（农业工程专业论文）北京海淀北部地区雨水利用技术初步研究.pdf

摘要 本文简要介绍了国内外的雨水利用现状和发展趋势，并对雨水利用技术系统进行了初步研 究。通过分析雨水利用体系的组成、工程模式、适用条件和技术特点等因素，探讨了海淀北部 地区雨水利用的必要性和可能性；在对该地区水资源条件和雨水利用开发利用现状进行大量调 查的基础上，深入分析了海淀北部地区雨水利用的现状、影响因素和存在的问题，立足于可持 续发展理论，采用理论分析的方法。对海淀北部地区雨水利用体系进行了较为深入的研究。对 防洪蓄水工程、节水工程，供水工程中雨水利用深度开发进行了分析，在此基础上，提出了由 雨水利用与防洪工程、蓄水工程、种植结构调整节水配套工程、乡镇供水工程共同组成海淀区 北部地区的雨水利用模式。该模式的应用，对提升海淀北部地区水量和水质具有重要的作用， 并为以后浅山区雨水利用和其他类似地区推广应用提供技术基础。 关键词：海淀，北部地区，雨水利用，防洪工程，节水配套，供水工程 a b s t r a c t t h ea r t i c l eb r i e f l yi n t r o d u c e st h ep r e s e n ts i t u a t i o n sa n dd e v e l o p m e n tt r e n do f r a i n w a t e ru t i l i z a t i o n i nf o r e i g na n do u rc o u n t r i e s ，a n dm a k e sae l e m e n t a r ys t u d ya b o u tt h et e c h n i q u es y s t e mo fr a i n w a t e r u t i l i z a t i o n d i s c u s s i n gt h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo f r a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nn o r t h e r nr e g i o no f h a i d i a n t h r o u g ha na n a l y s i sa b o u ts o m ef a c t o r s ，s u c ha ss y s t e mc o n s t i t u t e ，e n g i n e e r i n gm o d e ，a p p l i c a t i o n c o n d i t i o n t h et e c h n i q u ec h a r a c t e r i s t i ca n ds o0 1 1 a tt h eb a s i co f c a r r y i n go nam a s so f r e s e s r c h e st ot h i s r e g i o n sw a t e ri e s o u r c c $ c o n d i t i o n sa n dt h ep r e s e n tc o n d i t i o mo fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n , d e 印a n a l y z i n g t h ep r e s e n tc o n d i t i o n s ，i n f l u e n c ef a c t o r sa n de x i s t e n tp r o b l e m so fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nn o r t h e r n r e g i o no fh a i d i a mb e i n ge s t a b l i s h e di nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tt h e o r i e s ，a d o p t i n gt h em e t h o do f t h et h e o r i e sa n a l y s i ss t u d i e st h o r o u g h l yt i f f sr e g i e n l sr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ns y s t e ma n da n a l y z e st h e d e e p n e s sd e v e l o p m e n to f r a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nf l o o dc o n t r o la n dw a t e r - s t o r i n gp r o j e c t s ，w a t e r - s a v i n g p r o j e c t s o nt h i sf o u n d a t i o n , r a i n w a t e ru t i l i z a t i o nm o d e si nt h en o r t h e r nr e g i o no fh a i d i a nw e r ep u t f o r w a r d ，w h i c hi sc o m p o s e db yr a i n w a t e ru t i l i z a t i o na n df l o o dc o n t r o lp r o j e c t s ，w a t e r - s t o r i n gp r o j e c t s ， p l a n t i n gs t r u c t u r ea d j u s t m e n t ，w a t e r - s a v i n gp r o j e c t s ，t h ev i l l a g ew a t e rs u p p l yp r o j e c t s t h ea p p l i c a t i o n o ft h em o d eh a sa ni m p o r t a n tf u n c t i o nt o w a r d sp r o m o t i n gt h i sr e g i o n sw a t e rq u a l i 哆a n dq u a n t i t y , a n d p r o v i d e st h et e c h n i q u ef o u n d a t i o nf u rr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nt h el a t e rs h a l l o wm o u n t a i na r e a s a n dt h ee x p a n s i o na n da p p l i c a t i o ni no t h e rs i m i l a rr e g i o n s k e yw o r d s ：h a i d i a n ，n o r t h e r nr e g i o n ，r a i n w a t e ru t i l i z a t i o n ，f l o o dc o n t r o lp r o j e c t s ， w a t e r - s a v i n gc o m p l e t es e t , w a t e rs u p p l yp r o j e c t s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下，结合自己在工作中的实际经验所取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时间：矗m 妒f 尸 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 一躲辛够 帆盒们矿 导师签名 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究意义 第一章绪论 水资源危机不仅影响和制约着社会的可持续发展，而且将成为2 l 世纪全球资源环境领域面 临的首要问题，直接威胁人类的生存和发展。在“海淀区率先基本实现现代化”的过程中，采取 雨水利用综台措施，保证水资源的可持续利用。将对海淀区的防洪、供水、蓄水、环境、生态、 旅游及中关村科技园区的发展产生重要影响。 随着海淀北部地区现代化建设的突飞猛进，防洪压力不断增大，汛期暴雨常常造成洪涝、泥 石流等不同程度的洪水灾害开展雨水利用的研究可以减轻经常性的洪水灾害，减轻防洪压力， 保障首都安全渡汛。并且能补充地下水，充分利用水资源。 通过拦蓄洪水，增加水面，使该区成为一流的休闲、旅游风景区，实现生态环境的良性循环。 在生态环境改善的同时，改善该地区人民的生活、工作环境条件，为该地区的经济发展打下良好 的生态环境基础 中关村科技园区是1 9 9 9 年6 月经国务院批准建立的中国第一个国家级高新技术产业开发区。 中关村科技园区海淀园位于海淀区，其中心区南起西外大街，北到规划公路一环，西起京密引水 榘，东至八达岭高速公路，总占地面积约7 6 k m 。发展区包括海淀区北部地区、清河地区以及昌 平区的西三旗地区和回龙观地区，地域范围约2 8 0 k m z 。其中海淀北部地区占地2 2 8 6 k 2 。在中关 村高科技园区市政设施规划中，提出“要完善供水需求”。因此，海淀北部地区的水资源将成为 中关村科技园区发展的重要基础。 因此，充分合理利用与开芨北部地区的雨水资源，对解决北部地区水资源危机，缓解防洪压 力改善生态环境，实现经济、社会可持续发展具有重要的意义。 1 2 国内外雨水利用研究现状 雨水利用是一项广泛应用的技术，雨水利用农业灌溉在国内外都有着悠久的历史，据有关文 献记载，雨水利用技术的起源可追溯到6 0 0 0 年以前的阿滋泰克( a z t e c ) 和马雅文化时期。那时 人们已把雨水利用于农业和生活所需“我国早在2 5 0 0 年前，安徽省修建了大型平原水库一芍陂， 拦蓄雨水，用于灌溉秦汉时期，在汉水流域的丘陵地区还修建了串联式塘群，有效地对雨水 进行拦蓄与调节。通过长期的生产实践，雨水利用技术不断发展，已逐渐成为水利工程技术重要 的组成部分。 随着现代社会的发展，人口的不断增加城市化进程的加快，最近全球每隔3 0 年入均用水 量翻番，人均水资源量减半，水的供需矛盾突出，加之越来越多的生态问题和暴雨洪水灾害频繁。 使得雨水利用在世界很多国家和地区又迅速复兴和发展起来，成为许多国家解决水资源不足，特 别是农村的生活用水和城市的环境用水行之有效的措施之一魄”。 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 1 国外雨水利用状况 美国、意大利、加拿大、法国、日本、德国、澳大利亚等发达国家和泰国、印度、伊朗、肯 尼亚、南非、也门、巴西、墨西哥等一些发展中国家和地区都开展了不同规模的雨水利用的研究。 举办过多次学术研讨会”1 ，总结雨水利用的经验。第一届雨水收集利用国际会议于1 9 8 2 年6 月在 美国夏威夷召开。受到广泛关注。第七届国际雨水收集利用会议于1 9 9 5 年6 月在北京召开，来 自3 2 个国家和地区的一百多位代表参加了会议。第十一届国际雨水收集利用会议于2 0 0 3 年9 月 在墨西哥召开。许多国家也成立了雨水利用协会，出现了许多专门企业并形成相关产业。通过国 际国内的学术交流，许多发达国家城市在径流利用技术的理论和实践方面的宝贵经验，对于国内 的雨水收集利用来说具有重要的借鉴意义”1 日本是城市中开展雨水利用规模最大的国家之一，于1 9 6 3 年就兴建了形式多样阻滞和积蓄 雨水的蓄洪池“”，将蓄积起来的雨水用作喷洒路面、工业降温、冲洗厕所、绿地灌溉等城市环 境用水，也用于消防和发生灾害时，经处理作为生活补充用水，应急使用。这类设施多建在地下， 以充分利用地下空间。近年来，各种雨水入渗设施也在日本迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等。 这些设施规模小、分散、占地面积少，可因地制宜地修建在房前屋后，其主要功能是拦蓄地面径 流将其渗入地下，在控制径流汇集、减小洪峰流量的同时，使地下水得到补给，使遭受破坏的水 环境系统得以恢复，同时也起到阻止地面沿降的作用。日本也有在屋顶修建蓄水系统，或将屋顶 蓄水和渗井、渗沟相联，逐步将雨水导入渗劳或渗沟，以回补地下水。 美国从2 0 世纪八十年代初开始研究用屋顶雨水集流系统解决家庭供水问题，建立了雨水收 集信息中心( r w l c ) 和一个通讯网。美国的关岛、维尔京岛广泛利用雨水冲厕、洗衣和草坪灌溉。 美国的雨水利用以提高入渗能力为主要目标，作为土地利用规划的一部分，在新的开发区实施是 极为成功的。在芝加哥兴建了著名的地下蓄水系统，以解决城市防洪和雨水利用问题。美国科罗 拉多州( 1 9 7 4 年) 、佛罗里达州( 1 9 7 4 年) 和宾西法尼亚州( 1 9 7 8 年) 分别制定了雨洪管理条例。 这些条例规定，新开发区的暴雨洪峰流量必须保持在开发前的水平，新开发区必须实行强制的“就 地”滞蓄洪水，滞洪设施的最低容量需能控制5 年一遇的暴雨径流。 德国在城市雨水调蓄利用方面是当今世界上最先进的国家之一，其城市雨水利用分为家庭房 屋屋顶雨水集蓄系统；公共建筑和绿地集蓄和入渗系统”“家庭雨水利用主要集中在德国北部， 屋顶的雨水集蓄系统以屋顶作为集流面，将雨水导入房屋外或半地下室的水池或塑料箱中，每个 水池容积3 - 5m 3 雨水通过管道和小型水泵输水系统用作家庭杂用水，蓄水池中存水用完时，可 自动和原有供水系统连接。当水池已装满时。雨水可自动溢流进入户外渗水管。这种分散式的系 统有定型设计，可根据屋面大小、地区降雨特性进行设计，各户可按定型设计选用所有设备公 共建筑物集蓄入渗回补系统。规模相对较大，其地下水池容积为1 0 0 m 3 以上。蓄水池项部有溢流 口，当暴雨时入流超过蓄水容量，可排入城市河道或洼地公路路雨的水质差，常有油类，重金 属、橡胶等有机物，一般不加以利用。但对小区内交通流量小的铺装路面，同公共建筑物等一起 设置雨水系统，以用于公共杂用，或把地面径流导入地下渗水管或洼地使径流入渗回补地下水， 改善局部生态环境。 泰国是农村利用雨水规模最大的国家之一，1 9 8 0 年以来开展了“泰缸”( t a i j a r ) 工程。建 造了1 2 0 0 多万个2m 3 的家庭集流水泥水缸，较好地解决了3 0 0 多万农村人口的吃水问题。 2 中国农业大学硕士学位论文第一章绪 论 澳大利亚在农村及城市郊区的房屋旁，采用波纹钢板建造圆形水仓，收集屋顶的雨水，根据 澳大利亚的问卷调查表明，使用雨水的居民比用城镇集中供水系统的要多。在非洲的许多地方， 联合国开发署和世行把雨水存储罐作为项目的一个重要内容，这种技术已用于纳米比亚、坦桑尼 亚、博茨瓦纳等地，带动了非洲雨水利用工程的发展。在拉丁美洲的墨西哥和巴西，雨水利用也 广泛开展；墨西哥的c h i a p a s 高原有较完善的雨水收集系统。由屋顶、梯形地下水池、过滤池、 水泵等组成；巴西靠近赤道的半干旱p e t r o l i n a 地区，在加拿大等国际组织的资助下，修筑大量 的储水罐，以帮助居民解决饮水问题 1 2 2 国内雨水利用状况 1 9 8 0 年以来，为解决西北黄土高原、华北干旱的山丘区和西南缺水山区的人畜饮水问题，我 国的雨水利用重新兴起。 西北地区的甘肃、青海、宁夏、陕西等省农村兴建了大规模的雨水利用设施。2 0 世纪八十年 代未到九十年代中，这些地区在试验研究的基础上，开展试点示范，从理论探讨，技术攻关逐步 发展到实用阶段。雨水利用从单一的利用模式走向高效综合利用模式”。1 9 9 7 - - 1 9 9 8 两年，有 关部门联合组织带动雨水集蓄利用技术迅速发展。1 9 9 8 年底陕甘宁三省共投入1 3 亿元，建造水 窖1 3 3 万个，窖体容积达5 7 0 0 万m 3 ，发展节水灌溉面积4 3 0 0 0 h m z ，解决了8 3 万人和6 8 万头牲 畜的饮水问题。 华北地区的内蒙古、山西、河北三省的集雨工程，有小口井、集雨池，还有较大的集雨场等 多种多样的形式，既有利用天上降雨，也有利用泉水、小河引水。窑、窖、旱井可以利用路面晒 场、房项庭院、坡面集流的雨水；有沟、河的地方则搞截潜流工程“”如内蒙古在沙床河边打 截流大口井。山西、河北在沙卵石河床上修建空心廊道的截潜流坝。截地面水工程是在河、沟、 泉等有条件的地方建人字闸，翻板闸等拦蓄雨水，以流域为单元合理布局，配合高位水池和管道 或渠道进行灌溉，截至1 9 9 9 年，内蒙古已建成各类集雨工程9 万处，山西省2 8 万处，河北省2 9 万处。 北京市雨水利用形势近年来发展迅猛，雨水利用的范围逐年扩大，水平也逐步提高。 第一、山区雨水利用”1 。北京市山区面积1 0 0 7 2 k m 2 ，占全市总面积的6 1 ，8 5 座水库控制 了山区面积的8 0 ，水资源开发利用程度已经很高。雨水利用在北京市的部分缺水山区由来已久， 人们利用庭院，房顶等场地进行雨水收集，供人畜饮水及部分生产用水，但范围较小且仅仅停留 在较低的水平上。自1 9 9 7 年以来，全市7 个山区县共完成水利富民工程6 7 4 万处，推广实施“五 小”水利工程( 小水池、小水窖、小塘坝、小水渠、小泵站) 6 1 1 万处、完成山区雨水利用工程 9 3 0 0 处，发展田间节水灌溉6 8 万i i m 2 ，完成1 8 处灌区节水改造工程，累计治理水土流失面积 8 1 7 8k m 2 。截至2 0 0 3 年，水利富民工程共新增蓄水能力1 1 5 5 万一，井站工程新增供水能力1 2 4 3 万m 3 h 。 第二、平原区雨水利用“”北京市在2 0 世纪7 0 年代就开始了平原区雨水利用的研究和实 践。主要是采取点、线、面相结合的方法拦蓄汛期暴雨、入渗补源，以调节浅层地下水。平原区 经过4 0 多年农田水利建设已经形成了有一定规模的较完整的排灌系统。特别是排水系统，可以 发挥“蓄水入渗一放水排涝”的两用功能。平原区河道已建闸2 1 0 座，总蓄水约0 8 - l 亿m 3 ，年 3 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 回补地下水约2 亿m 3 已建橡胶坝5 5 座，总蓄水量3 1 6 8 6 万m 3 ，年回补地下水1 0 7 1 2 万m 3 。 第三、城区雨水利用”。城区雨水利用始于2 0 世纪八十年代，发展于九十年代，主要有一 些小型、局部的非标准性应用。近几年来随着缺水形势日益严峻，关于雨水利用的研究和应用进 一步得到重视。2 0 0 0 年启动的中德合作“北京城区雨洪控制与利用技术研究与示范”项目，经5 年共建成5 种模式、6 个不同雨水利用工程示范小区和1 个雨水利用中心试验场，工程建设总面 积6 0 h m ；并将科研成果推广到奥运公园中心区、亦庄卫星城等地区，累计推广面积达6 6 0 0h m 2 。 除了技术层面的因素外，政府部门对城市雨水利用给予足够的重视：2 0 0 1 年国务院批准了包括雨 水利用规划内容的( 2 1 世纪初期首都水资源可持续利用规划；2 0 0 5 年3 月，北京市政府第1 5 5 号令发布了北京市节约用水办法，其中将“雨水收集利用系统”作为“节水设施”明确要求 “新建、改建、扩建建设项目的节水设施应当与主体工程同时设计，同时施工、同时投入使用”。 到2 0 0 5 年底城区已建成雨水利用工程5 5 项，年综合利用雨水1 2 5 万m 3 。在凉水河、通惠河、潮 白河上建成了3 处雨水利用工程，年可通过调蓄下渗利用中心城的雨水1 0 0 0 万m 3 。北京城市雨 水利用已经进入实质性的实施推广阶段，将进一步带动我国城市雨水利用技术发展。 1 2 3 雨水利用技术的未来发展趋势 雨水利用技术在农业和城市生态环境上的进一步发展扩大是国际发展的总体趋势。具体表现 在以下几个方面： 1 、开展雨水收集，进行清污分流，将雨水利用作为城市骨干供水系统中的重要辅助性工程， 作为部分工业用水和杂用水的水源，减少使用自来水带来的浪费以部分缓解城市供水压力，并减 轻城市排水工程的防洪负担。 2 、利用屋顶、庭院、透水人行道，分散滞蓄雨水对地下水进行回灌。逐步恢复对地下水的 补给以调节地下水的采补平衡。 3 、强化雨水的综合利用，把涵养水源、回补地下水，节约用水，保护环境和农业生态旅游 景观，结合起来统一研究，以达到采补平衡，创造良好的人居生态环境的目的。 4 、强化雨水利用工程的管理，研究制定简便、科学、实用的雨水利用模式，充分发挥工程 作用。制定相应的立法，纳入规范法规，对雨水利用给予支持。 1 3 主要研究内容 本文对北京市海淀北部地区雨水利用综合技术体系进行初步研究 i 、总结分析国内外雨水利用技术体系研究现状及发展趋势； 2 、系统分析北京市海淀北部地区自然地理和社会经济发展条件， 规律及其雨水利用现状与存在的问题； 主要研究内容如下： 尤其是水资源分布与变化 3 、根据海淀北部山区的自然地理与水资源条件，提出海淀北部地区雨水利用模式，并针对 目前该区雨水利用过程中存在的问题，提出相应的对策和措施。 4 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区摹本情况 2 1 自然地理概况 第二章研究区基本情况 海淀区北部地区，山清水秀，上风上水，是北京的科技、文教、旅游区和重要的副食品生产 基地。北部地区是中央国家机关、部队机关、科研院所比较集中的地区1 9 8 8 年5 月，经国务院 批准，以中关村地区为中心，建立北京市新技术产业开发试验区，北部地区建设了永丰中试基地 和航天城。1 9 9 9 年6 月5 日，国务院做出关于建设中关村科技园区有关问题的批复的决定， 使作为发展区的北部地区的高新技术产业园相继建立，并带动了科教、文化和旅游事业的发展。 2 , 1 1 地形地貌 海淀区北部地区，北与昌平接壤，西邻门头沟区，面积为2 2 8 6 k m ，约占海淀区总面积的一 半( 见图2 - 1 ) 。地势西南高东北低，其平原占总面积6 8 7 b ，浅山区占3 2 区内最高峰为阳台山， 海拔1 2 7 8 1 m 最低处为黑泉村，海拔3 7 m 。 山区以寨口沟为界，北侧山区山脊近南北走向，以最高峰阳台山为中心，地形高程向南北两 侧依次递减，一般海拔高程在6 0 0 - 1 2 0 0 m ，属中山山区，区内长度约9 k m ，宽约3 - 4 5 k m ，坡度一 般在1 0 - 2 5 。山沟走向为北东1 0 - 2 0 ，山体南坡坡度1 0 - 2 2 0 c ，山沟走向为南西2 0 - 2 1 。 平原区由南沙河数个小冲洪积扇和南口冲积洪积扇组成，地势西商东低，地面高程4 3 5 0 m 之间，地面坡降1 5 0 。 5 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区基本情况 l i 曼毫曼皇邑曼量皇曼皇量曼曼曼曼蔓曼! 量曼! 量! 曼曼曼曼鼍曼曼曼量曼皇曼鲁曼曼寰曼皇曼鼍曼曼皇舅曼曼皇曼曼曼皇曼皇曼曼皇曼鼍曼曼曼皇曼皇曼皇皇曼皇 田2 - l 海淀区行竣规划圈 6 中国农业大学硕士学位论文 第二章研究区摹本情况 2 1 2 气候 本区属丈陆季风气候，四季分明；冬季盛行西北风，天气寒冷、干燥，雨雪稀少常形成寒潮 天气：夏季盛行东南风，天气炎热多雨；春秋两季冷暖气团互有进退，天气变化频繁。年平均气 温1 1 6 c ，1 月份平均气温一4 4 。极端最低气温屯1 7 ，7 月份平均气温为2 5 8 c ，最高气 温为4 1 6 c 。年日照数2 6 6 2 h ，年平均风速2 6 m s ，年平均蒸发量1 8 8 3 1 u ，初霜出现在1 0 月 下旬终霜出现在4 月中旬，无霜期2 1 1 天。 2 1 3 河流湖泊 海淀区北部地区地处海河流域，境内的大小河流均属北运河水系，其中南沙河、北沙河为主 要河流，另外还有京引人工引水渠从境内流过。北部地区的湖泊主要有翠湖、稻香湖，湖水的来 源主要是汛雨。 2 1 4 土地资源 根据“2 0 0 0 年海淀区国民经济统计资料”和实际调查结果，北部地区的土地利用情况( 见 表2 1 ) 。 襄2 - i 各乡镇土地利用结构比倒 2 2 社会经济状况 研究区辖四个乡镇，根据2 0 0 3 年的统计，总人口1 9 9 8 9 7 人，其中常住人口1 4 6 8 3 0 人，流 动人口5 3 0 6 7 人。城镇居民人均收入1 0 3 7 6 元，农村居民人均收入6 0 7 3 元。耕地面积6 9 2 7i l 2 其中基本农田5 3 3 3h m 2 ( 见表2 2 ) 7 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区摹本情况 囊2 _ 2 北部地区基本情况麦 2 3 水资源状况 2 3 1 降雨 根据1 9 5 6 2 0 0 0 年降水量资料统计，北部地区多年平均年降水量为6 1 9 o m ，偏枯水年降水 量为4 8 2 m 枯水年降水量为3 3 6 钿m ( 见表2 3 ) 。 衰2 _ 31 9 8 5 2 0 0 0 年年降水量表 单位：m 由于受大陆性季风气候的影响，年内降水分配不均，汛期水量占全年水量的8 0 以上；降水 年际变化也不均匀。年降水量最多的是1 9 5 6 年的1 1 1 5 7 m m ，年降水量最少的是1 9 6 5 年的2 8 1 4 m ， 二者相差4 倍。另外。降水还有丰枯交替发生的特点，偏枯年一般2 - 3 年出现一次。最长持续时 间为4 年( 1 9 7 6 1 9 7 9 ) 。 从不同年代来看，2 0 世纪五十年代为丰水期，平均年降水量7 8 7 m ，比多年平均年降水量 6 1 9 s i n 多2 7 1 ；八十年代为偏枯水期，平均年降水量较小，仅为5 4 1 m ，较多年平均值少1 2 6 ： 六十年代、七十年代、九十年代的年平均降水量接近多年平均值( 见表2 - 4 ) 。 表2 - 4 不同年代平均降水量单位：- 2 3 2 地表水资源 根据1 9 9 7 年“海淀区水资源调查评价”报告，北部地区多年平均自产地表水量0 2 6 亿3 其中山区0 0 9 亿m 3 ，平原区0 1 7 亿m 3 。j e 沙河多年平均入境水量为0 1 5 亿m 3 ；另有京密引水 渠的入境，其平均入境水量为2 8 亿m 3 。随着人类活动影响的不断加大，地表入境水量呈现逐渐 减少趋势。 8 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区摹本情况 两条主要河道多年平均出境水量为0 2 3 亿以其中北沙河多年平均出境水为0 1 3 亿m 3 ，南 沙河多年平均出境水量为0 1 亿m 3 ( 见表2 5 ) 。 寰2 - 5 地表水状况单位：亿f 2 3 3 地下水资源 地下水是本地区工农业生产和生活用水的主要水源，自1 9 8 0 年以来，因连年干早少雨，地 下水补给量减少，地下水资源呈逐年减少趋势，由于地下水超量开采，使得地下水以每年0 7 - 1 1 m 速度下降( 见表2 6 和图2 2 ) 裘2 - 6 研究区1 9 8 0 - 2 0 0 0 年地下水动态情况表 1 9 6 0 年前北部地区泉水众多，近年泉水逐渐减少。目前只有簸箕水、大觉寺泉等5 处日出量 在1 0 0m 3 以上，年出水量约3 0 万m 3 ，平均利用量约1 0 万m 3 。 4 5 4 3 4 1 3 9 ：3 7 i 3 5 * 3 3 3 1 2 9 2 7 2 5 叭 。弋 7 7 、。 7 八 、一。 ? 。”、 1 9 7 81 9 8 01 9 8 21 9 8 , t1 9 8 61 9 8 81 9 9 01 9 9 21 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 02 0 0 2 年份 圈2 - 2 地下水变化过程曲线图 9 中国农业大学硕士学位论文 第二章研究区摹本情况 2 3 4 水资源总量及水资源可利用量 北部地区多年平均地表水资源量为0 2 6 亿m 3 ，地下水补给量为0 3 2 亿m 3 ，故北部地区水资 源总量为0 5 8 亿1 1 3 。 水资源可利用量包括地表水资源可利用量和地下水可开采量。根据“海淀区水资源评价”报 告，北部地区多年平均地下水可开采量为0 3 2 亿m 3 ；根据现有水利用工程历年地表水可供水量 资料( 到2 0 0 0 年) ，多年平均地表水可供水量为0 1 3 亿m 3 ，故水资源可利用量为0 4 5 亿m 3 。 2 3 5 地表水水质现状 1 9 9 0 年以来，随着国民经济的发展和生活水平的提高，海淀北部地区用水量逐年增加，未经 处理的污水直接排入河道，导致水质污染情况严重。根据调查，主要河道南沙河污染物为化学耗 氧量( c o d ) ，每年南沙河接纳污水量为5 7 0 1 万吨年。c o o 入河量为2 0 2 7 6 吨年。目前南沙河 中，下游污染严重，现状水质为劣v 类水体。 2 3 6 水利基础设施 研究区因降雨时空分布不均和地形等客观因素影响历史上洪、涝、旱灾频繁。从1 9 7 8 年 开始连续对南沙河水系进行了治理，并建成了东玉河和北沙河两座橡胶坝，目前己初步形成了一 个较为完整的防洪排涝和农业灌溉供水体系在防洪防涝方面，区级以上河道已基本上整治了一 遍。达到2 0 年一遇洪水标准的河道长度占总长度的4 0 ，5 - 1 0 年一遇洪水标准的为6 0 。全区现 有农用机井7 0 5 眼，年供水量4 2 3 0 万m 3 ；水厂一座，日最大供水量1 1 0 0 0m 3 ，共解决与改善了2 万余人的生活用水问题。通过对河湖水系大规模的综合整治，大大的拓宽了水域，改善和美化了 环境。 2 4 雨水利用的现状及存在的主要问题 2 4 1 雨水利用现状 北部地区排水河道有南沙河、北沙河和十条山洪沟，经多年的综合治理已建中型闸3 座，小 型闸1 5 座，总蓄水约3 0 0 万m 3 ，年回补地下水3 0 0 万m 3 ，北部地区2 0 0 0 年地下水平均埋深培8 m ， 与1 9 8 0 年比较，地下水位下降1 3 9 7 m ，地下水超严重。两条主要河道防洪标准( 5 1 0 一遇) 偏 低，与中关村科技园的防洪要求极不相称，但河道已基本定型，原地扩容的空间小，费用高，浪 费大，其结果是南沙河平均汛期出境水量1 0 0 0 万m 3 ；北沙河因水利工程较少，年入境量1 5 0 0 万 m 3 。本区年利用量2 0 0 万3 ，有1 3 0 0 万m 3 出境量。占地面积1 3 的山区只有五七库、徐各庄， 刘古园等几座小塘坝。共蓄水约5 0 万一 2 4 2 存在主要问题： 1 、雨水利用技术体系不完备 目前，海淀北部山区的雨水利用潜力较大，发展前景广阔，但作为高科技城乡结合部，本区 1 0 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区基本情况 的雨水利用还处于起步阶段，缺乏充分的科学分析和指导特别是城镇的雨水利用系统的组成、 集流面积、防渗材料选用、水质的净化等，都尚未形成能够指导实践的技术体系。 2 、雨水收集工程的规模和范围还有待扩展 第一，本地区水库塘坝的蓄水能力偏低，通过新开河，进一步改造旧坝增加蓄水量的潜力很 大；第二，庭院和屋顶雨水利用水利工程还处于摸索阶段，尚未得到广泛实施；第三，虽然雨水 回灌地下水的潜力巨大，但目前实施的只有小规模的两处，因而未在缓解和控制地下水超采等方 面发挥其应有的作用；第四，透水路面少，交通道路网络的建设中，未能充分考虑增加雨水入渗 的问题；第五，在北部地区开发建设中，没有进行雨污分流，同时使水污染逐年加剧。 3 、节水灌溉工程中缺少雨水集蓄等配套工程 目前，北部地区节水灌溉工程较多，特别是管道输水发展较快，但田间的集雨工程较少，只 有温泉太舟坞建了几处蓄水池和扬水站，而且集雨工程的沉淀池输水道系统不完善，影响工程的 正常发挥。 4 、现状雨水收集系统不完善 雨季地面积水情况较多；大量汛期雨水直接排放，未能充分利用，造成排放系统压力增大。 同时，新建的生活小区，小城镇没有安排雨水收集系统，随着人口的增加，过量开采地下水，没 有将汛雨转化为可以利用的资源。 5 、对雨水利用的重要性认识不足 在区域水资源管理中，没有充分考虑雨水利用的作用，没有把地表水及地下水的开发，防洪、 供水、节水和改善水环境与雨水利用结合起来统一考虑。同时。只依靠政府投资，财力有限，没 有建立有效的融资机制。 2 5 雨水利用的必要性 2 5 i 农业经济区 1 9 9 8 年中关村科技园区批复后，发展高科技农业和生态农业是北部地区的根本方向，目前海 淀区已建成锦秀大地高科技农业示范区3 3 3h m 。，种业区4 7h 2 ，观光采摘区1 3 3h d 。北部地区 农田约5 3 3 3h m 2 ，其中，6 6 7h m 2 水稻，4 6 6 7h m 2 果树和疏菜。2 0 0 0 年京密引水渠治理后不再给 海淀工业、农业供水。因此，给农业经济区的发展带来较大影响。作为应急措施，2 0 0 0 - 2 0 0 2 年 新打机井7 0 眼，更新5 0 服，进一步加剧了水资源危机，如果不能促进水资源的良性循环，高科 技农业的发展就缺乏可靠的水资源保障。高科技农业必须立足于就地开源，充分利用雨水资源。 2 5 2 山区 占北部地区总面积1 3 的浅山区，缺水一直是困扰其发展的重要制约因素。根据北部地区 发展土地利用规划( 见图2 3 ) ，北部地区山区全部纳入西山旅游区，旅游区的发展可带动本地 经济的发展，充分合理利用山区的雨水资源是改善山区生态环境和旅游开发的关键问题之一，因 此，雨水利用对北部山区的社会经济发展具有重要的现实意义。 中国农业大学硕士学位论文 第二章研究区基本情况 2 5 3 高科技开发区和小城镇 田2 - 5 蠢淀北部地区整合规划田 北部地区原为海淀的农村地区，随着近几年建设的加快，己建成航天城，永丰中试基地，温 泉中心集镇，规划建设的还有三个小城镇。随着开发区和城镇建设速度的加快，排水问题亦越来 越严峻，使本来排洪标准偏就低的排洪河道不能承受，将造成许多河段洪水漫溢的危害。 2 6 雨水利用的可行性 2 6 1 水文地质条件 自2 0 世纪八十年代中期以来，海淀北部地区水资源日益紧缺，只能靠超采地下水维持供水 平衡，大量超采地下水，加速了地下水枯竭的速度和范围。北部四个乡镇，1 9 9 5 年以前地下水 中国农业大学硕士学位论文 第二章研究区摹本情况 开采一般不超过1 2 0 - 1 5 0 m ，目前开发深度已达到1 4 0 - 2 0 0 m ，甚至更深。地下水年超采量达到0 2 亿m 3 年。北部地区属南沙河、南口冲积扇，西部，中部基岩上部有大面积沙砾石层，地层有明 显的水平分带性，自西向东沉积层由薄变厚，含水层颗粒由粗变细，透水性由强变弱。为汛期利 用雨水回灌创造了有利条件平原地区土壤又以砂壤、轻壤土为主，整个平原区都可以充分利用 汛雨增加入渗补给地下水。同时，也可利用河道建闸蓄水、拦截径流，回补地下水。 2 6 2 工程技术条件 北部地区水利排灌系统有一定基础，只需适当改造即可以进一步增加蓄水入渗的功能。靠近 山区的部分地区无骨干工程或只有排水系统而且有许多沙坑，可以充分利用建闸蓄水，回补地下 水。雨水利用已有较成熟的基础研究和技术措施，在位于北部地区的温泉镇，近年来结合自身特 点，也进行了雨水利用镇域规划和示范推广应用。同时，北部地区的节水农业发展迅速，至2 0 0 4 年总面积5 3 3 3h m 2 的农田，已完成现代化节水灌溉工程4 0 0 0h d ，为雨水的高效利用创造了条件。 另外，在供水灌溉方面，橡胶坝、水厂的雨水利用的系统已初步行成，在美化环境，开发旅游方 面都发挥了较好的作用。 中国农业大学硕士学位论文 第三章雨水利用t 程技术措施 第三章雨水利用工程技术措施 依据( 2 1 世纪初期首都水资源可持续利规划、海淀区总体规划、海淀区北部地发展规划， 针对海淀区水资源紧缺的现状，以减轻河湖防洪压力，保障中关村科技园区安全渡讯和充分利用 雨水资源，缓解海淀区水资源危机；根据北部地区的开发区，平原区、西山旅游区的具体情况， 充分利用海淀区的科技优势，采取先进的工程、管理、调度等综合措施，合理控制防洪，减灾， 调控地下水。涵养水源，实现生态经济的可持续发展。 3 1 雨水利用工程组成模式 3 1 1 工程组成 雨水利用工程由集流设施、净化设施、存储设施、输水设施和用水设施设施五部分组成，其 系统构成( 如图3 1 ) 。 圈3 - 1 雨水利用工程框田 3 1 2 雨水集蓄模式 雨水的集蓄包括收集和滞蓄两个方面，其中雨水收集主要是通过建设工程措施收集，贮存地 1 4 中国农业大学硕士学位论文第三章雨水利用工程技术措施 面径流，用于满足农业灌溉用水或人畜饮用水；雨水滞蓄主要是通过水土保持或生态措施滞蓄降 水与径流，使降水与径流最大限度地入渗，起到减少流失。消减洪峰，涵养地下水的作用。 i 、集雨工程模式：集雨系统是指收集雨水的场地，可分为自然集雨场模式和人工集雨场模 式以及人工与自然相结合集雨场模式。 2 、集雨模式特点： 自然集流场是利用天然或其它已形成的集流效率高、渗透系数小、适宜就地集流的自然集流 面集流。如石灰岩溶地区的局部地方及村庄、房舍、庭院、道路等可作为集流面集流。 人工集流场模式是指无可直接利用场地作为集流场的地方而为集流专门修建的人工场地。 如在华北、西北丘陵地区的部分地区需利用专门的田块作为集蓄雨水的场地等。人工集流常用的 集流防渗材料有混凝土，瓦( 水泥瓦、机瓦、青瓦) 、塑料薄膜，衬砌片( 块) 石、天然坡面夯 实土等。常用集流材料在不同降雨量及降水保证率条件下的集流效率( 见表3 一1 ) 。 表3 1 不同材料集流面在不同降水量及保证事情况下全年集菠效率寰单位：f 厢 自然与人工相结合集流模式。在一些地区，由于自然形成的集流场集流规模有限，需修建人 工集流场作为补充，形成人工与自然相结合的集流场。这种模式适宜在解决人畜饮水发展庭院 经济的农村地区发展，在一些乡村，为充分利用村舍的屋顶、庭院、路面、谷场等硬化面集流雨 水，将全村统一规划，户户连通形成统一系统以提高集流的规模效益。 3 、集雨工程工艺流程图( 见图3 2 ) 。 围3 - 2 家庭雨水利用工艺流程图 中围农业大学硕士学位论文第三章雨水利用工程技术措施 3 1 3 输水与净化 通过输水渠或管道把雨水引入沉沙池，在所收集的雨水进入雨水存储之前，应经过一定的沉 淀、过滤等处理，以去除雨水中的泥沙等杂质。( 常用的净化设施有沉沙池、拦污栅等) 然后， 把经过处理后的雨水存储在蓄水池、水窖旱井、湿地和塘坝中 3 2 雨水利用与防洪工程相结合 3 2 1 防洪工程现状 北部地区总面积2 2 8 6 k m ，目前区管主要河道有南沙河、北沙河，境内总长度2 0 i k m ( 见表 3 2 和图3 3 ) 。两条主要河道的排洪标准达到2 0 年的河段只占4 0 5 ，其余大部分河段排洪标准为 5 - 1 0 年一遇。另外，主要排洪沟( 见表3 - 3 ) ，总长度7 2 6 k m ，排洪标准主要为5 1 0 年一遇。北 部地区大部分河道，经长年运行淤积、坍塌现象严重，造成汛期排洪不畅，已严重影响了群众的 生产、生活。 裹3 - - 2 北部地区主要排洪河道情况表 裹3 - 3 海淀区北部地区主要捧洪沟情况裹 1 6 中国农业大学硕士学位论文第三章雨水利用工程技术措施 墨嚣蒜聪h髯*凶簧鞋af嚣辩南盥 中国农业大学硕士学位论文第三章雨水利用t 程技术措施 北部平原地区较大的蓄水工程有上庄、稻香湖、崔家窑和玉河橡胶坝4 个小型小库，总水面 积1 6 k s 2 ，总蓄水能力约2 6 5 万m 3 另外，山区有“五七”水库、刘古园、宏伟等塘坝，总蓄 水能力为5 0 万m 3 。 从雨水利用与防洪工程结合的角度来看，存在以下主要问题： i 、现状河道治理标准偏低，淤积、坍塌现象严重。不能抵御较大的洪水；山区一些地区仍 有发生泥石流的隐患，必须尽快如以解决。 2 、水利配套建筑物老化破损，设施陈旧，效能衰减。 3 、由于城市化进程的加快，不透水面积大幅度增加，汛期雨水汇流时间缩短，洪峰流量加 大，现有工程设施很难满足滞蓄，排汇雨洪的需要。同时，造成降雨对地下水入渗补给大量减少， 进一步加剧了地下水位下降的速度和范围。 4 、现有蓄水工程能力偏低，且有不同程度损坏。造成海淀北部地区降雨径流利用率比较低。 5 、水土保持工作滞后，水土流失严重。平原区没有坑塘、田面蓄水的入渗系统，山区滞蓄 水工程较少，几个小流域没有进行综合治理。 3 2 2 防洪标准的确定 根据防洪标准g b 5 0 2 0 1 - 9 4 规定，非农业人口小于2 0 万人一般城镇，防洪标准 重现期( 年) 为2 0 - 5 0 ，考虑到海淀区北部地区地处中关村科技园区上游，根据 中关村科技园区发展规划。 北部地区规划建设中关村软件园、西二期创业者家园、中关村生命科学园、海淀园、医药园、种 业园、永丰中试基地，另外，还有国际软件培训教育中心( 7 0 h m 2 ) 、温泉中心集镇等四个小城镇。 该地区现有的中央单位，国防单位较多，如：6 2 1 所、3 0 4 所、9 2 1 航天城等。因此该地区的防洪 问题不仅关系到本地区的社会经济发展，同时也影响到中央、国防和中关村科技园区的发展。所 以，防洪标准选择上限，为5 0 年一遇，防洪骨干河道的防洪标准为5 0 年一遇，支流全部达到2 0 年一遇。 3 2 3 具体措施 虽然北部地区的现状河道排洪标准偏低，但经过多年的治理，排洪体系已基本形成，因此提 高本地区雨水利用与防洪能力，必须从两方面入手。首先，南沙河、北沙河，原有排洪河道标准 基本保持原状，只做清淤、维护、适度扩建使原有水利设施发挥效益。另外。利用南沙河的几条 主要支流，并把其串联新开一条北清河，在解决北部地区的防洪问题的同时，也为雨水利用开辟