城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)及應(yīng)用分析

摘要：全面提高城市與水資源的綜合利用率，通過(guò)各項(xiàng)措施全面提高雨水蓄滲程度，進(jìn)而削減配水設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用、減小洪峰流量、有效緩解城市雨水內(nèi)澇問(wèn)題，達(dá)到全面改善城市生態(tài)環(huán)境的目的，是擺在我們面前的重要研究課題。文章結(jié)合筆者多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)論述了城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：城市雨水；淺層；地下蓄滲技術(shù)；城市內(nèi)澇；生態(tài)環(huán)境；水資源

中圖分類號(hào)：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）34-0064-02

在水資源嚴(yán)重匱乏的今天，加強(qiáng)雨水資源綜合利用是有效改善城市用水環(huán)境、緩解城市用水緊張的重要措施，同時(shí)也是城鎮(zhèn)水土保持的重要舉措。加強(qiáng)城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)及應(yīng)用研究，可在投資成本不變的情況下，顯著提升城市系統(tǒng)生態(tài)化目標(biāo)。

1 城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)概述

目前來(lái)說(shuō)，下凹式綠地、透水路面、增加綠化面積等均是促進(jìn)雨水蓄滲的重要途徑。但是，對(duì)于人口稠密的地市，上述措施在具體使用過(guò)程中具有一定限制。積極尋找經(jīng)濟(jì)、合理、可行的城市雨水利用技術(shù)，促進(jìn)雨水利用的產(chǎn)業(yè)化與專業(yè)化，是急需解決的重要問(wèn)題。隨著西方等國(guó)家“就地”處理雨水理念的發(fā)明與實(shí)施，再結(jié)合城市高標(biāo)準(zhǔn)綠化、地下水位等特點(diǎn)，我們必須積極探究城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)。

日本是亞洲重視城市雨水利用的典范國(guó)家，20世紀(jì)80年代以來(lái)，日本為了緩解水資源短缺與防洪壓力，在全國(guó)推廣雨水利用技術(shù)，積極推行雨水貯存滲透計(jì)劃。發(fā)展至今，日本的雨水利用工程已逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。目前，日本城市雨水利用主要有3種方式：調(diào)蓄滲透；調(diào)蓄凈化后利用；利用人工或天然水體調(diào)蓄雨水，提供環(huán)境用水和改善城市、住宅區(qū)和公園等場(chǎng)所的水生態(tài)環(huán)境。

城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)在沒(méi)有改變傳統(tǒng)土地利用功能前提下，充分利用淺層地下水作為滲透與短暫貯存設(shè)施。可以結(jié)合不同城市的具體要求，靈活設(shè)置貯存設(shè)備的形狀、大小與位置。與此同時(shí)，多空隙材料組合而成的貯水設(shè)施，無(wú)須特定形狀。城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)的適用范圍比較廣泛，在不影響城市綠化前提下，充分利用淺層地下有效解決傳統(tǒng)蓄滲難以解決的問(wèn)題。從整體上來(lái)說(shuō)，城市雨水利用有三個(gè)方面的功能：一為節(jié)水功能。用雨水沖洗廁所。澆灑路面、澆灌草坪。水景補(bǔ)水，甚至用于循環(huán)冷卻水和消防水，可節(jié)省城市自來(lái)水。二為水及生態(tài)環(huán)境修復(fù)功能。強(qiáng)化雨水的入滲，增加土壤的含水量，甚至利用雨水回灌提升地下水位，可改善水環(huán)境乃至生態(tài)環(huán)境。三為雨洪調(diào)節(jié)功能。土壤的雨水入滲量增加和雨水徑流的存儲(chǔ)，都會(huì)減少進(jìn)入雨水排除系統(tǒng)的流量，從而提高城市排洪系統(tǒng)的可靠性，減少城市洪澇。

2 城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)的影響條件

城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)的影響條件共分為以下四個(gè)方面：第一，雨水處理。初期雨水會(huì)受到不同程度的污染，因此，在下滲過(guò)程中，很可能導(dǎo)致空隙堵塞，減慢下滲速度。相對(duì)來(lái)說(shuō)，屋面雨水比較干凈，因此，可先考慮貯藏與下滲屋面雨水，技術(shù)成熟后再應(yīng)用到其他雨水的處理上來(lái)。第二，雨水徑流傳輸。地表明溝傳輸與地下管道傳輸是地表徑流的兩種主要方式。通過(guò)地溝或管道方式可將過(guò)濾后的屋面雨水引入淺層蓄滲空間，并通過(guò)各種傳輸途徑，連通分散的蓄滲空隙，使其成為統(tǒng)一整體。第三，綠化布置。筆者建議選擇草皮作為蓄滲空隙的綠化材料，直接連通喬木或灌木的蓄滲空間結(jié)合，有效滿足綠化與蓄滲的雙重要求。第四，高孔隙材料。所選擇的空隙材料，一方面需要滿足基本的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，另一方面還需要充分考慮高度、孔隙率等

參數(shù)。

3 城市雨水淺層地下蓄滲計(jì)算與應(yīng)用

3.1 計(jì)算水量平衡

綜合上文分析，城市雨水淺層地下蓄滲技術(shù)首先需要考慮屋面雨水蓄滲，其數(shù)量平衡計(jì)算公式如下：Q1+S1+V1=S2+V2+Q2，即計(jì)算時(shí)段內(nèi)傳輸進(jìn)入淺層蓄滲空隙內(nèi)的雨水徑流量+計(jì)算時(shí)段內(nèi)綠化、廣場(chǎng)等上層滲入淺層蓄滲空隙內(nèi)的雨水徑流量+計(jì)算時(shí)段開(kāi)始時(shí)淺層空隙內(nèi)的蓄水量=計(jì)算時(shí)段內(nèi)淺層空隙內(nèi)的雨水下滲量+計(jì)算時(shí)段結(jié)束時(shí)淺層空隙內(nèi)的蓄水量+計(jì)算時(shí)段內(nèi)淺層空隙內(nèi)的雨水溢流外排量。鑒于蓄滲空隙設(shè)置在人行道或綠化層以下，在空隙雨水不斷下滲的同時(shí)，上面人行道或綠化層的水也在持續(xù)滲入中。

如果兩者的下滲量相同，那么，在降雨過(guò)程中，只需要考慮空隙貯藏量就可以，淺層蓄水空隙不應(yīng)該考慮降雨下滲量。也就是在不考慮外排的情況下，Q1=V2-V1=Q蓄，即計(jì)算時(shí)段內(nèi)傳輸進(jìn)入淺層蓄滲空隙內(nèi)的雨水徑流量=計(jì)算時(shí)段結(jié)束時(shí)淺層空隙內(nèi)的蓄水量-計(jì)算時(shí)段開(kāi)始時(shí)淺層空隙內(nèi)的蓄水量=淺層空隙內(nèi)的有效蓄水量。以降雨強(qiáng)度為q計(jì)算，T為一場(chǎng)雨降雨歷時(shí)，考慮調(diào)蓄池容量按屋面雨水全部進(jìn)入考慮，那么，Q屋面=q蓄，Q屋面=q*T*A（A需下滲的屋面面積），Q蓄=Ai*Hi*α%，即Q蓄=淺層地下蓄滲空隙面積*淺層地下蓄滲空隙層有效高度*淺層地下蓄滲空隙孔隙率。管道雨水徑流Q=Ψq*F（徑流系數(shù)*匯水面積）。

3.2 計(jì)算雨水削減

按照北京某小區(qū)為例，該地總共337hm2，結(jié)合規(guī)劃需要，其中，小區(qū)建筑面積需要達(dá)到146hm2，綠地規(guī)劃面積需達(dá)到81hm2，建筑物覆蓋需達(dá)到43%，其他道路、綠化等覆蓋需達(dá)到57%。屋面徑流系數(shù)為0.9，墊層徑流系數(shù)為0.5，綜合徑流系數(shù)為0.67。充分考慮屋面雨水棄流之后，90%的雨水都會(huì)進(jìn)入地下貯存，結(jié)合暴雨強(qiáng)度公式，在相同的暴雨強(qiáng)度下，可減少如下雨水排放量：Q蓄/Q常=（需下滲的屋面面積*0.43*0.9*0.9）/（需下滲的屋面面積*0.43）。按照重現(xiàn)期p=3a，2小時(shí)降雨計(jì)算，則北京地區(qū)降雨強(qiáng)度為59.2mm。淺層地下蓄水有效高度為0.4m，孔隙率為80%，那么，蓄90%的屋面雨水所需淺層蓄水空隙所需要面積=（59.2*10-3*43%*0.9*337）/（0.4*80%）=24.1hm2。通過(guò)計(jì)算得知，淺層地下蓄滲空間占地面積占總面積的7%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)劃綠化面積。能在不影響城市現(xiàn)有功能設(shè)備的情況下，有效達(dá)到蓄水目的，顯著提升排放標(biāo)準(zhǔn)。在不改變?cè)杏旯艿拦軓角疤嵯?，通過(guò)屋面雨水淺層蓄滲，該地區(qū)雨水排放標(biāo)準(zhǔn)可提高到5a以上。

3.3 計(jì)算成本

結(jié)合上文案例，如果按照常規(guī)快排放雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合概算大約在4.1億元左右。如果采用城市淺層蓄水技術(shù)，那么，雨水管道流量會(huì)減半，相應(yīng)的泵站設(shè)計(jì)流量與雨水管道面積均可減半，雨水系統(tǒng)投資約可減少1/3的投資。增加的蓄水池面積也按照每平方米600元計(jì)算，24hm2需要增加約1.44億元投資。從整體上來(lái)看，增加投資與減小投資兩者基本可抵消，但是，綜合考慮到管理費(fèi)用、運(yùn)行等方面的費(fèi)用，城市雨水淺層蓄滲顯著優(yōu)于常規(guī)雨水系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市雨水淺層蓄滲技術(shù)在不影響城市使用功能前提下，有效解決了高景觀、地下水位、雨水資源化等各種問(wèn)題?，F(xiàn)階段該項(xiàng)技術(shù)正在研究與應(yīng)用改善過(guò)程中，以期全面提高雨水資源的綜合利用程度。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：楊慧昕，河北省撫寧縣水務(wù)局工程師。endprint