基于郑州市生态海绵城市下雨水利用规划研究

武晓琰

（郑州市水利建筑勘测设计院，河南郑州 450007）

1 郑州市生态空间雨水利用现状

郑州市地处河南省中心地带，北临黄河、西靠嵩山、东连开封、南接许昌，地形由西到东逐渐变缓，西靠山，东靠黄河冲淤。郑州市1956-2015 年近60 年来，年均降水量624.30 mm，累计降水量46.98 亿m3。郑州市拥有124 条大大小小的河流，143 个中小水库，22 个大型湖泊。郑州市降水年内分配不均，连续降雨量最大值为6—9 月份，为409.90 mm，占全年降水总量的65.70%，其中，6—8月降水量为332.40 mm，占全年降水的53.20%，3—5月为121.70 mm，占全年降水的19.50%，9—11月为141.80 mm，略高于春季，为22.70%，12—2月降水比较少，只有28.40 mm，占全年降水的4.50%。年内降水差异较大，最高和最低月较为明显，年降水量在7 月份最多，为151.50 mm，占全年降水的24.30%，12月降水最少，为7.80 mm，占全年总降雨量的1.20%，时有旱灾，山地缺水。

2 生态海绵城市下的雨水利用潜力分析

2.1 雨水利用潜力分析研究发展的状况

在生态海绵城市的背景下，雨水利用潜力巨大，通过合理规划设计，城市能够有效地吸收、储存和利用雨水，缓解水资源短缺，降低城市内涝风险。雨水利用潜力分析主要集中在雨水收集、储存、处理和回用等方面，探讨不同地区、不同降雨条件下雨水的可利用量。同时，研究雨水利用的经济、环境和生态效益，为雨水利用的推广提供了有力支持。但雨水利用潜力分析面临一定挑战，如不同地区的降雨量和水质存在差异，雨水利用技术和管理水平有待提高，需对其予以重视。

2.2 城市雨水资源化潜力分析方法

郑州市城市雨水资源化潜力分析方法主要分为以下几个方面：一是经验公式法，基于大量实测数据统计分析得出的计算方法，用于估算城市雨水资源的可利用量。这种方法基于水量平衡原理，通过经验公式将降雨量、径流量、渗透量等水文要素联系起来，计算出不同降雨条件下城市雨水资源的可利用量。雨水资源化潜力的计算公式：

式（1）中：P为雨水资源化潜力，W为雨水径流总量，e为回用效率。

二是水量平衡分析方法，通过分析城市水循环中降雨、径流、渗透等环节的水量变化，评估雨水资源的可利用潜力。这种方法综合考虑了城市地形、土壤类型、植被覆盖等因素对雨水利用的影响，能够更准确地反映城市雨水资源的实际情况。水资源变化量的计算公式：

式（2）中：P 为降水量，R入为流入量，E 为蒸发量，R出为流出量。

三是逐次降雨资料分析方法，通过分析不同降雨事件的降雨量、降雨强度、降雨历时等参数，评估不同下垫面在逐次降雨中的雨水利用潜力。这种方法能够揭示不同下垫面对雨水资源的吸纳能力和利用效率，为制定针对性的雨水利用策略提供依据。城市雨水资源化潜力分析方法比较如表1所示。

表1 城市雨水资源化潜力分析方法比较表

3 生态海绵城市构建的雨水收集规划

3.1 房屋建筑雨水利用

在房屋建筑中，雨水利用是一种可持续的实践，旨在减少对传统水资源的依赖，减轻对环境压力。通过安装雨水收集系统，建筑能够捕获屋顶或其他区域的雨水，经过初步过滤后，雨水可用于多种用途。例如：将其用于冲厕、灌溉植物、洗车或冷却系统等。雨水储存设施包括地下储水池或水箱，能够储存收集到的雨水，以便在需要时使用，储水设施还可以在干旱时期提供备用水源。由于雨水携带污染物，因此在使用之前需要进行适当的处理，这可以通过物理、化学或生物处理方法来实现，以确保水质达到使用标准。雨水收集量计算公式：

式（3）中：Q为雨水收集量，a为初期弃流系数，w为有效降雨量，t为集雨时间。

3.2 道路建设雨水利用

随着城市化的快速发展，道路排水系统面临的压力日益增大，道路设计时应充分考虑雨水收集和排放。通过合理规划雨水排水系统，可以有效地引导雨水流向，减少径流污染，并降低城市排水系统负担。例如：采用透水性路面材料可增加地表的渗水性，减少径流量，同时改善道路的生态环境。通过建设地下储水池或雨水花园等设施，可储存大量的雨水，经过适当处理后可用于绿化灌溉、清洗道路等用途，这样不仅能节约用水，还能促进水资源的循环利用。道路排水系统应与雨水利用设施相协调，在设计和建设过程中，应充分考虑排水系统的容量和性能，确保其能够有效地处理和排放雨水，通过优化排水系统与雨水利用设施的配合，还可以实现更好的水资源管理效果。

4 生态海绵城市下的雨水利用系统设计规划

4.1 雨水直接利用

在生态海绵城市下，雨水直接利用是一种有效的水资源管理方式，通过收集、储存和利用雨水，可以减少对市政供水的依赖，减轻供水压力。雨水直接利用是指将收集到的雨水经过适当处理后，直接用于各种生活和生产活动。雨水直接利用系统通常包括雨水收集、处理、储存和再利用几个环节。在雨水收集阶段，通过各种集水手段，如屋顶收集、地面渗透等，将雨水引入收集系统。处理阶段则采用物理、化学或生物方法对雨水进行净化，以去除其中的杂质和有害物质。经过处理的雨水储存在储水设施中，以备后续使用。雨水直接利用的应用非常广泛，可以为家庭、企业和公共设施提供生活用水、灌溉用水、景观用水等。再者，雨水直接利用可以减轻对传统水资源的压力，减少对自然水资源的依赖。雨水直接利用有助于提高城市的抗旱能力，降低干旱时期的供水风险。

此外，雨水直接利用水质条件较好，处理成本较低，节省市政开支，也有益于市民的健康，还有助于改善生态环境，增加地下水补给，促进水循环。然而，雨水直接利用也存在一定限制。例如：雨水的收集和处理需要一定的投资和技术支持，不同地区的气候和环境条件也会影响雨水的质量和数量，进而影响雨水直接利用的效果。雨水直接利用需要注意防洪涝灾害、防范污染和保证水质等问题。

4.2 雨水间接利用

生态海绵城市下，雨水间接利用是一种重要的方式，这种方式主要是通过合理的设计和管理，使雨水能够自然地渗透、滞留和净化，从而减少洪涝灾害、提高水质、改善生态环境。雨水间接利用主要分为以下几个方面：一是雨水花园，利用植物和土壤来过滤和吸收雨水的设施，可以在花园、草坪或屋顶等地方建造，通过吸收雨水，减少洪水的发生，同时还可以补充地下水。二是植草沟，可在道路、停车场或绿地等地方设置浅沟，利用植物和土壤来过滤和吸收雨水，同时还可以作为景观美化的一部分。三是生态滞留区，在低洼地带设置的区域，用于滞留和净化雨水，可以通过植被、土壤和微生物等自然元素来净化雨水，减少污染和提高水质。四是渗滤沟，设置在地面以下的设施，用于收集和净化雨水，通常采用碎石、砂土等材料填充，以增加雨水的渗透性和净化能力。五是地下水回补，可以通过建造集水池、渗透沟等方式，将雨水引入地下，补充地下水，同时还可以减缓地下水位下降的问题。为节约成本和取得长久效应，雨水渗透设施的建设和铺装应该做好科学规划一次性到位。在城市绿化灌溉方面，可利用雨水间接利用系统，将净化后的雨水用于绿地浇灌，既节约用水又改善城市环境。

5 结论

在生态海绵城市背景下，雨水利用规划设计是实现水资源可持续利用和城市可持续发展的重要手段。通过雨水收集、储存、处理和回用等环节的综合应用，能够有效地提高城市对雨水的利用效率，减轻对传统水资源的依赖，降低城市内涝的风险。海绵城市强调自然积存、自然渗透和自然净化，而雨水利用规划设计恰好能够实现这一目标。构建合理规划雨水系统，能够有效地提高城市对雨水的吸收、储存和排放能力，增强城市海绵功能。