雨水的就地处理方法及在北京住区的应用研究

李帅　姬凌云

摘要：传统将场地雨水快速外排、依靠城市排水管网的雨水处理方式，在浪费大量雨水资源的同时，容易导致城市在暴雨时期出现积水内涝问题。住区作为城市重要组成部分，将住区雨水在场地源头进行就地处理与利用，减少雨水外排，对解决城市雨水问题具有重要意义。文章针对根据北京雨水处理背景，结合实际案例的雨水处理能力分析，对场地雨水就地处理的方法及应用进行研究。

关键词：北京住区；雨水就地处理；住区雨水

北京一直是缺水城市，近十年北京的年均水资源量为26亿m3，而用水总量为35亿m3，约有9亿m3的用水缺口。严重缺水的同时，北京在暴雨时期多次出现内涝问题，2012年的“7·21”特大暴雨，造成了重大的人员伤亡以及经济损失，雨水资源变成灾害，反映了城市在雨水资源利用和处理方面存在不足。

根据北京2001年以来年均降雨量统计（图1），北京多年年均降雨量为526mm，年内降雨主要集中于汛期6～9月，平均降雨量为382mm，占降雨总量的73% 。特征表现为全年降雨分布不均，汛期降雨量较多且降雨强度较大，是城市产生雨水问题的高发时段。

1.雨水就地处理方法及技术概况：

目前城市较普遍的雨水处理原则是快速外排，将场地雨水收集进入城市排水系统进行处理，这种处理方式在浪费场地雨水资源的同时，使大量雨水径流集中进入城市排水管网，大幅提高了排水系统的压力，容易引起城市内涝等问题。因此，将雨水在场地源头内进行消纳和利用，减少场地雨水径流产生和外排，对缓解城市雨水问题有重要意义。

1.1雨水就地处理主要概念及其原则

雨水就地处理针对城市发展中产生的雨水问题，核心是将雨水在场地源头进行削减和利用，利用分散、小规模的生态化措施，通过渗透、滞留和存储回用等方式，减少雨水径流的产生和外排，降低雨水径流对城市的负面影响。主要原则包括：

（1）在源头处理处理雨水：

在雨水径流的产生源头或者接近源头的传输过程中，通过多种措施提高场地的雨水处理和利用能力，使雨水在进入排水管网前得到削减。

（2）利用分散、小规模的雨水处理措施：

在城市用地紧缺的背景下，提倡采用分散、小规模的雨水处理措施，通过对雨水处理设施进行合理布局，优化土地利用效率，提高场地的雨水处理能力。

（3）采用生态化的雨水处理方式：

雨水的处理应以生态化措施为主，通过渗透、过滤和蒸发等方式将雨水资源利用于场地内，改善场地水文条件，降低城市建设活动对自然水循环的影响。

1.2雨水就地处理的意义

相比传统的雨水处理方式，雨水就地处理将雨水作为资源利用和处理，通过生态高效的技术方法解决城市发展中的雨水问题，对城市的可持续发展具有重要意义，主要体现在以下几方面：

（1）改善城市生态环境：

通过提高雨水入渗量，促进雨水涵养土壤、回补地下水，改善场地水循环；同时土壤含水量和蒸发量的增加，可以调节地表温度，缓解城市热岛效应。

（2）提高场地水资源利用率：

通过对雨水进行收集利用，增加场地可用水资源、提高水资源利用率，可以降低场地对市政供水的需求，减少城市对于自然水资源的开发。

（3）提高城市防洪能力：

通过渗透、滞留和存储回用等方式将雨水在场地内进行消纳和处理，可以有效降低场地雨水径流外排量，缓解暴雨时期的城市排水系统压力，减少城市内涝问题产生。

1.3雨水就地处理的技术体系

目前国外对于雨水就地处理的技术方法研究较为成熟，如美国的最佳管理实践（BMPs）、低影响开发模式（LID）以及英国的可持续排水系统（SUDS）等，提倡在雨水的产生源头通过多种技术措施对雨水进行管理，降低雨水在城市中的负面影响，主要包括工程性措施和非工程性措施：

（1）工程性措施：

通过在场地内进行雨水处理设施建设及改造，降低降雨时期的场地雨水径流产生，在场地雨水径流的产生源头进行处理。主要包括渗透铺装、下凹绿地、屋顶绿化等设施的建设和改造。

（2）非工程性措施：

通过改善场地规模和空间布局，在雨水径流的产生和传输过程进行优化，提升场地的雨水处理能力。主要包括增加可渗透地面的规模、改善建筑和道路布局形式等。

2.住区雨水就地处理的相关因素

住区内拥有大量的单体建筑，以及一定规模的绿地空间，是应用雨水就地处理措施的重要场地。同时，住区作为城市重要的组成部分，优化住区雨水处理方式，可以有效提高城市水源利用效率，减少雨水问题的产生。住区雨水就地处理的影响因素主要包括三方面：

（1）场地下垫面形式

场地主要下垫面类型为建筑屋面、路面和绿地，通过采用更加生态化的下垫面形式，如绿色屋顶、渗透铺装、下凹绿地等，可以有效减少场地的雨水径流产生，提高场地对雨水的处理和利用能力。

（2）场地空间形式

在降雨时期，住区雨水径流主要来源于建筑屋面和路面等硬质铺面，而绿地能够消纳周边用地产生的部分雨水径流，在相同用地规模条件下，通过合理措施降低建筑屋面和道路面积，增加绿地规模，同时优化建筑、道路与绿地的空间关系，可以有效提高场地的雨水处理能力。

（3）雨水调蓄措施

雨水调蓄设施可以对场地产生的超渗雨水进行收集和利用，减少场地的雨水径流外排。结合场地条件制定相应的雨水利用目标，采用合理规模的雨水调蓄设施，可以有效提高场地对雨水资源的利用效率，同时削减暴雨时期的洪峰流量，降低场地雨水问题的产生。

3.北京典型住区的雨水就地处理应用分析

目前北京住区在雨水处理的主要特征为：

（1）硬质铺地规模较大：endprint

住区建筑屋面、道路占地面积较大，且径流系数较高，在降雨时期更容易形成雨水径流，增加积水内涝问题的产生。

（2）雨水处理方法单一：

住区对雨水径流的主要处理方法是外排至城市排水系统，在场地内的削减量较低，极大增加了暴雨时期城市排水系统的压力。

（3）雨水利用程度低：

将住区雨水快速外排的处理方式，浪费了大量的场地雨水资源；同时，住区雨水渗透量较低，阻碍了雨水对地下水的补充以及对土壤的涵养作用。

3.1双紫小区基本概况

双紫小区是“北京城区雨洪控制与利用”项目之一，小区主要采用了渗透铺装、下凹绿地和雨水存储回用等措施，在北京住区中有一定代表性。作为典型的雨水利用示范小区，双紫小区在雨水处理方法上较为完善，在降低积水内涝等问题产生、增加雨水利用率等方面效果显著。

双紫小区用地面积2.3ha，其中建筑屋顶面积6000m2，绿地面积6000m2，道路面积11000m2。根据《城市雨水系统规划设计暴雨径流计算标准》，双紫小区所在地区不同重现期、降雨历时的降雨量如表2所示：

3.2下垫面雨水处理能力分析

在住区中，建筑屋面和道路雨水是场地雨水径流的主要来源，绿地在促进降雨入渗的同时，对周边场地的雨水径流有一定的处理能力。根据张新星在《住宅小区不同下垫面滞蓄雨水的效果评价》的研究数据，双紫小区内的建筑屋面在降雨量低于6.48mm时不产生雨水径流，大于6.48mm时有效径流系数为0.76；小区绿地土壤在降雨过程中的稳定入渗率约为5X10-6m/s；小区渗透铺装在雨水渗透的同时在渗透铺装层可以滞留约32.86mm的雨水。

（1）绿地雨水处理能力

下凹绿地通过对普通绿地进行下凹处理5～10cm，可以显著提升绿地对暴雨时期雨水的滞留能力，并逐步渗透和利用。以双紫小区为例，在不同重现期、降雨历时1h的降雨条件下，不同绿地形式的降雨量及雨水削减量如图2：

在不同重现期、降雨历时1h的降雨条件下，不同绿地形式对周边场地雨水径流的处理能力如表3：

（2）建筑屋面雨水处理能力

通过增加屋顶绿化，可以有效提升建筑屋面对雨水的削减能力，结合双紫小区屋顶雨水产流分析，在不同重现期、降雨历时1h的降雨条件下，不同建筑屋面形式的降雨量及雨水削减量如图3：

在不同重现期、降雨历时1h的降雨条件下，普通硬质屋顶和绿色屋顶的雨水径流产生量如表4：

（3）道路雨水处理能力

传统硬质路面的雨水渗透能力较低，通过采用渗透铺装，可以显著提升雨水渗透量，降低雨水径流的产生。以双紫小区为例，在不同重现期、降雨历时1h的降雨条件下，不同路面形式的降雨量及雨水削减量如图4：

3.3场地雨水就地理措施分析

城市排水管网一般按1～3年重现期设计，排水能力在30～50mm左右，与双紫小区规模相同的普通小区，缺少雨水就地处理措施，在重现期十年、降雨历时1h的降雨条件下，小时降雨量64.9mm中只有约21%被场地消纳（图5），约51mm的降雨进入城市管网，容易引起积水内涝问题。

同样降雨条件下，双紫小区通过渗透铺装、下凹绿地和存储设施等措施结合，可以保证场地雨水就地处理，即小时降雨量低于64.9mm时不产生雨水外排（图6）。

从两种住区雨水处理及效果对比可以看出，雨水就地处理措施在场地的应用方式，对场地的雨水处理能力有较大影响；同时，通过优化下垫面雨水径流处理方式，可以有效提高场地的雨水削减和处理能力。

4.结论

通过增加和改善雨水就地处理措施在住区中的应用，可以有效提高住区的雨水处理能力，降低雨水径流的产生和外排量，主要应用方法包括：

（1）完善住区雨水就地处理设施：

通过采用绿色屋顶或渗透铺装替代硬质铺面，可以显著提升建筑屋面、道路对雨水径流的削减能力，有效降低场地的雨水径流产生和外排，是住区雨水就地处理的重要基础。

对绿地形式进行改良，提升绿地对场地雨水的滞蓄能力，可以有效促进绿地对场地雨水的渗透和削减能力，降低场地雨水径流外排。

（2）优化场地布局形式：

通过合理布局减少建筑屋面、路面等硬质铺地，增加绿地面积，可以降低场地的雨水径流产生；同时对绿地与建筑、道路的布局关系进行优化，可以提高绿地的雨水处理效率，例如在重现期五年、降雨历时1h的降雨条件下，要达到雨水完全消纳，下凹5cm的绿地建筑屋顶面积比约为3.2：1，与渗透铺装面积比约为0.4：1。

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作者简介：李帅（1989-），男，汉族，北京人，研究生在读，单位：北方工业大学，研究方向：城市规划学。

姬凌云（1975-），女，汉族，山西人，硕士，单位：北方工业大学，研究方向：城市发展战略与对策，可持续发展及生态规划。

基金项目：由北京市教委面上项目“基于水敏性空间建构的北京市中心城区雨水利用规划研究”支持。endprint