徐成良

(遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110000)

遼西半干旱區(qū)包括朝陽、阜新、錦州、葫蘆島四個市，總面積近5萬km2。該地區(qū)光照資源充足，降水量少、蒸發(fā)量大，水資源量和人均占有量均居遼寧省末位，屬于水資源嚴(yán)重缺乏區(qū)。要解決遼西干旱地區(qū)的水資源問題，一是通過跨流域引水，但是這種方式不僅投入巨大，且難以解決廣大丘陵區(qū)水資源短缺問題；二是有效利用雨水這一區(qū)域內(nèi)唯一潛在水資源[1]。但是，遼西丘陵地區(qū)在雨水利用方面仍存在諸多問題：一是生態(tài)環(huán)境脆弱，不能再遭受進(jìn)一步的人為破壞。二是該地區(qū)干旱頻發(fā)，短暫的降雨難以滿足生態(tài)、土壤的水資源需求。由于上述因素的制約，遼西丘陵地區(qū)的與水資源利用一直處于較低水平。因此，只有加大雨水利用方面的研究，才能有效解決遼西地區(qū)的水資源緊缺問題。鑒于丘陵地區(qū)環(huán)境的特殊性，場地要素是影響雨水資源利用的重要因素[2]。文章試圖從場地適宜性的角度對雨水利用展開研究，探討不同尺度場地下的雨水利用方式，以解決雨水利用工程效率低下或需水維持等問題，為遼西地區(qū)的雨水資源利用提供理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 宏觀流域尺度的雨水利用

遼西丘陵地區(qū)植被受到嚴(yán)重破壞，且降雨集中，夏季多短時暴雨，極容易造成嚴(yán)重的水土流失。同時，遼西地區(qū)地質(zhì)環(huán)境和土壤結(jié)構(gòu)條件亦十分特殊，受多年水土流失因素的影響，域內(nèi)地形支離破碎，嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。根據(jù)水土流失的原因和規(guī)律，暴雨、植被、土質(zhì)和地形是影響水土流失程度的四大要素，只要其中的任何一個因素發(fā)生顯著改變，即可對區(qū)域內(nèi)的水土流失產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用[3]。當(dāng)前，暴雨因素仍屬于不可控因素，所以遼西丘陵區(qū)的水土流失抑制主要有兩個途徑：一是通過植被再造逐步改變土質(zhì)，二是通過淤地壩在小范圍內(nèi)改變地形。針對遼西地區(qū)的特點(diǎn)，可以將上述兩種方式結(jié)合起來，實(shí)施壩系生態(tài)工程模式。

壩系工程是指針對遼西地區(qū)的特征開發(fā)的小流域治理工程模式，通過壩系工程，不僅可以實(shí)現(xiàn)雨水高效利用，還具有墾殖、防洪等附屬功能。具體而言，壩系工程包括溝道攔蓄系統(tǒng)、溝灘種植帶、溝坡周邊生物帶和緩坡林網(wǎng)開發(fā)，其中涉及雨水直接利用的是溝道攔蓄系統(tǒng)。適合水土流失嚴(yán)重的遼西地區(qū)的溝道攔蓄系統(tǒng)是淤地壩，也就是在小流域的溝道中建設(shè)壩體，對裹挾大量泥沙的暴雨徑流進(jìn)行攔蓄，使泥沙在壩前得到充分沉淀和淤積，泥沙沉積后的上層澄清水體可以就地儲存或通過附屬設(shè)施流向下游。通過階梯設(shè)置的壩體系統(tǒng)，可以將隨暴雨沖刷流失的泥土被攔截淤積在溝道內(nèi)，再促使地形發(fā)生變化。

2 中觀城鎮(zhèn)尺度的雨水綜合利用

2.1 城鎮(zhèn)分布形態(tài)與雨水利用

遼西丘陵地區(qū)的人類居住區(qū)是沿著河谷溝壑分布的。具體而言，該區(qū)域的主要城市如錦州、朝陽、阜新等主要分布在區(qū)域內(nèi)的大凌河和小凌河等主干河流兩側(cè)，而縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村落則沿著次級河流和小支流乃至溝道的兩岸分布。按照我國的地勢特征，遼西地區(qū)位于我國的第二階梯上，由于當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)和氣候特點(diǎn)的綜合影響，形成了許多河谷川地，這些河谷中地勢平坦的位置成為當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)建設(shè)的主要區(qū)域。

由于遼西地區(qū)地貌和地質(zhì)兩個因素的共同影響和作用，川谷型城鎮(zhèn)成為遼西地區(qū)的主要城鎮(zhèn)類型[4]。這些城鎮(zhèn)一般根據(jù)河谷的地形走勢臨河或跨河而建，呈現(xiàn)出明顯的“U”型剖面結(jié)構(gòu)。基于上述特征，在場地的中觀尺度視角下，主要從臺塬、山地以及階地三種不同的地形特點(diǎn)進(jìn)行雨水利用的方法設(shè)計(jì)。

2.2 臺塬的雨水利用方式

臺塬是水土流失嚴(yán)重地區(qū)的一種特殊地貌，其特征是頂面為平坦寬闊，四周為溝壑包圍。遼西地區(qū)的臺塬地邊緣的傾角一般為3°～5°，周圍為溝谷。針對臺塬頂部面積較大、地勢相對平坦，水土流失輕微的特點(diǎn)，建議采用澇池、水窖、塬邊埂(圖1)等方式進(jìn)行雨水的資源化利用。

圖1 塬邊埂示意圖

2.3 山地的雨水利用

相關(guān)研究成果顯示，在水土易流失區(qū)，當(dāng)坡面的坡角為2°～4°時，只會產(chǎn)生較為輕微的水土流失；如果坡面的坡度為8°～15°，會產(chǎn)生比較明顯的細(xì)溝侵蝕現(xiàn)象；如果坡面的坡度為20°～35°，切溝侵蝕作用會十分明顯[5]。另一方面，降雨量也是影響水土流失的重要因素。例如，在相同的坡度下，如果暴雨產(chǎn)生的地表徑流量擴(kuò)大6%，水土流失量則會增加40%。因此，遼西地區(qū)山坡地的雨水利用可以有效降低地表徑流量，從而達(dá)到防止水土流失的目的。同時，雨水利用還可以提高山坡農(nóng)田以及林草植被的收益。結(jié)合遼西地區(qū)山坡地的特點(diǎn)，建議利用梯田、水平溝和魚鱗坑等方式進(jìn)行雨水的資源化利用。

2.4 城鎮(zhèn)雨水利用方法

遼西的城鎮(zhèn)一般分布在河谷地區(qū)，一般場地的類型較多，而生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱。綜合考慮區(qū)域內(nèi)的場地要素特征，建議將LID體系加以改造和完善，用于遼西地區(qū)中觀尺度的城鎮(zhèn)雨水利用領(lǐng)域[7]。LID體系的核心是利用城鎮(zhèn)的自然系統(tǒng)而不是工程措施處理和利用雨水，但是結(jié)合遼西地區(qū)的實(shí)際情況，建議以LID體系為主，結(jié)合城鎮(zhèn)的雨水管道，共同實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)的水文系統(tǒng)，如圖2所示。具體的設(shè)計(jì)思想是：城鎮(zhèn)的地上部分在雨水利用上積極借鑒LID模式，謀求對雨水的初步滯留和凈化。對夏季短時強(qiáng)降雨過程中超出LID雨水利用設(shè)施容納限度的部分，通過溢流口進(jìn)入雨水排放系統(tǒng)，在凈化處理之后排到城市水系加以利用。這種基于LID的雨水利用方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對雨水的源頭控制，促進(jìn)雨水下滲補(bǔ)充地下水資源，同時還能大幅減輕城市排水系統(tǒng)的壓力，減輕或避免夏季強(qiáng)降雨過程中的城市內(nèi)澇。

圖2 城鎮(zhèn)雨水綜合利用示意圖

3 微觀場地尺度的雨水利用

在場地的微觀尺度下，我國的學(xué)者提出了諸多雨水利用的措施。顯然，不同的場地特征適合不同的雨水利用措施，同時不同的雨水利用措施也可以在當(dāng)?shù)氐膱龅靥卣饕蛩叵逻M(jìn)行不同組合，而形成不同的利用模式。

3.1 坡度場地的雨水利用

在山地地形的城鎮(zhèn)設(shè)計(jì)中，首先要根據(jù)原始地形資料對場地進(jìn)行等高線處理，并實(shí)現(xiàn)對場地的坡度分析[8]。按照坡度的不同數(shù)值，將雨水利用場地分為0.10以下、0.10～0.20、0.20～0.30和0.30以上四種類型。一般來說，坡度在0.10以下的場地可以進(jìn)行任何形式的開發(fā)；坡度為0.10～0.20的場地只適合中度以下的開發(fā)；坡度為0.20～0.30的場地要限制開發(fā)；坡度在0.30以上的場地禁止開發(fā)，但可以作為以綠地為主的景觀用地。根據(jù)遼西山地丘陵區(qū)的具體特點(diǎn)，將場地劃分為若干單元，進(jìn)行匯水區(qū)精心設(shè)計(jì)。建議在每個單元的最低點(diǎn)設(shè)計(jì)濕地或池塘，實(shí)現(xiàn)對雨水的滯留和下滲。

3.2 道路的雨水利用

相對于平原地區(qū)，丘陵地區(qū)的道路對生態(tài)環(huán)境有更大影響，是雨水利用設(shè)計(jì)中不可忽視的重要部分。具體而言，在遼西丘陵區(qū)的道路設(shè)計(jì)上，要注重布局和斷面設(shè)計(jì)以及材料的選用，以保證雨水的資源化利用。①在道路設(shè)計(jì)上盡量減少對原有山體的破壞，同時在道路兩側(cè)設(shè)計(jì)雨水的儲留結(jié)構(gòu)；②道路的坡度不宜過大，以控制雨水徑流的流量和速度；③取消路緣石或采用開槽的路緣石，保證雨水能夠順暢地進(jìn)入道路兩旁的綠地，如圖3所示；④停車場盡量設(shè)計(jì)使用可滲透的下墊面，促進(jìn)雨水的下滲利用；⑤道路設(shè)計(jì)中盡量采用雨水花園、植被淺溝山地屬性設(shè)計(jì)，強(qiáng)化雨水的滯留和滲透能力。

圖3 道路斷面設(shè)計(jì)示意圖

3.3 綠地雨水利用

基于低環(huán)境影響的城鎮(zhèn)開發(fā)理念，綠地會對場地的生態(tài)建設(shè)產(chǎn)生重要影響，是場地開發(fā)設(shè)計(jì)中必須要考慮的重要因素。鑒于綠地在雨水利用方面的天然優(yōu)勢，在提高綠地的比例同時，盡量對其進(jìn)行分散配置，以達(dá)到對夏季短時暴雨在源頭上的分散處理[9]。鑒于遼西地區(qū)的地形與氣候特點(diǎn)，建議采用下凹式綠地設(shè)計(jì)方式，達(dá)到對雨水的最大化利用。此外，還要在綠地內(nèi)布置相當(dāng)數(shù)量的鄉(xiāng)土植物群落，以增加美觀性和雨水的利用效率。

3.4 建筑雨水利用

建筑物會將城鎮(zhèn)微觀場地中的大部分變?yōu)椴煌杆乇恚鋵τ晁畯搅鞯挠绊懖蝗莺鲆?。由于建筑物主要通過建設(shè)規(guī)模和布局對雨水徑流產(chǎn)生影響，因此，建筑物的設(shè)計(jì)要特別注意與周邊環(huán)境的關(guān)系，通過合理布局實(shí)現(xiàn)對雨水的有效利用。

鑒于遼西丘陵區(qū)的具體特點(diǎn)，在進(jìn)行建筑規(guī)劃時，在空間上盡量緊湊，為雨水留出更多的可滲透下墊面。對建筑本身的設(shè)計(jì)，可通過增加透水材料的使用量，改變建筑形態(tài)，促進(jìn)雨水的有效利用。對單體建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)，可采用屋頂綠化、坡頂變平頂?shù)姆绞皆黾游蓓攲τ晁挠行Ю谩?/p>

4 結(jié)語

我國是一個水資源嚴(yán)重匱乏的國家，而遼西地區(qū)由于特殊的地理環(huán)境和氣候特征，成為我國北方地區(qū)最為缺水的區(qū)域。加強(qiáng)遼西地區(qū)的雨水資源化利用，不僅可以為當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)和社會發(fā)展提供數(shù)量可觀的后備水資源，還能有效改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。場地是各類建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施尺度，是城鎮(zhèn)開發(fā)的基本單元，同時也是構(gòu)建綠色生態(tài)城市的基礎(chǔ)。文章將遼西地區(qū)的場地分為宏觀、中觀和微觀三個尺度進(jìn)行研究，總結(jié)出不同尺度場地的雨水利用方式，探索出適宜遼西地區(qū)特征的場地雨水利用方式，對改善當(dāng)?shù)氐乃Y源缺乏與生態(tài)環(huán)境脆弱問題具有重要意義。當(dāng)然，在具體的雨水利用過程中，還要對基于場地要素的設(shè)計(jì)方法和依據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

[1] 趙文舉, 李宗禮, 范嚴(yán)偉, 等. 干旱半干旱地區(qū)集雨利用模式及可持續(xù)發(fā)展對策[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2011(05): 623- 626.

[2] 董淑秋, 韓志剛. 基于“生態(tài)海綿城市”構(gòu)建的雨水利用規(guī)劃研究[J]. 城市發(fā)展研究, 2011(12): 37- 41.

[3] 張書函, 丁躍元, 陳建剛. 城市雨水利用工程設(shè)計(jì)中的若干關(guān)鍵技術(shù)[J]. 水利學(xué)報(bào), 2012(03): 308- 314.

[4] 劉建華, 梁春, 孟廣明, 等. 青島世界園藝博覽會園區(qū)雨水利用可行性分析及對策[J]. 水資源保護(hù), 2013(01): 65- 68.

[5] 張書函, 孟瑩瑩, 陳建剛. 城市雨水利用措施的災(zāi)害防御作用[J]. 水利水電科技進(jìn)展, 2010(05): 19- 23.

[6] 鄒曉雯, 毛戰(zhàn)坡. 新型城鎮(zhèn)化中的雨水利用關(guān)鍵問題[J]. 水利發(fā)展研究, 2015(10): 64- 68.

[7] 李梅, 王安爽, 孟德良, 等. 雨水利用一體化技術(shù)示范工程設(shè)計(jì)[J]. 山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào), 2014(01): 77- 81.

[8] 劉昌明, 張永勇, 王中根, 等. 維護(hù)良性水循環(huán)的城鎮(zhèn)化LID模式: 海綿城市規(guī)劃方法與技術(shù)初步探討[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2016(05): 719- 731.

[9] 張忠廣, 黃津輝, 林超, 等. 基于LID理念的城市水資源綜合管理規(guī)劃研究[J]. 水電能源科學(xué), 2013(07): 29- 32, 88.