干旱是一個(gè)長(zhǎng)期存在的世界性難題，而雨水資源的利用是解決或緩解干旱的重要途徑。
美國(guó)西南部干旱地區(qū)的城市在近年降雨偏少水資源緊缺的威脅下，開始關(guān)注雨水利用技術(shù)，并通過(guò)相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出一系列以節(jié)約用水保護(hù)水資源為目的，適用于不同尺度、不同類型建設(shè)，具有干旱地區(qū)特點(diǎn)并行之有效的雨水收集利用技術(shù)。通過(guò)法令法規(guī)與優(yōu)惠政策并重的方式推進(jìn)措施的有效實(shí)施，其經(jīng)驗(yàn)值得中國(guó)西部干旱地區(qū)城市在可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中學(xué)習(xí)借鑒。
一.引言
最新評(píng)估顯示，加州80%的地區(qū)目前處于極度干旱中。當(dāng)?shù)鼐用袢缃裾?jīng)歷的環(huán)境條件實(shí)際上2011年就萌芽了。但目前仍沒(méi)有緩解跡象。水資源緊缺的情況越來(lái)越嚴(yán)重，眾多水業(yè)專家意識(shí)到雨水與暴雨的價(jià)值，并且開始采用和實(shí)施用于集水與貯留的漸進(jìn)式策略。這些策略的核心就是綠色基礎(chǔ)設(shè)施（Green Infrastructure）[和低影響開發(fā)（Low Impact Development）的技術(shù)方法。
二.概念
從廣義上講，綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）和低影響開發(fā)（LID）非常相似，都可以用來(lái)描述這樣一種技術(shù)方法，即使用自然生態(tài)系統(tǒng)來(lái)提供環(huán)境服務(wù)，如收納，清潔和入滲雨水、建立野生動(dòng)植物棲息地、為街道和建筑物遮蔭或降溫以及促進(jìn)交通寧?kù)o化。大多數(shù)情況下，GI是指一種雨水控制措施或做法，這種措施可以減緩、收納、處理、滲透和貯存雨水徑流，其類型包括建筑工程措施（如屋頂雨水收集和處理）和非建筑工程措施（如開放空間的雨水貯留）方法。GI的理念可以通過(guò)采用不同的技術(shù)方法，用于單體建筑（如綠色屋頂、雨水收集桶、貯水器）、社區(qū)（如生態(tài)濕地，生態(tài)調(diào)節(jié)池，透水路面，開槽路緣石）以及區(qū)域（如下沉式景觀中央隔離帶，土地開發(fā)激勵(lì)計(jì)劃）等不同的尺度。
LID通常是指運(yùn)用GI的方法和原理的新建住宅開發(fā)模式，包括：在開發(fā)過(guò)程中盡量減少對(duì)土地的大規(guī)模改造；在開發(fā)中吸收并保留原有的自然特征；通過(guò)運(yùn)用GI和其他技術(shù)在源頭對(duì)暴雨進(jìn)行控制與處理；減少和隔斷不透水地面以及構(gòu)建水文學(xué)模型。
三.亞利桑那州的圖森市
1、城市背景
在美國(guó)西南部的干旱地區(qū)，一場(chǎng)持續(xù)8年的干旱令包括美國(guó)最大的水庫(kù)——Mead湖在內(nèi)的科羅拉多河上的水庫(kù)群嚴(yán)重干枯。在2000年1月時(shí)，Mead湖的蓄水量曾達(dá)到了峰值接近庫(kù)容量的96%，但是到2006年庫(kù)容就急劇下降到51%，以至于美國(guó)參議院能源與自然資源委員會(huì)警告說(shuō)該湖可能在10年內(nèi)徹底干涸。除了科羅拉多河，干旱導(dǎo)致美國(guó)西南部大量城鎮(zhèn)的水資源面臨被耗盡的境地，情況最為嚴(yán)重的是亞利桑那州。然而，經(jīng)過(guò)多年的過(guò)度抽水和低于平均值的降雨，含水層已明顯減少。水資源的嚴(yán)重缺乏不僅讓美國(guó)遭受了水成本高得嚇人的代價(jià)，也讓其遭遇了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，從而導(dǎo)致失業(yè)率上升，引發(fā)社會(huì)問(wèn)題。
2、技術(shù)思路
為了應(yīng)對(duì)水資源逐漸枯竭的不利局面，圖森市開始采用自主研發(fā)的一套雨水收集指導(dǎo)手冊(cè)。這是一個(gè)針對(duì)住宅和商業(yè)開發(fā)計(jì)劃的工具，用于在城市發(fā)展規(guī)劃中引導(dǎo)實(shí)施雨水收集利用的策略。圖森市是美國(guó)第一個(gè)通過(guò)類似法令的城市。
雨水收集指導(dǎo)手冊(cè)與圖森市雨水收集利用項(xiàng)目正是基于這一法令誕生的。手冊(cè)中提出，在保護(hù)水資源方面圖森市的首要任務(wù)是減少用水需求、擴(kuò)大水資源儲(chǔ)備以及更好的利用雨水。手冊(cè)中列舉了眾多雨水利用與雨洪控制設(shè)計(jì)手段，包括微型滯水池、等高線洼槽與非等高線洼槽，干砌石排水溝，石籠，集水箱，貯水器以及透水地面等。除了對(duì)雨水收集并加以利用外，手冊(cè)中的設(shè)計(jì)還致力于在減少雨水排放量的同時(shí)，改善被排放雨水的水質(zhì)。目前，大約40％的圖森市的飲用水被分配用于滿足景觀用水需求，這對(duì)于水資源緊缺的城市來(lái)說(shuō)是一種浪費(fèi)。
在暴雨管理方面多年來(lái)在西南部的基本哲學(xué)是將徑流視作一種廢棄物而非資源。平均而言，圖森市每年降雨量約11英尺。最近幾年政府部門及學(xué)者們正在努力改變這種格局。越來(lái)越多的人認(rèn)為，暴雨應(yīng)該完全被視為可以使用并有益于人類的珍惜資源。
降雨過(guò)程通常非常復(fù)雜。冬天，這個(gè)區(qū)域的降雨是平緩且較為規(guī)律的，但是夏天的降雨通常伴隨著密集的局部雷暴。不過(guò)，在暴雨期間，30分鐘內(nèi)收集到一英尺半的降雨也并不困難。就這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在非常稀少及不均勻的雨水補(bǔ)給條件下，尋找減緩徑流、增加徑流滯留及促進(jìn)更均勻的地下水補(bǔ)給的方法是非常重要的。
雨水收集指導(dǎo)手冊(cè)概述了評(píng)價(jià)場(chǎng)地條件和匹配景觀特點(diǎn)的整合式土地開發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程。一個(gè)高效的設(shè)計(jì)應(yīng)該是在節(jié)約資源的同時(shí)具備豐富的功能和可持續(xù)性。有效的雨水收集系統(tǒng)減少了水資源的消耗、能源的需求和景觀維持的需水量，并且具備自適應(yīng)性，即能夠很好的適應(yīng)不同類型的發(fā)展需求，例如商業(yè)用地、公共建筑和公眾權(quán)利的訴求。圖森市的手冊(cè)被看作是一個(gè)基礎(chǔ)性的指導(dǎo)，同時(shí)特定雨水收集技術(shù)的實(shí)施需要規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行相關(guān)修正。
3、技術(shù)指引
千篇一律的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)部分功能，但永遠(yuǎn)無(wú)法最大效率的發(fā)揮作用。每一個(gè)規(guī)劃項(xiàng)目的現(xiàn)狀條件都是唯一的，因此探尋一種適應(yīng)特定現(xiàn)狀條件的自定義系統(tǒng)是非常重要的。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮等高線、排水系統(tǒng)和景觀設(shè)計(jì)。
（1）微型收集池
指導(dǎo)手冊(cè)詳細(xì)的介紹了微型收集池的使用方法和適用范圍。這是一種可以在緩坡或幾乎沒(méi)有坡度的地區(qū)有效收集少量雨水徑流的技術(shù)。同時(shí)，它可以以一組的形式來(lái)應(yīng)對(duì)較為集中的徑流，結(jié)合偏置式溢洪道共同形成更長(zhǎng)的徑流流行路徑，以促使更多的干燥土壤得到雨水的入滲。微型收集池還可以沿山體等高線建設(shè)，以延緩自山上流下的降雨徑流，或作為洼地或開槽路緣石內(nèi)用以滯留路面雨水的小型收集池來(lái)滯蓄雨水。
（2）等高線洼槽
等高線洼槽也是一種雨水收集技術(shù)，適用于中等規(guī)模的淺灘區(qū)和雨水徑流流行速度較慢的中小型流域，例如城市開敞空間和公園。設(shè)計(jì)原理是第一個(gè)洼槽攔截并滯蓄徑流，第二個(gè)洼地則是攔截并滯留第一個(gè)洼地溢出的雨水，如果需要的話還可以將溢出的徑流，通過(guò)重力流方式轉(zhuǎn)輸至其他地方。
（3）非等高線洼槽
相比較而言，手冊(cè)中推薦非等高線洼槽應(yīng)用在與等高線有較小傾角的中型流域。其功能是使暴雨徑流受控制的沿坡度緩慢下行，最大限度的進(jìn)行入滲，補(bǔ)給地表植被需水，控制土壤侵蝕，減小徑流流速，并最終保護(hù)重要地區(qū)不受雨水徑流的威脅。該類洼槽的類型包括口袋式洼地，即安裝一個(gè)攔水地埂或緩坡護(hù)堤穿過(guò)徑流的流行面并延伸出去再?gòu)澔氐搅餍忻�，在雨水流行路徑上形成多個(gè)相互毗鄰的、由高出地面的地埂圍成的小型半開放式淺池，截留并蓄滯雨水。其他類型的非等高線洼槽設(shè)計(jì)包括回旋洼槽及停車場(chǎng)護(hù)埂。
（4）干砌石排水溝
手冊(cè)中詳細(xì)介紹了干砌石排水溝技術(shù)，從平原到中等坡度的斜坡都可適用。其可以有效的攔截中低規(guī)模的徑流并明顯提升了雨水在填石溝渠兩端及兩側(cè)入滲的速度。干砌石排水溝適用于沿草坪步道鋪設(shè)用以攔截屋頂徑流；或者采用豎立的碎石樁形式，將地面雨水直接引導(dǎo)至樹根周圍。
（5）石籠
雨水收集指導(dǎo)手冊(cè)還介紹了石籠在小型河道的一些應(yīng)用。石籠的功能類似半滲透的隔離層或者層級(jí)控制結(jié)構(gòu)，用以減緩但不停止雨水徑流的流動(dòng)。石籠也同時(shí)防止上游的土壤侵蝕，存留豐富的碎屑并有利于雨水入滲至周圍的土壤。
（6）貯水設(shè)施
手冊(cè)中還對(duì)貯存設(shè)施給出了一些推薦。水箱可以用于收集和儲(chǔ)存屋頂徑流以便稍后使用，而土壤覆蓋物則是一種較為有效的減少土壤中水分蒸發(fā)的有效技術(shù)。事實(shí)上，相較于圖森市11英尺（約28厘米）的年降雨量，該地區(qū)靜水的年平均蒸發(fā)量大約是78英寸（約198厘米），即光照能夠迅速蒸發(fā)土壤水分并通過(guò)毛細(xì)管提升至土地表面。針對(duì)圖森市的蒸發(fā)特點(diǎn)，手冊(cè)介紹了地表覆蓋技術(shù)。其使用的土壤覆蓋物是一層適用于任何土壤表面的覆蓋材料，具有以下特點(diǎn)：①可以保存土壤水分；②可以改善土壤的養(yǎng)分和健康度；③可以減少雜草的滋生；④可以增強(qiáng)視覺(jué)吸引力，提高景觀效果。土壤覆蓋物通常由自然的有機(jī)物質(zhì)組成，但也可以不局限于此，這種材料的使用期限可以是永久性的，也可以是臨時(shí)性的，可以用于裸露土壤也可以用在木本植物根系周邊[4]。在圖森市，土壤覆蓋物布置于雨水收集池的裸露土壤表面，此種做法可以有效降低土壤表層溫度進(jìn)而限制土壤中水分的蒸發(fā)。
四.新墨西哥州的圣塔菲市
1、城市背景
在毗鄰亞利桑那州的新墨西哥州，類似的雨水收集措施也在不同的層面進(jìn)行著研究、規(guī)劃和實(shí)施。作為新墨西哥州的首府，圣塔菲市（Santa Fe）以豐富的歷史遺存和鮮明的西班牙村莊建筑特色聞名于世。然而受困于最近幾年的持續(xù)干旱，圣塔菲市開始將促進(jìn)雨水收集并將之作為干凈、有益和可持續(xù)的天然資源，看作是城市發(fā)展中的重要任務(wù)。和其他城市類似，圣塔菲市鼓勵(lì)各種主動(dòng)或被動(dòng)的雨水收集技術(shù)，并在地形管理、雨水系統(tǒng)建設(shè)和景觀設(shè)計(jì)導(dǎo)則中制定了相關(guān)內(nèi)容。開發(fā)商實(shí)施此類策略可以就開敞空間的建設(shè)需求申請(qǐng)貸款。
2、政策引導(dǎo)
盡管圣塔菲市并沒(méi)有強(qiáng)制要求進(jìn)行雨水收集，但是有相當(dāng)一部分資金用于鼓勵(lì)相關(guān)的實(shí)踐。這些對(duì)雨水的收集利用將對(duì)干旱地區(qū)的圣塔菲市，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生影響。
已經(jīng)開始實(shí)施的新住宅綠色建筑條例鼓勵(lì)雨水利用，使用雨水利用和雨水灌溉技術(shù)的新建住宅在申請(qǐng)建設(shè)許可時(shí)將會(huì)獲得優(yōu)惠政策。此外，還寫入了新開發(fā)用地的雨水管網(wǎng)和系統(tǒng)需要建設(shè)主動(dòng)式或被動(dòng)式的雨水收集利用設(shè)施的內(nèi)容。通常情況下，雨水措施以排水為目的，但是現(xiàn)在城市通過(guò)法律形式，讓越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到雨水利用技術(shù)對(duì)促進(jìn)水資源保護(hù)的重要性。
盡管還沒(méi)有在城市管理?xiàng)l例中寫入雨水利用的相關(guān)條款，但是圣塔菲市近年來(lái)正在不斷的要求和鼓勵(lì)開發(fā)商在各種可能的機(jī)會(huì)中，通過(guò)一種有益的方式積極的實(shí)施雨水收集和雨水蓄滯技術(shù)。通常情況下，這種方式是指滿足景觀需水的要求。
同時(shí)，圣塔菲市政府還提供了一些其他的節(jié)約用水激勵(lì)措施，其中就包括一個(gè)雨水收集桶的信貸計(jì)劃。購(gòu)買雨水收集桶的居民將收到一次性使用的30美元信用用以支付水費(fèi)，即由政府一次性的替居民支付30美元的水費(fèi)。該市還正在推廣節(jié)水型家用設(shè)備和管道附件，以及尋找可以將屋頂徑流收集后沖洗廁所的辦法。圣塔菲市所在的圣塔菲縣也同步推出了一系列政策法規(guī)，同樣旨在引導(dǎo)雨水利用技術(shù)與城市建設(shè)無(wú)縫融合。例如，縣內(nèi)規(guī)定所有住宅開發(fā)都必須進(jìn)行屋頂雨水收集并將之用于景觀灌溉，其中要求收集面積不小于屋頂總面積的85%；受熱面積小于或等于2500平方英尺（約232平方米）的住宅必須使用雨水收集桶、貯水器或者其他的收集雨水的小型盆地；大于2500平方英尺的住宅必須安裝包括貯水器在內(nèi)的主動(dòng)式雨水收集系統(tǒng)。對(duì)于商業(yè)開發(fā)，則要求所有的屋頂雨水徑流都要被收集進(jìn)入貯水器用于景觀灌溉。此外，縣內(nèi)規(guī)定土地開發(fā)需要建設(shè)雨洪滯留池蓄滯硬化地表和屋頂溢流后的雨水徑流，并鼓勵(lì)將貯水器和蓄水池中的雨水與定時(shí)滴灌系統(tǒng)結(jié)合，真正做到高效利用雨水。
3、技術(shù)方法
圣塔菲市正在實(shí)施的被動(dòng)式雨水利用技術(shù)，包括放置于屋頂集水管下的雨水收集桶、開槽的路緣石和下沉式景觀隔離帶。主動(dòng)式技術(shù)包括附帶一組水泵的用于景觀灌溉的雨水收集系統(tǒng)。
在過(guò)去的幾年，圣塔菲市的幾個(gè)新項(xiàng)目就整合了雨水收集的方法。例如，圣塔菲市的新市民中心，這個(gè)擁有接近75000平方英尺（約7000平方米）屋頂面積的新項(xiàng)目，包括了一套收集系統(tǒng)和和一個(gè)容量達(dá)到45000加侖（約170立方米）的屋頂雨水貯水器。面積達(dá)到12.5英畝的圣塔菲Railyard公園廣場(chǎng)是另一個(gè)城市項(xiàng)目，其包括從屋頂收納雨水的收集系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)和再利用系統(tǒng)。收集到的雨水集中儲(chǔ)存于埋在公園地下的75000加侖（284立方米）的貯水器，并通過(guò)一個(gè)容量達(dá)到35000加侖（132立方米）的水塔，對(duì)公園內(nèi)的景觀綠地進(jìn)行灌溉澆灑。還有圣塔菲市新圖書館，同樣具備了屋頂收集系統(tǒng)和一個(gè)26000加侖（約100平方米）的貯存器。圣塔菲市正在尋找一切機(jī)會(huì)用一種有益的方式治理雨水。
圣塔菲市暴雨管理處也在推廣一項(xiàng)雨水滲透項(xiàng)目，該項(xiàng)目使用了包括生物滯蓄和LID等類型的滲透技術(shù)，以及一個(gè)多孔人行道路面的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。可以看出，這個(gè)典型的干旱地區(qū)城市正在改變?cè)械耐恋亻_發(fā)模式，包括生物洼地、路邊收集渠、生物滯留塘、人行道透水鋪裝和雨水花園等技術(shù)，在城市設(shè)計(jì)中不斷的得到應(yīng)用。針對(duì)暴雨徑流設(shè)計(jì)的思想正在這個(gè)城市中慢慢的發(fā)生轉(zhuǎn)變，雨水利用技術(shù)對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展越來(lái)越不可忽視，促使城市管理者以更高的熱情利用一切可能的機(jī)會(huì)來(lái)推廣相關(guān)的雨水滲蓄技術(shù)。
五.結(jié)語(yǔ)
世界干旱區(qū)總面積約為61億公頃，占世界陸地總面積的35%，其中9億多公頃為極端干旱的沙漠地區(qū)，近52億公頃為干旱、半干旱和干燥的半濕潤(rùn)地區(qū)，這些地區(qū)都曾是人類的聚居區(qū)。干旱地區(qū)，存在著很多的問(wèn)題，包括生態(tài)環(huán)境較為脆弱惡劣，水資源十分匱乏，時(shí)空分布極不均衡，還有水土流失問(wèn)題，因此，干旱地區(qū)的人居環(huán)境建設(shè)，首先就要想辦法解決這些問(wèn)題。現(xiàn)在，美國(guó)西南部的眾多城市像圖森市和圣塔菲市一樣，對(duì)雨水作為重要的資源在城市可持續(xù)發(fā)展中起到的作用越來(lái)越重視，開始相繼在雨水利用方面實(shí)施一些列的政策和技術(shù)引導(dǎo)，并取得了土地開發(fā)、防洪排澇、保護(hù)水資源和美化景觀等多要素協(xié)調(diào)發(fā)展的寶貴經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)于發(fā)展中的中國(guó)西部廣大干旱地區(qū)的城市，具有十分現(xiàn)實(shí)的借鑒意義。為了合理、充分地利用雨水資源，實(shí)現(xiàn)西部干旱缺水地區(qū)水資源的可持續(xù)利用，使雨水資源化，特提出如下建議： (1)建立良性的雨水利用運(yùn)行機(jī)制。(2)加強(qiáng)雨水利用的理論研究。(3)提高雨水的利用率。
