低影响开发下不同类型区城市雨水利用模式研究

王军 郭泽忠 魏飒

（河北师范大学汇华学院 河北石家庄 050091）

华北城市区域水资源严重短缺，一方面造成地下水过度开采或四处调水补源，另一方面随着城市大面积地表硬化，雨水径流增加，城市建设每年斥巨资修建排水系统，而大量雨水却白白排放，城市旱情愈加严重；以此同时，因汛期集中降雨造成积水成灾，严重影响了城市居民日常生活。合理开发利用雨水资源，把城区雨水集蓄利用或入渗回补地下，既可增加可利用水资源量，又可减少排涝排污水量，是缓解城市水资源短缺、减轻内涝灾害的有效措施。

近年来，城市雨水利用已成为国内外水资源管理研究的热门课题[1]。为全面落实新时期治水方针，实现城市节水节能减排的目标，兼以全面推进海绵城市建设进程，河北省石家庄市、邯郸市、唐山市等城区开展了一系列城市雨水资源模式利用技术研究与示范[2-5]。

低影响开发（LID）[6]即是低范围内影响水文特征，最大程度的减少雨水径流、减少污染等，而实现雨水的利用。其重点是管理雨水[7]，利用一些低成本、小规模的雨水设施实现从源头到终端整个过程的管理。鉴于此，本文在系统分析低影响开发雨水利用措施基础上，针对不同类型区城市下垫面、水文特征等建立了不同区域的城市雨水利用模式，以期为类似地区城市雨水利用、海绵城市建设等提供借鉴意义。

1 低影响开发理念下的雨水利用措施

低影响开发理念下的雨水利用设施，是以生态系统为基础，重在人与自然的和谐相处[8]。低影响开发理念下的雨水利用措施主要有渗透滞留、雨水运输及调蓄净化[9]。渗透滞留措施主要有雨水花园、绿色屋顶、透水材料铺装和下凹式绿地等；雨水运输设施主要有植被浅沟、生态树池；调蓄净化设施主要有人工湿地、蓄水池、植被过滤带等。

多种低影响开发雨水利用技术对比见表1。

表1 低影响开放雨水利用技术对比

在实际应用时，需结合区域下垫面条件因地制宜选择低影响开发技术，遵循入渗-运输-净化-存储利用的原则，构建完善的雨水利用体系。

2 城市雨水利用模式

2.1 山丘区城市雨水利用

2.1.1 示范地点

示范地点——石家庄市鹿泉区海山大街；类型——机关事业单位。

2.1.2 示范区概况

鹿泉区位于河北省西部太行山东麓，城区面积49.52km2。地形特点是西高东低。

鹿泉站典型年降水量各月分配统计分析结果见表2。

表2 鹿泉站典型年降水量月分配

鹿泉市水务局总占地面积4110m2，东临海山大街，南依新开路，呈西高东低地势。现单位内大部分为水泥硬化地面，仅在东南角建有800m2的一绿化小区。雨水大部分通过地面散排至东侧的海山大街排水沟内。

当前存在的主要问题：①绿化灌溉水源除降雨外主要为自来水；②下垫面大部分为硬化地面，雨季积水较多，故实施雨水利用是当务之急。

2.1.3 雨水利用方式及工程建设内容

根据鹿泉区山区城镇特点，结合河北省水土保持生态建设工作，开展雨水利用技术示范。雨水利用方式为：渗蓄结合，以渗透间接利用为主。示范面积共计2100m2，雨水入渗采取新建下凹式绿地+透水性地面铺装，面积计500m2；雨水存蓄采取院内新建地下集雨池1座，蓄水容积100m3。

2.1.4 雨水利用效果监测

2016年降雨量698.9mm，降水过程见图1。由于铺设了下凹式绿地和透水砖，雨水入渗率明显提高；修建的地下蓄水池，年累计利用雨水量达到300m3以上，主要用于院区道路喷洒、绿化灌溉，大大节约了自来水。全年雨水径流系数由65%降至21%，有效改善了院区生态环境。

图1 鹿泉区2016年逐月降雨量

2.2 平原区城市雨水利用

2.2.1 示范地点及雨水利用方式

示范地点：石家庄市新华区泰华街310号。

类型：机关事业单位。

雨水利用方式：蓄渗结合，以利用为主。

2.2.2 示范区概况

省水科院位于石家庄市新华区西北部，北、南、西邻均有院墙或建筑物分隔，东临泰华街。院内办公楼2座，总面积4133m2，主要有楼房建筑、绿地和地面铺装等三种土地类型，占地面积比例分别为44.7%、6.7%、44.3%和4.3%。院区地面高程75.10m，地下水埋深大于45m。

底土性质：试验区底土属于中粉质壤土，土壤干容重平均测定值为1.55g/cm3，土壤渗透系数测定值为1.05m/d。

2.2.3 雨水利用工程建设内容

院区所用透水性铺装材料主要为透水面砖和空心草皮砖两种材料。其中透水面砖为引进环保型透水砖，铺设面积54m2；空心草皮砖铺设面积95m2。

雨水集蓄工程为地下蓄雨池，容积60m3，集雨面积为2010m2，采取拦污-沉淀-过滤的雨水处理技术。集蓄利用模式为：院区雨水经简单水质处理后经蓄雨池收集，收集的雨水主要用于冲洗车辆、绿地灌溉和地面喷洒等。

2.2.4 雨水利用效果监测

（1）雨水集蓄利用减少了院区地表径流，提高了雨水利用率，实现了设计重现期下院区雨水的“零排放”。2014～2016年年降水量430.4mm、707.7mm 和698.9mm，集雨利用量为 612.0m3、884.1m3和796.4m3，入渗蒸发量为 192.0m3、421.7m3和 407.7m3，外排水量 24m3、100m3和 155m3，三年平均雨水蓄存利用率达64.5%，雨水排出率仅为7.1%。

（2）因地制宜地选择透水性铺装材料，雨水入渗回补地下水，地表径流系数减小，一般中小强度降雨（日降雨量20～30mm）不产流。同时雨水入渗有效涵养了地下水，对维持城市水循环系统平衡发挥了重要作用。

（3）屋面雨水经过初期弃流后雨水水质明显变好，特别是SS明显降低，一般小于15mg/L。院区雨水经过简单处理可以满足绿地灌溉和地面喷洒水质要求。雨水径流处理前水质较差，SS和COD分别为318mg/L和106mg/L，经过多级拦污和沉淀处理后，雨水SS和COD分别降至48mg/L和42mg/L。再经过过滤处理和池内沉淀，SS和COD分别降至26mg/L和20mg/L，基本符合城市杂用水水质标准要求，可用于绿地灌溉和地面喷洒等用途。即使污染比较严重的道路雨水，通过初期雨水弃流或地面/绿地渗透可以基本满足绿地灌溉和地面喷洒水质要求。

2.3 滨海区城市雨水利用

2.3.1 示范地点及雨水利用方式

示范地点：秦皇岛市和平大街。

类型：城市居民小区。

雨水利用方式：蓄渗结合，以集蓄利用为主。

2.3.2 示范区概况

秦皇岛市“在水一方”旧城改造项目位于秦皇岛市海港区西部，是典型的居民小区。小区自有基础设施健全，配套设施齐全。为改善小区居住环境，小区整体规划设计时积极引进环保、节水、节能的生态理念，力求实现高效利用雨水资源。

小区地面高程4.44～5.76m，地貌上场地属于汤河河流冲积平原。在钻探深度范围表层0.70～3.00m为杂填土，夹层为粉质粘土、中粗砂、粉质粘土和粗砂等。地下水类型为第四系松散沉积物空隙水，地下水水位年变幅约0.5～1.0m。

2.3.3 工程建设内容

小区雨水利用技术包括：收集屋面雨水、修建地下蓄水池、建设下凹式绿地、铺设透水性材料、修建人工湖等。

收集屋面雨水，用于室外绿化带灌溉，面积约3.9万m2；地下蓄水池容积500m3，收集的雨水主要用于小区绿地灌溉、冲厕和景观湖补充用水；建设下凹式绿地面积2000m2；小区人行道路铺设透水砖，面积为4.57万m2；停车场地面铺装空心草皮砖，面积3000m2。修建人工湖收集小区中心区域雨水，面积6500m2。

2.3.4 雨水利用效果及监测

（1）年度降水情况。

秦皇岛市2014年总降雨量532.7mm，2015年总降雨量562.7mm。

（2）集雨利用量和增加雨水入渗量。

2014年雨水利用量5750m3，其中绿地浇灌1300m3，生活杂用450m3，补充水系4000m3。

2015年雨水利用量6014m3，其中绿地浇灌1334m3，生活杂用480m3，补充水系4200m3。

利用透水性地面铺装和绿地增渗系统，两个年度增加雨水入渗量共计 3.4 万 m3。

（3）生态环境改善情况。

小区生态环境明显改善，真正实现了“宜居”。同时雨季小区内地表径流减少，有效减缓了城市管网压力。

3 结论

（1）对比分析多种低影响开发雨水利用技术，在实际应用时，需结合区域下垫面条件因地制宜选择低影响开发技术，遵循入渗—运输—净化—存储利用的原则，构建完善的雨水利用体系。

（2）结合实践工作，研究提出了不同类型区城市雨水利用工程模式，其中山丘区雨水利用方式为渗蓄结合，以渗透间接利用为主；平原区雨水利用方式为蓄渗结合，以利用为主；滨海区雨水利用方式蓄渗结合，以集蓄利用为主。