抑制城市內澇的有效措施:雨水資源化

楊文哲 陳淑芬 張克峰 劉連江

(山東建筑大學市政與環(huán)境工程學院，山東濟南250101)

抑制城市內澇的有效措施:雨水資源化

楊文哲 陳淑芬 張克峰 劉連江

(山東建筑大學市政與環(huán)境工程學院，山東濟南250101)

頻繁發(fā)生的城市內澇災害，成為城市建設管理工作中訖待解決的的重大問題。地面明流超量、城市大量蓄水場地被侵占、城市路面下滲能力降低是引發(fā)內澇的主要原因。城市雨水資源化是從雨水源頭做起，增加雨水收集利用量，優(yōu)化排蓄組合，增大滲透量。既有效地實現雨水資源化，又達到減排與緩排洪水流量，抑制城市內澇的目的。

城市內澇;雨水資源化;雨水調蓄;滲水減排

內澇災害是指在一定的區(qū)域范圍內，由于內部積水排泄不暢而引起的淹沒性損失的一種災害。城市內澇危害極大，不僅給局部地區(qū)帶來嚴重的淹沒損失，造成城市交通癱瘓，擾亂城市生活和工作秩序，還給城市居民的生命財產造成巨大威脅［1－2］。

近20年來，由于全球氣候變化，重經濟發(fā)展輕生態(tài)保護、人口增加以及城市化進程加快等原因，導致一系列的城市環(huán)境與氣候變化;同時，隨著城市人工地貌的大量建成，造成城市水文過程急劇變化，導致我國內澇災害發(fā)生的頻次、風險和由此帶來的損失逐年增加。雨水資源化是指通過工程性和非工程性措施，分散實施，就地攔蓄、儲存、下滲、回灌、調蓄和利用，以最大、最優(yōu)利用雨水資源為主［3］，對緩解城市水資源緊張，實現雨水資源化，抑制與減少城市內澇起到重要作用。國內外許多專家已對雨水資源化進行了廣泛研究并提出了有效的途徑［4－9］。

1 城市內澇的主要成因

1．1 地面明流超量

城市化進程中，建筑物密集、道路縱橫交錯、綠化面積、水面面積及裸露土地面積降低，改變了土地利用特性，直接改變了當地雨洪徑流的形成條件。原本的自流排水模式逐漸變?yōu)橐劳泄芫W、泵站等動力排水的強排水模式。而城市排水管網的投資力度明顯低于城市的發(fā)展速度［10］，許多管網排水能力低下，在暴雨來臨時滿足不了短時間內將雨水排盡的要求，超出排水系統能力的雨水只能依靠地表明流排泄。

據研究報道:來自建筑屋面徑流的雨水資源約為雨水資源總量的70%;來自城市道路徑流的雨水資源約為雨水資源總量的20%，來自城市綠地的雨水資源只占雨水資源總量的10%［11］。而國內大到民用住宅乃至商業(yè)建筑，小到古舊平房，大多還采用雨落管或其他引流設施將屋面徑流引至路面，造成道路壅水，交通擁堵。

1．2 城市蓄水場地被侵占

我國城市在擴張的過程中，往往會擠占河道、破壞原有水系、填洼蓋房、以及人工渠道化。在對天然河道疏浚整治、裁彎取直的過程中，旁設排水溝渠、雨水管網等，在一定程度上加大了河道匯流的速率，使徑流形成速率加快。城市建設大量占用蓄洪場地，破壞了城市降雨的自然匯流狀態(tài)，流域界限被打破，雨水向城市低洼地區(qū)過分集中［12］，低洼地區(qū)受災嚴重。

1．3 路面下滲能力降低

城市水泥、瀝青等不透水地面的增加，截斷了水分通過入滲補給地下水的通道，使城市水循環(huán)的下墊面滲透系數減小，導致地表徑流系數增大，滲水量減少。同時雨水匯集、排出時間縮短，洪峰流量增大、洪水風險加大，城市防洪壓力增大。

1．4 雨島效應加劇城市內澇災害

隨著城市化進程的不斷加快，大量人口迅速向城市集中、城市規(guī)模不斷擴大。一方面居民生活用能的釋放、工廠及汽車尾氣熱使得空氣中凝結核增多，溫室氣體的排放量增加;另一方面，城市建筑物、瀝青、水泥路面等人工地貌增多，改變了下墊面的熱力屬性，使得城市上空形成熱氣流，熱氣流越積越厚，最終導致降雨的形成，形成“雨島效應”?！坝陯u效應”造成城市降雨頻次和降水量增加，易形成大面積積水，形成城市區(qū)域性內澇。

2 實施雨水資源化，抑制城市內澇

2．1 雨水資源化與城市內澇

現代城市排澇技術體系應蓄、滯、排相結合。城市排水規(guī)劃應傾向于減少雨水排放量，增加雨水就地入滲和貯存利用。實施雨水資源化，能夠有效延緩雨水徑流形成時間，削減洪峰流量，使降雨、徑流、蒸發(fā)、下滲等各環(huán)節(jié)遵循水文循環(huán)變化規(guī)律。城市發(fā)展前后雨水徑流變化如，［13］所示。

圖1 城市發(fā)展前后雨水徑流變化示意圖

不同強度、不同歷時降水的積水面積和積水深度有著密切的關系。雨強越大，凈雨深越大，積水面積越小，積水深度越大，如表1［14］所示。雨水資源化通過雨水截留、收集和下滲等工程性措施，人為對降雨量進行分配，使雨水大量的收集利用、儲蓄或滲入地下，從而減小凈雨深，增大積水面積，進而減少積水深度，減少城市積水，有效緩解內澇形成。

2．2 利用雨水資源化抑制城市內澇的途徑

表1 不同強度、歷時降水的積水面積和積水深度統計

2．2．1 控制匯水源頭，增加利用量，減少明流。

解決城市內澇問題應從匯水源頭采取攔截、收集、調蓄等措施，減少地面接收的明流排泄量。解決的辦法是:

(1)在小區(qū)或其他建筑物密集區(qū)建立貯水池，收集屋面雨水并經凈化后利用，以此從源頭上控制雨水向城市管道排泄。南京市某小區(qū)采用收集屋面雨水經分散處理后利用并結合道路雨水滲透［15］，對小區(qū)雨水利用率高達78．9%。其中，年滲透雨水總量為33．594m3/a，年利用雨水總量為7 794m3/a，小區(qū)年降雨總量為52 800m3/a。

(2)對機動車道的雨水徑流進行分段收集、處理和利用。機動車道的降水徑流含有較高濃度的污染物質，可采用沉淀后經氧化塘處理再排放或下滲。德國沿機動車道均設有徑流收集系統［16］，城區(qū)所收集的徑流直接送至污水處理廠處理，高速公路所收集徑流要進人沿路修建的處理系統處理后排放。

2．2．2 增加城市水體面積，集中與分散調蓄并用

(1)集中調蓄。根據城市地形走向、規(guī)劃，依據流域界限，建立人工水體，并盡可能恢復城市中的天然湖泊、塘壩、河道、溝渠，以增加城市中調蓄水體的體積，增大滯洪空間與拉長滯洪時間，減輕市區(qū)河道下游排水壓力。

(2)分散調蓄。在建立大型調蓄場所受限的區(qū)域，建立一些分散調蓄設施并使其與城市景觀、生態(tài)環(huán)境相結合。比如城市水景、公園綠地、庭院綠地及道路兩側綠化帶等，接納居住區(qū)和道路上的雨水徑流。既解決了與土地資源緊張之間的矛盾，又化整為零，分散了雨水，排除內澇隱患。遭遇暴雨時，超過綠地蓄積量的雨水，通過排水管網排除。

2．2．3 滲水減排

我國公路多采用路界表面排水系統。此種排水路面透水性非常小，該路面的應用直接導致城市排水管網壓力增大、雨水排水管線的增長和管徑增加、市政工程的投入，還會出現管道、溝渠因堵塞或滿負荷而出現路面積水的可能［17］。減少封閉路面或將雨水從封閉路面引至非封閉路面，經土壤滲透、過濾，可有效減緩地表徑流強度。

將雨水滲入土壤，發(fā)揮“土壤水庫”的調蓄功能，合理擴大深淺層地下水回灌量，能夠減少地面徑流流失，有效延緩地面徑流時間、遏制洪峰，減輕防洪壓力，還能減輕地面徑流污染，形成城市區(qū)域良性水循環(huán)。

實施雨水貯留滲透技術，對抑制雨水流出量有明顯效果，如日本對東京22萬m3的流域進行了長達5年的觀測和調查［18］，發(fā)現在平均降水量69．3mm的地區(qū)，平均流出量由原來的37．95mm降低到5．48mm，流出率由51．8%降低到5．4%。北京某小區(qū)每年可滲透水量14 600m3，占該小區(qū)降雨總量的84%［19］。

不同地表降雨后的滲透量:新瀝青路面為2．8mm、舊瀝青路面為 5．4mm、混凝土方磚為 9．2mm、紅磚為17．2mm、土地面為 20．4mm、草地為 46．4mm。針對以上數據，提出如下措施增加城市雨水下滲:在人行道、公園道路、居民區(qū)、廣場等采用混凝土方磚、紅磚、草皮磚等滲水路面;住宅區(qū)、廠房布設大面積花木、草地，盡可能減少瀝青、水泥等封閉路面;在城市改造過程中，將原有雨水管網改造成滲透管網，以增加雨水下滲，減少徑流總量。

3 結論

內澇形成的主要原因是暴雨來臨之際，城市明流超出排水管網負荷，雨水不能及時排盡;城市建設搶占了城市蓄水場地，打破城市流域界限，造成城市積雨地區(qū)集中;城市硬化路面阻礙雨水下滲，增大洪峰流量，加大洪險。雨水資源化通過控制雨水源頭，增強雨水收集利用，減少城市明流;優(yōu)化排蓄組合;提高路面下滲量三種途徑，有效控制了地表徑流量，減少了城市排水管網負荷，減輕了城市泄洪壓力;同時，充分有效地利用了暴雨帶來的雨水資源，實現了排澇和水資源利用的雙重獲益。

(編輯:溫武軍)

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［3］劉英宗，李明，金宇澄．城市排水規(guī)劃中雨水資源化問題探討［J］．中國給水排水，2003，19(12):97 －98．

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［5］俞憲忠，趙永樂．水環(huán)境優(yōu)化與兼顧水資源——關于水發(fā)展秩序的一個新型戰(zhàn)略發(fā)展框架［J］，中國人口資源環(huán)境，2007，(4):121－124．

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［10］龔偉．針對暴積雨水災害的城市防汛決策支持系統研究［D］．南京:河海大學，2007．

［11］王少東．濟南市雨水利用對策研究［D］．濟南:山東大學，2007．

［12］趙廣川．濟南市市區(qū)雨洪水蓄排研究［D］．南京:河海大學，2006．

［13］孫毅．城市雨水資源化利用研究［D］．蘭州:甘肅農業(yè)大學，2007．

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［18］程濤．城市雨水資源化技術應用研究［D］武漢:武漢理工大學，2008．

［19］李俊奇，車伍，汪慧珍．一種有效的小區(qū)雨水滲透方案［C］//中國土木工程學會水工業(yè)分會第四屆理事會第一次會議論文集．寧波:中國土木工程協會，2002:534－538．

An Effective Measure against Urban Waterlogging:Rainwater Resources

YANG Wen-zhe CHEN Shu-fen ZHANG Ke-feng LIU Lian-jiang
(School of Municipal and Environmental Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan Shandong 250101，China)

Frequent waterlogging disasters in cities is becoming a major problem to be solved in the management of urban construction．The main cause of waterlogging is that open flow on the ground is excessive，lots of storage areas in the city have been occupied，and infiltration capacity of urban roads has reduced．Measures should be taken for rainwater utilization starting from rain soure:increasing the volume of rainwater harvesting，optimizing the combination of draining and storing，and increasing the amount of rainwater infiltration．They can both realize rainwater resources，and reduce emission and the flood flow，achieving the purpose of inhibiting urban waterlogging．

urban inland inundation;rainwater resources;rainwater regulation;seepage and emission reduction

TU984

A

1002－2104(2011)03專－0176－03

2010-12-15

楊文哲，副教授，主要研究方向為水系統節(jié)能與優(yōu)化理論與技術。

陳淑芬，博士生，副教授，主要研究方向為水系統節(jié)能與優(yōu)化理論與技術。

山東省重大專項(編號:2005GG21006001);山東省資源節(jié)約型社會科技支撐體系建設專項計劃項目(編號:2008JY01)。