（环境工程专业论文）长春市雨水资源可持续利用规划研究.pdf

a b s t r a c t w a t e ri st 1 1 ef o u n 缸i o no fl 疵a 1 1 dm ev i t a lo fc j t y r n l ec h a n g c h u nc i t yi so n eo ft h e c i t i e sm a ts 鲥o u s l yl a c ko ff k s h w a t e r w i n lm ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y锄dt h e i m p r o v e m e n to fl i v i n gs 切n d a r d ，m ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nw a t e rs u p p l ya i l dd e m a n dh a s b e c o r n em o r es e v e r e h lo r d e rt op r o m o t em ef o u n d a t i o no fw a t e r - s a v i n gt ) r p ec i t ya j l ds o l v e t 1 1 ep b l e mo fs e r i o u ss h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e i ti sm ei n e v i ta _ b l eo p t i o nm a tw em u s t a d j u s tw a 伧rs t r a t e g yp a t ，c h a n g e 记l d i t i o n a jc o n c e p to fe x p l o i t a t i o no fw a 伧rr e s o u r c e ，a n d o p e ns o u r c ei nv a r i o u sw a y st od e a lw i t h 也es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e ，s o c i a lg f e a td e m a i l d f o rw a t e ra n ds e r i o u sp o l l u t i o no fw a t e re n v i r o i u l l e n ti nc h 锄g c h u n h lt h i sp a p e r o nm eb a s i so fr e s e a r c l l i n g1 0 t so fl i t e 】r a t u r e sa th o n l ea n da b r o a d ，a i r n i r 培a t t 1 1 ep i n c ho fw a t e rr e s o u r c ei nn o n l l e a s tc m n a ，e s p e c i a l l yp r e c i p i t a t i o nd i s t r i b u t i o na i l dw a t e r r e s o u r c ei ns e v e r ec o l da r e a m ea u m o rc h o o s e sc h a n g c h u na sp l 锄n i n ga r e at os t u d yo n u t m z a t i o no fr a j n w a t c rr e s o u r c e ，a n dt l l e ns o m es u g g e s t i o n so fe x p l o i t a t i o na i l dr e l e v a l l t p l a n n i n ga r er a j s e db yi n e a n so fc 0 1 l e c t i n gr e l e v a n tb a s i cd a t e ，a n a l y z i n gt o t a lp r e c i p i t a t i o n a i l du t i l i z a t i o n ，d e m o n s t r a t i n gt h ef e a s i b 主l i t yo fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n s o m ep r i n c i p 2 l lr e s u l t s 肌dc o n c l u s i o n sa r eo b t a j n e da sf o l l o w i n g ： ( 1 ) a f b ra i l a l y z i n ga n dc o m p a r i n gp r e s e n ts i t i l a t i o no fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o na th o m ea n d a b r o a d ，w el 【n o wm a ti ti sa i li i n p o r t a 皿ta p p r o a c ht or e a l i z es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fw a t e r r e s o u r c eb yu s i n gr a i n w a t e li th a sw i d e l ys o c i a l ，e n v i r o n m e n t a j 锄， e c 0 1 0 9 i c a lb e n e f i t s c o m p 鲫e dw i mw a t e rt r a n s f e rp r 巧e c ta n ds e w a g er e u s e ，r a j n w a t e ru t i l i z a t i o nh a sm o r e e c o n o 谢ca d v 锄t a g ea n du n i g n o r e dv 出u ei nu s e ( 2 ) c o l b i n i n gt h ec o n c r e t ec o n d i t i o n 。fc o n f l g u r a t i o na i l dl a n df e a t u r e ，c l i i i 溅f 缸t o r p r e s e n ts i t u a t i o no fw a t e rr e s o u r c e 柚ds e w a g er e c y c l i n g ，t l l e 卸t h o rm “l es y s t e m a t i ca i l a l y s i s o ft 1 1 ee v o l u t i o no fr a i n f 甜l ，d i s t r i b u t i o nl a 、，a n n u a jd i s t r i b u t i o n ，a n n u a lv 撕a t i o n ，f u t u r en e n d 锄dq u a l i t yo fr a j n f a l l t l l en e c e s s i t y 锄df e a s i b i l i t yo fs u s t a j n a b l eu t i l i z 撕o no fr a i n w a t e r r e s o u i e 铀_ ed i s c u s s e d i ts h o w st t l a tu t i l i z a t i o no fr a i n w a t e ri sn l o r ee c o n o 面ca 1 1 df e a s i b l e m a i ls e w a g er e u s e ( 3 ) b ym e a n so fc a l c u l a t i o n ，i tc o u l db eo b t a j n e dm a t t l l et o t a l 锄o u n to f 锄u a la v e r a g e r a i n f a l lc o u l db er e c o v e r e da i l du s e di n c h a j l g c h u n c e n t r a ld i s t r i c t s n er a i r 恻a 吼 e x p l o r a t i o np o t e n t i a li s 锄a l y z e d t h ec l a s s i f i c a t i o no fr a j n w a t e ru t i l i z a t i o ni s d i v i d e d c o n s e q u e n t l y i ti sd e t e 砌n e dt l l a t 1 ea p p r o a c ha n dt e ( 、h n i c so fr a j n w a t e ru t i l i z a t i o ns h o u l d b ea p p l i e di nn o r l 血锄c i t i e s n ( 4 ) o n 国eb a s i so f n s i d e 蠢藏g 诺穗r n s i 键鑫矗。建dc h 雒g c h 珏，兔纛e l i o 珏越a 瓣a 螬琵越糕g o fr a j n w a t e ru t i l i z a t i o ni se s 切b l i s hr e f e 晡n gt om eo v c r a l lu r b a n p l a n n i n go fc h a i l g c h u n t h e d i 甄羚蕤lm o d e l so f 蘧廷w a 圭e 】：u i l i z a t 至o na 站挪tf 。跚戚a c c o f d 诳gt of e k v a n t 如藏c l i o n 越a 糟a 。 a n das i i n p l ep r o j e c tp l a n n i n gi sp r o p o s e da b o u tr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n 瓢i sp a p e rw mp o s s e s sg u i d i n gs 蟾n i f i c a n c ei nu s i n gf a 主n w a t e rr e a s o n 曲l ya 1 1 de 雎c i e n t l y 扭a c 献i t 主o n ，i tw i l la 、蕊l a b l ys o l v e 魄ep r o b i e m 斑越u t i i i z a l i o no fe i t yw 搬r 抟s o u r c ec o n 曩i c t s w i t l ls u s t a j n a b l ed e v e l o p m e n to fc i t y k e yw o r d ：c h a n g c h u n ；r a j n ；s u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o n ；t y p e ；p l a i l i i i n g l 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得 的成果。据我所知，除了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。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了 萌确的说明。本声明的法律结果由本入承担。 1 学位论文作者签名：萱盗 日期：垫堕：兰鱼 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并囱国家有关部f j 或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、 汇编本学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库 ( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数据库( 中囡科学技 术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：趣 日 期：竺堕：鱼：三6 学位论文作者毕业质去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：乏醚 日期：羔妒 电话：鲤昼壁2 2 甜 邮编： 墨壁垒墨 东北师范火学硕士学位论文 1 1 引言 第一章概述 在人类体憩繁衍的地球上，水是一切生命之源，是人类生存的基础，是社会经济发 展的命脉。地球上只有百分之三的淡水资源可用于生活用水、农业用水和工业用水，来 满足人类的需要。随着人类人口急剧增加和世界各国国民经济的普遍发展，全球水资源 短缺的情况豳益加剧。由予水资源在时空分配上的不均匀，加之人类对水资源的不合理 开发利用和严重浪费，以及大量人西涌入城市，导致人类对本的需求增加，对水源污染 的加重，使得用水矛盾越来越突出。自1 9 0 0 年以来，世界人口增加了3 倍达到6 0 亿， 而伴随而来的农业、工业、日常饮用水和卫生绿化用水量增加了7 倍，在过去的几十年 墨，水资源短缺已成为世界牲的问题。 进入2 l 世纪，伴随着入口剧增，城市化、工业化的加快，城市水环境深度恶化和 城市供水不足、水污染等问题日益严重，全球面临着洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化 三大问题，水已经成为全世界各国人民关注的焦点，人类社会遇到了前所未有的水问题 的挑战强。 为了满足日益增长的城市供水需求，人们往往把着眼点放在地下水源和外调水源方 面。一些城市由于盲目开采地下水，导致区域性地下水位的大幅度下降，随之可能产生 地沉、地裂的地震灾害，在沿海地区地下水位的大幅度下降还可熊弓| 起海水倒灌：焉在 干旱半干旱地区地下水的下降则会导致植物死亡和土地荒漠化。远距离调水则大大增加 了城市的基础建设投资，网常运行和维护费用较大。与此同时，随着城市建设的不断发 展，硬化地面建设的加大，传统的雨水处理方式多为直接排放，从而使得许多水资源严 重缺乏的城市，大量雨水没有得到充分的利用悉自自流失。可见，许多缺东城市，一方 面面临着水资源的短缺；另一方面，城区不断扩大和完善，不透水面积的增加，造成大 量雨水资源的流失口1 。如何解决这个矛盾，将城市雨水充分、合理地收集、利用将成为 解决城市水资源短缺的有效措施之一。 在世界上大部分城市淡水资源存在不足的情况下，建立循环型的城市是拯救资源、 能源和环境的有效措施，是2 1 世纪社会生产与消费的新秩序，是人类社会持续发展的 基础协耵。在雨水资源没有转化成其它水源之前，将其作为一种天然且免费的水源，如能 充分的加以收集利用，是一项很有前景的课题。在这样环境背景下，探讨长春市雨永资 源可持续利用规划，目的是为今后长春市发展面临水资源短缺开辟一条可选择的途径， 为进行城市雨水利用工程提供一定理论和技术上的依据和保障。 东北师范大学硕士学位论文 1 。2 国内外城市雨水利用现状 1 2 1 国外城市雨水利用现状 目前，国际上城市雨水利用研究比较广泛。东南亚的尼泊尔、菲律宾、印度、泰国， 非洲的肯尼亚、搏茨瓦纳、坦桑尼亚，以及日本、德国、澳大利亚、美国、新加坡、法 国等发达国家都采取了多种技术开发和利用城市雨水。日本和德国的城市雨水利用程度 处于领先地位。 ( 王) 酲本雨量充沛，是城市雨水利用规模较大的国家。日本的城市雨永剩用主要 集中在雨水入渗设施的规划和建设上。2 0 世纪6 0 年代，网本开始收集路面雨水，7 0 年 代修筑集流面收集黍水，8 0 年代初期推行“雨水渗透计划，采取了“雨水的地下还原 对策”，先后开发应用了透水性沥青混凝土铺装和透水性水泥混凝土铺装，日本透水性 铺装主要应用予公园广场、停车场、运动场及城市道路陆3 。近年来，各种雨水入渗设施 在日本得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宣地 修建在楼前屋后。日本于1 9 9 2 年颁布了“第二代城市下水总体规划 ，正式将雨水渗沟、 渗洮及透水壤面作为城市总体规划的组成部分，要求薪建穰改建静大型公共建筑群必须 设置雨水就地下渗设施。日本还在城市屋顶修建了雨水浇灌的“空中花园”啼3 ，在减少 城市地表径流的同时，减少自来水的消耗，增加了城市的绿地瑟积，美化了城市环境， 净化了城市空气，吸收了城市噪声，也能够降低城市的热岛效应。 ( 2 ) 德圜是欧洲开展雨水资源利用最好的国家之一。德国城市雨水利用技术己进 入标准化、产业化阶段，并逐步向集成化、综合化方向发展。许多公司已开发出具有收 集、过滤、储存、提升、渗透、控制、监测等功能的成套设备和系列定型产品，并已建 成较多的雨水剃用工程渤。德匿利用公共雨求管收集雨水并经简单的处理蜃达到杂用水 水质标准，可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒，部分地区利用雨水可节约饮用水达 5 麟姆3 。德国在新建小区( 无论是工业、商业、居住区) 前均要设计雨水利用设麓，否则， 政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。目前，德国已经形成了一整套较为成熟的雨 水资源利用的实用性技术、行业标准和管理条例。柏林等一些城市已将城市丽水利用和 城市环境、城市生态建设结合起来进行设计，已建或正在建成一批各具特色的生态小区 雨水利用系统旧。 ( 3 ) 丹麦的屋葱雨水收集利用开展普遍。过去丹麦供水主要靠地下水，由于一些 地区的含水层开采过度，为减少地下水的消耗，丹麦已经开始寻找可替代的水源。在城 市地区从屋面收集雨水，收集后的雨水经过收集管底部的预过滤设备，进入贮水池进行 储存。使用时利用泵经进水口的浮筒式过滤器过滤后用于冲洗厕所和洗衣服。在丹麦7 个月的降雨期，从屋面收集的雨水量，就足以满足冲洗厕所的用水，而洗衣服的需水量 仅4 个月就可以满足。丹麦每年能从居民屋面收集6 4 5 万立方米的雨水，如采用于i 串洗 2 东北师范大学硕士学位论文 厕所和洗衣服，将占居民冲洗厕所和洗衣服实际用水量的6 8 ，相当于居民总用水量的 2 2 ，占市政总饮用水产量的7 ，经济效益十分显著n 0 。 ( 4 ) 美国的雨水利用大多以提高天然入渗能力为目的。如美国加卅i 富雷斯诺市的 地下回灌系统，1 0 年间( 1 9 7 卜1 9 8 0 ) 的地下水回灌总量为1 3 3 8 亿立方米，每年回灌 量占该市年用水量的2 0 。芝加哥市兴建了地下隧道蓄水系统，以解决城市防洪和雨水 利用问题。其他很多城市建立了屋面蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表 回灌系统n 。美国不但重视工程措施，而且还制定了相应的法律法规对雨水利用给予支 持。如科罗拉多州、佛罗里达州和宾夕法尼亚州上世纪7 0 年代就分别制定了雨水利 用条例。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平，所有新 开发区必须实行强制的“就地滞洪蓄水。 综上所述，国外城市雨水利用设施齐全，利用方法多种多样，并且制定了一系列关 于雨水利用的政策法规，建立了比较完善的雨水收集和雨水渗透系统。城市雨水利用技 术在国外日趋成熟，取得了较好的经济效益和环境效益。发达国家的经验和方法，对我 国城市雨水资源化进程具有借鉴意义。 1 2 2 国内城市雨水利用现状 我国是水资源十分匮乏的国家，我国年均水资源总量2 8 1 万亿立方米，居世界第 六位，但按2 0 0 5 年统计的1 3 0 5 亿人口计算，人均水资源占有量只有2 0 9 8 立方米，还 不到世界人均水平的1 4 ，居世界1 4 9 个国家的第1 1 0 位，被联合国列为1 3 个贫水国之 一。全国6 0 0 个城市半数以上缺水，其中1 0 8 个城市严重缺水口1 。我国又是一个水资源 时空分布极不均匀的国家。水资源年内年际变化大，降水及径流的年内分配集中在夏季 的几个月中，连丰、连枯年份交替出现，造成一些地区洪旱灾害出现频繁和水资源供需 矛盾等问题突出。全国水资源的8 1 集中分布在长江及其以南地区，而淮河及其以北地 区，水资源量仅占全国的1 9 。我国许多城市水资源严重不足，而大部分城市的大量雨 水资源却白白流失，雨水利用率不到1 。城市雨水综合利用势在必行。 我国对雨水资源的利用自古即有，远在明代就出现了积蓄雨水的水窖。2 0 世纪6 0 年代，开发出鱼鳞坑、隔坡梯田等就地拦蓄利用技术。近年来，甘肃、宁夏、内蒙古等 地积极兴建各种微型水利工程，收集、拦蓄雨水，并配套了喷灌、滴灌、渗灌、膜下滴 灌等节水灌溉措施，发展灌溉农业，取得了显著成绩。如甘肃的“1 2 1 雨水集流工程， 即每户修建1 0 0 平方米左右的硬化雨水集流场，修2 眼贮水3 0 立方米5 0 立方米的蓄 水窖，发展1 亩左右的庭院经济，解决了2 5 万户、1 2 5 万人的饮水困难。群众通过发展 庭院经济，逐步实现了脱贫致富。内蒙古于1 9 9 5 年在准格尔旗和清水河县启动了“1 1 2 集雨节水灌溉工程”，即一户人家建1 眼蓄水3 0 立方米4 0 立方米的旱井或水窖，采用 坐水种和滴灌技术发展2 亩抗旱保收田，已取得显著的效益n 刳。 雨水利用在我国虽然历史久远，但主要应用于缺水地区的农村，集中于干旱半干旱 东北师范大学硕士学位论文 地区的人畜饮水和集雨灌溉问题上，而城市水资源则主要集中在地表水和地下水的开发 利用，忽视了对城市雨水的利用。我国真正意义上的城市雨水利用的研究与应用应从2 0 世纪8 0 年代开始，并于9 0 年代发展起来。在甘肃、内蒙古、宁夏、陕西等地实施雨水 集蓄利用工程产生了较明显的经济效益和社会效益后，北京、上海、大连、哈尔滨、西 安等许多城市相继开展研究，己显示出良好的发展势头。但总的来说，利用率较低，技 术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律、法规等保障体系。 从总体上看，我国城市雨水利用起步较晚，雨水资源化系统研究及应用尚属起步阶 段，与发达国家的差距较大。但是我国城市雨水资源化具有农业无可比拟的优越条件， 随着雨水利用的发展，城市雨水利用势必将走上与生态环境、水土保持、农业生产和城 市可持续发展相结合的发展道路。 1 2 3 发展趋势嘎埔1 ( 1 ) 雨水利用正从研究与示范工程向标准化、产业化发展 1 9 8 9 年德国就出台了雨水利用设施标准，对住宅、商业和工业领域雨水利用设施的 设计、施工和运行进行管理，在过滤，储存，控制与监测4 个方面制定了标准。到1 9 9 2 年已经出现“第二代 雨水利用技术。又经过近1 0 年的发展与完善，有了今天的“第 三代”雨水利用技术，新的标准也正在审批中。中国城市雨水利用起步较晚，目前主要 在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。由于缺水形势严峻，北京市的雨水利用 开展的步伐较快。2 0 0 1 年国务院批准了包括雨洪利用规划内容的“2 1 世纪初期首都水 资源可持续利用规划 。由北京建筑工程学院和北京城市节水办公室牵头开始立项研究， 在城区以示范工程来推广应用；北京市政设计院开始立项编制雨水利用设计指南；北京 市政府6 6 号令中也明确要求开展市区的雨水利用工程，城市雨水利用已在北京乃至全 国引起重视并迅速开展起来，并正走上由示范到普及的健康发展之路。 ( 2 ) 城市雨水利用技术的集成化与国际化 国际雨水收集利用协会( i r c s a ) 自1 9 9 1 年正式成立以来，不断地促进国际间的交 流与合作，两年一度的交流大会使各国之间的雨水利用技术和信息能很快地传播。网络 技术的发展也为雨水利用技术的国际化提供了很好的平台。德国“第三代 雨水利用技 术的特征就是设备的集成化。从屋面雨水的收集、截污、储存、过滤、渗透、提升、回 用到控制都有一系列的定型产品和组装式成套设备。雨水利用技术的国际共享和针对不 同的情况采用适用的集成设备已逐渐成为大的趋势。 ( 3 ) 城市雨水利用向多目标和综合性技术发展 与农村雨水收集利用工程不同，城市雨水的利用不是狭义的利用雨水资源和节约用 水，它还包括减缓城区雨水洪涝和地下水位的下降、控制雨水径流污染、改善城市生态 环境等广泛的意义。因此，城市雨水利用是一种多目标的综合性技术，研究城市雨水资 源的利用应把重点放在系统工程的开发上。 4 东北师范大学硕士学位论文 城市丽水剩用技术在国外匿趋成熟，取得了较好器经济效益和环境效益。通过对收 集雨水的处理回用，节约了日常生活用水。这对我国这样的贫水国，有现实借鉴意义。 根据我国的水资源现状、城市发展环境，借鉴国外发达国家雨水利用经验，加强雨水利 用技术的研究，大力推广雨水利用技术，将有效缓解我国水资源的供需矛盾。 1 3 本论文的研究背景、选题依据及目的和意义 1 3 1 论文研究背景及选题依据 长春是令严重缺水的城市，入均永资源年占有量不足3 0 0 毽3 。长春市水瓷源的时阆 空间分布很不平衡。多年平均降雨量为5 6 7 衄，变差系数为o 2 3 5 ，年平均径流深6 8 2 嘲， 年平均蒸发量为8 5 8 。6 黼，年内分配极不均匀，降雨年际变化明显，年内各冀降水量差 别也很大，汛期6 9 月降水量占全年降水量的7 7 2 4 1 。长春城市区域内大面积地表 为屋顶、路面、不透水镝砌所覆盖，一遇暴雨，几乎全部褥量即刻形成径流。而在无藤 干旱季节时，褥不到地下永补给，河床裸露，市鹾，j 、河干涸。 随着长春城市建设的快速发展，用水需求势必增大。按长春市多个部门对中长期市 区翔水量赞预测，裂2 0 2 0 年时，市区匿需供水量将放现在的1 3 0 万吨增至2 3 2 0 万 吨之间。所以，长春市要实现水资源可持续利用，就必须在节制用水的基础上，普及污 水深度处理，开发雨水等非传统水源，合理分配生态用水和进行水资源统筹管理。目前 长春市雨水收集利用在城市还没有得到普遍实施，应加快城区雨水渗透、贮存和利用的 研究，合理、充分地利用雨水涵养地下水源、提高水资源利用效率，对城市雨水进行科 学合理的利用，既能改善区域生态环境，缓和城市水资源危机，又能减轻城区防洪、排 水系统压力和水体污染。将长春市雨水资源进行可持续利用，对缓解长春市工业、生活 等方蕊对永资源静需求藤力，实现水资源可持续发展，振兴东北老工韭基地有现实意义。 长春市雨水资源可持续利用规划研究这一课题来源于长春市科技局软科学研究计 划项圜：长春市污水资源战略研究，是其中的子课题。本课题通过系统分析长春市年降 雨量和降水水质的情况，论证了雨水利用的可行性；从东北地区具体情况确定雨水利用 的途径和工艺；根据自然和社会环境的差异，对长春市市区进行雨水利用功能区域规划 并提嬲耐用模式；分析长春市的雨水积蓄剥厝潜力，进而进行雨水群用工程规划。研究 结果能够应用于长春市雨水资源开发利用，同时对北方城市区域水资源可持续发展形成 一定参考作用。 l 。3 2 研究露的和意义 本研究通过对长眷市的水资源现状、降水规律和雨水利用潜力等方面进行系统研 究，针对东北地区水资源匮乏的特征，尤其在严寒地区的降水分布特性和水资源流域特 5 东北师范大学硕士学位论文 征，选定长春市为规划区域进行针对性研究，研究成果包括长春市雨水利用功能区划图、 工程规划以及长春市雨水资源开发利用方略，不仅对合理高效利用雨水资源形成一定指 导作用，而且能够有效缓解城市可利用水资源与可持续发展矛盾的问题。 目前，从事区域雨水回收利用的研究很多，研究内容涵盖了城市雨水资源的科学管 理、雨水径流的污染控制、雨水做中水等杂用水源的直接收集利用、用各种渗透设施将 雨水回灌地下的闻接利用、城市生活小区永系统的合理设计及其生态环境建设等方面。 在有机结合以上研究内容的基础上，本课题通过系统地分析东北严寒地区年降雨及分布 特点，戬长春市行政区域为研究对象，根据长春市各功能区域划分不同，着重研究城市 各区域雨水积蓄利用规划方略，探索了条研究城市雨水生态化利用方略的新思路，研 究结果对北方城市雨水资源的开发利用、城市生态改善和城市可持续发展具有重要意 义。 6 东北师范大学硕士学位论文 第三章长春市雨水利用可行性分析 2 1 长春市概况 2 薹。王长誊市毒然地理概况 长春市始建于1 8 0 0 年，建国初期曾被定为特别市、中央直辖市，1 9 5 4 年后为吉林 省省会，是全省的政治、经济、文化和交通中心。长春市位子北半球中纬地带，欧亚大 陆东岸的中国东北松辽平原腹地，所辖区域处于东经1 2 4 度1 8 分1 2 7 度0 2 分，北纬 4 3 度0 5 分弱度1 5 分之闻，幅员2 0 5 7 董平方公曩，下辖朝阳、南关、宽城、二道、 绿园、双阳、高新、经开、净月、汽车产业开发区1 0 个区和榆树、九台、德惠及农安4 县。西= l 乏与松原市毗邻，西南和四平市相连，东南与吉林市相依，东北同黑龙涯省接壤。 是“中国首批投资硬环境4 0 优秀城市”之一，素有“汽车城 、“电影城 、“科技 文化城 、“森林城 和“北方粮仓”之称。 长春位于东部低出丘陵向西部台地平原的过渡地带。平原面积较大，台逸略有起扶， 地势平坦，便利交通。长春地区除东部有小面积的低山丘陵，绝大部分为台地，第二松 花江、饮马河、伊通河纵贯萁问，沿河两岸剩为平垣的冲积平原。地势平坦。圈通歹达 的自然区位，对发展长春经济十分有利。 2 1 2 长春市气候 长春市市区海拔在2 5 0 3 5 0 米之间，地势平坦开阔。属大陆性季风气候区，在全 国干湿气候分区中，地处湿润区向亚干旱区的过渡地带。气温自东向西递增，降水自东 向西递减。春季干燥多风，夏季澎热多雨，秋季天藩气爽，冬季寒冷漫长，具有曙季分 明，雨热同季，干湿适中的气候特征， 长春市年平均气湿哇。8 度，最高湿度3 9 。5 度，最低温度一3 9 8 度，日照时间2 ，6 8 8 小时。夏季，东南风盛行，也有渤海补充的湿气过境。最热月( 7 月) 平均气温2 3 度。 秋季，可形成持续数日的晴朗丽温暖的天气，温差较大，风速也较春季小。 7 东北师范大学硕士学位论文 2 1 3 长春市水资源现状n 司 长春市境内分布大小河流百余条，其中集水面积大于2 0 k m 2 以上的河流1 1 9 条，较 大的河流有饮马河、伊通河和拉林河。河流的补给方式主要为降水补给和地下水补给。 根据近2 0 年统计资料，长春市年平均降雨量5 6 7 姗，年平均径流深为6 8 2 舳，年平均 降水资源总量为1 0 7 亿m 3 ，地表平均径流总量为1 3 4 5 亿m 3 。长春市入境河流主要有饮 马河( 第二松花江一级支流) 、岔路河、伊通河( 第二松花江二级支流) 、新开河( 第 二松花江三级支流) 和卡岔河( 拉林河一级支流) 。拉林河流经榆树市边界，属边界河； 第二松花江属过境河，其水量按过境水考虑。根据吉林省水文总站的“吉林省水文特征 值统计”结果( 1 9 7 3 2 0 0 1 年) ，计算出饮马河( 烟筒山二站断面) 入境水量约为1 2 5 亿m 3 ，岔路河( 星星哨水库下站断面) 入境水量约为1 3 4 亿m 3 ，伊通河( 新立城水库 坝下站断面) 入境水量约为1 2 5 亿m 3 ，新开河( 顺山堡站) 入境水量约为o 3 9 亿m 3 ， 卡岔河( 前红石砬子站) 入境水量约为1 7 5 亿m 3 ，入境水量合计平均值约为6 1 9 亿m 3 。 长春市的地下水以孔隙水和裂隙水为主。孔隙水以大气降水补给为主，主要贮存在 河谷两侧的松散沉积物中，裂隙水贮存在基岩裂隙中。据长春市水利局2 0 0 7 年6 月发 布的长春市水资源公报，长春市水资源总量为2 7 0 7 亿m 3 ，详细统计见表2 1 。 表2 12 0 0 6 年长春市水资源综合状况 项目单位数值 全市面积 k m 22 0 5 7 1 总量 1 0 8 m 31 1 4 9 降水量 平均水深 m m5 5 8 6 入境水量 1 0 8 m 31 3 4 7 出境水量 1 0 8 m 31 4 5 8 地表水资源量 1 0 8 m 31 2 6 4 丰枯情况平水年 地表水资源量 总量 1 0 8 m 31 0 4 l 蓄水 1 0 8 34 7 8 供水量 引水 1 0 8 m 30 5 0 提水 1 0 8 3 5 1 3 地下水资源量1 0 8 m 31 6 5 1 总量 1 0 8 m 38 2 7 开采量浅层水 1 0 8 m 36 5 5 地下水资源量深层水 1 0 8 m 31 7 2 平原区地下水资源量 1 0 8 m 31 5 3 9 山丘区地下水资源量 1 0 8 m 31 3 5 地下水资源利用率 6 9 o 全市水资源总量 1 0 8 m 3 2 7 0 7 全市总供水量1 0 8 m 31 8 7 9 全市总用水量 1 0 8 3 1 8 7 9 东北师范大学硕士学位论文 遗袭农遗f 水重复量 1 0 留2 。0 8 总量 1 0 8 m 31 0 2 7 总耗水量 综合耗水率 5 4 6 2 1 4 长春市水资源利用构成 随着社会经济的快速发展，长春市用水结构有了显著的变化。农监用水比重持续下 降，工业用水比重稳定增加，城镇生活用水比重上升。2 0 0 6 年全市总用水量1 8 7 9 亿立 方米，其构成见图2 一圭。 8 0 o o 7 0 o o 8 0 。8 0 篱 5 0 o o 4 0 o o 3 0 ，0 0 2 露。0 0 篝 1 0 o o 0 o o ，u z u 囵 1 u v 再 7 。7 0 篱 n n “#rn证 蜀缀缓猢翰嬲棚_ _ _ 啊曩历_ 农田灌溉工姚用水城镇生灞农村生活林牧渔 图2 12 0 0 6 年长春市用水结构示意图 其中农田灌溉用水量为1 3 。2 0 亿立方米，占总用水量的7 0 2 ，工业用水量为2 。1 8 亿立方米，占总用水量的1 1 6 ，城镇生活用水量为1 4 5 亿立方米，占总用水量的7 7 ， 农村生活用水量为0 9 2 亿立方米，占总用水量的4 9 ，林牧渔用水量为1 0 5 亿立方米， 占总用水量的5 。龋。 2 1 5 长春市污水再生利用状况 蠢于技术和经济等方面的原因，长春市的污水深度处理圆用工作开展的时间不长。 长春现有北郊污水处理厂、西郊污水处理厂、一汽集团污水处理厂，其中，北郊污水处 理厂为一级处理( 现正改建升级为二级处理) ，处理能力3 9 万m 3 d ，中水回用l o 万m 3 d ； 西郊污水处理厂处理能力为1 5 万岔d ，中水回用5 万0 d ；一汽集匿l 污水处理厂处理能力 为2 5 万m 3 d ，中水回用5 0 0 0m 3 d ；正在建设的南部污水处理厂，污水处理1 5 万m 3 d ，中 水醒用5 万蠢朋。另终，长春机车厂3 6 0 0 岔臆、长眷客车厂5 0 0 0l l l 3 d 、长春热毫二厂莲8 0 g m 3 d 、热电一厂3 6 0 0m 3 d 、大成玉米5 0 0 0m 3 d 等一些企业单位的中水回用项目，也累计 形成了3 。2 万茹舶的中承圜用能力。长春市政府规划在中心城区将新建3 座污水处理厂， 分别为东南污水处理厂、串湖污水处理厂和西部污水处理厂。具体情况为：到2 0 1 0 年时， 建设东南污水处理厂项目一期工程，处理能力1 0 万m 3 d ；至2 0 2 0 年，处理能力将扩建达 到2 s 万m 3 d ，规划地点在伊通河以东、1 0 2 延长线以南处，共占地面积3 0 公顷；2 0 2 0 年前， 将建设串湖污水处理厂，设计处理能力1 5 万m 3 d ，地点在梁家水库，总占地面积2 0 公顷； 规划中还包括，2 0 2 0 年以前建设疆部污水处理厂，设计处理能力3 0 万蠢髓，规划地点为 9 东北师范大学硕士学位论文 西新开河下游，占地面积3 6 公顷。 2 2 长春市雨水利用的必要性 2 2 1 面临水资源缺乏的局面 回顾长春市供水水源发展的历程可知，近半个世纪志，城市人露增加了近3 倍，城 建面积扩大了近一半，而城市用水量却增加了近2 0 倍。从1 9 6 1 年2 0 0 2 年的4 2 年间 城市平均每年增加2 3 8 万m 3 的供水量。随着城市和农业灌溉需水量的增加，主要供水 水库上游来水壁的大幅减小，邻近市区的水源和地下水已不能满足城市供水需要，第二 松花江目前已是城市用水的最主要水源，在现今1 3 0 万m 3 d 的城市供水量中，8 5 9 0 的永源来自予“引松入长工程。 长春市城市科学研究会曾于1 9 9 4 年组织城建和水资源管理等部门专家，完成了长 春市城市供水水源规划研究报告，对城市未来的需水量进行了预溅，其中考虑了调整 生产力布局的预测结果是：2 0 2 0 年城市年需水总量为8 2 5 亿岔；2 0 5 0 年城市年需水量 为l1 3 2 亿0 ，该预测需水量已成为制定长春城市供水规划的主要依据。将来来用水量 和目前实际供水能力相比较，解决长春市区供水水源任务十分艰巨。 2 2 2 存在雨涝灾害情况 长春一方面面临水资源的匮乏，丽另一方面却是城市蒂涝时有发生。雨涝是指因大 雨、暴雨或持续降雨使低洼地区淹没、滞水现象。强度大、频率高的降雨极易形成雨涝 灾害，在城市发展过程孛，不透水地表铺砌蘧积的不颤扩大和建筑密度的提离，使地面 径流形成时间缩短，峰值流量不断加大，排水系统的雨季流量与旱季流量的比值上升， 使城市雨涝问题尤为突嫩。在长春，雨涝灾害常被忽视。事实上，与洪水灾害相比，雨 涝灾害更频繁，而且由于城市入口密度和财产的密度加大，同样的涝灾一旦发生将造成 更大的生命、财产损失u 副。 2 2 。3 城市水污染状况加剧 当今，全世界范围内水质污染现象十分严重。究其原因主要是e l j 于人类活动、生产 排放污水、废水的总量逐年增老羹，水中含有的有机污染物种类繁多，在污水处理厂未能 完全化解的有毒有害物质，直接排放到河川、大海，造成河流、水体和海域的大面积污 染。有些渗透到地下，造成了地下水的严重污染。据长春市水利局2 0 0 7 年6 月发布的 长春市水资源公报，2 0 0 6 年全市评价河段总长度为9 6 7 9 公里，比2 0 0 5 年减少7 2 l o 东北师范大学硕士学位论文 公里，于涸情况加重。水质类别和上年度相比，全市主要河流水质污染程度有所增加。 其中伊通河干流、翁克河污染加重，新凯河是全市污染最为严重的一条河流，严重影响 了城市的生态环境。 2 2 4 警惕地面沉降的发生 由于城市化速度的加快，城市的建筑群增加，地面荷载加大，下垫面硬质化，排水 管阚化，降雨发生再分配，原本渗入地下的雨水大部分转为地表径流排毒，造成城市的 地下水大幅度减少；另一方面，由于地表水受到越来越严重的污染，人们转向无计划无 节制地开采地下水。渗透量的减少与过度开采，导致地下水位大幅下降，地面不断沉降 n 8 | 。豳前，长春市地下水资源量逐年减少，2 0 0 6 年地下水资源量为1 6 5 1 亿m 3 ，比多年 平均值少了o 。6 8 亿m 3 。 如果长春发生地面沉降，将造成城市重力撵污失效；地区防洪、防汛效能降低；城 市建设和维护费用剧增；管道、铁路断裂、建筑物开裂，威胁城市建筑的安全。 针对于以上的情况，在努力减少污染源，减少污染负荷的同时，实行长春市城市雨 水资源的合理综合利用将是十分必要的。 2 。3 长春市雨水利用的可行性 2 3 1 城市雨水的水质分析 城市雨水资源利用的可行性首先要考虑雨水资源的水质状况，雨水中杂质的浓度与 降雨地区的污染程度有着密切的关系。雨水中的杂质是由降水中的基本物质和所流经的 地区造成的外加杂质组成，主要含有氯、硫酸根、硝酸掇、钠、铵、钙和镁等离子( 浓 度大多在1 0 m g 几以下) 和一些有机物质( 主要是挥发性化合物) ，同时还存在少量的重金 属( 翔镳、铜、铬、镍、铅、锌) n 引。 ( 1 ) 屋筒雨水径流水质 屋顶雨水水质主要受屋面沉积物和屋面防水材料的析出物以及大气污染的影响。通 过对降雨径流全过程水质的分析测定，发现屋面初期雨水径流污染最为严重，水质浑浊， 色度大，主要污染物为有机物质和悬浮颗粒，而总氮、总磷、重金属、无机盐等污染物 浓度较低；后期径流一般东质良好鞋引。有实验表鳃，屋面材料和结构的差异会弓| 起雨水 细菌含量的不同，其污染程度由低到高依次为：铁质屋面、塑料屋谢、石棉屋面、红瓦 屋面、混凝土屋瑟。 ( 2 ) 路面径流水质 路面除受大气污染外，还受汽车排放物、城市废弃物以及路面材料的影响，路面径 流污染物含量明显高于屋顶和绿地径流中的污染物含量。路面径流水质与其所承担的交 1 1 东北师范大学硕士学位论文 通密度有关，其主要污染物是路面的沉积物、行人和车辆的交通垃圾等。机动车辆往往 使道路上的雨水含有金属、橡胶和燃油等污染物质，其地表降水径流的雨水水质要比屋 面的雨水水质差n 引。除此之外，还有非车道的雨水径流，如广场、人行道、停车场等， 其对雨水径流的污染多数是人为造成的。非车道路面上人们随意丢弃的物品、任意倾倒 的污水和清洁工扫入雨水口的垃圾，都会对雨水径流造成比较严重的污染。 ( 3 ) 绿地径流水质 天然降水经过绿地渗流后，有机物质很快得到分解，无机物如硫酸盐和硝酸盐也因 被滞留而降低，充分反映了城市绿地净化水质的作用。然而若延长消纳时间仍可继续降 解而使绿地内的水质达标，故城区可充分利用绿地拦截雨洪入渗，补给地下水。从降雨 径流水质优劣角度看，绿地径流水质优于屋顶径流的水质，道路径流的水质最差。 一般情况下，不经过处理或者简单处理的雨水用于城市绿化用水、洗涤用水、工业 循环水以及景观娱乐用水是完全可行的。 2 3 2 城市雨水利用对雨水水质的要求 城市雨水主要用在生活杂用、市政杂用、地下水回灌等方面。不同的回用用途应满 足相应的水质标准。 ( 1 ) 冲洗厕所雨水对水质的要求：从实际使用来看，冲洗厕所的雨水只要看上去 干净，无不良气味即能满足使用要求。雨水中的重金属和盐类对冲厕使用影响不大。 ( 2 ) 洗衣用雨水对水质的要求：洗衣用水要保证良好的洗涤效果，