毕业论文聊城市城区雨水径流滞留与利用可行性研究

聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 目目 录录 前前 言言-1 1 聊城市城区概况聊城市城区概况-2 1.1 地理概况-2 1.2 气候概况 -2 2 聊城市城区雨水滞留与利用可行性分析聊城市城区雨水滞留与利用可行性分析-2 2.1 自然客观因素-3 2.1.1 城区地表径流系数-3 2.1.2 城区降雨量-4 2.1.3 城区雨水水质变化规律-6 2.2 人为主观因素 -8 2.2.1 雨水资源化利用意识-8 2.2.2 工程措施-8 3 不同下垫面雨水径流滞留与利用的综合措施不同下垫面雨水径流滞留与利用的综合措施-8 3.1 屋面雨水径流 -8 3.2 广场、停车场的雨水径流 -8 3.3 路面雨水径流 -9 结语结语-9 参考文献参考文献-10 致致 谢谢-11 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 摘摘 要要 随着聊城市城区城市化进程和经济发展速度的加快，水资源的供需矛盾日益 突出，水环境压力逐渐成为聊城市城区发展的“瓶颈” 。近年来，城区不透水面 积增加，阻碍了自然的水文循环过程，形成大量雨水径流，增加了城区雨水管网 的压力。为了缓和水资源短缺和改善城区水环境，探究城区雨水径流滞留与利用 可行性具有重要的现实意义。从自然客观因素和人为主观因素两方面分析可得聊 城市城区雨水径流滞留与利用具有可行性。对此，针对不同下垫面的不同特点， 提出了雨水径流滞留与利用的综合措施。 关键词：关键词：雨水径流；滞留；利用；综合措施；聊城城区 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） Abstract With the development of urbanization and economy to speed up, the contradiction between supply and demand of water resource is becoming increasingly prominent, pressure from water environment gradually become the “bottleneck”. In recent years, the expansion of impermeable land surface disturbs the natural water cycle and leads to a great increase in the amount of surface runoff and the burden on Sewerage system. In order to alleviate the shortage of water resource and improve the urban water environment, it is of important practical significance to explore the feasibility of urban storm waters runoff retention and utilization. From both natural factors and man-made factors, we can reach a conclusion that runoff retention and utilization is feasible. In this paper we propose the corresponding measures which are based on the different characteristics of different underlying surfaces. Key words：surface runoff；retention；utilization；comprehensive measures；Liaocheng city 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 1 聊城市城区雨水径流滞留与利用可行性分析聊城市城区雨水径流滞留与利用可行性分析 前前 言言 随着城市化进程的加快，聊城市城区面貌发生了巨大变化，一座座高楼拔地 而起，宽阔的柏油马路四通八达，居民小区也逐步实现硬化。这些城区建筑物及 道路主要是以混凝土和沥青等不透水材料为原料，致使城区不透水地表面积逐渐 增大。不透水表面的径流系数一般取 0.9，也就是说降雨量的 90%都将形成径流， 大量的雨水径流加大了城市排水设施的负担。如果遇到强降雨天气，排水管道无 法及时排放，就会出现城区内涝，阻碍交通，妨碍居民出行，严重时会出现人员 伤亡，造成巨大经济损失1。与此同时，不透水材料阻碍了雨水的直接下渗，使 城区地下水补给量相对减少。城区又是工业用水和生活用水的采水集中区，地下 水连年超采，形成较大面积的地下水漏斗区。所以，加强雨水利用具有重要的意 义。 目前，关于雨水径流滞留与利用技术的研究和实施已经在国内外广泛开展。 其中，美国、德国等经济发达、城市化进程发展较早的国家，已将城市雨水滞留 与利用作为解决城市水源问题的战略措施试验、推广、立法和实施。自 20 世纪 70 年代起，美国等发达国家开始利用数学模型模拟城市地表径流对降雨事件的 响应过程，用于城市防洪规划和管网的优化2。美国的雨水利用常以提高天然入 渗能力为目的，很多城市建立了屋顶蓄水和由渗池或渗井、草地、渗水地面组成 的地表回灌系统。美国不但重视工程措施，而且还制定了相应的法律法规支持雨 水利用。如制定了雨水利用条例规定，新开发区的洪峰流量不能超过开发前 的水平，所有新开发区（不包括独户住家）必须实行强制的“就地滞洪蓄水” 。 德国是欧洲雨水利用工作开展得最好的国家之一，目前德国的雨水利用技术已经 进入标准化、产业化、集成化阶段，尤其在屋面雨水的收集、储存、过滤、回用 方面都有一系列的定型产品和组装式成套设备，形成了成熟的城市雨水综合管理 利用系统。另外，德国还制订了一系列有关雨水利用的法律法规，对雨水利用给 予支持。如在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利 用设施，若无雨水利用设施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费等3。进 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 2 入 90 年代以来，在水资源日益紧缺和国际雨水利用事业的不断推动下，我国也 逐步重视雨水利用和水资源持续发展的研究，一些省区发展较快，如北京市是目 前国内雨水利用方面做得最好的城市，北京市与德国合作开展了中德雨水利用课 题研究。 聊城市城区年内降水时间分布不均匀，尤其高度集中在夏季，降雨多集中在 汛期的几次大暴雨中，汛期降水量约占全年降水量的 3/4，仅 69 月份的降雨量 就占全年降水量的 70%以上，地表径流量占全年径流量的 85%4。城区屋面和路 面雨水初期径流污染严重，主要是有机污染物污染和悬浮物固体污染。在弃去初 期雨水后，水质基本满足景观环境再生水水质和城市杂用水水质的控制指标5。 本文从降雨量、雨水水质及其变化规律方面分析聊城市城区雨水径流滞留与 回用的可行性，并提出聊城市城区雨水实现资源化利用的措施与建议。 1 聊城市城区概况聊城市城区概况 1.1 地理概况地理概况 聊城市城区大致在东外环、西外环、南外环、北外环四环以内的区域范围内。 市城区建成面积 63km，人口 56.5 万人 1，是鲁西政治、经济、文化中心。地处 约东经 1155211604，北纬 36233630之间。聊城市城区地势平坦，穿越城 区的古运河将城区分为东西两部分，运河以西为古城区部分，四面为湖水环绕， 光岳楼附近地势较高，周围较平坦；运河以东除闸口东西一带地势较高外，南部 和北部地势较平坦，其中南部略高，地面高程在 31.5032.50m 之间6。 1.2 气候概况气候概况 聊城市城区地处暖温带季风气候区，具有明显的季节变化和季风气候特征， 属于半湿润大陆性气候。四季分明，干湿季节明显，光照充足，雨热同步，降水 时空分布不均匀，主要集中在夏季的几次暴雨中。 “春旱多风，夏热多雨，晚秋 易旱，冬季干寒”为四季气候基本特征。 2 聊城市城区雨水滞留与利用可行性分析聊城市城区雨水滞留与利用可行性分析 1江北水城运河古都生态聊城 /about_city.asp 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 3 影响聊城市城区雨水滞留与利用可行性的因素，主要包括自然客观因素和人 为主观因素两个方面。自然客观因素是实现雨水滞留与利用的前提，主要包括城 区地表径流系数、降雨量、雨水水质变化规律等因素。人为主观因素是实现雨水 滞留与利用的保障，主要包括人们对雨水滞留与利用深远意义的认识以及采取的 有利于雨水滞留与利用的相关措施。只有当自然客观因素与人为主观因素同时具 备时，城区雨水滞留与利用才能成为可能。 2.1 自然客观因素自然客观因素 2.1.1 城区地表径流系数城区地表径流系数 随着城市建设的不断发展，城市化将成为本世纪我国经济发展的主要特征之 一，聊城市城市建设也进入了高速发展阶段。例如居民住宅有王口小区、湖北小 区、龙口小区、花园小区、青年林小区、龙山小区、铁路小区等成片的楼群相继 建成；道路建设则以柳园路、东昌路、建设路、西外环路、南外环路、北外环路 为主，新建改建道路 20 多条，截止 2007 年底，全市公路通车总里程达到 13480km，公路密度达到每百平方公里 154.7km 7。城市建筑物及道路构建了大 量的不透水地面，屋面、混凝土和沥青路面等不透水表面的径流系数一般取 0.9，也就是说降雨量的 90%都将形成径流，可见由降雨而形成的地表径流量， 随着城区城市化进程不断增加。 目前聊城市东昌府区对地表径流的处理方式仍以排放为主。自 1998 年聊城 市建设委员会成立至今，曾对东昌路、振兴路、柳园路等主次干道进行了拓宽、 重修。在施工改造的同时，更换了城区原有的下水管道。目前，城区的下水道管 网内径最小的为 50cm，最大的为 1.5m，基本形成了城区排水管网区域性网络， 为城区泄洪发挥了重要作用。 但仍不能从根本解决城市雨水排放问题。目前， 聊城排涝设施是雨污合流，就是说日常的生活污水和排涝用的是同一套管网，这 样有诸多弊端。比如，城区排放的生活污水需要截污，流经路线长，大雨过后， 管道压力大 2。狭长的管道一旦下大雨就难以充分发挥排水功能，雨水会通过排 水口涌出地面，造成大面积水浸。然而城区雨后地表径流量大的这一特点为拦蓄 降雨径流，回灌入渗补源提供了可行性，具有回用价值。在雨季可通过对地表径 流进行的集流、存贮或通过渗透浅沟下渗补给地下水，提高雨水资源化的程度。 2内涝之惑：脆弱的城市排水系统【困惑】 雨污合流是制约瓶颈 /news/liaocheng/shehui/20100810/45050.html 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 4 2.1.2 城区降雨量城区降雨量 城区人口密集，住宅成群，高层建筑很多，从而导致城区下垫面粗糙度与郊 区相比要大。当气流经过城区上空时受到建筑物的摩擦影响，速度减慢，使城区 降雨历时延长，降雨量增加。除此之外，城区普遍存在的“热岛效应”使城区上 空空气对流发展较旺盛，容易产生强对流天气，加上伴随着城市化而出现的大气 污染，例如工厂向空气中排放的大量烟尘，为空气中水汽的凝结创造了有利条件， 城区降雨机会增多。据有关数据统计显示，一般城区比郊区降雨量大 5%10%， 降雨次数也明显偏多。 由表 1 可得聊城市城区的年平均降雨量为 505.8mm。其中 69 月的多年平均 降雨量为 357.6mm，占全年平均降雨量的 71.1%。 由于大气降水是陆地上各种形态水资源总的补给来源，它是一个流域或封闭 地区当地水资源的最大值。因此，雨水资源理论潜力应为该流域或封闭地区的降 水总量，其计算公式为： R=PA10 式中：R为流域或封闭地区雨水资源的理论潜力，m； P为流域降水量，mm； A为流域面积，km。 如果按聊城市城区总面积为 63km算，每年仅 69 月就有 2.25107m雨水量， 年降雨量达 3.19107m。根据 09 年山东统计年鉴统计，聊城市城市生活用水量 为 2.89107m，每年仅 69 月的降雨量就占到该数据的 77.85%。雨水如果按照 水资源回用将非常可观。另外，假如使用 1m的自来水费用（含污水处理费）为 3.00 元，而投入收集 1m雨水的年运行费用不足 0.10 元，可以大大减少居民用水 开支，具有较高的经济效益3。 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 5 表 1 聊城市城区 2001 年2008 年降雨量分布表8（单位：mm） 由图 1、图 2 可直观的看出聊城市城区年内降雨量分布很不平衡。例如 2004 年 6 月降雨量高达 172.0mm，而 2005 年 1 月和 2004 年 11 月降雨量为 0.0mm。 除此之外，还可以观察到同月份不同年份的降雨量有明显浮动，但总体降雨主要 集中在每年的 69 月份。并且集中在几次短历时的强降雨中，雨水蒸发、渗透量 较少，大部分都形成径流进入聊城市地下管网流失掉了。 然而降雨的这些特点为发展雨水集蓄提供了极为便利的条件。在雨季可通过 对降雨的集流、存贮、 跨季度、跨年度地合理调用，提高雨水资源化的程度， 缓解雨水供需时间错位的矛盾，提高城市雨水资源利用效率和多水源优化配置的 水平。 20012002200320042005200620072008 1月31.00.00.50.014.8 2月9.37.9 3月2.12.514.80.05.5 4月16.226.893.613.644.0 5月2.444.520.189.465.9 6月61.591.054.4172.0168.7112.188.2126.1 7月116.449.5145.3104.0130.554.6108.1116.8 8月39.341.6169.5151.175.862.4104162.0 9月20.835.276.135.1159.013.560.156.2 10月20.72.3 11月3.90.023.126.06.6 12月5.518.9 全年降雨量341.3318.9771.46190658.2326.3529.2482.0 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 6 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2001年 2002年 2003年 2004年 年份 降雨量(mm) 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 图 1 2001 年-2004 年聊城市城区降雨量分布柱形图 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2005年 2006年 2007年 2008年 年份 降雨量(mm) 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 图 2 2005 年-2008 年聊城市城区降雨量分布柱形图 2.1.3 城区雨水水质变化规律城区雨水水质变化规律 由于聊城市城区只有年均降雨量的统计值，而缺乏降雨水质特性的统计资料， 本研究中将利用与聊城相近的济南资料来进行说明。雨水水质的主要污染指标有 pH、化学需氧量（COD） 、悬浮物质（SS） 、氨氮（NH3-N） 。 （1）pH 值随降雨历时的变化分析 据有关研究调查显示，济南市天然雨水 pH 均值为 6.47，屋面和路面雨水的 pH 值分别为 7.27 和 7.39，流经不同下垫面的雨水随采样时间延长，pH 值有上 升的趋势，变化系数为 0.91.1。学校屋面雨水 pH 值随采样时间不同变化明显， 而油毡屋面和路面雨水的 pH 值变化平缓，并且同一时间内机动车路面的 pH 值 基本偏大。根据城市污水再生利用城市杂用水水质标准 （GB/T 189202002）和城市污水再生利用景观环境用水水质 （GB/T 189212002） 的要求，pH 值都要在 6.09.0 之间，分析测定数据可以知道，流经不同下垫面的 雨水径流都满足这项指标。 （2）悬浮物质（SS）随降雨历时的变化分析 悬浮物质（SS）雨水径流主要污染物之一。悬浮物质主要污染源是土壤颗粒、 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 7 大气自然沉降物、汽车轮胎和道路磨损等。根据研究显示，在径流形成初 SS 的 浓度达到最大值，随着降雨历时增加，雨水中 SS 逐渐下降然后趋于稳定。路面 雨水中 SS 明显高于屋面雨水，例如济南屋面雨水 SS 平均值 429.25mg/L，路面 雨水 SS 平均值为 778.38mg/L。屋面雨水中 SS 浓度在径流形成 10min 以后就会 大幅度下降至 20mg/L 以下，而路面径流则需要 40-50min 才开始出现下降趋势并 且悬浮物浓度仍较大。根据城市污水再生利用城市杂用水水质标准 （GB/T 189202002）和城市污水再生利用景观环境用水水质 （GB/T 189212002） ， 屋面雨水在弃去前 10min 径流后，水质较好基本可以直接应用，而路面雨水需要 进一步处理。 （3）化学需氧量（COD）随降雨历时的变化分析 化学需氧量（COD）也是雨水径流主要污染物之一。有机质主要来自于落叶、 鸟粪、花和花粉、城市路面垃圾等。例如济南天然雨水 COD 平均值为 9.42mg/L 屋面和路面雨水 COD 平均值分别为 58.88mg/L 和 95.09mg/L。雨水径流 COD 浓 度随降雨历时的增加逐渐下降，40min 后趋于稳定。降雨后期屋面水样中的 COD 浓度可维持在 50mg /L 以下，后期路面水样中的 COD 浓度也可维持在 50mg/L 左右。 （4）氨氮（NH3-N）随降雨历时的变化分析 雨水径流中的氨氮（NH3-N）主要来源于大气沉降和雨水冲淋作用。屋面雨 水和道路雨水中氨氮（NH3-N）的浓度与前面几种污染物的变化规律基本相同， 雨水径流形成初期不同下垫面水样中氨氮浓度基本在 215mg/L 之间，随着降雨 历时的增加浓度逐渐减小。相比之下，道路径流雨水水样中氨氮（NH3-N）的浓 度要高于屋面的，到了后期几种下垫面的径流氨氮（NH3-N）浓度都在 24mg/L 之间，符合城市污水再生利用城市杂用水水质标准 （GB/T 189202002）和 城市污水再生利用景观环境用水水质 （GB/T 189212002）的要求范围值 1020mg/L911。 综上所述，地表径流雨水水质的各项指标随降雨历时的增加都表现出相似的 规律性。地表径流形成初期，污染物浓度相对较高，随着径流时间的持续，各污 染物浓度呈下降趋势。屋面径流水质较好，一般在径流形成 10min 以后就可以直 接利用。道路径流污染物浓度较高，水质相对较差，一般在径流形成 40min 后， 污染物浓度基本不发生变化，经过简单处理后，水质各项指标均能满足标准要求。 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 8 2.2 人为主观因素人为主观因素 2.2.1 雨水资源化利用意识雨水资源化利用意识 聊城市城区属于典型的资源型缺水城市，随着该区工业与第三产业的快速发 展，城市化水平的加速提升，对水资源的需求量越来越大。水资源的供需矛盾日 益突出，成为制约该区经济发展的重要因素。聊城市城区降雨量时间分布不均衡， 主要集中在夏季的几次强降雨中。例如 2010 年 8 月 8 日夜间开始到 14 日，聊城 市突降大到暴雨，局部大暴雨，城区出现严重积水，最深达 1m 以上，部分小区 地下室受淹，城区道路积水严重。阻碍了市民出行，扰乱了商业部门的正常运营。 人们逐渐开始关注如何变“害”为“利” ，积极探索各种实现雨水合理利用的方 法，以缓解城区雨水管网的压力和水资源供需矛盾。 2.2.2 工程措施工程措施 近年来，聊城城区实施了一系列城区绿化工程。新辟湖西带状公园，绿化面 积 80hm2。东昌大街、柳园路实施拆墙透绿工程，改善了城区生态环境。公园、 草地、广场、道路等占地面积逐步扩大。可以对这些区域根据雨水收集的要求进 行改建以实现雨水就地收集和合理利用。例如将城区路面建成可渗式路面以减小 径流系数；对新或改建广场采用透水材料铺装以增加入渗量；利用绿地草坪（平 或低于地面）建设下凹式绿地和花池滞蓄雨洪；利用公园湖泊蓄水等。 3 不同下垫面雨水径流滞留与回用的综合措施不同下垫面雨水径流滞留与回用的综合措施 3.1 屋面雨水径流屋面雨水径流 屋面雨水的滞留系统通常可分为收集、输送和储存三部分。基本原理：以屋 顶作为集水面，雨天屋面径流经天沟或屋檐汇集后进入管道系统，然后经过初期 弃流由储水设施储存。当雨水水质较差或用于市政杂用时，需要对收集的屋面雨 水进行简单处理（沉淀、过滤、消毒等） 。另外，可以根据聊城市城区的气候条 件选择合适的土壤和植被进行屋顶绿化，采用人工土壤植被系统来净化雨水。 收集的雨水可用于家庭、公共设施、工业等方面的非饮用水，如城市绿化、冲厕 所、马路洒水、洗车、冷却水等。 3.2 广场、停车场的雨水径流广场、停车场的雨水径流 由于广场、停车场占地面积较大，我们可以将广场、停车场建设的比道路表 聊城大学本科毕业论文聊城大学本科毕业论文（设计）（设计） 9 面略低，这样路面的雨水也会汇集到广场和停车场内。然后在广场、停车场内铺 设草坪或透水方砖以增加入渗量。最后，在广场、停车场地下建立封闭式地下滞 留池以截流径流，在降雨结束之后，启用配有相应管道系统和潜流泵的滞留池排 空系统，用潜流泵将存储池内存储雨水径流送往污水处理厂，经处理后再利用。 3.3 路面雨水径流路面雨水径流 在保证道路运营安全的前提下，对传统的混凝土、沥青铺装材料进行改革， 增加路面的透水性。这种方法主要适用于交通量小，低污染物的路面上，如小区、 公园、庭院道、人行道等。路面结构主要包括两部分：透水方砖铺设的面层和无 砂混凝土构筑基层。雨水经路面结构渗透到路基雨水收集管道或土壤中，实现雨 水贮蓄或回补地下水，达到削减径流总量和城市排水管网负荷的效果。经过收集 和净化处理后的雨水可用于冲厕、洗车、消防、浇花、洒路、取暖、水景景观等。 另外，汛期雨水量较大，可集中用于回灌补充地下水，以达到增加地下水的存储 量，减小由于过度开采造成的地下水漏斗面积的目的1213。 结语结语 对于聊城市城区这样的资源性缺水地区，淡水资源不足，水体污染和生态恶 化已成为社会发展的主要制约因素。特别是随着经济的飞速发展与城市化进程的 加快，淡水资源的匮乏问题将更为突出。雨水收集处理系统作为一种成本低廉的 节水系统，其推广与普及是解决城区水资源短缺、减少城区洪灾、改善城区生态 环境、促进经济社会可持续发展的有效举措。就目前情况看，聊城市城区雨水利 用系统建设尚处在起步阶段，但随着雨水利用意识的增强，工程设施的不断完善， 相信城区雨水利用技术将会逐步发展起来，并对维护“江北水城”的城市特色， 塑造水清岸绿的城市形象做出重要贡