許杰玉，毛磊，熊鋒，張婷，劉改妮

（北京清控人居環(huán)境研究院生態(tài)環(huán)境中心，北京100083）

基于“海綿城市”理論的城市雨水資源利用規(guī)劃研究
——以山東省曲阜市為例

許杰玉，毛磊，熊鋒，張婷，劉改妮

（北京清控人居環(huán)境研究院生態(tài)環(huán)境中心，北京100083）

雨水資源作為一種可再生資源，合理的收集與利用，不僅能有效緩解水資源供需矛盾，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還具有改善城市生態(tài)環(huán)境的功效。本文基于海綿城市理論，通過建筑屋頂、道路廣場、自然水面對雨水資源的集蓄利用分析，下沉式綠地、透水鋪裝、生物滯留設(shè)施對雨水資源的減排下滲分析，曲阜市每年將雨水用于綠地澆灌，道路噴灑，可實現(xiàn)雨水資源綜合利用率大于9%，同時增加雨水資源下滲量約800萬m3。

雨水資源化；開發(fā)利用；低影響開發(fā)；海綿城市；曲阜市

水資源緊缺現(xiàn)已是世界各國關(guān)注的焦點之一，我國是13個嚴(yán)重缺水國家之一，我國北方缺水地區(qū)總面積420萬km2，占全國國土面積43.7%[1]。雨水資源作為一種可再生資源，合理的收集與利用，不僅能有效緩解水資源供需矛盾，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還具有改善城市生態(tài)環(huán)境的功效，具有廣闊的發(fā)展前景。而“海綿城市”理論的提出，正是對雨水資源的合理控制與開發(fā)，其本質(zhì)是改變傳統(tǒng)城市建設(shè)理念，順應(yīng)自然、與自然和諧共處的低影響開發(fā)模式[2，3]，即遇到有降雨時城市能夠就地或就近吸收、存蓄、滲透、凈化雨水，補(bǔ)充地下水、調(diào)節(jié)水循環(huán)；在干旱缺水時有條件將蓄存的水釋放出來，并加以利用，從而讓水在城市中的遷移活動中更加“自然”，同時豐富城市景觀，增強(qiáng)城市生態(tài)功能，讓城市更加宜居[4]。目前，國際上對雨水資源的開發(fā)利用與管理也比較成熟，像丹麥每年能從建筑屋頂收集645萬m3的雨水，占居民沖洗廁所和洗衣服實際用水量的68%，相當(dāng)于居民總用水量的22%[5]。荷蘭從20世紀(jì)50年代起，就在沿海一些城市開展了大規(guī)模的雨水人工補(bǔ)給地下水工程，到1990年地下水人工補(bǔ)給量達(dá)到了1.8億m3/a[6，7]。而我國在雨水資源利用與管理方面相對落后，本文以山東省曲阜市為研究對象，通過海綿城市理論研究雨水資源的集蓄利用與下滲減排，為曲阜市的水資源綜合利用規(guī)劃、重大基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、以及重點產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

曲阜市位于魯中南山地的西部邊緣地帶，北、南及東南部為山地丘陵，中西部為泗河沖積平原，泗河自東而西貫穿全境，境內(nèi)干流長40km，全市水資源總量水平為17.1億m3，其中地表水6.1億m3，地下水天然補(bǔ)給量21.9億m3，人均占有水資源量達(dá)2670 m3，與全國平均水平大致持平，作為曲阜重要水源地的尼山水庫與泗河上游地表水水量、水質(zhì)也較穩(wěn)定。無論是大氣降水，還是地面水，還是地下水，在省內(nèi)都具有一定優(yōu)勢。但山東省是全國缺水大省，魯西南地區(qū)也是全國嚴(yán)重缺水地區(qū)之一，南四湖曾出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，京杭運河曾一度擱淺。伴隨部分地區(qū)地面水的污染，加之隨城市化進(jìn)程加快和經(jīng)濟(jì)社會進(jìn)一步發(fā)展，雖然科技發(fā)展能降低單位經(jīng)濟(jì)的用水量，但是水資源仍將會成為制約曲阜市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的因素之一。

曲阜市且水庫閘壩等水源多年平均留蓄水量僅占地表水總量的17.4%[8]，因此曲阜市常年以地下水為主要供水類型，2015年總供水量為11545.8億m3，其中地下水供水占比為68.9%，且城鎮(zhèn)生活與公共用水幾乎100%是地下水源，2015年地下水埋深為8.5米，比2010年提高了81.4%，現(xiàn)狀非常規(guī)水源利用較低，雨水利用還處于“0”的狀態(tài)，非傳統(tǒng)水資源利用在水源規(guī)劃中也未受到重視，未能發(fā)揮其作為河道旱季補(bǔ)水、綠化澆灌、道路清洗的補(bǔ)充水源的作用。加之地表河流為季節(jié)性河流，供水保證率較低，季節(jié)性枯水期帶來的大旱與缺水已成為制約曲阜發(fā)展的重要因素（圖1，圖2）。

圖1 曲阜市供水結(jié)構(gòu)（2015年）

圖22010 -2015年曲阜市地下水埋深

因此，進(jìn)行海綿城市建設(shè)，通過低影響開發(fā)增加雨水資源化利用，同時加大雨水資源下滲量補(bǔ)充地下水，對緩解曲阜目前水資源利用現(xiàn)狀有重大意義。

2 雨水資源化利用分析

2.1 設(shè)施調(diào)蓄容積與年徑流總量計算

住建部《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》對我國近200個城市1983-2012年日降雨量統(tǒng)計分析，得到各城市年徑流總量控制率與對應(yīng)的設(shè)計降雨量值之間的關(guān)系。基于上述數(shù)據(jù)分析，指南將我國大陸地區(qū)大致分為五個區(qū)，即I區(qū)（85%≤α≤90%）、II區(qū)（80%≤α≤85%）、III區(qū)（75%≤α≤85%）、IV區(qū)（70%≤α≤85%）、V區(qū)（60%≤α≤85%），曲阜市屬IV區(qū)，其年徑流總量控制率α取值范圍為70%≤α≤85%。同時結(jié)合曲阜市近30年日降雨數(shù)據(jù)得出設(shè)計降雨與年徑流總量控制率關(guān)系，確定曲阜市年徑流控制率為75%，對應(yīng)設(shè)計雨量為30.5mm（圖3）。

2.2 雨水資源利用目標(biāo)可達(dá)性計算

將城市雨水用作澆灑道路、綠化用水，并從水資源可持續(xù)利用的角度，在水質(zhì)可以滿足標(biāo)準(zhǔn)時，將雨水用于補(bǔ)充城市景觀水系，體現(xiàn)城市水生態(tài)系統(tǒng)的自然修復(fù)、恢復(fù)與循環(huán)流動，改善缺水城市的水源涵養(yǎng)條件，達(dá)到改善自然氣候條件以及水生態(tài)循環(huán)的目的。規(guī)劃曲阜市雨水資源的集蓄利用主要通過屋面、道路廣場、濕塘、雨水濕地等，雨水集蓄來源計算公式為式中W為雨水收集量，i=1為建筑屋頂雨水收集，i=2為道路廣場雨水收集，調(diào)蓄水i=3為調(diào)蓄水面雨水收集，集蓄的雨水資源主要用于綠地澆灌用水及道路噴灑用水。

圖3 徑流總量控制率—設(shè)計雨量曲線

表1 不同排水分區(qū)低影響設(shè)施調(diào)蓄容積與年徑流控制量

表2 雨水資源集蓄利用計算

根據(jù)《室外給水設(shè)計規(guī)范》GB 50013-2006第4.0.6條：“澆灑道路和綠地用水量應(yīng)根據(jù)路面、綠化、氣候和土壤等條件確定。澆灑道路用水可按澆灑面積以2.0-3.0 L/(m2·d)計算；澆灑綠地用水可按澆灑面積以1.0-3.0 L/(m2·d)計算”。本次設(shè)計城市澆灑道路用水取0.3萬m3/(km2·d)，澆灑綠地用水取0.2萬m3/(km2·d)。

曲阜市中心城區(qū)雨水資源集蓄總量為862.8萬m3。將道路澆灑用水和綠化用水全部用雨水代替，雨水利用總需求量為566.58萬m3/年，可實現(xiàn)中心城區(qū)雨水資源利用率9.1%的目標(biāo)（表2）。

2.3 雨水資源下滲減排分析

雨水資源的下滲減排主要通過透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施等低影響開發(fā)模式，曲阜市中心城區(qū)通過低影響開發(fā)年徑流控制總量為6199.4萬m3，其中補(bǔ)給地下水5336.5萬m3，相比較低影響設(shè)施開發(fā)前增加地下水補(bǔ)給量約為800.5萬m3（表3）。

3 雨水資源化利用分區(qū)策略

根據(jù)不同的用地類型，將曲阜市中心城區(qū)用地分為兩大類，一是以城市非建設(shè)用地為主的區(qū)域，該類型用地雨水資源生態(tài)涵養(yǎng)與面源污染治理相輔相成，該區(qū)域主要為大量耕地、林地和河流水系等，對雨水起到自然集蓄和滲透補(bǔ)充地下水的作用，凈化面源污染；二是以徑流污染控制為主兼顧洪峰控制的雨水資源綜合利用區(qū)，該區(qū)域主要通過低影響開發(fā)措施削減面源污染，并設(shè)置雨水收集設(shè)施，進(jìn)行雨水資源化利用（表4）。

3.1 居住用地雨水資源

對于居住用地雨水的收集利用，可分為有調(diào)蓄水景小區(qū)和無調(diào)蓄水景小區(qū)。有調(diào)蓄水景小區(qū)，一般面積較大，應(yīng)優(yōu)先利用水景收集調(diào)蓄區(qū)域內(nèi)雨水，同時兼顧雨水滲蓄利用及其他措施。將屋面及道路雨水收集匯入景觀水體，并根據(jù)月平均降雨量、蒸發(fā)量、下滲量以及澆灑道路和綠化用水量來確定水體的體積，對于超標(biāo)準(zhǔn)雨水進(jìn)行溢流排放。無調(diào)蓄水景的住宅小區(qū)一般面積較小。如果以雨水徑流削減及水質(zhì)控制為主，可以根據(jù)地形劃分為若干個匯水區(qū)域，將雨水通過植被淺溝導(dǎo)入雨水花園或低勢綠地，進(jìn)行處理、下滲，對于超標(biāo)準(zhǔn)雨水溢流排入市政管道。如果以雨水利用為主，可以將屋面雨水經(jīng)棄流后導(dǎo)入雨水桶進(jìn)行收集利用，道路及綠地雨水經(jīng)處理后導(dǎo)入地下雨水池進(jìn)行收集利用。

3.2 公共商業(yè)用地雨水資源

對于公用及商業(yè)設(shè)施用地雨水的收集利用，降落在屋面（普通屋面和綠色屋面）的雨水經(jīng)過初期棄流，可進(jìn)入高位花壇和雨水桶，并溢流進(jìn)入低勢綠地，雨水桶中雨水作為就近綠化用水使用。降落在道路、廣場等其他硬化地面的雨水，應(yīng)利用可滲透鋪裝、低勢綠地、滲透管溝、雨水花園等設(shè)施對徑流進(jìn)行凈化、消納，超標(biāo)準(zhǔn)雨水可就近排入雨水管道。在雨水口可設(shè)置截污掛籃、旋流沉沙等設(shè)施截留污染物。經(jīng)處理后的雨水一部分可下滲或排入雨水管，進(jìn)行間接利用，另一部分可進(jìn)入雨水池和景觀水體進(jìn)行調(diào)蓄、儲存，經(jīng)過濾消毒后集中配水，用于綠化灌溉、景觀水體補(bǔ)水和道路澆灑等。

3.3 道路用地雨水資源

對于道路雨水的收集利用，可在道路紅線內(nèi)布置低勢綠地、植被淺溝等處理措施，可在道路紅線外的公共綠地中設(shè)置形式多樣的措施組合，如分散式的雨水花園、低勢綠地、植被淺溝，以及集中式的雨水濕地、雨水塘、多功能調(diào)蓄設(shè)施來對道路雨水進(jìn)行處理與利用，減少道路徑流污染后排入河道，同時增加雨水的下滲量，形成林水相依的道路景觀。

表3 不同排水分區(qū)雨水資源下滲減排分析

表4 雨水資源利用綜合分區(qū)

4 小結(jié)

雨水資源化利用主要分為減排下滲與集蓄利用兩大類，通過集蓄利用設(shè)施布局，將雨水用于綠地澆灌，道路噴灑等，實現(xiàn)雨水資源綜合利用率大于9%。同時，通過下沉式綠地、透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、雨水花園等低影響開發(fā)設(shè)施進(jìn)行雨水的下滲減排，增加雨水資源下滲量約800萬m3。

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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

許杰玉（1986-），女，碩士，工程師，主要從事資源利用與環(huán)境保護(hù)規(guī)劃工作。

（2016-09-10收稿袁海峰編輯）

1003-7853（2016）05-0038-04

山東省曲阜市海綿城市建設(shè)專項規(guī)劃（2016-2030）