城市雨水利用模型研究

何婷婷　史志鹏　刘美艳

摘要随着经济的快速发展，城市水资源的供需矛盾日益突出，雨水作为一种洁净、新型、储量丰富的资源越来越得到人们的重视和使用。详尽而系统地阐述了雨水资源的多元化应用，结果表明：屋面雨水经过初期弃流收集以后可以作为城市的杂水使用；绿地雨水主要通过设置下凹式绿地和设置径流小沟、渗水管和集水井等使雨水就地入渗补给地下水；非机动车道和人行道的雨水主要通过透水面进行充分下渗回归地下水；城市多余雨水也可以用于农业灌溉。通过研究可以使雨水利用更加系统化和多样化，为不同区域的城市雨水利用提供依据。

关键词雨水；屋面；绿地；地面；灌溉

中图分类号S161.6；TU213文献标识码

A文章编号0517-6611（2015）07-269-03

The Utilization Model Research of Urban Rainwater

HE Ting-ting1， SHI Zhi-peng1， LIU Mei-yan2 （1. College of Construction Equipment and Municipal Engineering， Jiangsu Institute of Architectural Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116； 2. Jiangsu Province Water Conservancy Survey Design and Research Institute Co. Ltd. Xuzhou Branch， Xuzhou， Jiangsu 221116）

AbstractWith the rapid development of economy， the contradiction between supply and demand of urban water resources is increasingly prominent. Rainwater as a kind of clean， new and abundant resource was more and more get people's attention and application. This paper expounds the diversity of rainwater resources detailedly. The results showed that roof runoff after early abandon flow can be used as the miscellaneous water； green space water can be used to local infiltration recharge and supply the groundwater by setting the recessed groove， the runoff water penetration tube and the collecting well； water in non-motor vehicle lanes and sidewalks mainly collected through the surface to fully back infiltration of groundwater； city rainwater surplus can also be used for agricultural irrigation. This study can be used to study the rainwater more systematic and diversified and provide the basis for rainwater utilization of different parts of urban.

Key wordsRainwater； Roof runoff； Green space； The ground； Irrigation

随着中国城市化进程的加快，水资源的供需矛盾越来越突出，城市生活用水、工业用水和生态用水不断增加，使得农业用水不断被侵夺，地下水的压力也越来越大。如何开源节流，使得原本紧缺的水资源能够得到更加合理的应用越来越引起人们的关注。而雨水作为一种资源丰富、收集容易和处理简单的水资源越来越受到人们的关注，目前，很多学者在这方面也做了大量的研究。现在国际上关于雨水利用的研究主要有这么几个方面，即屋面雨水收集利用[1]、绿地雨水蓄渗利用和地面雨水收集利用[2-3]。其中屋面雨水因为水质好、容易收集越来越得到人们的青睐。也有部分学者在研究住宅小区和高校这些特殊区域的雨水利用[4-5]以及雨水的其他利用[6-8]。有调查显示，雨水的可收集量非常丰富，而其利用也非常多样化，如何使雨水收集利用产业化和系统化就成为当前亟待解决的问题。该研究重点从以上几个方面详细系统地分析了雨水的收集和再利用。

1屋面雨水的收集和利用

目前雨水的收集主要有屋面雨水的收集，道路雨水的收集和绿地雨水的收集。相比于道路雨水和绿地雨水，屋面雨水因为收集容易，水质较好加上处理起来较为简单，受到了人们的青睐。目前屋面雨水的收集方法主要是先通过初期弃流装置将降雨初期形成的污染较严重的一部分水体去除，剩下的雨水进入到贮水池后净化做中水用，主要收集工艺见图1。

图1屋面雨水的收集模式

经过水处理后的雨水在城市中可以进入城市中水管道进行使用，如可以用于城市公厕的冲洗、城市绿化的灌溉、城市大型景观用水、车库洗车用水、道路洒水用水等。据统计，城市屋面可收集雨水量可按下列公式计算：

Q=ψ·α·β·A·H·10-3 （1）

其中，Q为屋面年平均可收集雨水量，m3；Ψ为径流系数，和屋面铺砌材料相关；α为季节折减系数；

β为降雨初期弃流系数；A为屋面汇流面积，m2；H为地区平均年降雨量，mm。

降雨初期，由于降雨中包含大量的污染物，如酸性气体、汽车尾气、粉尘和大量工厂尾气等污染性气体，因此初期雨水如果直接排入到天然水体，将会对水体造成比较大的污染，因此城市中通常采用一定的弃流装置将初期雨水进行弃流后排入城市污水管道进行污水处理，常见的弃流装置如图2所示。

图2初期雨水弃流示意

初期雨水的弃流量按照汇水面积上2 mm降雨量计算，利用浮球阀原理，将弃流后的雨水收集到贮水池以后进行处理，常见的雨水处理工艺如图3所示。

图3雨水简单处理工艺

另外，屋面雨水还可以作为屋面绿化的灌溉水源，目前国外有很多城市已经尝试这项技术，通过屋面绿化不但可以减少初期降雨的弃流量，达到雨水的减污，而且由于屋面绿化以后，绿色植物可以吸收部分紫外线，从而也可以在一定程度上缓解城市热岛效应的产生。

2绿地雨水的收集和利用

人们在追求舒适、时尚的城市生活的同时，越来越多的人开始关注城市的生态环境，目前大多数城市中都有很大比重的绿化面积，其中绿地雨水的储存量在整个雨水储存中占据着不容忽视的一部分，由于绿地土质疏松，雨水主要是通过入渗和径流补充着地下和地表水资源，因此绿地雨水的综合利用也称为雨水利用研究的主要范畴。目前绿地雨水的利用主要是通过土壤的蓄渗利用去补充地下水，具体模型见图4。

图4绿地集雨蓄渗模型

绿地集雨蓄渗模型主要由集水井、渗水管和径流小沟3部分组成，当初期降雨量较小，降雨强度也较小时，主要利用植物层的截留入渗，使雨水向下渗，当遇到地面以下50 cm处（考虑到植物根系的活动范围而定）的渗水管时，下渗雨水渗入渗水管，再顺着渗水管流入集水井最后补充地下水资源；当降雨强度较大时，雨水通过地面的径流小沟可以直接流入集水井（每个集水井在地面都有入口，也可以兼做检查井使用），也可以通过简单沉淀和过滤就近排放到附近的景观水体和人工湖中。这种模型可以通过深层入渗和浅层入渗共同达到补充地下水资源的作用。而且，通过径流小沟的设置可以有效减缓地面径流洪峰的出现时间，也可以减弱洪峰值，达到减灾的目的。另外，流到景观水体和人工湖中的水在后期还可以作为绿地灌溉的储备水体。其中渗水管的构造如图5所示。

图5集水井示意

也有部分地区在绿地雨水收集利用的研究中，采用下凹式绿地形成一个自然的雨水收集系统，这种方式减小了贮水池的容积，在一定程度上可以代替贮水池，但是凹地植物一定要选择耐湿植物，另外，在绿地适当的地方还要设置雨水口，以便降雨强度较大时，形成的雨水能够及时排走。下凹式绿地和周围道路的剖面图如图6所示。

图6下凹式绿地模型

3地面雨水的收集和利用

城市中不同集水介质其渗透性各不相同，因此地面雨水的收集可以从两个方面考虑。一方面，在小区和硬质路面的机动车道，因其通过的车流量较大，雨水水质较差，因此可以将路面做成不透水介质，雨水主要是通过路面的横坡和纵坡收集到相应的雨水井中，排到市政管网中经过处理以后作为中水用；另一方面，位于学校或其他车流量较小的人行道和非机动车道路面则可以做成透水介质，让雨水充分下渗补给地下水资源。地面雨水收集利用模式如图7所示。

图7地面雨水收集利用模式

4建筑小区和高校雨水的综合利用

建筑小区和高校是城市的重要组成部分，因其自身的特殊性和相对独立性，故建筑小区和高校的雨水收集和利用也可以单独考虑。建筑小区的雨水收集介质也主要有屋面、绿地和道路，因此雨水的收集利用也主要从这3个方面考虑，大体模式和前面相同，但是小区又是一个相对封闭和独立的场所，因此收集到的雨水可以就近应用于小区的其他杂水，如冲洗厕所、冲洗车库地面、景观用水、道路洒水和绿化灌溉。而高校相对于小区而言，也有其自身的特点，如道路车流量较小，因此可以将硬质路面全部改造为透水介质，使雨水主要通过下渗的方式补给地下水，再比如高校里的操场，如果是种植草坪，则可以将其按照绿地雨水利用进行设计，如是橡胶等其他不透水介质，也可以利用操场跑道上的环沟和雨水沟对雨水进行蓄集回用。在这些建筑小区和高校，也可以尝试雨水和再生水的合用技术，当然这部分研究目前还处于初始阶段。

5雨水在农业灌溉上的应用

城市雨水资源的利用是一个多元化的系统工程，由于雨水水质较好，将雨水收集蓄集以供城市周边村镇的农业灌溉是雨水利用的新模式，在丘陵山区，可以就近收集、蓄集和利用雨水；在平原和地形微起伏地区，可以将城市多余雨水收集后并入中水管道以供农业灌溉使用，雨水在农业灌溉上的应用在国外很多国家已经形成规模，并且取得了很好的经济效益和社会以及生态效应，我国雨水灌溉农业在丘陵山区等半干旱地区应用较多，但是在半湿润和平原地区却应用较少，降雨具有季节性，但是雨水调蓄利用却可以弥补这方面的不足，让雨水资源发挥最大的作用和效益。

城市雨水用于农业灌溉的模型如图8所示。

图8城市雨水农业灌溉模型

6小结

城市雨水的收集和利用是一个综合而又系统的工程，考虑城市的雨水利用必须和城市的整体发展规划相统一。该研究系统阐述了屋面、绿地和道路的雨水收集利用模式；对于城市的重要组成——建筑小区和高校的雨水利用模式也进行了分析。结果表明：

屋面雨水主要通过初期弃流后进入贮水池，通过简单水处理后做中水用；

绿地主要通过渗水小沟和集水井对雨水进行收集下渗去补充地下水；也可以通过设置下凹式绿地形成天然的贮水池减缓城市的防洪压力；

地面雨水的利用也主要是通过下渗补给地下水或者就近引入绿地后回用；

城市收集的多余雨水进入雨水管后也可以应用于农业灌溉。

雨水资源是丰富的，雨水的利用方式也是多元化的，但是，关于这些模式应用中的一些关键性细节问题是今后研究的重点。例如可利用雨水量如何确定；选择的贮水池的容积如何计算才更加经济；绿地雨水利用中集水井深度和直径如何确定；道路雨水收集中透水介质如何选择，其厚度等参数如何确定等都是今后研究的重点。最后，不同的城市降雨量各不相同，在降雨量较大的湿润地带和降雨量很小的干旱半干旱地带，城市雨水的利用模式应当有所不同。

参考文献

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曹秀芹，车武.城市屋面雨水收集利用系统方案设计分析[J].给水排水，2002，28（1）：13-15.

[2] 李春芳.我国城市雨水收集利用产业发展研究[D].泰安：山东农业大学，2009.

[3] 王鹏.建筑与小区雨水收集利用系统研究[D].重庆：重庆大学，2011.

[4] 苏东彬，陈建刚，张书函，等.城市不同区域雨水利用模式及可利用量研究[J].人民黄河，2012，34（2）：69-72.

[5] 熊峰，唐小虎，张东.居住区雨水收集利用设计方案探讨[J].规划与设计，2013（6）：31-33.

[6] 张书函，丁跃元，陈建刚.城市雨水利用工程设计中的若干关键技术[J].水利学报，2012，43（3）：308-314.

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