城市雨水浅层地下蓄渗技术及应用分析

摘要：全面提高城市与水资源的综合利用率，通过各项措施全面提高雨水蓄渗程度，进而削减配水设施运行费用、减小洪峰流量、有效缓解城市雨水内涝问题，达到全面改善城市生态环境的目的，是摆在我们面前的重要研究课题。文章结合笔者多年相关工作经验，详细论述了城市雨水浅层地下蓄渗技术及应用。

关键词：城市雨水；浅层；地下蓄渗技术；城市内涝；生态环境；水资源

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0064-02

在水资源严重匮乏的今天，加强雨水资源综合利用是有效改善城市用水环境、缓解城市用水紧张的重要措施，同时也是城镇水土保持的重要举措。加强城市雨水浅层地下蓄渗技术及应用研究，可在投资成本不变的情况下，显著提升城市系统生态化目标。

1 城市雨水浅层地下蓄渗技术概述

目前来说，下凹式绿地、透水路面、增加绿化面积等均是促进雨水蓄渗的重要途径。但是，对于人口稠密的地市，上述措施在具体使用过程中具有一定限制。积极寻找经济、合理、可行的城市雨水利用技术，促进雨水利用的产业化与专业化，是急需解决的重要问题。随着西方等国家“就地”处理雨水理念的发明与实施，再结合城市高标准绿化、地下水位等特点，我们必须积极探究城市雨水浅层地下蓄渗技术。

日本是亚洲重视城市雨水利用的典范国家，20世纪80年代以来，日本为了缓解水资源短缺与防洪压力，在全国推广雨水利用技术，积极推行雨水贮存渗透计划。发展至今，日本的雨水利用工程已逐步实现规范化和标准化。目前，日本城市雨水利用主要有3种方式：调蓄渗透；调蓄净化后利用；利用人工或天然水体调蓄雨水，提供环境用水和改善城市、住宅区和公园等场所的水生态环境。

城市雨水浅层地下蓄渗技术在没有改变传统土地利用功能前提下，充分利用浅层地下水作为渗透与短暂贮存设施。可以结合不同城市的具体要求，灵活设置贮存设备的形状、大小与位置。与此同时，多空隙材料组合而成的贮水设施，无须特定形状。城市雨水浅层地下蓄渗技术的适用范围比较广泛，在不影响城市绿化前提下，充分利用浅层地下有效解决传统蓄渗难以解决的问题。从整体上来说，城市雨水利用有三个方面的功能：一为节水功能。用雨水冲洗厕所。浇洒路面、浇灌草坪。水景补水，甚至用于循环冷却水和消防水，可节省城市自来水。二为水及生态环境修复功能。强化雨水的入渗，增加土壤的含水量，甚至利用雨水回灌提升地下水位，可改善水环境乃至生态环境。三为雨洪调节功能。土壤的雨水入渗量增加和雨水径流的存储，都会减少进入雨水排除系统的流量，从而提高城市排洪系统的可靠性，减少城市洪涝。

2 城市雨水浅层地下蓄渗技术的影响条件

城市雨水浅层地下蓄渗技术的影响条件共分为以下四个方面：第一，雨水处理。初期雨水会受到不同程度的污染，因此，在下渗过程中，很可能导致空隙堵塞，减慢下渗速度。相对来说，屋面雨水比较干净，因此，可先考虑贮藏与下渗屋面雨水，技术成熟后再应用到其他雨水的处理上来。第二，雨水径流传输。地表明沟传输与地下管道传输是地表径流的两种主要方式。通过地沟或管道方式可将过滤后的屋面雨水引入浅层蓄渗空间，并通过各种传输途径，连通分散的蓄渗空隙，使其成为统一整体。第三，绿化布置。笔者建议选择草皮作为蓄渗空隙的绿化材料，直接连通乔木或灌木的蓄渗空间结合，有效满足绿化与蓄渗的双重要求。第四，高孔隙材料。所选择的空隙材料，一方面需要满足基本的强度标准，另一方面还需要充分考虑高度、孔隙率等

参数。

3 城市雨水浅层地下蓄渗计算与应用

3.1 计算水量平衡

综合上文分析，城市雨水浅层地下蓄渗技术首先需要考虑屋面雨水蓄渗，其数量平衡计算公式如下：Q1+S1+V1=S2+V2+Q2，即计算时段内传输进入浅层蓄渗空隙内的雨水径流量+计算时段内绿化、广场等上层渗入浅层蓄渗空隙内的雨水径流量+计算时段开始时浅层空隙内的蓄水量=计算时段内浅层空隙内的雨水下渗量+计算时段结束时浅层空隙内的蓄水量+计算时段内浅层空隙内的雨水溢流外排量。鉴于蓄渗空隙设置在人行道或绿化层以下，在空隙雨水不断下渗的同时，上面人行道或绿化层的水也在持续渗入中。

如果两者的下渗量相同，那么，在降雨过程中，只需要考虑空隙贮藏量就可以，浅层蓄水空隙不应该考虑降雨下渗量。也就是在不考虑外排的情况下，Q1=V2-V1=Q蓄，即计算时段内传输进入浅层蓄渗空隙内的雨水径流量=计算时段结束时浅层空隙内的蓄水量-计算时段开始时浅层空隙内的蓄水量=浅层空隙内的有效蓄水量。以降雨强度为q计算，T为一场雨降雨历时，考虑调蓄池容量按屋面雨水全部进入考虑，那么，Q屋面=q蓄，Q屋面=q*T*A（A需下渗的屋面面积），Q蓄=Ai*Hi*α%，即Q蓄=浅层地下蓄渗空隙面积*浅层地下蓄渗空隙层有效高度*浅层地下蓄渗空隙孔隙率。管道雨水径流Q=Ψq*F（径流系数*汇水面积）。

3.2 计算雨水削减

按照北京某小区为例，该地总共337hm2，结合规划需要，其中，小区建筑面积需要达到146hm2，绿地规划面积需达到81hm2，建筑物覆盖需达到43%，其他道路、绿化等覆盖需达到57%。屋面径流系数为0.9，垫层径流系数为0.5，综合径流系数为0.67。充分考虑屋面雨水弃流之后，90%的雨水都会进入地下贮存，结合暴雨强度公式，在相同的暴雨强度下，可减少如下雨水排放量：Q蓄/Q常=（需下渗的屋面面积*0.43*0.9*0.9）/（需下渗的屋面面积*0.43）。按照重现期p=3a，2小时降雨计算，则北京地区降雨强度为59.2mm。浅层地下蓄水有效高度为0.4m，孔隙率为80%，那么，蓄90%的屋面雨水所需浅层蓄水空隙所需要面积=（59.2*10-3*43%*0.9*337）/（0.4*80%）=24.1hm2。通过计算得知，浅层地下蓄渗空间占地面积占总面积的7%左右，远远低于规划绿化面积。能在不影响城市现有功能设备的情况下，有效达到蓄水目的，显著提升排放标准。在不改变原有雨管道管径前提下，通过屋面雨水浅层蓄渗，该地区雨水排放标准可提高到5a以上。

3.3 计算成本

结合上文案例，如果按照常规快排放雨水系统设计，综合概算大约在4.1亿元左右。如果采用城市浅层蓄水技术，那么，雨水管道流量会减半，相应的泵站设计流量与雨水管道面积均可减半，雨水系统投资约可减少1/3的投资。增加的蓄水池面积也按照每平方米600元计算，24hm2需要增加约1.44亿元投资。从整体上来看，增加投资与减小投资两者基本可抵消，但是，综合考虑到管理费用、运行等方面的费用，城市雨水浅层蓄渗显著优于常规雨水系统。

4 结语

综上所述，城市雨水浅层蓄渗技术在不影响城市使用功能前提下，有效解决了高景观、地下水位、雨水资源化等各种问题。现阶段该项技术正在研究与应用改善过程中，以期全面提高雨水资源的综合利用程度。

参考文献

[1] 胡清琮，陈琛，王左建，刘昌明.北京市城区雨水利用及对策[J].资源科学，2008，30（7）.

[2] 邹伟国，张辰，陈嫣.城市雨水浅层地下蓄渗技术及其应用研究[J].给水排水，2008，（34）.

作者简介：杨慧昕，河北省抚宁县水务局工程师。endprint