城鎮(zhèn)雨水利用研究

申亞青　楊國(guó)紅　陳新年　李亞嬌

摘 要：近年來(lái)我國(guó)城鎮(zhèn)化速度不斷加快，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平高速發(fā)展，社會(huì)得以快速發(fā)展的同時(shí)城鎮(zhèn)人口也急劇增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)面積迅速擴(kuò)大，但也造成了城鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水環(huán)境惡化問(wèn)題的日益凸顯。雨水利用是解決這些問(wèn)題的重要途徑。文章以石板灘鎮(zhèn)為研究對(duì)象，對(duì)其地形進(jìn)行了分析研究，并根據(jù)地形的分析結(jié)果和各匯水面的特點(diǎn)給出了雨水收集、利用的措施。

關(guān)鍵詞：雨水利用；城市地形；水資源

水是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的重要保障。全球水量是非常豐富的，但人類(lèi)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(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，城鎮(zhèn)開(kāi)始出現(xiàn)人口急劇增多，水資源短缺，洪澇災(zāi)害頻發(fā)和水環(huán)境污染等問(wèn)題。這些問(wèn)題對(duì)現(xiàn)有水資源和水環(huán)境造成了巨大的壓力。對(duì)城市雨水進(jìn)行收集利用是解決這些問(wèn)題最直接、最有效的途徑。雨水水質(zhì)一般較好，主要的污染物是大顆粒無(wú)極污染物，簡(jiǎn)單的處理就可以去除[1]。而且，雨水資源化利用可以加強(qiáng)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(zāi)害發(fā)生的可能[2]。由此可知，雨水的資源化利用對(duì)城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的研究?jī)r(jià)值。

目前，雨水的收集利用已成為全球研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。楊國(guó)紅等[3]利用GIS估算出了石板灘鎮(zhèn)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(méi)有考慮地形的影響。雨水利用工程是多途徑、多層次的系統(tǒng)工程，與當(dāng)?shù)赜晁脻摿Α⒌匦翁卣?、下墊面情況、等地理信息因素密切相關(guān)。文章以GIS（Geographical Information System）為分析平臺(tái)充分發(fā)揮GIS的空間數(shù)據(jù)的分析和處理功能，建立該鎮(zhèn)的TIN（Triangular Irregular Network）表面模型，并結(jié)合該地區(qū)的地形特征分析雨水的收集利用策略。

1 研究區(qū)概況

成都市位于我國(guó)西南部，地形主要是平原和部分臺(tái)地。成都市屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明，無(wú)霜期長(zhǎng)，雨量充沛、日照較少。石板灘鎮(zhèn)位于成都市新都區(qū)的東部中心，屬于工業(yè)型城鎮(zhèn)，是成都市市級(jí)重點(diǎn)鎮(zhèn)?？傉嫉?.23平方公里，人口大約4萬(wàn)人。楊國(guó)紅等人[3]對(duì)石板灘鎮(zhèn)的雨水收集潛力進(jìn)行了研究得出，石板灘年降雨總量多達(dá)4.6×106m3，實(shí)際可收集的雨水量為1.6×106m3，相當(dāng)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(wèn)題。

2 城鎮(zhèn)雨水利用分析研究

雨水利用應(yīng)該盡量不破壞原有的水網(wǎng)結(jié)構(gòu)，充分利用有利地形，因地制宜的在各匯水面內(nèi)進(jìn)行雨水利用?；贕IS的雨水利用研究，利用GIS對(duì)建立的區(qū)域地形圖進(jìn)行分析，根據(jù)地形確定雨水的利用方式、規(guī)模和位置。

本研究首先通過(guò)Goody Gis提取石板灘鎮(zhèn)的高程數(shù)據(jù)，在ArcGIS中加載高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用3D分析工具創(chuàng)建TIN表面模型，分析結(jié)果如圖1。從地形圖中可以看到石板灘鎮(zhèn)在東北-西南向有一條寬窄不等的帶形槽地，這主要是因?yàn)檠睾拥貛芙髑治g。槽地兩側(cè)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(cè)地形影響比較小可不考慮。城市雨水資源化利用應(yīng)以就地利用為主，針對(duì)不同的下墊面類(lèi)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(chǔ)上力求提高雨水收集利用效率。

2.1 水域

由于水域是敞開(kāi)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(zhèn)河流的地勢(shì)最低，沒(méi)有被收集的雨水會(huì)匯入河流，河流增加的雨水量會(huì)遠(yuǎn)大于該匯水面的降雨量，易引發(fā)洪水災(zāi)害，所以要在河岸采取一定的保護(hù)措施防止發(fā)生洪水災(zāi)害。相關(guān)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(shù)，推遲峰現(xiàn)時(shí)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(lái)收集儲(chǔ)存雨水，不僅可以降低洪水發(fā)生的可能，還可以在旱季作為補(bǔ)充水源，同時(shí)可以把生態(tài)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(gè)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(bǔ)地下水。

2.2 建筑區(qū)

城鎮(zhèn)建設(shè)用地、工業(yè)用地和物流用地為建筑區(qū)，集雨面為屋面，屋面降雨徑流系數(shù)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(zhì)相對(duì)較好，易于直接收集利用。為了保證收集的屋面雨水的水質(zhì)，屋面的材料要優(yōu)先選用對(duì)雨水污染比較小的材料。初期雨水水質(zhì)較差，應(yīng)設(shè)置初期棄流裝置將前15分鐘的雨水排入污水管網(wǎng)[1]。對(duì)于城鎮(zhèn)建設(shè)用地可設(shè)置屋頂水箱用于儲(chǔ)存雨水，水箱設(shè)過(guò)濾裝置。收集的雨水經(jīng)簡(jiǎn)單過(guò)濾后可用于沖廁和生活雜用水。超過(guò)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(yè)用地和物流用地的建筑，用水點(diǎn)少且屋面面積一般較大。對(duì)于這樣的大面積屋面排水宜采用虹吸式排水系統(tǒng)并設(shè)置蓄水池來(lái)收集雨水。道路、廣場(chǎng)等不透水地面是良好的雨水收集面，在道路和廣場(chǎng)建設(shè)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(jīng)過(guò)一定的處理后可用于工業(yè)用水、周?chē)貐^(qū)的市政用水，也可以輸送到周?chē)南窜?chē)場(chǎng)用來(lái)洗車(chē)，從而減少對(duì)自來(lái)水的需求。

2.3 道路

道路降雨徑流系數(shù)大，把這部分雨水匯集起來(lái)不僅可以減少汛期城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生，同時(shí)還可用于城市道路沖洗、綠化等。路面雨水相對(duì)屋面雨水來(lái)說(shuō)懸浮物較多，水質(zhì)較差，需要進(jìn)行一些處理后才能收集利用。可以把道路兩側(cè)的綠化帶建設(shè)成造型漂亮的集水溝，在集水溝內(nèi)種植草類(lèi)，這一方法在波特蘭得到廣泛的應(yīng)用，被稱(chēng)為綠色街區(qū)計(jì)劃，這種方法使雨水所攜帶的大顆粒物質(zhì)被攔截沉淀降低受污染的地表水進(jìn)入河流和水系的可能。對(duì)于超過(guò)集水溝入滲能力的雨水應(yīng)該通過(guò)蓄水池來(lái)進(jìn)行收集儲(chǔ)存?？梢岳镁G地蓄水池進(jìn)行收集，綠地蓄水飽和后，部分雨水從綠地溢流出，進(jìn)入雨水管道匯入附近的地下蓄水池。對(duì)于道路雨水的收集利用，集水溝和綠地蓄水池建設(shè)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(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益；另一方面集水溝和綠地蓄水池延緩地表水進(jìn)入地下排水系統(tǒng)的速度，從而緩解對(duì)地下排水系統(tǒng)的壓力及河流的承受，減少對(duì)地下排水管道的需求，減少鋪設(shè)這些管道的費(fèi)用，從而減少市政開(kāi)支。

2.4 生態(tài)用地

生態(tài)用地多為綠地，綠地是一種天然的滲透設(shè)施。雨水在自然的循環(huán)過(guò)程中，落到地上的雨水大約有80%將被截留并滲入地下補(bǔ)充地下水，剩余20%將形成地面徑流被排走。但是隨著城鎮(zhèn)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(yīng)盡量遏制這種改變，維持原來(lái)的自然水文環(huán)境。所以要充分的利用綠地的強(qiáng)入滲能力提高城鎮(zhèn)雨水的入滲量，同時(shí)，植物的根可以將雨水中的懸浮物和雜質(zhì)攔截，起到了水土保護(hù)和凈化水質(zhì)的作用。因此公園、草坪、綠化帶等生態(tài)用地應(yīng)該略低于附近道路，以接納周邊區(qū)域的雨水徑流。為進(jìn)一步加大入滲量可以建設(shè)下凹式綠地，在條件允許的情況下可適當(dāng)加大下凹式綠地的高差，以增加綠地可儲(chǔ)存的雨水量，綠地內(nèi)宜種植一定比例的耐水淹的植物品種。其他類(lèi)型的匯水面可以根據(jù)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(duì)雨水進(jìn)行利用。

3 結(jié)束語(yǔ)

雨水資源化利用是解決城鎮(zhèn)水資源短缺問(wèn)題的重要途徑，同時(shí)具有緩解城市洪澇災(zāi)害和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用，對(duì)城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。雨水收集利用是一個(gè)與當(dāng)?shù)亟涤晏攸c(diǎn)、地形特征、土地利用類(lèi)型等地理信息參數(shù)密切相關(guān)的多途徑、多層次的系統(tǒng)工程，利用GIS在空間數(shù)據(jù)采集與處理方面的強(qiáng)大功能，可大大提高雨水收集與利用效益。

參考文獻(xiàn)

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*通訊作者：申亞青（1988-），女，山西晉城人，碩士研究生。