雨水的就地處理方法及在北京住區(qū)的應(yīng)用研究

李帥　姬凌云

摘要：傳統(tǒng)將場(chǎng)地雨水快速外排、依靠城市排水管網(wǎng)的雨水處理方式，在浪費(fèi)大量雨水資源的同時(shí)，容易導(dǎo)致城市在暴雨時(shí)期出現(xiàn)積水內(nèi)澇問題。住區(qū)作為城市重要組成部分，將住區(qū)雨水在場(chǎng)地源頭進(jìn)行就地處理與利用，減少雨水外排，對(duì)解決城市雨水問題具有重要意義。文章針對(duì)根據(jù)北京雨水處理背景，結(jié)合實(shí)際案例的雨水處理能力分析，對(duì)場(chǎng)地雨水就地處理的方法及應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：北京住區(qū)；雨水就地處理；住區(qū)雨水

北京一直是缺水城市，近十年北京的年均水資源量為26億m3，而用水總量為35億m3，約有9億m3的用水缺口。嚴(yán)重缺水的同時(shí)，北京在暴雨時(shí)期多次出現(xiàn)內(nèi)澇問題，2012年的“7·21”特大暴雨，造成了重大的人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失，雨水資源變成災(zāi)害，反映了城市在雨水資源利用和處理方面存在不足。

根據(jù)北京2001年以來年均降雨量統(tǒng)計(jì)（圖1），北京多年年均降雨量為526mm，年內(nèi)降雨主要集中于汛期6～9月，平均降雨量為382mm，占降雨總量的73% 。特征表現(xiàn)為全年降雨分布不均，汛期降雨量較多且降雨強(qiáng)度較大，是城市產(chǎn)生雨水問題的高發(fā)時(shí)段。

1.雨水就地處理方法及技術(shù)概況：

目前城市較普遍的雨水處理原則是快速外排，將場(chǎng)地雨水收集進(jìn)入城市排水系統(tǒng)進(jìn)行處理，這種處理方式在浪費(fèi)場(chǎng)地雨水資源的同時(shí)，使大量雨水徑流集中進(jìn)入城市排水管網(wǎng)，大幅提高了排水系統(tǒng)的壓力，容易引起城市內(nèi)澇等問題。因此，將雨水在場(chǎng)地源頭內(nèi)進(jìn)行消納和利用，減少場(chǎng)地雨水徑流產(chǎn)生和外排，對(duì)緩解城市雨水問題有重要意義。

1.1雨水就地處理主要概念及其原則

雨水就地處理針對(duì)城市發(fā)展中產(chǎn)生的雨水問題，核心是將雨水在場(chǎng)地源頭進(jìn)行削減和利用，利用分散、小規(guī)模的生態(tài)化措施，通過滲透、滯留和存儲(chǔ)回用等方式，減少雨水徑流的產(chǎn)生和外排，降低雨水徑流對(duì)城市的負(fù)面影響。主要原則包括：

（1）在源頭處理處理雨水：

在雨水徑流的產(chǎn)生源頭或者接近源頭的傳輸過程中，通過多種措施提高場(chǎng)地的雨水處理和利用能力，使雨水在進(jìn)入排水管網(wǎng)前得到削減。

（2）利用分散、小規(guī)模的雨水處理措施：

在城市用地緊缺的背景下，提倡采用分散、小規(guī)模的雨水處理措施，通過對(duì)雨水處理設(shè)施進(jìn)行合理布局，優(yōu)化土地利用效率，提高場(chǎng)地的雨水處理能力。

（3）采用生態(tài)化的雨水處理方式：

雨水的處理應(yīng)以生態(tài)化措施為主，通過滲透、過濾和蒸發(fā)等方式將雨水資源利用于場(chǎng)地內(nèi)，改善場(chǎng)地水文條件，降低城市建設(shè)活動(dòng)對(duì)自然水循環(huán)的影響。

1.2雨水就地處理的意義

相比傳統(tǒng)的雨水處理方式，雨水就地處理將雨水作為資源利用和處理，通過生態(tài)高效的技術(shù)方法解決城市發(fā)展中的雨水問題，對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）改善城市生態(tài)環(huán)境：

通過提高雨水入滲量，促進(jìn)雨水涵養(yǎng)土壤、回補(bǔ)地下水，改善場(chǎng)地水循環(huán)；同時(shí)土壤含水量和蒸發(fā)量的增加，可以調(diào)節(jié)地表溫度，緩解城市熱島效應(yīng)。

（2）提高場(chǎng)地水資源利用率：

通過對(duì)雨水進(jìn)行收集利用，增加場(chǎng)地可用水資源、提高水資源利用率，可以降低場(chǎng)地對(duì)市政供水的需求，減少城市對(duì)于自然水資源的開發(fā)。

（3）提高城市防洪能力：

通過滲透、滯留和存儲(chǔ)回用等方式將雨水在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行消納和處理，可以有效降低場(chǎng)地雨水徑流外排量，緩解暴雨時(shí)期的城市排水系統(tǒng)壓力，減少城市內(nèi)澇問題產(chǎn)生。

1.3雨水就地處理的技術(shù)體系

目前國外對(duì)于雨水就地處理的技術(shù)方法研究較為成熟，如美國的最佳管理實(shí)踐（BMPs）、低影響開發(fā)模式（LID）以及英國的可持續(xù)排水系統(tǒng)（SUDS）等，提倡在雨水的產(chǎn)生源頭通過多種技術(shù)措施對(duì)雨水進(jìn)行管理，降低雨水在城市中的負(fù)面影響，主要包括工程性措施和非工程性措施：

（1）工程性措施：

通過在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行雨水處理設(shè)施建設(shè)及改造，降低降雨時(shí)期的場(chǎng)地雨水徑流產(chǎn)生，在場(chǎng)地雨水徑流的產(chǎn)生源頭進(jìn)行處理。主要包括滲透鋪裝、下凹綠地、屋頂綠化等設(shè)施的建設(shè)和改造。

（2）非工程性措施：

通過改善場(chǎng)地規(guī)模和空間布局，在雨水徑流的產(chǎn)生和傳輸過程進(jìn)行優(yōu)化，提升場(chǎng)地的雨水處理能力。主要包括增加可滲透地面的規(guī)模、改善建筑和道路布局形式等。

2.住區(qū)雨水就地處理的相關(guān)因素

住區(qū)內(nèi)擁有大量的單體建筑，以及一定規(guī)模的綠地空間，是應(yīng)用雨水就地處理措施的重要場(chǎng)地。同時(shí)，住區(qū)作為城市重要的組成部分，優(yōu)化住區(qū)雨水處理方式，可以有效提高城市水源利用效率，減少雨水問題的產(chǎn)生。住區(qū)雨水就地處理的影響因素主要包括三方面：

（1）場(chǎng)地下墊面形式

場(chǎng)地主要下墊面類型為建筑屋面、路面和綠地，通過采用更加生態(tài)化的下墊面形式，如綠色屋頂、滲透鋪裝、下凹綠地等，可以有效減少場(chǎng)地的雨水徑流產(chǎn)生，提高場(chǎng)地對(duì)雨水的處理和利用能力。

（2）場(chǎng)地空間形式

在降雨時(shí)期，住區(qū)雨水徑流主要來源于建筑屋面和路面等硬質(zhì)鋪面，而綠地能夠消納周邊用地產(chǎn)生的部分雨水徑流，在相同用地規(guī)模條件下，通過合理措施降低建筑屋面和道路面積，增加綠地規(guī)模，同時(shí)優(yōu)化建筑、道路與綠地的空間關(guān)系，可以有效提高場(chǎng)地的雨水處理能力。

（3）雨水調(diào)蓄措施

雨水調(diào)蓄設(shè)施可以對(duì)場(chǎng)地產(chǎn)生的超滲雨水進(jìn)行收集和利用，減少場(chǎng)地的雨水徑流外排。結(jié)合場(chǎng)地條件制定相應(yīng)的雨水利用目標(biāo)，采用合理規(guī)模的雨水調(diào)蓄設(shè)施，可以有效提高場(chǎng)地對(duì)雨水資源的利用效率，同時(shí)削減暴雨時(shí)期的洪峰流量，降低場(chǎng)地雨水問題的產(chǎn)生。

3.北京典型住區(qū)的雨水就地處理應(yīng)用分析

目前北京住區(qū)在雨水處理的主要特征為：

（1）硬質(zhì)鋪地規(guī)模較大：endprint

住區(qū)建筑屋面、道路占地面積較大，且徑流系數(shù)較高，在降雨時(shí)期更容易形成雨水徑流，增加積水內(nèi)澇問題的產(chǎn)生。

（2）雨水處理方法單一：

住區(qū)對(duì)雨水徑流的主要處理方法是外排至城市排水系統(tǒng)，在場(chǎng)地內(nèi)的削減量較低，極大增加了暴雨時(shí)期城市排水系統(tǒng)的壓力。

（3）雨水利用程度低：

將住區(qū)雨水快速外排的處理方式，浪費(fèi)了大量的場(chǎng)地雨水資源；同時(shí)，住區(qū)雨水滲透量較低，阻礙了雨水對(duì)地下水的補(bǔ)充以及對(duì)土壤的涵養(yǎng)作用。

3.1雙紫小區(qū)基本概況

雙紫小區(qū)是“北京城區(qū)雨洪控制與利用”項(xiàng)目之一，小區(qū)主要采用了滲透鋪裝、下凹綠地和雨水存儲(chǔ)回用等措施，在北京住區(qū)中有一定代表性。作為典型的雨水利用示范小區(qū)，雙紫小區(qū)在雨水處理方法上較為完善，在降低積水內(nèi)澇等問題產(chǎn)生、增加雨水利用率等方面效果顯著。

雙紫小區(qū)用地面積2.3ha，其中建筑屋頂面積6000m2，綠地面積6000m2，道路面積11000m2。根據(jù)《城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)暴雨徑流計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，雙紫小區(qū)所在地區(qū)不同重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)的降雨量如表2所示：

3.2下墊面雨水處理能力分析

在住區(qū)中，建筑屋面和道路雨水是場(chǎng)地雨水徑流的主要來源，綠地在促進(jìn)降雨入滲的同時(shí)，對(duì)周邊場(chǎng)地的雨水徑流有一定的處理能力。根據(jù)張新星在《住宅小區(qū)不同下墊面滯蓄雨水的效果評(píng)價(jià)》的研究數(shù)據(jù)，雙紫小區(qū)內(nèi)的建筑屋面在降雨量低于6.48mm時(shí)不產(chǎn)生雨水徑流，大于6.48mm時(shí)有效徑流系數(shù)為0.76；小區(qū)綠地土壤在降雨過程中的穩(wěn)定入滲率約為5X10-6m/s；小區(qū)滲透鋪裝在雨水滲透的同時(shí)在滲透鋪裝層可以滯留約32.86mm的雨水。

（1）綠地雨水處理能力

下凹綠地通過對(duì)普通綠地進(jìn)行下凹處理5～10cm，可以顯著提升綠地對(duì)暴雨時(shí)期雨水的滯留能力，并逐步滲透和利用。以雙紫小區(qū)為例，在不同重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)1h的降雨條件下，不同綠地形式的降雨量及雨水削減量如圖2：

在不同重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)1h的降雨條件下，不同綠地形式對(duì)周邊場(chǎng)地雨水徑流的處理能力如表3：

（2）建筑屋面雨水處理能力

通過增加屋頂綠化，可以有效提升建筑屋面對(duì)雨水的削減能力，結(jié)合雙紫小區(qū)屋頂雨水產(chǎn)流分析，在不同重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)1h的降雨條件下，不同建筑屋面形式的降雨量及雨水削減量如圖3：

在不同重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)1h的降雨條件下，普通硬質(zhì)屋頂和綠色屋頂?shù)挠晁畯搅鳟a(chǎn)生量如表4：

（3）道路雨水處理能力

傳統(tǒng)硬質(zhì)路面的雨水滲透能力較低，通過采用滲透鋪裝，可以顯著提升雨水滲透量，降低雨水徑流的產(chǎn)生。以雙紫小區(qū)為例，在不同重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)1h的降雨條件下，不同路面形式的降雨量及雨水削減量如圖4：

3.3場(chǎng)地雨水就地理措施分析

城市排水管網(wǎng)一般按1～3年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，排水能力在30～50mm左右，與雙紫小區(qū)規(guī)模相同的普通小區(qū)，缺少雨水就地處理措施，在重現(xiàn)期十年、降雨歷時(shí)1h的降雨條件下，小時(shí)降雨量64.9mm中只有約21%被場(chǎng)地消納（圖5），約51mm的降雨進(jìn)入城市管網(wǎng)，容易引起積水內(nèi)澇問題。

同樣降雨條件下，雙紫小區(qū)通過滲透鋪裝、下凹綠地和存儲(chǔ)設(shè)施等措施結(jié)合，可以保證場(chǎng)地雨水就地處理，即小時(shí)降雨量低于64.9mm時(shí)不產(chǎn)生雨水外排（圖6）。

從兩種住區(qū)雨水處理及效果對(duì)比可以看出，雨水就地處理措施在場(chǎng)地的應(yīng)用方式，對(duì)場(chǎng)地的雨水處理能力有較大影響；同時(shí)，通過優(yōu)化下墊面雨水徑流處理方式，可以有效提高場(chǎng)地的雨水削減和處理能力。

4.結(jié)論

通過增加和改善雨水就地處理措施在住區(qū)中的應(yīng)用，可以有效提高住區(qū)的雨水處理能力，降低雨水徑流的產(chǎn)生和外排量，主要應(yīng)用方法包括：

（1）完善住區(qū)雨水就地處理設(shè)施：

通過采用綠色屋頂或滲透鋪裝替代硬質(zhì)鋪面，可以顯著提升建筑屋面、道路對(duì)雨水徑流的削減能力，有效降低場(chǎng)地的雨水徑流產(chǎn)生和外排，是住區(qū)雨水就地處理的重要基礎(chǔ)。

對(duì)綠地形式進(jìn)行改良，提升綠地對(duì)場(chǎng)地雨水的滯蓄能力，可以有效促進(jìn)綠地對(duì)場(chǎng)地雨水的滲透和削減能力，降低場(chǎng)地雨水徑流外排。

（2）優(yōu)化場(chǎng)地布局形式：

通過合理布局減少建筑屋面、路面等硬質(zhì)鋪地，增加綠地面積，可以降低場(chǎng)地的雨水徑流產(chǎn)生；同時(shí)對(duì)綠地與建筑、道路的布局關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，可以提高綠地的雨水處理效率，例如在重現(xiàn)期五年、降雨歷時(shí)1h的降雨條件下，要達(dá)到雨水完全消納，下凹5cm的綠地建筑屋頂面積比約為3.2：1，與滲透鋪裝面積比約為0.4：1。

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作者簡介：李帥（1989-），男，漢族，北京人，研究生在讀，單位：北方工業(yè)大學(xué)，研究方向：城市規(guī)劃學(xué)。

姬凌云（1975-），女，漢族，山西人，碩士，單位：北方工業(yè)大學(xué)，研究方向：城市發(fā)展戰(zhàn)略與對(duì)策，可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)規(guī)劃。

基金項(xiàng)目：由北京市教委面上項(xiàng)目“基于水敏性空間建構(gòu)的北京市中心城區(qū)雨水利用規(guī)劃研究”支持。endprint