤器过滤后,用水冲洗厕所和洗衣服。每年能从居民屋顶收集645立方米的雨水,占居民冲洗厕所和洗衣服用水量的68%,占居民用水总量的22%。
英国
以英国伦敦的世纪圆顶雨水收集利用系统为例,该建筑是为了庆祝新千年的到来由泰晤士河水公司建立的。该建筑耗资7.58亿英镑,中心穹顶高50m,屋顶面积100000平方米。作为环保措施的一部分,泰晤士河公司在该穹顶安装了大型的中水回用装置,以穹顶收集的雨水作为建筑内的厕所冲洗提供100立方米/d的回用水。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。从面积相当于12个足球场大小的10万平方米的圆顶盖上收集来的雨水经过24个专门设置的汇水斗进入地表水排放管中,初降雨水含有从圆顶上冲刷下的污染物,通过地表水排放管直接排入泰晤士河。。收集的雨水依次通过一级芦苇床、泻湖及三级芦苇床。芦苇床的面积各为250平方米,泻湖的容积为400立方米。芦苇床身0.6m,坡度为0.5%。为防止冲刷,湖底床铺河卵石,直径在5~10mm之间,同时种植当地高耐盐性的芦苇,其种植密度为4株/平方米。雨水在芦苇床中通过多种过程进行净化:在芦苇根区的天然细菌降解雨水中的有机物;芦苇本身吸收雨水中的营养物质;床中的砾石、砂粒和芦苇的根系起到过滤系统的作用。芦苇床还能增加城市的景观多样性,成为世纪圆顶的一个很好的生态主题。