城镇雨水收集利用潜力估算及收集利用方法

　　水是生命之源，维系着社会和经济的发展。但是随着经济的快速发展和城市化进程的加快，城镇开始出现降雨量增多，降雨强度增大，加大了城市排水系统的压力，城镇内涝问题日益凸显。与此同时，随着城镇人口的增长、生活水平的提高和水环境污染问题的加剧，许多城市面临着水资源短缺的问题。对雨水进行收集利用是解决这些问题最直接、最有效的途径。雨水中的污染物质主要是大颗粒的无机污染物，易于净化处理。同时，雨水作为自然水体循环的重要参与者，其资源化利用可以加强雨水的土壤入渗能力，提升地下水水位，还可以提高城市排洪系统的可靠性，减少城市洪涝灾害的发生。因此，雨水的资源化利用对城镇的可持续发展具有非常重要的意义。

　　目前，雨水的收集利用已成为全球研究的热点问题。Erwin研究了来自屋面、庭院和交通流量较少的道路雨水，结果表明这类雨水的污染较轻，只需简单的好氧生物处理和紫外消毒就可使用。Handia等分析了赞比亚的雨水水质，结果表明雨水水质较好，不经处理或经简单处理后便可使用。Enedir等分析了巴西东南部195个城镇的雨水收集潜力，结果表明雨水收集利用平均可节约 41%的市政用水量。雨水利用工程是多途径、多层次的系统工程，与当地多种地理信息因素密切相关，例如降雨量、下垫面情况、土地利用状况等。必须全面的考虑相关因素，才能做出合理的规划。其中最重要的因素是城市雨水降雨量及其可利用量，研究雨水的利用潜力是开展城市雨水资源化利用的基础。本研究以成都市石板滩镇为研究对象，以 GIS(Geographical Information System)为分析平台充分发挥GIS 的空间数据的分析和处理功能，对多个因素进行全面分析，对该区域雨水利用潜力进行计算，并结合各汇水面特点制定合理的雨水利用方案。

　　1 城镇雨水收集利用潜力估算
　　
　　1.1 研究区概况与数据来源

　　成都市位于我国西南部，由平原和部分台地构成。成都市属于亚热带湿润季风气候，气候温和，四季分明，无霜期长，雨量充沛、日照较少。

　　石板滩镇位于成都市新都区的东部中心，是成都市市级重点镇，属于工业型城镇。用地规模5.23平方公里，人口4万人。本研究所需的降雨资料从成都市气象局网站得到，土地利用规划图从《成都市新都区区域总体规划》（2007-2020）中得到。
　　
　　1.2 降雨量特征分析

　　根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）的要求，降雨量应该根据近 10 年以上降雨量资料确定，本研究对成都市1971-2000 年逐月降雨量资料进行统计分析，其结果见表 1。【表1】

　　从表 1可以看出，成都市降雨主要集中在夏秋季节，5至 9 月份降雨量大，占全年降雨总量的 83.9%，并且以 7、8 月份最多，占全年降雨量的49%。而冬季降雨稀少，整个季节仅占全年降雨量的4. 67%。由此可见，成都市的降雨年内分布极为不均，对雨水资源进行集蓄利用将很大程度的减少城市内涝和干旱的发生。而且成都市年平均降雨量为870.2mm，根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006），适宜进行雨水收集利用。

　　1.3 下垫面分类

　　由于地表特征的不同，硬化程度不同的汇水面雨水下渗量不同，所以不同下垫面类型的汇水面所产生的径流量也不同。本研究根据不同的土地利用类型将下垫面划分为以下 8 类：Ⅰ类，工业用地，包括厂房、车间、员工食堂等；Ⅱ类，物流用地，包括停车场，仓库，办公楼等；Ⅲ类，城镇建设用地，包括居民区、商业区、学校、医院、企事业单位等；Ⅳ类，生态用地，包括花园、绿化带、公园、植物园等；Ⅴ类，水域，包括河流、人工湖等；Ⅵ类，道路，包括公路、城镇街道、广场等；Ⅶ类，远景规划，目前多为裸露地面；Ⅷ类，其他用地，包括荒地和农田等。

　　把石板滩镇的规划图转换为GIS 的数据格式，各类型土地利用分布图如图 1所示。利用 GIS 软件的空间分析功能得到各土地利用类型的汇水面面积，结果见表2。【图1.表2】

　　
　　1.4 降雨径流系数
　　
　　文章所估算的雨水利用潜力是指降雨所产生的径流量。根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）中规定本研究采用的各种汇水面的降雨径流系数见表3。【表3】

　　
　　1.5 石板滩镇雨水利用潜力估算

　　大气降水是各种形式水资源总的补给来源，因此降雨总量指一个流域或封闭区域内水资源量的最大值，可用以下公式（1）计算得出：W0=H×A×10-3（1）式（1）中，W0为降雨总量（m3），H 为年平均降水量（mm)，A 为汇水面积（m2）。

　　由于自然条件和技术经济水平的限制，一个封闭区域内的降雨总量不可能完全被收集利用，即可收集利用雨水量一定会小于降雨总量，区域内理论可收集雨水总量按下式估算：W1＝Ψ×H×A×10-3（2）式（2）中，W1为理论可收集雨水量（m3），Ψ为径流系数。

　　实际上降雨的季节分布很不均匀，在计算可收集雨水量时就需要考虑降雨的季节折减系数。另外，由于环境污染问题的存在，初期径流雨水污染较重，需要进行初期雨水弃流。但对于河流、人工湖等水体来说不用考虑这两方面的影响。实际可收集雨水量按下式估算：W2＝Ψ×H×A×α×β×10-3（3）式（3）中，W2为实际可收集雨水量（m3），α 为初期弃流系数，β为季节折减系数。根据前面降雨量分析得到成都市年平均降雨 量为 870mm；β 取0.84，因为降雨主要集中在夏秋两季，5 月至9 月降雨量大，占全年总降雨量的84%；α=1－初期雨量×年平均降雨次数／年平均降雨量，由此可得成都市初期弃流系数为 0.67。

　　实际可收集雨水量计算结果见表4。【表4】

　　石板滩镇共 4万人，在《成都市新都区区域总体规划》（2007-2020）中石板滩镇的人口综合用水量定额按 400L/(cap.d)取值，由此可得石板滩镇一年总用水量为5.84×106m3。从表 4中可以看出，石板滩镇年降雨总量多达4.6×106m3，理论可收集雨水量为2.7×106m3，而实际可收集的雨水量为 1.6×106m3，分别相当于年用水总量的 79%、46%和 26%，雨水收集利用潜力巨大。如果能把可收集的雨水充分收集利用不仅可减少自来水的用水量，还有利于减少城市内涝的发生，对缓解水资源问题起着非常重要的作用。

　　2 石板滩镇雨水收集利用方法分析研究

　　雨水利用应该尽量不破坏原有的水网结构，充分的利用有利条件。

　　不同类型的汇水面要根据不同的地表特征以及可收集雨水量，进行综合考虑，因地制宜选择合适的雨水利用方案对雨水进行收集利用。城市雨水资源化利用应以就地利用为主，在降低利用成本的基础上力求使雨水充分利用起来。

　　对于水域除了要考虑雨水的手机利用外还要考虑城市的防洪。而下凹式绿地和蓄水池不仅可以蓄集利用雨水，还可以消减洪峰流量。因此应该在河流两侧建蓄水池对雨水进行收集利用，另外应把河流附近的生态用地改为下凹式绿地，进一步加强削峰蓄洪的作用。城镇建设用地、物流用地和工业用地集雨面主要是屋面，可收集雨水量大且水质较好，最好设置屋顶水箱对雨水进行收集，并就近利用。收集的雨水可用于生活杂用水、绿化用水和工业用水。

　　道路的径流系数比较大，但是路面雨水受污染程度一般较高，收集的雨水多用于冲洗道路和绿化。同时道路两侧的生态用地和绿化带可以建成集水明沟和下凹式绿地，在集水明沟内种植耐水淹的景观植物。

　　这样不仅可以增加雨水入渗补充地下水，还可以拦截雨水中的杂降低受污染的水进入河流造成面源污染的可能。生态用地是一种天然的渗透设施，为了进一步增加雨水入渗量应尽量建成下凹式绿地，即增加了雨水入渗量也起到了蓄集雨水的作用。

　　3 结束语

　　雨水资源化利用可以有效的解决城市水资源短缺的问题，同时能够起到缓解城市内涝和防止面源污染的作用，对城镇可持续发展具有重要意义。雨水收集利用是一个与当地降雨特点、下垫面情况、土地利用类型等地理信息参数密切相关的多途径、多层次的系统工程，利用 GIS 在空间数据采集与处理方面的强大功能，可大大提高雨水收集与利用效益。

　　本研究文章以成都市石板滩镇为研究区域，根据土地利用类型将汇水面划分为工业用地、物流用地、城镇建设用地、生态用地、水域、道路、远景规划和其他用地 8 类，并以 GIS 为分析平台，估算出每种类型汇水面的面积和石板滩镇的雨水收集潜力。结果表明，该镇实际可收集的雨水量为1.6×106m3，相当于该镇全年用水总量的 26%。同时，本研究通过对不类型的汇水面进行综合分析，提出了各汇水面的雨水利用方式。

　　参考文献
　　
　　[1]辛格（V·P·Singh）.水文系统流域模拟[M].赵卫民等译.郑州：黄河水利出版社，2000.
　　[2]刘宝山.城市小区雨水利用的研究[D].天津：天津大学，2008.