基于鄭州市生態(tài)海綿城市下雨水利用規(guī)劃研究

武曉琰

（鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450007）

1 鄭州市生態(tài)空間雨水利用現(xiàn)狀

鄭州市地處河南省中心地帶，北臨黃河、西靠嵩山、東連開封、南接許昌，地形由西到東逐漸變緩，西靠山，東靠黃河沖淤。鄭州市1956-2015 年近60 年來，年均降水量624.30 mm，累計(jì)降水量46.98 億m3。鄭州市擁有124 條大大小小的河流，143 個(gè)中小水庫，22 個(gè)大型湖泊。鄭州市降水年內(nèi)分配不均，連續(xù)降雨量最大值為6—9 月份，為409.90 mm，占全年降水總量的65.70%，其中，6—8月降水量為332.40 mm，占全年降水的53.20%，3—5月為121.70 mm，占全年降水的19.50%，9—11月為141.80 mm，略高于春季，為22.70%，12—2月降水比較少，只有28.40 mm，占全年降水的4.50%。年內(nèi)降水差異較大，最高和最低月較為明顯，年降水量在7 月份最多，為151.50 mm，占全年降水的24.30%，12月降水最少，為7.80 mm，占全年總降雨量的1.20%，時(shí)有旱災(zāi)，山地缺水。

2 生態(tài)海綿城市下的雨水利用潛力分析

2.1 雨水利用潛力分析研究發(fā)展的狀況

在生態(tài)海綿城市的背景下，雨水利用潛力巨大，通過合理規(guī)劃設(shè)計(jì)，城市能夠有效地吸收、儲(chǔ)存和利用雨水，緩解水資源短缺，降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。雨水利用潛力分析主要集中在雨水收集、儲(chǔ)存、處理和回用等方面，探討不同地區(qū)、不同降雨條件下雨水的可利用量。同時(shí)，研究雨水利用的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和生態(tài)效益，為雨水利用的推廣提供了有力支持。但雨水利用潛力分析面臨一定挑戰(zhàn)，如不同地區(qū)的降雨量和水質(zhì)存在差異，雨水利用技術(shù)和管理水平有待提高，需對(duì)其予以重視。

2.2 城市雨水資源化潛力分析方法

鄭州市城市雨水資源化潛力分析方法主要分為以下幾個(gè)方面：一是經(jīng)驗(yàn)公式法，基于大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出的計(jì)算方法，用于估算城市雨水資源的可利用量。這種方法基于水量平衡原理，通過經(jīng)驗(yàn)公式將降雨量、徑流量、滲透量等水文要素聯(lián)系起來，計(jì)算出不同降雨條件下城市雨水資源的可利用量。雨水資源化潛力的計(jì)算公式：

式（1）中：P為雨水資源化潛力，W為雨水徑流總量，e為回用效率。

二是水量平衡分析方法，通過分析城市水循環(huán)中降雨、徑流、滲透等環(huán)節(jié)的水量變化，評(píng)估雨水資源的可利用潛力。這種方法綜合考慮了城市地形、土壤類型、植被覆蓋等因素對(duì)雨水利用的影響，能夠更準(zhǔn)確地反映城市雨水資源的實(shí)際情況。水資源變化量的計(jì)算公式：

式（2）中：P 為降水量，R入為流入量，E 為蒸發(fā)量，R出為流出量。

三是逐次降雨資料分析方法，通過分析不同降雨事件的降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)等參數(shù)，評(píng)估不同下墊面在逐次降雨中的雨水利用潛力。這種方法能夠揭示不同下墊面對(duì)雨水資源的吸納能力和利用效率，為制定針對(duì)性的雨水利用策略提供依據(jù)。城市雨水資源化潛力分析方法比較如表1所示。

表1 城市雨水資源化潛力分析方法比較表

3 生態(tài)海綿城市構(gòu)建的雨水收集規(guī)劃

3.1 房屋建筑雨水利用

在房屋建筑中，雨水利用是一種可持續(xù)的實(shí)踐，旨在減少對(duì)傳統(tǒng)水資源的依賴，減輕對(duì)環(huán)境壓力。通過安裝雨水收集系統(tǒng)，建筑能夠捕獲屋頂或其他區(qū)域的雨水，經(jīng)過初步過濾后，雨水可用于多種用途。例如：將其用于沖廁、灌溉植物、洗車或冷卻系統(tǒng)等。雨水儲(chǔ)存設(shè)施包括地下儲(chǔ)水池或水箱，能夠儲(chǔ)存收集到的雨水，以便在需要時(shí)使用，儲(chǔ)水設(shè)施還可以在干旱時(shí)期提供備用水源。由于雨水?dāng)y帶污染物，因此在使用之前需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚@可以通過物理、化學(xué)或生物處理方法來實(shí)現(xiàn)，以確保水質(zhì)達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。雨水收集量計(jì)算公式：

式（3）中：Q為雨水收集量，a為初期棄流系數(shù)，w為有效降雨量，t為集雨時(shí)間。

3.2 道路建設(shè)雨水利用

隨著城市化的快速發(fā)展，道路排水系統(tǒng)面臨的壓力日益增大，道路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮雨水收集和排放。通過合理規(guī)劃雨水排水系統(tǒng)，可以有效地引導(dǎo)雨水流向，減少?gòu)搅魑廴荆⒔档统鞘信潘到y(tǒng)負(fù)擔(dān)。例如：采用透水性路面材料可增加地表的滲水性，減少?gòu)搅髁浚瑫r(shí)改善道路的生態(tài)環(huán)境。通過建設(shè)地下儲(chǔ)水池或雨水花園等設(shè)施，可儲(chǔ)存大量的雨水，經(jīng)過適當(dāng)處理后可用于綠化灌溉、清洗道路等用途，這樣不僅能節(jié)約用水，還能促進(jìn)水資源的循環(huán)利用。道路排水系統(tǒng)應(yīng)與雨水利用設(shè)施相協(xié)調(diào)，在設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，應(yīng)充分考慮排水系統(tǒng)的容量和性能，確保其能夠有效地處理和排放雨水，通過優(yōu)化排水系統(tǒng)與雨水利用設(shè)施的配合，還可以實(shí)現(xiàn)更好的水資源管理效果。

4 生態(tài)海綿城市下的雨水利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃

4.1 雨水直接利用

在生態(tài)海綿城市下，雨水直接利用是一種有效的水資源管理方式，通過收集、儲(chǔ)存和利用雨水，可以減少對(duì)市政供水的依賴，減輕供水壓力。雨水直接利用是指將收集到的雨水經(jīng)過適當(dāng)處理后，直接用于各種生活和生產(chǎn)活動(dòng)。雨水直接利用系統(tǒng)通常包括雨水收集、處理、儲(chǔ)存和再利用幾個(gè)環(huán)節(jié)。在雨水收集階段，通過各種集水手段，如屋頂收集、地面滲透等，將雨水引入收集系統(tǒng)。處理階段則采用物理、化學(xué)或生物方法對(duì)雨水進(jìn)行凈化，以去除其中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)。經(jīng)過處理的雨水儲(chǔ)存在儲(chǔ)水設(shè)施中，以備后續(xù)使用。雨水直接利用的應(yīng)用非常廣泛，可以為家庭、企業(yè)和公共設(shè)施提供生活用水、灌溉用水、景觀用水等。再者，雨水直接利用可以減輕對(duì)傳統(tǒng)水資源的壓力，減少對(duì)自然水資源的依賴。雨水直接利用有助于提高城市的抗旱能力，降低干旱時(shí)期的供水風(fēng)險(xiǎn)。

此外，雨水直接利用水質(zhì)條件較好，處理成本較低，節(jié)省市政開支，也有益于市民的健康，還有助于改善生態(tài)環(huán)境，增加地下水補(bǔ)給，促進(jìn)水循環(huán)。然而，雨水直接利用也存在一定限制。例如：雨水的收集和處理需要一定的投資和技術(shù)支持，不同地區(qū)的氣候和環(huán)境條件也會(huì)影響雨水的質(zhì)量和數(shù)量，進(jìn)而影響雨水直接利用的效果。雨水直接利用需要注意防洪澇災(zāi)害、防范污染和保證水質(zhì)等問題。

4.2 雨水間接利用

生態(tài)海綿城市下，雨水間接利用是一種重要的方式，這種方式主要是通過合理的設(shè)計(jì)和管理，使雨水能夠自然地滲透、滯留和凈化，從而減少洪澇災(zāi)害、提高水質(zhì)、改善生態(tài)環(huán)境。雨水間接利用主要分為以下幾個(gè)方面：一是雨水花園，利用植物和土壤來過濾和吸收雨水的設(shè)施，可以在花園、草坪或屋頂?shù)鹊胤浇ㄔ欤ㄟ^吸收雨水，減少洪水的發(fā)生，同時(shí)還可以補(bǔ)充地下水。二是植草溝，可在道路、停車場(chǎng)或綠地等地方設(shè)置淺溝，利用植物和土壤來過濾和吸收雨水，同時(shí)還可以作為景觀美化的一部分。三是生態(tài)滯留區(qū)，在低洼地帶設(shè)置的區(qū)域，用于滯留和凈化雨水，可以通過植被、土壤和微生物等自然元素來凈化雨水，減少污染和提高水質(zhì)。四是滲濾溝，設(shè)置在地面以下的設(shè)施，用于收集和凈化雨水，通常采用碎石、砂土等材料填充，以增加雨水的滲透性和凈化能力。五是地下水回補(bǔ)，可以通過建造集水池、滲透溝等方式，將雨水引入地下，補(bǔ)充地下水，同時(shí)還可以減緩地下水位下降的問題。為節(jié)約成本和取得長(zhǎng)久效應(yīng)，雨水滲透設(shè)施的建設(shè)和鋪裝應(yīng)該做好科學(xué)規(guī)劃一次性到位。在城市綠化灌溉方面，可利用雨水間接利用系統(tǒng)，將凈化后的雨水用于綠地澆灌，既節(jié)約用水又改善城市環(huán)境。

5 結(jié)論

在生態(tài)海綿城市背景下，雨水利用規(guī)劃設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和城市可持續(xù)發(fā)展的重要手段。通過雨水收集、儲(chǔ)存、處理和回用等環(huán)節(jié)的綜合應(yīng)用，能夠有效地提高城市對(duì)雨水的利用效率，減輕對(duì)傳統(tǒng)水資源的依賴，降低城市內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)。海綿城市強(qiáng)調(diào)自然積存、自然滲透和自然凈化，而雨水利用規(guī)劃設(shè)計(jì)恰好能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。構(gòu)建合理規(guī)劃雨水系統(tǒng)，能夠有效地提高城市對(duì)雨水的吸收、儲(chǔ)存和排放能力，增強(qiáng)城市海綿功能。