基于场地尺度的辽西丘陵区雨水利用研究

徐成良

(辽宁省东水西调工程建设局，辽宁 沈阳 110000)

辽西半干旱区包括朝阳、阜新、锦州、葫芦岛四个市，总面积近5万km2。该地区光照资源充足，降水量少、蒸发量大，水资源量和人均占有量均居辽宁省末位，属于水资源严重缺乏区。要解决辽西干旱地区的水资源问题，一是通过跨流域引水，但是这种方式不仅投入巨大，且难以解决广大丘陵区水资源短缺问题；二是有效利用雨水这一区域内唯一潜在水资源[1]。但是，辽西丘陵地区在雨水利用方面仍存在诸多问题：一是生态环境脆弱，不能再遭受进一步的人为破坏。二是该地区干旱频发，短暂的降雨难以满足生态、土壤的水资源需求。由于上述因素的制约，辽西丘陵地区的与水资源利用一直处于较低水平。因此，只有加大雨水利用方面的研究，才能有效解决辽西地区的水资源紧缺问题。鉴于丘陵地区环境的特殊性，场地要素是影响雨水资源利用的重要因素[2]。文章试图从场地适宜性的角度对雨水利用展开研究，探讨不同尺度场地下的雨水利用方式，以解决雨水利用工程效率低下或需水维持等问题，为辽西地区的雨水资源利用提供理论支撑和实践指导。

1 宏观流域尺度的雨水利用

辽西丘陵地区植被受到严重破坏，且降雨集中，夏季多短时暴雨，极容易造成严重的水土流失。同时，辽西地区地质环境和土壤结构条件亦十分特殊，受多年水土流失因素的影响，域内地形支离破碎，严重影响到当地的生态环境。根据水土流失的原因和规律，暴雨、植被、土质和地形是影响水土流失程度的四大要素，只要其中的任何一个因素发生显著改变，即可对区域内的水土流失产生较强的抑制作用[3]。当前，暴雨因素仍属于不可控因素，所以辽西丘陵区的水土流失抑制主要有两个途径：一是通过植被再造逐步改变土质，二是通过淤地坝在小范围内改变地形。针对辽西地区的特点，可以将上述两种方式结合起来，实施坝系生态工程模式。

坝系工程是指针对辽西地区的特征开发的小流域治理工程模式，通过坝系工程，不仅可以实现雨水高效利用，还具有垦殖、防洪等附属功能。具体而言，坝系工程包括沟道拦蓄系统、沟滩种植带、沟坡周边生物带和缓坡林网开发，其中涉及雨水直接利用的是沟道拦蓄系统。适合水土流失严重的辽西地区的沟道拦蓄系统是淤地坝，也就是在小流域的沟道中建设坝体，对裹挟大量泥沙的暴雨径流进行拦蓄，使泥沙在坝前得到充分沉淀和淤积，泥沙沉积后的上层澄清水体可以就地储存或通过附属设施流向下游。通过阶梯设置的坝体系统，可以将随暴雨冲刷流失的泥土被拦截淤积在沟道内，再促使地形发生变化。

2 中观城镇尺度的雨水综合利用

2.1 城镇分布形态与雨水利用

辽西丘陵地区的人类居住区是沿着河谷沟壑分布的。具体而言，该区域的主要城市如锦州、朝阳、阜新等主要分布在区域内的大凌河和小凌河等主干河流两侧，而县城、乡镇和村落则沿着次级河流和小支流乃至沟道的两岸分布。按照我国的地势特征，辽西地区位于我国的第二阶梯上，由于当地的地形、地质和气候特点的综合影响，形成了许多河谷川地，这些河谷中地势平坦的位置成为当地城镇建设的主要区域。

由于辽西地区地貌和地质两个因素的共同影响和作用，川谷型城镇成为辽西地区的主要城镇类型[4]。这些城镇一般根据河谷的地形走势临河或跨河而建，呈现出明显的“U”型剖面结构。基于上述特征，在场地的中观尺度视角下，主要从台塬、山地以及阶地三种不同的地形特点进行雨水利用的方法设计。

2.2 台塬的雨水利用方式

台塬是水土流失严重地区的一种特殊地貌，其特征是顶面为平坦宽阔，四周为沟壑包围。辽西地区的台塬地边缘的倾角一般为3°～5°，周围为沟谷。针对台塬顶部面积较大、地势相对平坦，水土流失轻微的特点，建议采用涝池、水窖、塬边埂(图1)等方式进行雨水的资源化利用。

图1 塬边埂示意图

2.3 山地的雨水利用

相关研究成果显示，在水土易流失区，当坡面的坡角为2°～4°时，只会产生较为轻微的水土流失；如果坡面的坡度为8°～15°，会产生比较明显的细沟侵蚀现象；如果坡面的坡度为20°～35°，切沟侵蚀作用会十分明显[5]。另一方面，降雨量也是影响水土流失的重要因素。例如，在相同的坡度下，如果暴雨产生的地表径流量扩大6%，水土流失量则会增加40%。因此，辽西地区山坡地的雨水利用可以有效降低地表径流量，从而达到防止水土流失的目的。同时，雨水利用还可以提高山坡农田以及林草植被的收益。结合辽西地区山坡地的特点，建议利用梯田、水平沟和鱼鳞坑等方式进行雨水的资源化利用。

2.4 城镇雨水利用方法

辽西的城镇一般分布在河谷地区，一般场地的类型较多，而生态系统极为脆弱。综合考虑区域内的场地要素特征，建议将LID体系加以改造和完善，用于辽西地区中观尺度的城镇雨水利用领域[7]。LID体系的核心是利用城镇的自然系统而不是工程措施处理和利用雨水，但是结合辽西地区的实际情况，建议以LID体系为主，结合城镇的雨水管道，共同实现城镇的水文系统，如图2所示。具体的设计思想是：城镇的地上部分在雨水利用上积极借鉴LID模式，谋求对雨水的初步滞留和净化。对夏季短时强降雨过程中超出LID雨水利用设施容纳限度的部分，通过溢流口进入雨水排放系统，在净化处理之后排到城市水系加以利用。这种基于LID的雨水利用方法不仅可以实现对雨水的源头控制，促进雨水下渗补充地下水资源，同时还能大幅减轻城市排水系统的压力，减轻或避免夏季强降雨过程中的城市内涝。

图2 城镇雨水综合利用示意图

3 微观场地尺度的雨水利用

在场地的微观尺度下，我国的学者提出了诸多雨水利用的措施。显然，不同的场地特征适合不同的雨水利用措施，同时不同的雨水利用措施也可以在当地的场地特征因素下进行不同组合，而形成不同的利用模式。

3.1 坡度场地的雨水利用

在山地地形的城镇设计中，首先要根据原始地形资料对场地进行等高线处理，并实现对场地的坡度分析[8]。按照坡度的不同数值，将雨水利用场地分为0.10以下、0.10～0.20、0.20～0.30和0.30以上四种类型。一般来说，坡度在0.10以下的场地可以进行任何形式的开发；坡度为0.10～0.20的场地只适合中度以下的开发；坡度为0.20～0.30的场地要限制开发；坡度在0.30以上的场地禁止开发，但可以作为以绿地为主的景观用地。根据辽西山地丘陵区的具体特点，将场地划分为若干单元，进行汇水区精心设计。建议在每个单元的最低点设计湿地或池塘，实现对雨水的滞留和下渗。

3.2 道路的雨水利用

相对于平原地区，丘陵地区的道路对生态环境有更大影响，是雨水利用设计中不可忽视的重要部分。具体而言，在辽西丘陵区的道路设计上，要注重布局和断面设计以及材料的选用，以保证雨水的资源化利用。①在道路设计上尽量减少对原有山体的破坏，同时在道路两侧设计雨水的储留结构；②道路的坡度不宜过大，以控制雨水径流的流量和速度；③取消路缘石或采用开槽的路缘石，保证雨水能够顺畅地进入道路两旁的绿地，如图3所示；④停车场尽量设计使用可渗透的下垫面，促进雨水的下渗利用；⑤道路设计中尽量采用雨水花园、植被浅沟山地属性设计，强化雨水的滞留和渗透能力。

图3 道路断面设计示意图

3.3 绿地雨水利用

基于低环境影响的城镇开发理念，绿地会对场地的生态建设产生重要影响，是场地开发设计中必须要考虑的重要因素。鉴于绿地在雨水利用方面的天然优势，在提高绿地的比例同时，尽量对其进行分散配置，以达到对夏季短时暴雨在源头上的分散处理[9]。鉴于辽西地区的地形与气候特点，建议采用下凹式绿地设计方式，达到对雨水的最大化利用。此外，还要在绿地内布置相当数量的乡土植物群落，以增加美观性和雨水的利用效率。

3.4 建筑雨水利用

建筑物会将城镇微观场地中的大部分变为不透水地表，其对雨水径流的影响不容忽视。由于建筑物主要通过建设规模和布局对雨水径流产生影响，因此，建筑物的设计要特别注意与周边环境的关系，通过合理布局实现对雨水的有效利用。

鉴于辽西丘陵区的具体特点，在进行建筑规划时，在空间上尽量紧凑，为雨水留出更多的可渗透下垫面。对建筑本身的设计，可通过增加透水材料的使用量，改变建筑形态，促进雨水的有效利用。对单体建筑的规划设计，可采用屋顶绿化、坡顶变平顶的方式增加屋顶对雨水的有效利用。

4 结语

我国是一个水资源严重匮乏的国家，而辽西地区由于特殊的地理环境和气候特征，成为我国北方地区最为缺水的区域。加强辽西地区的雨水资源化利用，不仅可以为当地的工农业和社会发展提供数量可观的后备水资源，还能有效改善当地的生态环境。场地是各类建设项目的实施尺度，是城镇开发的基本单元，同时也是构建绿色生态城市的基础。文章将辽西地区的场地分为宏观、中观和微观三个尺度进行研究，总结出不同尺度场地的雨水利用方式，探索出适宜辽西地区特征的场地雨水利用方式，对改善当地的水资源缺乏与生态环境脆弱问题具有重要意义。当然，在具体的雨水利用过程中，还要对基于场地要素的设计方法和依据进行进一步研究。

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