城鎮雨水利用研究

申亞青　楊國紅　陳新年　李亞嬌

摘 要：近年來我國城鎮化速度不斷加快，社會經濟水平高速發展，社會得以快速發展的同時城鎮人口也急劇增長，城鎮面積迅速擴大，但也造成了城鎮洪澇災害、干旱缺水、水環境惡化問題的日益凸顯。雨水利用是解決這些問題的重要途徑。文章以石板灘鎮為研究對象，對其地形進行了分析研究，并根據地形的分析結果和各匯水面的特點給出了雨水收集、利用的措施。

關鍵詞：雨水利用；城市地形；水資源

水是社會和經濟的發展的重要保障。全球水量是非常豐富的，但人類真正能夠利用的淡水資源卻非常有限，可利用的淡水資源占全球總水量的比例還不到1%。隨著城市經濟的快速發展和城市化進程的不斷加快，城鎮開始出現人口急劇增多，水資源短缺，洪澇災害頻發和水環境污染等問題。這些問題對現有水資源和水環境造成了巨大的壓力。對城市雨水進行收集利用是解決這些問題最直接、最有效的途徑。雨水水質一般較好，主要的污染物是大顆粒無極污染物，簡單的處理就可以去除[1]。而且，雨水資源化利用可以加強雨水的入滲量，提升城市地下水水位，還可以減輕城市排洪壓力，降低城市洪澇災害發生的可能[2]。由此可知，雨水的資源化利用對城鎮的可持續發展具有非常重要的研究價值。

目前，雨水的收集利用已成為全球研究的熱點問題。楊國紅等[3]利用GIS估算出了石板灘鎮一年可收集到的雨水量，并從宏觀層面提出了雨水利用模式，但沒有考慮地形的影響。雨水利用工程是多途徑、多層次的系統工程，與當地雨水利用潛力、地形特征、下墊面情況、等地理信息因素密切相關。文章以GIS（Geographical Information System）為分析平臺充分發揮GIS的空間數據的分析和處理功能，建立該鎮的TIN（Triangular Irregular Network）表面模型，并結合該地區的地形特征分析雨水的收集利用策略。

1 研究區概況

成都市位于我國西南部，地形主要是平原和部分臺地。成都市屬于亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，四季分明，無霜期長，雨量充沛、日照較少。石板灘鎮位于成都市新都區的東部中心，屬于工業型城鎮，是成都市市級重點鎮。總占地5.23平方公里，人口大約4萬人。楊國紅等人[3]對石板灘鎮的雨水收集潛力進行了研究得出，石板灘年降雨總量多達4.6×106m3，實際可收集的雨水量為1.6×106m3，相當于年用水總量的79%和26%，雨水收集利用潛力巨大。如果能把可收集的雨水充分收集利用可以有效的緩解水資源問題。

2 城鎮雨水利用分析研究

雨水利用應該盡量不破壞原有的水網結構，充分利用有利地形，因地制宜的在各匯水面內進行雨水利用。基于GIS的雨水利用研究，利用GIS對建立的區域地形圖進行分析，根據地形確定雨水的利用方式、規模和位置。

本研究首先通過Goody Gis提取石板灘鎮的高程數據，在ArcGIS中加載高程點數據，利用3D分析工具創建TIN表面模型，分析結果如圖1。從地形圖中可以看到石板灘鎮在東北-西南向有一條寬窄不等的帶形槽地，這主要是因為沿河地帶受近代水流侵蝕。槽地兩側高程基本在480m到490m之間，高程變化不大，總觀全貌，為一微有起伏的波狀平原。所以河道兩側地形影響比較小可不考慮。城市雨水資源化利用應以就地利用為主，針對不同的下墊面類型及可收集的雨水量可采取不同的利用方式，在降低利用成本的基礎上力求提高雨水收集利用效率。

2.1 水域

由于水域是敞開的水體，不受其他因素的影響，降落的雨水可全部收集，在石板灘鎮河流的地勢最低，沒有被收集的雨水會匯入河流，河流增加的雨水量會遠大于該匯水面的降雨量，易引發洪水災害，所以要在河岸采取一定的保護措施防止發生洪水災害。相關研究表明，可以采用下凹式綠地和蓄水池削減洪峰流量，減小徑流系數，推遲峰現時刻，還能增加雨水收集量，而蓄水池削峰蓄洪的效果比下凹式綠地更為顯著[4]。所以可以在河流附近建立蓄水池來收集儲存雨水，不僅可以降低洪水發生的可能，還可以在旱季作為補充水源，同時可以把生態用地建成下凹式綠地作為輔助措施。有條件的也可以增加水體面積使水域成為一個天然的蓄水池，這樣河流能夠接納更多的雨水，防洪能力提高，加大了地下水的入滲量回補地下水。

2.2 建筑區

城鎮建設用地、工業用地和物流用地為建筑區，集雨面為屋面，屋面降雨徑流系數較大，可收集雨水量占可收集雨水總量的51%，而且屋頂雨水水質相對較好，易于直接收集利用。為了保證收集的屋面雨水的水質，屋面的材料要優先選用對雨水污染比較小的材料。初期雨水水質較差，應設置初期棄流裝置將前15分鐘的雨水排入污水管網[1]。對于城鎮建設用地可設置屋頂水箱用于儲存雨水，水箱設過濾裝置。收集的雨水經簡單過濾后可用于沖廁和生活雜用水。超過水箱容量的雨水流入綠地、草坪等最終匯入附近的蓄水池。工業用地和物流用地的建筑，用水點少且屋面面積一般較大。對于這樣的大面積屋面排水宜采用虹吸式排水系統并設置蓄水池來收集雨水。道路、廣場等不透水地面是良好的雨水收集面，在道路和廣場建設地下蓄水池不僅減少占地還有利于雨水的匯集。收集的雨水經過一定的處理后可用于工業用水、周圍地區的市政用水，也可以輸送到周圍的洗車場用來洗車，從而減少對自來水的需求。

2.3 道路

道路降雨徑流系數大，把這部分雨水匯集起來不僅可以減少汛期城市洪澇災害的發生，同時還可用于城市道路沖洗、綠化等。路面雨水相對屋面雨水來說懸浮物較多，水質較差，需要進行一些處理后才能收集利用。可以把道路兩側的綠化帶建設成造型漂亮的集水溝，在集水溝內種植草類，這一方法在波特蘭得到廣泛的應用，被稱為綠色街區計劃，這種方法使雨水所攜帶的大顆粒物質被攔截沉淀降低受污染的地表水進入河流和水系的可能。對于超過集水溝入滲能力的雨水應該通過蓄水池來進行收集儲存。可以利用綠地蓄水池進行收集，綠地蓄水飽和后，部分雨水從綠地溢流出，進入雨水管道匯入附近的地下蓄水池。對于道路雨水的收集利用，集水溝和綠地蓄水池建設顯得尤其重要。一方面道路附近的綠地蓄水池收集的雨水便于用于城市道路的沖洗、綠化和景觀用水，雨水就近利用率高，能夠取得很好的生態效益和經濟效益；另一方面集水溝和綠地蓄水池延緩地表水進入地下排水系統的速度，從而緩解對地下排水系統的壓力及河流的承受，減少對地下排水管道的需求，減少鋪設這些管道的費用，從而減少市政開支。

2.4 生態用地

生態用地多為綠地，綠地是一種天然的滲透設施。雨水在自然的循環過程中，落到地上的雨水大約有80%將被截留并滲入地下補充地下水，剩余20%將形成地面徑流被排走。但是隨著城鎮化的加快，大量的地面被硬化造成雨水入滲量大大減少。城市雨水利用工程應盡量遏制這種改變，維持原來的自然水文環境。所以要充分的利用綠地的強入滲能力提高城鎮雨水的入滲量，同時，植物的根可以將雨水中的懸浮物和雜質攔截，起到了水土保護和凈化水質的作用。因此公園、草坪、綠化帶等生態用地應該略低于附近道路，以接納周邊區域的雨水徑流。為進一步加大入滲量可以建設下凹式綠地，在條件允許的情況下可適當加大下凹式綠地的高差，以增加綠地可儲存的雨水量，綠地內宜種植一定比例的耐水淹的植物品種。其他類型的匯水面可以根據具體的地表特征和可收集雨水量的多少選擇不同的利用方案對雨水進行利用。

3 結束語

雨水資源化利用是解決城鎮水資源短缺問題的重要途徑，同時具有緩解城市洪澇災害和保護生態環境的作用，對城鎮可持續發展具有重要意義。雨水收集利用是一個與當地降雨特點、地形特征、土地利用類型等地理信息參數密切相關的多途徑、多層次的系統工程，利用GIS在空間數據采集與處理方面的強大功能，可大大提高雨水收集與利用效益。

參考文獻

[1]劉寶山.城市小區雨水利用的研究[D].天津：天津大學，2008 .

[2]Hiroaki Furumai.Rainwater and reclaimed wastewater for sustainable urban water use[J].Physics and Chemistry of the Earth，2008，33（5）：340-346.

[3]楊國紅，申亞青，陳新年.基于GIS的城鎮雨水利用研究[J].科技創新與應用，2014，30（14）：14-15

[4]侯愛中，唐莉華，張思聰.下凹式綠地和蓄水池對城市型洪水的影響[J].北京水務，2007，3（2）：42-45.

*通訊作者：申亞青（1988-），女，山西晉城人，碩士研究生。