基于鄭州市生態海綿城市下雨水利用規劃研究

武曉琰

（鄭州市水利建筑勘測設計院，河南鄭州 450007）

1 鄭州市生態空間雨水利用現狀

鄭州市地處河南省中心地帶，北臨黃河、西靠嵩山、東連開封、南接許昌，地形由西到東逐漸變緩，西靠山，東靠黃河沖淤。鄭州市1956-2015 年近60 年來，年均降水量624.30 mm，累計降水量46.98 億m3。鄭州市擁有124 條大大小小的河流，143 個中小水庫，22 個大型湖泊。鄭州市降水年內分配不均，連續降雨量最大值為6—9 月份，為409.90 mm，占全年降水總量的65.70%，其中，6—8月降水量為332.40 mm，占全年降水的53.20%，3—5月為121.70 mm，占全年降水的19.50%，9—11月為141.80 mm，略高于春季，為22.70%，12—2月降水比較少，只有28.40 mm，占全年降水的4.50%。年內降水差異較大，最高和最低月較為明顯，年降水量在7 月份最多，為151.50 mm，占全年降水的24.30%，12月降水最少，為7.80 mm，占全年總降雨量的1.20%，時有旱災，山地缺水。

2 生態海綿城市下的雨水利用潛力分析

2.1 雨水利用潛力分析研究發展的狀況

在生態海綿城市的背景下，雨水利用潛力巨大，通過合理規劃設計，城市能夠有效地吸收、儲存和利用雨水，緩解水資源短缺，降低城市內澇風險。雨水利用潛力分析主要集中在雨水收集、儲存、處理和回用等方面，探討不同地區、不同降雨條件下雨水的可利用量。同時，研究雨水利用的經濟、環境和生態效益，為雨水利用的推廣提供了有力支持。但雨水利用潛力分析面臨一定挑戰，如不同地區的降雨量和水質存在差異，雨水利用技術和管理水平有待提高，需對其予以重視。

2.2 城市雨水資源化潛力分析方法

鄭州市城市雨水資源化潛力分析方法主要分為以下幾個方面：一是經驗公式法，基于大量實測數據統計分析得出的計算方法，用于估算城市雨水資源的可利用量。這種方法基于水量平衡原理，通過經驗公式將降雨量、徑流量、滲透量等水文要素聯系起來，計算出不同降雨條件下城市雨水資源的可利用量。雨水資源化潛力的計算公式：

式（1）中：P為雨水資源化潛力，W為雨水徑流總量，e為回用效率。

二是水量平衡分析方法，通過分析城市水循環中降雨、徑流、滲透等環節的水量變化，評估雨水資源的可利用潛力。這種方法綜合考慮了城市地形、土壤類型、植被覆蓋等因素對雨水利用的影響，能夠更準確地反映城市雨水資源的實際情況。水資源變化量的計算公式：

式（2）中：P 為降水量，R入為流入量，E 為蒸發量，R出為流出量。

三是逐次降雨資料分析方法，通過分析不同降雨事件的降雨量、降雨強度、降雨歷時等參數，評估不同下墊面在逐次降雨中的雨水利用潛力。這種方法能夠揭示不同下墊面對雨水資源的吸納能力和利用效率，為制定針對性的雨水利用策略提供依據。城市雨水資源化潛力分析方法比較如表1所示。

表1 城市雨水資源化潛力分析方法比較表

3 生態海綿城市構建的雨水收集規劃

3.1 房屋建筑雨水利用

在房屋建筑中，雨水利用是一種可持續的實踐，旨在減少對傳統水資源的依賴，減輕對環境壓力。通過安裝雨水收集系統，建筑能夠捕獲屋頂或其他區域的雨水，經過初步過濾后，雨水可用于多種用途。例如：將其用于沖廁、灌溉植物、洗車或冷卻系統等。雨水儲存設施包括地下儲水池或水箱，能夠儲存收集到的雨水，以便在需要時使用，儲水設施還可以在干旱時期提供備用水源。由于雨水攜帶污染物，因此在使用之前需要進行適當的處理，這可以通過物理、化學或生物處理方法來實現，以確保水質達到使用標準。雨水收集量計算公式：

式（3）中：Q為雨水收集量，a為初期棄流系數，w為有效降雨量，t為集雨時間。

3.2 道路建設雨水利用

隨著城市化的快速發展，道路排水系統面臨的壓力日益增大，道路設計時應充分考慮雨水收集和排放。通過合理規劃雨水排水系統，可以有效地引導雨水流向，減少徑流污染，并降低城市排水系統負擔。例如：采用透水性路面材料可增加地表的滲水性，減少徑流量，同時改善道路的生態環境。通過建設地下儲水池或雨水花園等設施，可儲存大量的雨水，經過適當處理后可用于綠化灌溉、清洗道路等用途，這樣不僅能節約用水，還能促進水資源的循環利用。道路排水系統應與雨水利用設施相協調，在設計和建設過程中，應充分考慮排水系統的容量和性能，確保其能夠有效地處理和排放雨水，通過優化排水系統與雨水利用設施的配合，還可以實現更好的水資源管理效果。

4 生態海綿城市下的雨水利用系統設計規劃

4.1 雨水直接利用

在生態海綿城市下，雨水直接利用是一種有效的水資源管理方式，通過收集、儲存和利用雨水，可以減少對市政供水的依賴，減輕供水壓力。雨水直接利用是指將收集到的雨水經過適當處理后，直接用于各種生活和生產活動。雨水直接利用系統通常包括雨水收集、處理、儲存和再利用幾個環節。在雨水收集階段，通過各種集水手段，如屋頂收集、地面滲透等，將雨水引入收集系統。處理階段則采用物理、化學或生物方法對雨水進行凈化，以去除其中的雜質和有害物質。經過處理的雨水儲存在儲水設施中，以備后續使用。雨水直接利用的應用非常廣泛，可以為家庭、企業和公共設施提供生活用水、灌溉用水、景觀用水等。再者，雨水直接利用可以減輕對傳統水資源的壓力，減少對自然水資源的依賴。雨水直接利用有助于提高城市的抗旱能力，降低干旱時期的供水風險。

此外，雨水直接利用水質條件較好，處理成本較低，節省市政開支，也有益于市民的健康，還有助于改善生態環境，增加地下水補給，促進水循環。然而，雨水直接利用也存在一定限制。例如：雨水的收集和處理需要一定的投資和技術支持，不同地區的氣候和環境條件也會影響雨水的質量和數量，進而影響雨水直接利用的效果。雨水直接利用需要注意防洪澇災害、防范污染和保證水質等問題。

4.2 雨水間接利用

生態海綿城市下，雨水間接利用是一種重要的方式，這種方式主要是通過合理的設計和管理，使雨水能夠自然地滲透、滯留和凈化，從而減少洪澇災害、提高水質、改善生態環境。雨水間接利用主要分為以下幾個方面：一是雨水花園，利用植物和土壤來過濾和吸收雨水的設施，可以在花園、草坪或屋頂等地方建造，通過吸收雨水，減少洪水的發生，同時還可以補充地下水。二是植草溝，可在道路、停車場或綠地等地方設置淺溝，利用植物和土壤來過濾和吸收雨水，同時還可以作為景觀美化的一部分。三是生態滯留區，在低洼地帶設置的區域，用于滯留和凈化雨水，可以通過植被、土壤和微生物等自然元素來凈化雨水，減少污染和提高水質。四是滲濾溝，設置在地面以下的設施，用于收集和凈化雨水，通常采用碎石、砂土等材料填充，以增加雨水的滲透性和凈化能力。五是地下水回補，可以通過建造集水池、滲透溝等方式，將雨水引入地下，補充地下水，同時還可以減緩地下水位下降的問題。為節約成本和取得長久效應，雨水滲透設施的建設和鋪裝應該做好科學規劃一次性到位。在城市綠化灌溉方面，可利用雨水間接利用系統，將凈化后的雨水用于綠地澆灌，既節約用水又改善城市環境。

5 結論

在生態海綿城市背景下，雨水利用規劃設計是實現水資源可持續利用和城市可持續發展的重要手段。通過雨水收集、儲存、處理和回用等環節的綜合應用，能夠有效地提高城市對雨水的利用效率，減輕對傳統水資源的依賴，降低城市內澇的風險。海綿城市強調自然積存、自然滲透和自然凈化，而雨水利用規劃設計恰好能夠實現這一目標。構建合理規劃雨水系統，能夠有效地提高城市對雨水的吸收、儲存和排放能力，增強城市海綿功能。