基于“海绵城市”理论的城市雨水资源利用规划研究——以山东省曲阜市为例

许杰玉，毛磊，熊锋，张婷，刘改妮

（北京清控人居环境研究院生态环境中心，北京100083）

基于“海绵城市”理论的城市雨水资源利用规划研究
——以山东省曲阜市为例

许杰玉，毛磊，熊锋，张婷，刘改妮

（北京清控人居环境研究院生态环境中心，北京100083）

雨水资源作为一种可再生资源，合理的收集与利用，不仅能有效缓解水资源供需矛盾，带来可观的经济效益，还具有改善城市生态环境的功效。本文基于海绵城市理论，通过建筑屋顶、道路广场、自然水面对雨水资源的集蓄利用分析，下沉式绿地、透水铺装、生物滞留设施对雨水资源的减排下渗分析，曲阜市每年将雨水用于绿地浇灌，道路喷洒，可实现雨水资源综合利用率大于9%，同时增加雨水资源下渗量约800万m3。

雨水资源化；开发利用；低影响开发；海绵城市；曲阜市

水资源紧缺现已是世界各国关注的焦点之一，我国是13个严重缺水国家之一，我国北方缺水地区总面积420万km2，占全国国土面积43.7%[1]。雨水资源作为一种可再生资源，合理的收集与利用，不仅能有效缓解水资源供需矛盾，带来可观的经济效益，还具有改善城市生态环境的功效，具有广阔的发展前景。而“海绵城市”理论的提出，正是对雨水资源的合理控制与开发，其本质是改变传统城市建设理念，顺应自然、与自然和谐共处的低影响开发模式[2，3]，即遇到有降雨时城市能够就地或就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水，补充地下水、调节水循环；在干旱缺水时有条件将蓄存的水释放出来，并加以利用，从而让水在城市中的迁移活动中更加“自然”，同时丰富城市景观，增强城市生态功能，让城市更加宜居[4]。目前，国际上对雨水资源的开发利用与管理也比较成熟，像丹麦每年能从建筑屋顶收集645万m3的雨水，占居民冲洗厕所和洗衣服实际用水量的68%，相当于居民总用水量的22%[5]。荷兰从20世纪50年代起，就在沿海一些城市开展了大规模的雨水人工补给地下水工程，到1990年地下水人工补给量达到了1.8亿m3/a[6，7]。而我国在雨水资源利用与管理方面相对落后，本文以山东省曲阜市为研究对象，通过海绵城市理论研究雨水资源的集蓄利用与下渗减排，为曲阜市的水资源综合利用规划、重大基础设施规划、以及重点产业布局规划提供技术支撑。

1 研究区概况

曲阜市位于鲁中南山地的西部边缘地带，北、南及东南部为山地丘陵，中西部为泗河冲积平原，泗河自东而西贯穿全境，境内干流长40km，全市水资源总量水平为17.1亿m3，其中地表水6.1亿m3，地下水天然补给量21.9亿m3，人均占有水资源量达2670 m3，与全国平均水平大致持平，作为曲阜重要水源地的尼山水库与泗河上游地表水水量、水质也较稳定。无论是大气降水，还是地面水，还是地下水，在省内都具有一定优势。但山东省是全国缺水大省，鲁西南地区也是全国严重缺水地区之一，南四湖曾出现干涸现象，京杭运河曾一度搁浅。伴随部分地区地面水的污染，加之随城市化进程加快和经济社会进一步发展，虽然科技发展能降低单位经济的用水量，但是水资源仍将会成为制约曲阜市经济社会发展的因素之一。

曲阜市且水库闸坝等水源多年平均留蓄水量仅占地表水总量的17.4%[8]，因此曲阜市常年以地下水为主要供水类型，2015年总供水量为11545.8亿m3，其中地下水供水占比为68.9%，且城镇生活与公共用水几乎100%是地下水源，2015年地下水埋深为8.5米，比2010年提高了81.4%，现状非常规水源利用较低，雨水利用还处于“0”的状态，非传统水资源利用在水源规划中也未受到重视，未能发挥其作为河道旱季补水、绿化浇灌、道路清洗的补充水源的作用。加之地表河流为季节性河流，供水保证率较低，季节性枯水期带来的大旱与缺水已成为制约曲阜发展的重要因素（图1，图2）。

图1 曲阜市供水结构（2015年）

图22010 -2015年曲阜市地下水埋深

因此，进行海绵城市建设，通过低影响开发增加雨水资源化利用，同时加大雨水资源下渗量补充地下水，对缓解曲阜目前水资源利用现状有重大意义。

2 雨水资源化利用分析

2.1 设施调蓄容积与年径流总量计算

住建部《海绵城市建设技术指南》对我国近200个城市1983-2012年日降雨量统计分析，得到各城市年径流总量控制率与对应的设计降雨量值之间的关系。基于上述数据分析，指南将我国大陆地区大致分为五个区，即I区（85%≤α≤90%）、II区（80%≤α≤85%）、III区（75%≤α≤85%）、IV区（70%≤α≤85%）、V区（60%≤α≤85%），曲阜市属IV区，其年径流总量控制率α取值范围为70%≤α≤85%。同时结合曲阜市近30年日降雨数据得出设计降雨与年径流总量控制率关系，确定曲阜市年径流控制率为75%，对应设计雨量为30.5mm（图3）。

2.2 雨水资源利用目标可达性计算

将城市雨水用作浇洒道路、绿化用水，并从水资源可持续利用的角度，在水质可以满足标准时，将雨水用于补充城市景观水系，体现城市水生态系统的自然修复、恢复与循环流动，改善缺水城市的水源涵养条件，达到改善自然气候条件以及水生态循环的目的。规划曲阜市雨水资源的集蓄利用主要通过屋面、道路广场、湿塘、雨水湿地等，雨水集蓄来源计算公式为式中W为雨水收集量，i=1为建筑屋顶雨水收集，i=2为道路广场雨水收集，调蓄水i=3为调蓄水面雨水收集，集蓄的雨水资源主要用于绿地浇灌用水及道路喷洒用水。

图3 径流总量控制率—设计雨量曲线

表1 不同排水分区低影响设施调蓄容积与年径流控制量

表2 雨水资源集蓄利用计算

根据《室外给水设计规范》GB 50013-2006第4.0.6条：“浇洒道路和绿地用水量应根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定。浇洒道路用水可按浇洒面积以2.0-3.0 L/(m2·d)计算；浇洒绿地用水可按浇洒面积以1.0-3.0 L/(m2·d)计算”。本次设计城市浇洒道路用水取0.3万m3/(km2·d)，浇洒绿地用水取0.2万m3/(km2·d)。

曲阜市中心城区雨水资源集蓄总量为862.8万m3。将道路浇洒用水和绿化用水全部用雨水代替，雨水利用总需求量为566.58万m3/年，可实现中心城区雨水资源利用率9.1%的目标（表2）。

2.3 雨水资源下渗减排分析

雨水资源的下渗减排主要通过透水铺装、下沉式绿地、生物滞留设施等低影响开发模式，曲阜市中心城区通过低影响开发年径流控制总量为6199.4万m3，其中补给地下水5336.5万m3，相比较低影响设施开发前增加地下水补给量约为800.5万m3（表3）。

3 雨水资源化利用分区策略

根据不同的用地类型，将曲阜市中心城区用地分为两大类，一是以城市非建设用地为主的区域，该类型用地雨水资源生态涵养与面源污染治理相辅相成，该区域主要为大量耕地、林地和河流水系等，对雨水起到自然集蓄和渗透补充地下水的作用，净化面源污染；二是以径流污染控制为主兼顾洪峰控制的雨水资源综合利用区，该区域主要通过低影响开发措施削减面源污染，并设置雨水收集设施，进行雨水资源化利用（表4）。

3.1 居住用地雨水资源

对于居住用地雨水的收集利用，可分为有调蓄水景小区和无调蓄水景小区。有调蓄水景小区，一般面积较大，应优先利用水景收集调蓄区域内雨水，同时兼顾雨水渗蓄利用及其他措施。将屋面及道路雨水收集汇入景观水体，并根据月平均降雨量、蒸发量、下渗量以及浇洒道路和绿化用水量来确定水体的体积，对于超标准雨水进行溢流排放。无调蓄水景的住宅小区一般面积较小。如果以雨水径流削减及水质控制为主，可以根据地形划分为若干个汇水区域，将雨水通过植被浅沟导入雨水花园或低势绿地，进行处理、下渗，对于超标准雨水溢流排入市政管道。如果以雨水利用为主，可以将屋面雨水经弃流后导入雨水桶进行收集利用，道路及绿地雨水经处理后导入地下雨水池进行收集利用。

3.2 公共商业用地雨水资源

对于公用及商业设施用地雨水的收集利用，降落在屋面（普通屋面和绿色屋面）的雨水经过初期弃流，可进入高位花坛和雨水桶，并溢流进入低势绿地，雨水桶中雨水作为就近绿化用水使用。降落在道路、广场等其他硬化地面的雨水，应利用可渗透铺装、低势绿地、渗透管沟、雨水花园等设施对径流进行净化、消纳，超标准雨水可就近排入雨水管道。在雨水口可设置截污挂篮、旋流沉沙等设施截留污染物。经处理后的雨水一部分可下渗或排入雨水管，进行间接利用，另一部分可进入雨水池和景观水体进行调蓄、储存，经过滤消毒后集中配水，用于绿化灌溉、景观水体补水和道路浇洒等。

3.3 道路用地雨水资源

对于道路雨水的收集利用，可在道路红线内布置低势绿地、植被浅沟等处理措施，可在道路红线外的公共绿地中设置形式多样的措施组合，如分散式的雨水花园、低势绿地、植被浅沟，以及集中式的雨水湿地、雨水塘、多功能调蓄设施来对道路雨水进行处理与利用，减少道路径流污染后排入河道，同时增加雨水的下渗量，形成林水相依的道路景观。

表3 不同排水分区雨水资源下渗减排分析

表4 雨水资源利用综合分区

4 小结

雨水资源化利用主要分为减排下渗与集蓄利用两大类，通过集蓄利用设施布局，将雨水用于绿地浇灌，道路喷洒等，实现雨水资源综合利用率大于9%。同时，通过下沉式绿地、透水铺装、生物滞留设施、雨水花园等低影响开发设施进行雨水的下渗减排，增加雨水资源下渗量约800万m3。

[1]王情，张广录，王晓磊，徐又信，张洪生，谭莉梅.中国北方城市雨水资源利用探讨[J].水资源保护，2009，25（4）：86-90.

[2]仇保兴.海绵城市（LID）的内涵、途径与展望[J].城乡建设，2015（2）：8-16.

[3]莫琳，俞孔坚.构建城市绿色海绵—生态雨洪调蓄系统规划研究[J].城市规划研究，2012，19（5）：4-8.

[4]吴明华.海绵城市怎么建？—专访中国海绵城市倡导者、反城乡硬化运动发起人刘波[J].决策，2015（Z1）：44-46.

[5]发达国家如何利用城市雨水[J].给水排水动态，2005（5）：37.

[6]汤喜春.雨洪资源利用的必要性及其措施探讨[J].湖南水利水电，2005（5）：71-73.

[7]程江，徐启新，杨凯，刘兰岚，范群杰.国外城市雨水资源利用管理体系的比较及启示[J].中国给水排水，2007，23（12）：68-72.

[8]齐邦锋.曲阜地下水资源分布状况及开发利用探析[J].国土与自然资源研究，2007（3）：57-58.

Urban Rainwater Utilization Planning Research Based On The Theory“sponge city”——in qufu of shandong province as an example

XU jie-yu et al
(Department of ecology&environment,Beijing Tsinghua holdings environment settlements institute,Beijing 100083,China)

Rainwater resources as a kind of renewable resources, the reasonable collection and utilization can effectively alleviate the contradiction between supply and demand of water resources, not only bring considerable economic benefits,but also has the effect of improving urban ecological environment.Based on the theory of sponge city,the paper analyzes the collection and utilization of rainwater resources through the building roof,road squareandnaturalwater,analyzesrainwaterinfiltrationand emissions through subsided greenbelt,permeable pavement and biological stranded facilities.Annual rainwater for green land irrigation,sprayingroads,canrealizewaterresources comprehensive utilization is greater than 9%,at the same time increase rainwater infiltration volume of about eight million m3.

Rainwater utilization;Development and utilization; Low impact development;Sponge city;Qufu City

TU992

A

许杰玉（1986-），女，硕士，工程师，主要从事资源利用与环境保护规划工作。

（2016-09-10收稿袁海峰编辑）

1003-7853（2016）05-0038-04

山东省曲阜市海绵城市建设专项规划（2016-2030）