低影響開發下不同類型區城市雨水利用模式研究

王軍 郭澤忠 魏颯

（河北師范大學匯華學院 河北石家莊 050091）

華北城市區域水資源嚴重短缺，一方面造成地下水過度開采或四處調水補源，另一方面隨著城市大面積地表硬化，雨水徑流增加，城市建設每年斥巨資修建排水系統，而大量雨水卻白白排放，城市旱情愈加嚴重；以此同時，因汛期集中降雨造成積水成災，嚴重影響了城市居民日常生活。合理開發利用雨水資源，把城區雨水集蓄利用或入滲回補地下，既可增加可利用水資源量，又可減少排澇排污水量，是緩解城市水資源短缺、減輕內澇災害的有效措施。

近年來，城市雨水利用已成為國內外水資源管理研究的熱門課題[1]。為全面落實新時期治水方針，實現城市節水節能減排的目標，兼以全面推進海綿城市建設進程，河北省石家莊市、邯鄲市、唐山市等城區開展了一系列城市雨水資源模式利用技術研究與示范[2-5]。

低影響開發（LID）[6]即是低范圍內影響水文特征，最大程度的減少雨水徑流、減少污染等，而實現雨水的利用。其重點是管理雨水[7]，利用一些低成本、小規模的雨水設施實現從源頭到終端整個過程的管理。鑒于此，本文在系統分析低影響開發雨水利用措施基礎上，針對不同類型區城市下墊面、水文特征等建立了不同區域的城市雨水利用模式，以期為類似地區城市雨水利用、海綿城市建設等提供借鑒意義。

1 低影響開發理念下的雨水利用措施

低影響開發理念下的雨水利用設施，是以生態系統為基礎，重在人與自然的和諧相處[8]。低影響開發理念下的雨水利用措施主要有滲透滯留、雨水運輸及調蓄凈化[9]。滲透滯留措施主要有雨水花園、綠色屋頂、透水材料鋪裝和下凹式綠地等；雨水運輸設施主要有植被淺溝、生態樹池；調蓄凈化設施主要有人工濕地、蓄水池、植被過濾帶等。

多種低影響開發雨水利用技術對比見表1。

表1 低影響開放雨水利用技術對比

在實際應用時，需結合區域下墊面條件因地制宜選擇低影響開發技術，遵循入滲-運輸-凈化-存儲利用的原則，構建完善的雨水利用體系。

2 城市雨水利用模式

2.1 山丘區城市雨水利用

2.1.1 示范地點

示范地點——石家莊市鹿泉區海山大街；類型——機關事業單位。

2.1.2 示范區概況

鹿泉區位于河北省西部太行山東麓，城區面積49.52km2。地形特點是西高東低。

鹿泉站典型年降水量各月分配統計分析結果見表2。

表2 鹿泉站典型年降水量月分配

鹿泉市水務局總占地面積4110m2，東臨海山大街，南依新開路，呈西高東低地勢。現單位內大部分為水泥硬化地面，僅在東南角建有800m2的一綠化小區。雨水大部分通過地面散排至東側的海山大街排水溝內。

當前存在的主要問題：①綠化灌溉水源除降雨外主要為自來水；②下墊面大部分為硬化地面，雨季積水較多，故實施雨水利用是當務之急。

2.1.3 雨水利用方式及工程建設內容

根據鹿泉區山區城鎮特點，結合河北省水土保持生態建設工作，開展雨水利用技術示范。雨水利用方式為：滲蓄結合，以滲透間接利用為主。示范面積共計2100m2，雨水入滲采取新建下凹式綠地+透水性地面鋪裝，面積計500m2；雨水存蓄采取院內新建地下集雨池1座，蓄水容積100m3。

2.1.4 雨水利用效果監測

2016年降雨量698.9mm，降水過程見圖1。由于鋪設了下凹式綠地和透水磚，雨水入滲率明顯提高；修建的地下蓄水池，年累計利用雨水量達到300m3以上，主要用于院區道路噴灑、綠化灌溉，大大節約了自來水。全年雨水徑流系數由65%降至21%，有效改善了院區生態環境。

圖1 鹿泉區2016年逐月降雨量

2.2 平原區城市雨水利用

2.2.1 示范地點及雨水利用方式

示范地點：石家莊市新華區泰華街310號。

類型：機關事業單位。

雨水利用方式：蓄滲結合，以利用為主。

2.2.2 示范區概況

省水科院位于石家莊市新華區西北部，北、南、西鄰均有院墻或建筑物分隔，東臨泰華街。院內辦公樓2座，總面積4133m2，主要有樓房建筑、綠地和地面鋪裝等三種土地類型，占地面積比例分別為44.7%、6.7%、44.3%和4.3%。院區地面高程75.10m，地下水埋深大于45m。

底土性質：試驗區底土屬于中粉質壤土，土壤干容重平均測定值為1.55g/cm3，土壤滲透系數測定值為1.05m/d。

2.2.3 雨水利用工程建設內容

院區所用透水性鋪裝材料主要為透水面磚和空心草皮磚兩種材料。其中透水面磚為引進環保型透水磚，鋪設面積54m2；空心草皮磚鋪設面積95m2。

雨水集蓄工程為地下蓄雨池，容積60m3，集雨面積為2010m2，采取攔污-沉淀-過濾的雨水處理技術。集蓄利用模式為：院區雨水經簡單水質處理后經蓄雨池收集，收集的雨水主要用于沖洗車輛、綠地灌溉和地面噴灑等。

2.2.4 雨水利用效果監測

（1）雨水集蓄利用減少了院區地表徑流，提高了雨水利用率，實現了設計重現期下院區雨水的“零排放”。2014～2016年年降水量430.4mm、707.7mm 和698.9mm，集雨利用量為 612.0m3、884.1m3和796.4m3，入滲蒸發量為 192.0m3、421.7m3和 407.7m3，外排水量 24m3、100m3和 155m3，三年平均雨水蓄存利用率達64.5%，雨水排出率僅為7.1%。

（2）因地制宜地選擇透水性鋪裝材料，雨水入滲回補地下水，地表徑流系數減小，一般中小強度降雨（日降雨量20～30mm）不產流。同時雨水入滲有效涵養了地下水，對維持城市水循環系統平衡發揮了重要作用。

（3）屋面雨水經過初期棄流后雨水水質明顯變好，特別是SS明顯降低，一般小于15mg/L。院區雨水經過簡單處理可以滿足綠地灌溉和地面噴灑水質要求。雨水徑流處理前水質較差，SS和COD分別為318mg/L和106mg/L，經過多級攔污和沉淀處理后，雨水SS和COD分別降至48mg/L和42mg/L。再經過過濾處理和池內沉淀，SS和COD分別降至26mg/L和20mg/L，基本符合城市雜用水水質標準要求，可用于綠地灌溉和地面噴灑等用途。即使污染比較嚴重的道路雨水，通過初期雨水棄流或地面/綠地滲透可以基本滿足綠地灌溉和地面噴灑水質要求。

2.3 濱海區城市雨水利用

2.3.1 示范地點及雨水利用方式

示范地點：秦皇島市和平大街。

類型：城市居民小區。

雨水利用方式：蓄滲結合，以集蓄利用為主。

2.3.2 示范區概況

秦皇島市“在水一方”舊城改造項目位于秦皇島市海港區西部，是典型的居民小區。小區自有基礎設施健全，配套設施齊全。為改善小區居住環境，小區整體規劃設計時積極引進環保、節水、節能的生態理念，力求實現高效利用雨水資源。

小區地面高程4.44～5.76m，地貌上場地屬于湯河河流沖積平原。在鉆探深度范圍表層0.70～3.00m為雜填土，夾層為粉質粘土、中粗砂、粉質粘土和粗砂等。地下水類型為第四系松散沉積物空隙水，地下水水位年變幅約0.5～1.0m。

2.3.3 工程建設內容

小區雨水利用技術包括：收集屋面雨水、修建地下蓄水池、建設下凹式綠地、鋪設透水性材料、修建人工湖等。

收集屋面雨水，用于室外綠化帶灌溉，面積約3.9萬m2；地下蓄水池容積500m3，收集的雨水主要用于小區綠地灌溉、沖廁和景觀湖補充用水；建設下凹式綠地面積2000m2；小區人行道路鋪設透水磚，面積為4.57萬m2；停車場地面鋪裝空心草皮磚，面積3000m2。修建人工湖收集小區中心區域雨水，面積6500m2。

2.3.4 雨水利用效果及監測

（1）年度降水情況。

秦皇島市2014年總降雨量532.7mm，2015年總降雨量562.7mm。

（2）集雨利用量和增加雨水入滲量。

2014年雨水利用量5750m3，其中綠地澆灌1300m3，生活雜用450m3，補充水系4000m3。

2015年雨水利用量6014m3，其中綠地澆灌1334m3，生活雜用480m3，補充水系4200m3。

利用透水性地面鋪裝和綠地增滲系統，兩個年度增加雨水入滲量共計 3.4 萬 m3。

（3）生態環境改善情況。

小區生態環境明顯改善，真正實現了“宜居”。同時雨季小區內地表徑流減少，有效減緩了城市管網壓力。

3 結論

（1）對比分析多種低影響開發雨水利用技術，在實際應用時，需結合區域下墊面條件因地制宜選擇低影響開發技術，遵循入滲—運輸—凈化—存儲利用的原則，構建完善的雨水利用體系。

（2）結合實踐工作，研究提出了不同類型區城市雨水利用工程模式，其中山丘區雨水利用方式為滲蓄結合，以滲透間接利用為主；平原區雨水利用方式為蓄滲結合，以利用為主；濱海區雨水利用方式蓄滲結合，以集蓄利用為主。