杨文哲 陈淑芬 张克峰 刘连江

(山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南250101)

抑制城市内涝的有效措施:雨水资源化

杨文哲 陈淑芬 张克峰 刘连江

(山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南250101)

频繁发生的城市内涝灾害，成为城市建设管理工作中讫待解决的的重大问题。地面明流超量、城市大量蓄水场地被侵占、城市路面下渗能力降低是引发内涝的主要原因。城市雨水资源化是从雨水源头做起，增加雨水收集利用量，优化排蓄组合，增大渗透量。既有效地实现雨水资源化，又达到减排与缓排洪水流量，抑制城市内涝的目的。

城市内涝;雨水资源化;雨水调蓄;渗水减排

内涝灾害是指在一定的区域范围内，由于内部积水排泄不畅而引起的淹没性损失的一种灾害。城市内涝危害极大，不仅给局部地区带来严重的淹没损失，造成城市交通瘫痪，扰乱城市生活和工作秩序，还给城市居民的生命财产造成巨大威胁［1－2］。

近20年来，由于全球气候变化，重经济发展轻生态保护、人口增加以及城市化进程加快等原因，导致一系列的城市环境与气候变化;同时，随着城市人工地貌的大量建成，造成城市水文过程急剧变化，导致我国内涝灾害发生的频次、风险和由此带来的损失逐年增加。雨水资源化是指通过工程性和非工程性措施，分散实施，就地拦蓄、储存、下渗、回灌、调蓄和利用，以最大、最优利用雨水资源为主［3］，对缓解城市水资源紧张，实现雨水资源化，抑制与减少城市内涝起到重要作用。国内外许多专家已对雨水资源化进行了广泛研究并提出了有效的途径［4－9］。

1 城市内涝的主要成因

1．1 地面明流超量

城市化进程中，建筑物密集、道路纵横交错、绿化面积、水面面积及裸露土地面积降低，改变了土地利用特性，直接改变了当地雨洪径流的形成条件。原本的自流排水模式逐渐变为依托管网、泵站等动力排水的强排水模式。而城市排水管网的投资力度明显低于城市的发展速度［10］，许多管网排水能力低下，在暴雨来临时满足不了短时间内将雨水排尽的要求，超出排水系统能力的雨水只能依靠地表明流排泄。

据研究报道:来自建筑屋面径流的雨水资源约为雨水资源总量的70%;来自城市道路径流的雨水资源约为雨水资源总量的20%，来自城市绿地的雨水资源只占雨水资源总量的10%［11］。而国内大到民用住宅乃至商业建筑，小到古旧平房，大多还采用雨落管或其他引流设施将屋面径流引至路面，造成道路壅水，交通拥堵。

1．2 城市蓄水场地被侵占

我国城市在扩张的过程中，往往会挤占河道、破坏原有水系、填洼盖房、以及人工渠道化。在对天然河道疏浚整治、裁弯取直的过程中，旁设排水沟渠、雨水管网等，在一定程度上加大了河道汇流的速率，使径流形成速率加快。城市建设大量占用蓄洪场地，破坏了城市降雨的自然汇流状态，流域界限被打破，雨水向城市低洼地区过分集中［12］，低洼地区受灾严重。

1．3 路面下渗能力降低

城市水泥、沥青等不透水地面的增加，截断了水分通过入渗补给地下水的通道，使城市水循环的下垫面渗透系数减小，导致地表径流系数增大，渗水量减少。同时雨水汇集、排出时间缩短，洪峰流量增大、洪水风险加大，城市防洪压力增大。

1．4 雨岛效应加剧城市内涝灾害

随着城市化进程的不断加快，大量人口迅速向城市集中、城市规模不断扩大。一方面居民生活用能的释放、工厂及汽车尾气热使得空气中凝结核增多，温室气体的排放量增加;另一方面，城市建筑物、沥青、水泥路面等人工地貌增多，改变了下垫面的热力属性，使得城市上空形成热气流，热气流越积越厚，最终导致降雨的形成，形成“雨岛效应”。“雨岛效应”造成城市降雨频次和降水量增加，易形成大面积积水，形成城市区域性内涝。

2 实施雨水资源化，抑制城市内涝

2．1 雨水资源化与城市内涝

现代城市排涝技术体系应蓄、滞、排相结合。城市排水规划应倾向于减少雨水排放量，增加雨水就地入渗和贮存利用。实施雨水资源化，能够有效延缓雨水径流形成时间，削减洪峰流量，使降雨、径流、蒸发、下渗等各环节遵循水文循环变化规律。城市发展前后雨水径流变化如，［13］所示。

图1 城市发展前后雨水径流变化示意图

不同强度、不同历时降水的积水面积和积水深度有着密切的关系。雨强越大，净雨深越大，积水面积越小，积水深度越大，如表1［14］所示。雨水资源化通过雨水截留、收集和下渗等工程性措施，人为对降雨量进行分配，使雨水大量的收集利用、储蓄或渗入地下，从而减小净雨深，增大积水面积，进而减少积水深度，减少城市积水，有效缓解内涝形成。

2．2 利用雨水资源化抑制城市内涝的途径

表1 不同强度、历时降水的积水面积和积水深度统计

2．2．1 控制汇水源头，增加利用量，减少明流。

解决城市内涝问题应从汇水源头采取拦截、收集、调蓄等措施，减少地面接收的明流排泄量。解决的办法是:

(1)在小区或其他建筑物密集区建立贮水池，收集屋面雨水并经净化后利用，以此从源头上控制雨水向城市管道排泄。南京市某小区采用收集屋面雨水经分散处理后利用并结合道路雨水渗透［15］，对小区雨水利用率高达78．9%。其中，年渗透雨水总量为33．594m3/a，年利用雨水总量为7 794m3/a，小区年降雨总量为52 800m3/a。

(2)对机动车道的雨水径流进行分段收集、处理和利用。机动车道的降水径流含有较高浓度的污染物质，可采用沉淀后经氧化塘处理再排放或下渗。德国沿机动车道均设有径流收集系统［16］，城区所收集的径流直接送至污水处理厂处理，高速公路所收集径流要进人沿路修建的处理系统处理后排放。

2．2．2 增加城市水体面积，集中与分散调蓄并用

(1)集中调蓄。根据城市地形走向、规划，依据流域界限，建立人工水体，并尽可能恢复城市中的天然湖泊、塘坝、河道、沟渠，以增加城市中调蓄水体的体积，增大滞洪空间与拉长滞洪时间，减轻市区河道下游排水压力。

(2)分散调蓄。在建立大型调蓄场所受限的区域，建立一些分散调蓄设施并使其与城市景观、生态环境相结合。比如城市水景、公园绿地、庭院绿地及道路两侧绿化带等，接纳居住区和道路上的雨水径流。既解决了与土地资源紧张之间的矛盾，又化整为零，分散了雨水，排除内涝隐患。遭遇暴雨时，超过绿地蓄积量的雨水，通过排水管网排除。

2．2．3 渗水减排

我国公路多采用路界表面排水系统。此种排水路面透水性非常小，该路面的应用直接导致城市排水管网压力增大、雨水排水管线的增长和管径增加、市政工程的投入，还会出现管道、沟渠因堵塞或满负荷而出现路面积水的可能［17］。减少封闭路面或将雨水从封闭路面引至非封闭路面，经土壤渗透、过滤，可有效减缓地表径流强度。

将雨水渗入土壤，发挥“土壤水库”的调蓄功能，合理扩大深浅层地下水回灌量，能够减少地面径流流失，有效延缓地面径流时间、遏制洪峰，减轻防洪压力，还能减轻地面径流污染，形成城市区域良性水循环。

实施雨水贮留渗透技术，对抑制雨水流出量有明显效果，如日本对东京22万m3的流域进行了长达5年的观测和调查［18］，发现在平均降水量69．3mm的地区，平均流出量由原来的37．95mm降低到5．48mm，流出率由51．8%降低到5．4%。北京某小区每年可渗透水量14 600m3，占该小区降雨总量的84%［19］。

不同地表降雨后的渗透量:新沥青路面为2．8mm、旧沥青路面为 5．4mm、混凝土方砖为 9．2mm、红砖为17．2mm、土地面为 20．4mm、草地为 46．4mm。针对以上数据，提出如下措施增加城市雨水下渗:在人行道、公园道路、居民区、广场等采用混凝土方砖、红砖、草皮砖等渗水路面;住宅区、厂房布设大面积花木、草地，尽可能减少沥青、水泥等封闭路面;在城市改造过程中，将原有雨水管网改造成渗透管网，以增加雨水下渗，减少径流总量。

3 结论

内涝形成的主要原因是暴雨来临之际，城市明流超出排水管网负荷，雨水不能及时排尽;城市建设抢占了城市蓄水场地，打破城市流域界限，造成城市积雨地区集中;城市硬化路面阻碍雨水下渗，增大洪峰流量，加大洪险。雨水资源化通过控制雨水源头，增强雨水收集利用，减少城市明流;优化排蓄组合;提高路面下渗量三种途径，有效控制了地表径流量，减少了城市排水管网负荷，减轻了城市泄洪压力;同时，充分有效地利用了暴雨带来的雨水资源，实现了排涝和水资源利用的双重获益。

(编辑:温武军)

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［3］刘英宗，李明，金宇澄．城市排水规划中雨水资源化问题探讨［J］．中国给水排水，2003，19(12):97 －98．

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［5］俞宪忠，赵永乐．水环境优化与兼顾水资源——关于水发展秩序的一个新型战略发展框架［J］，中国人口资源环境，2007，(4):121－124．

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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专－0176－03

2010-12-15

杨文哲，副教授，主要研究方向为水系统节能与优化理论与技术。

陈淑芬，博士生，副教授，主要研究方向为水系统节能与优化理论与技术。

山东省重大专项(编号:2005GG21006001);山东省资源节约型社会科技支撑体系建设专项计划项目(编号:2008JY01)。