成都市雨水分布特征及其利用潜力分析.pdf

第 31 卷第 6 期 2012 年12 月 四川环境 sichuan environment vol. 31， no. 6 december 2012 水环境 收稿日期:2012- 05- 07 作者简介:宋春林( 1989 ) ， 男， 陕西安康人， 四川大学水文与水资 源工程专业 2009 级本科生。 成都市雨水分布特征及其利用潜力分析 宋春林，谢晶，毛栋平，梁川 ( 四川大学水利水电学院，成都610065) 摘要:雨水是一种可供人类使用的宝贵淡水资源。为缓解成都水资源供需矛盾，有效利用雨水资源，本文针对成都市 的降雨情况，分析了降雨年内分布特征、雨水水质特点和雨水利用潜力，给出了雨水收集、利用的相应措施，可为城 市雨水利用工程规划与建设提供科学参考。 关键词:成都;雨水;分布特征;利用潜力 中图分类号: x52文献标识码: a 文章编号: 1001- 3644( 2012) 06- 0079- 05 analysis on rainwater distribution and utilization potential in chengdu song chun- lin，xie jing，mao dong- ping，liang chuan ( college of water resource hydropower，sichuan university，chengdu 610065，china) abstract:rainwater is a kind of valuable freshwater resource for human in order to alleviate the imbalance between supply and demand of water resource utilize rainwater resource effectively，based on the data of precipitation in chengdu，this paper analyzes the characteristics of annual rainfall distribution，rainwater quality and rainwater utilization potential it proposes corresponding suggestions of rainwater collection and utilization，which provide scientific references for planning and construction of urban rainwater utilization project keywords:chengdu;rainwater;distribution characteristics;utilization potential 1引言 成都市位于四川盆地中中部，西部为龙门山和 邛崃山山区，中部为成都平原，东部为龙泉山低山 深丘区和金堂县沱江以东丘陵区。境内河网稠密， 西南部为岷江水系，东北部为沱江水系。全市幅员 面积 12390hm2。成都属于亚热带湿润季风气候， 多年平均降雨量为 881. 9mm，平均年降水总量为 127. 28 亿 m3，雨水利用潜力巨大。 随着成都城市化进程逐年推进，水资源供需矛 盾也越来越严重，已被列为全国缺水城市之一。成 都市水资源总量为 63. 44 亿 m3，人均占有水资源 量为 556. 7m3，约为全国人均水平的 1/4、全省的 1/51 。成都市正在建设 “生态园林城市” ，大量 的植被和水景观都需要用更多水，寻找新的水源显 得非常迫切，利用雨水资源很有必要。探索雨水资 源在实际生产、生活以及生态中的利用途径，不仅 可以适当缓解成都市用水越来越突出的供需矛盾， 形成良好的生态效益和经济效益，还能减少城市暴 雨内涝灾害。 2成都雨水特点 2. 1降雨多年分布特征 成都多年平均降雨量为 881. 9mm。图 1 统计 了成都市 1971 2010 年共 40 年的年均降雨量。从 图中可以看出，降雨量最大的 1989 年 1181mm 和 降雨量最小的 1990 年 610mm 相差近 1 倍，多年降 雨呈现年际变化大的特点。据统计，成都市 40 年 间年均降雨量在 800mm 以上的年份占 62. 5%， 1000mm 以上的年份占 25%。 p- 型曲线在降雨统计中的适应性较强，选用 该曲线对上述多年降雨资料进 行 分 析，cv= 0. 198，cs=2. 45cv时理论频率曲线与经验点据拟 合较好 ( 图 2) 。由该曲线可求出 50 年一遇年降雨 图 1成都市多年平均降雨量 fig. 1average annual rainfall for years in chengdu 量为 1285mm，百年一遇降雨为 1350mm，此结果 可为集雨水利用工程规划与建设提供参考。 2. 2降雨年内分布特征 成都市的降雨年内分布极为不均，主要集中分布 在6 9 月，其中又以7、8 月份最为集中 ( 图3) 。 随着城市化进程加快，城市硬化地面面积增 大，降雨极容易发生内涝。因此雨水建设工程要兼 顾雨水管网排水压力，在暴雨发生时起到削减洪峰 的作用。 2. 3成都雨水水质特点 天然雨水降落到下段面以前，水质一般较好， 其codcr平均为20 60mg/l，ss 平均小于20 mg/l 2 。 其他主要污染物指标为 bod5、nh3- n、重金属、 富营养化物质、石油类物质等。 图 2成都 1972 2011 年降雨频率曲线 fig. 2the precipitation frequency curve during 1972 2011 in chengdu 图 3成都市多年月平均降雨量 fig. 3average monthly rainfall for years in chengdu 根据梅自良对 1989 2000 年成都降雨化学组 成的分析 3 ，发现成都的雨水水质呈现以下特点: ( 1)酸性雨水。成都平原的酸雨频率在 30% 左右。酸雨的空间分布表现为城区和近郊区的酸雨 污染状况较远郊区严重，市南部酸雨污染较轻;时 间分布表现为七月、八月、九月、十月酸雨频率在 1 年中较高，八月的频率最高，达到 36. 7%。此 外，中雨和大雨容易发生酸雨，小雨、暴雨极少发 生酸雨。 ( 2)离子特征。成都市雨水中的 nh + 4 、k + 、 f 、no 3 含量明显高于全国平均水平，so2 4 、 ca2 +低于全国平均水平。 08四 川 环 境31 卷 此外，在一场降雨中，初期降雨水质较差，随 着降雨过程延续，水质逐渐改善。原因是初期降雨 对下垫面污染物的冲刷作用。 3成都雨水利用潜力分析 3. 1年平均集雨量计算 年均可收集雨量受降雨量、下垫面、气候等条 件影响，其中下垫面因素主要指雨水收集工程和建 筑物的布局、结构。对于大多数地区，年均可收集 雨量计算公式为 4 : q = a h 10() 3 式中:q年均可收集雨量，m3;平均径 流系数，不同下垫面径流系数见表 1;季节折 减系数，成都为0. 895 ;初期弃流系数， =1 初期雨量 年平均降雨次数/年平均降雨量，成 都为 0. 67;a集雨面积，m2;h平均年降雨 量，mm。 根据 2011 成都统计年鉴相关数据 6 ，计 算得到成都屋面路面和园林绿地年可收集雨量如下 表所示。 表不同下垫面条件下的径流系数 tab.runoff coefficients with different underlying surface 下垫面种类 集水面积 ( km2) 径流系数 可收集雨水量 ( 亿 m3) 屋面路面2374. 50. 911. 24 园林绿地169. 020. 150. 13 3. 2雨水利用效益 3. 2. 1经济效益 2009 年成都市总用水量 57. 72 亿 m3。按照成 都平均年降雨量 882mm 根据计算，成都市修建雨 水利用工程以后，把雨水纳入成都市的生活杂用水 和生态用水体系，预计可节约用水 11. 37 亿 m3， 带来可观的经济效益。 3. 2. 2防洪减灾效益 城市化带来地面硬化，雨水无法有效下渗，遇 到暴雨容易发生内涝。2011 年 7 月 3 日，成都 4 小时降雨量达到 215. 9mm，市内发生严重内涝， 沦为 “水城” ;用百度搜索 “成都内涝”可以得到 38 万多条结果。修建雨水利用工程，可在发生暴 雨、大暴雨和特大暴雨时起到削减雨峰的作用，有 效避免城市内涝。 3. 2. 3生态人文效益 成都市目前正在建设 “生态园林城市” ，建成 时将实现绿化覆盖率 36. 46%，人均公共绿地 9. 22m2 7 。这需要大量的水资源，雨水利用工程 有效地补充了生态用水。雨水利用体现了一个城市 超前的理念，这也是一个城市很好的名片。 4雨水收集贮存措施 4. 1屋顶集雨储存措施 成都市居民建筑的房面，大部分是水泥平地， 当地大气环境较好，屋面雨水径流污染物浓度较 低，适宜雨水收集。其屋面剖面结构构造与侧面管 网布置如图 4 和图 5 所示。 屋面剖面结构设计中，重点在屋面透水层与屋 面集水廊道的设计。透水层重在材料的选择，目前 市面上有许多透水性的材料，如鹅卵石、粗粒沙 土、透水砖、透水混凝土，在结构施工时应根据施 工条件选择合适的透水材料。屋面集水廊道的设计 重点在于:廊道高度不能太高 ( 一般在 20 186 期宋春林等:成都市雨水分布特征及其利用潜力分析 25cm) 8 ，要有一定的坡度，便于集水。集水廊道 较低一侧布置一定数量的管网 ( 如图 5) 9 ，雨水 汇集于地面的蓄水池。由于成都雨水的酸性特征， 管道材料宜选用耐腐蚀性好的聚氯乙烯 ( pvc)管。 管径应根据小区规模做进一步的水力学计算得到。 蓄水池应设置沉砂池、滤网等初步净化装置， 用以除去雨水固体悬浮物，其容量依据各子流域规 模确定，一般应满足 20 年一遇日降雨量的要求。 蓄水池中的水位超过一定高度就会流至市政雨水管 网，其余储存的水就可以通过提水设施用于城市绿 化、生态用水。 4. 2生态小区下凹绿地设计 下凹绿地是指低于周围地面标高，可积蓄、下 渗雨水径流的绿地。对雨水的蓄积作用表现在以下 两方面: ( 1)下凹式绿地利用自身下凹空间的储存功 能和良好的下渗功能，能起到很好的拦蓄雨水径 流、削减洪峰流量、补充城市地下水以及滞后汇 流、雨峰的功效。下凹式绿地缓滞地表径流的同时 延长了下渗时间从而促进了下渗。 ( 2)下凹式绿地通过植物根系和泥土的共同 作用能够有效去除雨水中的污染物。下凹式绿地可 截留降雨径流中的污染物，雨后土壤逐渐将截留的 污染物降解消纳，从而减少排入地表、地下水体的 污染物含量，减轻了对下游及地下水体的污染。 但在设计中要注意下凹的深度，下凹深度决定 蓄水量，但又受限于植物的受淹时间，一般在 5cm 10cm 较为合适 ( 图 6) 。在下凹式绿地中需设溢 水口，当来雨量超过下凹绿地的拦蓄能力时，从排 水管网排走。 图 6下凹式绿地截面图 fig. 6the section view of concave- down greenbelt 4. 3透水性铺装的推广与利用 据调查，国外早在上个世纪 70 年代，就对透 水性材料进行了大量的研究，并早已进入到实用阶 段。我国对透水性材料的研究起步较晚，直到 90 年代，国内才开始进行透水性混凝土与透水性混凝 土路面的研究，目前已在北京、上海、山东、山西 多地得到了推广与利用。目前，成都市区路面道路 建设大多采用的是普通水泥路面，形成不透水层， 一旦遇到暴雨，地下管网汇集雨水压力大，容易形成 城市内涝。因此对公园、广场、停车场、运动场等公 共场所进行透水性铺装的利用与推广是很有必要的。 透水性铺装包括透水性沥青铺装、透水性混凝 土铺装及透水性地砖铺装。目前我国常见的鹅卵石 地面铺装就属于透水性铺装的一种。透水性铺装对 雨水利用的价值主要体现在两个方面: ( 1)透过透水性铺装，雨水能够迅速渗入地 层，还原地下水，对地下水资源进行及时补充，对 城市地基地层储水量有一定的保证，减少由于地下 水减少引起的建筑不均匀沉降等现象。 ( 2)透过透水性铺装，雨水迅速渗入地表， 减小路面积水。近年来，城市由于降雨量过大，常 常造成雨水蓄积和漫流，透水性铺装在一定程度上 能减缓径流曲线、降低雨量积蓄峰值，能大幅缓解 城市排水系统的泄洪压力。这对城市城区的防洪是 非常有利的。 5结语 文中分析了成都市近 40 年来雨水的时空分布 和水质特点，即雨水年内变化较大，雨水多成酸性 雨水。因此，建筑屋面收集的雨水经过蓄水池初步 处理可直接用于城市绿化和清洗路面用水，同时下 凹式绿地的雨水可以让其自然下渗补充地下水。 雨水利用在成都尚在起步阶段，如果借助成都 建设 “生态园林城市