基于場地尺度的遼西丘陵區雨水利用研究

徐成良

(遼寧省東水西調工程建設局，遼寧 沈陽 110000)

遼西半干旱區包括朝陽、阜新、錦州、葫蘆島四個市，總面積近5萬km2。該地區光照資源充足，降水量少、蒸發量大，水資源量和人均占有量均居遼寧省末位，屬于水資源嚴重缺乏區。要解決遼西干旱地區的水資源問題，一是通過跨流域引水，但是這種方式不僅投入巨大，且難以解決廣大丘陵區水資源短缺問題；二是有效利用雨水這一區域內唯一潛在水資源[1]。但是，遼西丘陵地區在雨水利用方面仍存在諸多問題：一是生態環境脆弱，不能再遭受進一步的人為破壞。二是該地區干旱頻發，短暫的降雨難以滿足生態、土壤的水資源需求。由于上述因素的制約，遼西丘陵地區的與水資源利用一直處于較低水平。因此，只有加大雨水利用方面的研究，才能有效解決遼西地區的水資源緊缺問題。鑒于丘陵地區環境的特殊性，場地要素是影響雨水資源利用的重要因素[2]。文章試圖從場地適宜性的角度對雨水利用展開研究，探討不同尺度場地下的雨水利用方式，以解決雨水利用工程效率低下或需水維持等問題，為遼西地區的雨水資源利用提供理論支撐和實踐指導。

1 宏觀流域尺度的雨水利用

遼西丘陵地區植被受到嚴重破壞，且降雨集中，夏季多短時暴雨，極容易造成嚴重的水土流失。同時，遼西地區地質環境和土壤結構條件亦十分特殊，受多年水土流失因素的影響，域內地形支離破碎，嚴重影響到當地的生態環境。根據水土流失的原因和規律，暴雨、植被、土質和地形是影響水土流失程度的四大要素，只要其中的任何一個因素發生顯著改變，即可對區域內的水土流失產生較強的抑制作用[3]。當前，暴雨因素仍屬于不可控因素，所以遼西丘陵區的水土流失抑制主要有兩個途徑：一是通過植被再造逐步改變土質，二是通過淤地壩在小范圍內改變地形。針對遼西地區的特點，可以將上述兩種方式結合起來，實施壩系生態工程模式。

壩系工程是指針對遼西地區的特征開發的小流域治理工程模式，通過壩系工程，不僅可以實現雨水高效利用，還具有墾殖、防洪等附屬功能。具體而言，壩系工程包括溝道攔蓄系統、溝灘種植帶、溝坡周邊生物帶和緩坡林網開發，其中涉及雨水直接利用的是溝道攔蓄系統。適合水土流失嚴重的遼西地區的溝道攔蓄系統是淤地壩，也就是在小流域的溝道中建設壩體，對裹挾大量泥沙的暴雨徑流進行攔蓄，使泥沙在壩前得到充分沉淀和淤積，泥沙沉積后的上層澄清水體可以就地儲存或通過附屬設施流向下游。通過階梯設置的壩體系統，可以將隨暴雨沖刷流失的泥土被攔截淤積在溝道內，再促使地形發生變化。

2 中觀城鎮尺度的雨水綜合利用

2.1 城鎮分布形態與雨水利用

遼西丘陵地區的人類居住區是沿著河谷溝壑分布的。具體而言，該區域的主要城市如錦州、朝陽、阜新等主要分布在區域內的大凌河和小凌河等主干河流兩側，而縣城、鄉鎮和村落則沿著次級河流和小支流乃至溝道的兩岸分布。按照我國的地勢特征，遼西地區位于我國的第二階梯上，由于當地的地形、地質和氣候特點的綜合影響，形成了許多河谷川地，這些河谷中地勢平坦的位置成為當地城鎮建設的主要區域。

由于遼西地區地貌和地質兩個因素的共同影響和作用，川谷型城鎮成為遼西地區的主要城鎮類型[4]。這些城鎮一般根據河谷的地形走勢臨河或跨河而建，呈現出明顯的“U”型剖面結構。基于上述特征，在場地的中觀尺度視角下，主要從臺塬、山地以及階地三種不同的地形特點進行雨水利用的方法設計。

2.2 臺塬的雨水利用方式

臺塬是水土流失嚴重地區的一種特殊地貌，其特征是頂面為平坦寬闊，四周為溝壑包圍。遼西地區的臺塬地邊緣的傾角一般為3°～5°，周圍為溝谷。針對臺塬頂部面積較大、地勢相對平坦，水土流失輕微的特點，建議采用澇池、水窖、塬邊埂(圖1)等方式進行雨水的資源化利用。

圖1 塬邊埂示意圖

2.3 山地的雨水利用

相關研究成果顯示，在水土易流失區，當坡面的坡角為2°～4°時，只會產生較為輕微的水土流失；如果坡面的坡度為8°～15°，會產生比較明顯的細溝侵蝕現象；如果坡面的坡度為20°～35°，切溝侵蝕作用會十分明顯[5]。另一方面，降雨量也是影響水土流失的重要因素。例如，在相同的坡度下，如果暴雨產生的地表徑流量擴大6%，水土流失量則會增加40%。因此，遼西地區山坡地的雨水利用可以有效降低地表徑流量，從而達到防止水土流失的目的。同時，雨水利用還可以提高山坡農田以及林草植被的收益。結合遼西地區山坡地的特點，建議利用梯田、水平溝和魚鱗坑等方式進行雨水的資源化利用。

2.4 城鎮雨水利用方法

遼西的城鎮一般分布在河谷地區，一般場地的類型較多，而生態系統極為脆弱。綜合考慮區域內的場地要素特征，建議將LID體系加以改造和完善，用于遼西地區中觀尺度的城鎮雨水利用領域[7]。LID體系的核心是利用城鎮的自然系統而不是工程措施處理和利用雨水，但是結合遼西地區的實際情況，建議以LID體系為主，結合城鎮的雨水管道，共同實現城鎮的水文系統，如圖2所示。具體的設計思想是：城鎮的地上部分在雨水利用上積極借鑒LID模式，謀求對雨水的初步滯留和凈化。對夏季短時強降雨過程中超出LID雨水利用設施容納限度的部分，通過溢流口進入雨水排放系統，在凈化處理之后排到城市水系加以利用。這種基于LID的雨水利用方法不僅可以實現對雨水的源頭控制，促進雨水下滲補充地下水資源，同時還能大幅減輕城市排水系統的壓力，減輕或避免夏季強降雨過程中的城市內澇。

圖2 城鎮雨水綜合利用示意圖

3 微觀場地尺度的雨水利用

在場地的微觀尺度下，我國的學者提出了諸多雨水利用的措施。顯然，不同的場地特征適合不同的雨水利用措施，同時不同的雨水利用措施也可以在當地的場地特征因素下進行不同組合，而形成不同的利用模式。

3.1 坡度場地的雨水利用

在山地地形的城鎮設計中，首先要根據原始地形資料對場地進行等高線處理，并實現對場地的坡度分析[8]。按照坡度的不同數值，將雨水利用場地分為0.10以下、0.10～0.20、0.20～0.30和0.30以上四種類型。一般來說，坡度在0.10以下的場地可以進行任何形式的開發；坡度為0.10～0.20的場地只適合中度以下的開發；坡度為0.20～0.30的場地要限制開發；坡度在0.30以上的場地禁止開發，但可以作為以綠地為主的景觀用地。根據遼西山地丘陵區的具體特點，將場地劃分為若干單元，進行匯水區精心設計。建議在每個單元的最低點設計濕地或池塘，實現對雨水的滯留和下滲。

3.2 道路的雨水利用

相對于平原地區，丘陵地區的道路對生態環境有更大影響，是雨水利用設計中不可忽視的重要部分。具體而言，在遼西丘陵區的道路設計上，要注重布局和斷面設計以及材料的選用，以保證雨水的資源化利用。①在道路設計上盡量減少對原有山體的破壞，同時在道路兩側設計雨水的儲留結構；②道路的坡度不宜過大，以控制雨水徑流的流量和速度；③取消路緣石或采用開槽的路緣石，保證雨水能夠順暢地進入道路兩旁的綠地，如圖3所示；④停車場盡量設計使用可滲透的下墊面，促進雨水的下滲利用；⑤道路設計中盡量采用雨水花園、植被淺溝山地屬性設計，強化雨水的滯留和滲透能力。

圖3 道路斷面設計示意圖

3.3 綠地雨水利用

基于低環境影響的城鎮開發理念，綠地會對場地的生態建設產生重要影響，是場地開發設計中必須要考慮的重要因素。鑒于綠地在雨水利用方面的天然優勢，在提高綠地的比例同時，盡量對其進行分散配置，以達到對夏季短時暴雨在源頭上的分散處理[9]。鑒于遼西地區的地形與氣候特點，建議采用下凹式綠地設計方式，達到對雨水的最大化利用。此外，還要在綠地內布置相當數量的鄉土植物群落，以增加美觀性和雨水的利用效率。

3.4 建筑雨水利用

建筑物會將城鎮微觀場地中的大部分變為不透水地表，其對雨水徑流的影響不容忽視。由于建筑物主要通過建設規模和布局對雨水徑流產生影響，因此，建筑物的設計要特別注意與周邊環境的關系，通過合理布局實現對雨水的有效利用。

鑒于遼西丘陵區的具體特點，在進行建筑規劃時，在空間上盡量緊湊，為雨水留出更多的可滲透下墊面。對建筑本身的設計，可通過增加透水材料的使用量，改變建筑形態，促進雨水的有效利用。對單體建筑的規劃設計，可采用屋頂綠化、坡頂變平頂的方式增加屋頂對雨水的有效利用。

4 結語

我國是一個水資源嚴重匱乏的國家，而遼西地區由于特殊的地理環境和氣候特征，成為我國北方地區最為缺水的區域。加強遼西地區的雨水資源化利用，不僅可以為當地的工農業和社會發展提供數量可觀的后備水資源，還能有效改善當地的生態環境。場地是各類建設項目的實施尺度，是城鎮開發的基本單元，同時也是構建綠色生態城市的基礎。文章將遼西地區的場地分為宏觀、中觀和微觀三個尺度進行研究，總結出不同尺度場地的雨水利用方式，探索出適宜遼西地區特征的場地雨水利用方式，對改善當地的水資源缺乏與生態環境脆弱問題具有重要意義。當然，在具體的雨水利用過程中，還要對基于場地要素的設計方法和依據進行進一步研究。

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