（水利工程专业论文）济南市城市雨水收集和利用的研究.pdf

山东大学硕士掌位论文 中文摘要 济南市是山东省的政治、经济、文化中心，境内有黄河流域、小清河流域、海河流 域，属暖温带半湿润季风气候。现有大中型水库l o 座，小型水库1 8 2 座，塘坝9 0 0 余 座，水库塘坝拦蓄能力达4 3 亿立方米，有邢家渡、田山、陈孟圈、胡家岸等大中型引黄 灌区1 0 处，引黄控制面积2 1 0 力亩，全市有效灌溉面积3 5 7 力亩，占耕地面积的7 1 5 。 市区多年平均水资源总量为5 8 7 亿立方米，人均占有水资源量为2 2 5 立方米，仅占全国 人均水资源量的十分之一。济南市是一个水资源严重匮乏的城市，但却有丰富的雨水资 源。充分发挥利用雨水资源对实现济南市的水资源可持续利用、缓解水资源匮乏、涵养 地下水源、保持泉群f 常喷涌、调节城市生态环境等方面有重要意义。 本文通过介绍国内外雨水利用的研究现状，针对济南市雨水利用的具体情况和存在 的问题，对济南市雨水利用收集技术及雨水蓄存设施的确定等方面进行了分析研究，提 出了适合济南市实际情况的雨水收集蓄存方式，为济南市雨水利用的发展和具体措施提 出了建议。本研究具有较高应用价值，必将产生显著的经济效益和社会效益。 关键词：济南降水系统评价科学收集综合利用优化配置 济南7 t r 城市雨水收集和利用的研究 a bs t r a c t j i n a n ，w h e r ee x i s t sy e l l o wr i v e r ，t h ex i a o q i n gr i v e ra n dt h eh a i h er i v e rv a l l e yi nt h e w a r m t e m p e r a t ea n ds e m i h u m i dm o n s o o nc l i m a t ez o n e ，i st h ep o l i t i c a l ，e c o n o m i c a la n d c u l t u r a lc e n t e ro fs h a n d o n gp r o v i n c e t h e r ea r e10 l a r g e s c a l ep l u sl8 2s m a l l - s c a l er e s e r v o i r s a n dm o r et h a n9 0 0s m a l lr e s e r v o i r si nh i l l ya r e aw h oc a nr e t a i n sm o r et h a n0 4 3b i l l i o ns t e r e w a t e r ，10l a r g e m e d i u ma r e a sa tt h er e a c h e so fd e l i v e r i n gw a t e rf r o mt h ey e l l o wr i v e re g x i n gj i a d u ，t i a n s h a n ，c h e nm e n g q u a n ，h uj i a - a ne t c w h oc a nc o n t r o lm o r et h a n2 1m i l l i o n c h i n e s ea r e ，a sw e l la st h e r ea r e3 5 7m i l l i o nc h i n e s ea r ee f f e c t i v ei r r i g a t i o na r e a sw h oi s 71 5 o ff a l l o wl a n d f u r t h e r m o r e ，t h ea v e r a g ew a t e rr e s o u r c ei s58 7m i l l i o ns t e r ea n d2 2 5 s t e r e p e rw h i c hi s j u s t1 1 0o f t h ew h o l ec o u n t r y 。o b v i o u s l y ，j i n a ni sac i t yw h op o s s e s s e so f a b u n d a n tr a i n w a t e rb u ts u f f e r sf r o ma na c u t ew a t e rs h o r t a g e t h e r e f o r e ，t h es t u d yo nh o wt o u t i l i z et h er a i n w a t e rr e s o u r c es u f f i c i e n t l yp r o v i d e sa ni m p o r t a n ts i g n i f i c a n c eo nr e a l i z i n gt h e c o n t i n u a b l er e u s eo fw a t e rr e s o u r c ei n j i n a n ，r e l i e v i n gt h ep r o b l e mo fw a t e rs h o r t a g e ， p e r f o r m i n g t h e g r o u n d w a t e rc o n s e r v a t i o n ，k e e p i n g t h e s p r i n g ss p e wn o r m a l l y ， a c c o m m o d a t i n gt h ee n t i r o n m e n ti nc i t y ，a n ds oo n i nt h i sp a p e r ，t h er e v i e wo fp r e s e n tr e a s e r c ho fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni si n t r o d u c e da n dt h e a s p e c t so ft h et e c h n o l o g yo fr a i n w a t e rc o l l e c t i o na n du t i l i z a t i o n ，t h ec o n f i r m a t i o no fr a i n w a t e r s t o r ee s t a b l i s h m e n te t c a r e a n a l y z e da n ds t u d i e do nt h ep r a c t i c a l i n s t a n c e sa n de x i s t i n g p r o b l e m si nj i n a n sr a i n w a t e ru t i l i z a t i o n m o e r o v e r ，t h em o d eo ft h er a i n w a t e rc o l l e c t i o na n d u t i l i z a t i o nw h i c hf i t st h ep r a c t i c a lc i r c u m s t a n c ei nj i n a ni sp r e s e n t e d ，a n ds o m es u g g e s t i o n s f o rt h ed e v e l o p m e n ta n dt h es p e c i f i ce s t a b l i s h m e n to fj i n a n sr a i n w a t e ru t i l i z a t i o na r e p r o p o s e d 济南市城 j l r 雨水收集和利用的研究 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外。本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：乙吵日期： 三望牟三旦网 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全 部或部分内容编人有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：乙纽导师签名：论文作者签名：臼塑笪导师签名： 日 期：雹辫 济南市城市雨水收集和利用的研究 关于同意使用本人学位论文的授权书 中国科学技术信息研究所是国家科技部直属的综合性科技信息研究和服务机构，是 国家法定的学位论文收藏单位，肩负着为国家技术创新体系提供文献保障的任务。从六 十年代开始，中国科学技术信息研究所受国家教育部、国务院学位办、国家科技部的委 托，对全国博硕士学位论文、博士后研究工作报告进行全面的收藏、加工及服务，迄今 收藏的国内研究生博硕士论文已经达到1 0 0 多力册。 学位论文是高等院校和科研院所科研水平的体现，是研究人员辛勤劳动成果的结 晶，也是社会和人类的共同知识财富。为更好的利用这一重要的信息资源，为国家的教 育和科研工作服务，在国家科技部的大力支持和越来越多的专家学者提议下，中国科学 技术信息研究所和北京万方数据股份有限公司承担并丌发建设了中国学位论文全文数 据库的加工和服务任务，通过对学位论文全文进行数字化加工处理，建成全国最大的 学位论文全文数据库，并进行信息服务。 本人完全了解中国学位论文全文数据库开发建设目的和使用的相关情况，本人学位论文为 非保密论文，现授权中国科学技术信息研究所和北京万方数据股份有限公司将本人学位论文收录到 中国学位论文全文数据库。并进行信息服务( 包括但不限于汇编、复材、发行、信息网络传播等) 。 同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 论文题目：渣直直撼直直丞蝗篡塑型旦的硒究 学位授予单位：山东大堂 学位授予时间： 论文类型：博士论文口硕士论文口 博士后研究报告口同等学力论文口 授权人签字： 同期：年月同 山东大掌硕士掌位论文 第一章绪论 1 1研究的目的和意义 济南素以”泉城”著称，以泉水闻名。在城区范围内，分布有四大泉群七十二泉，数 量之多，流量之大，实数罕见。然而，由于地下水盲目、过度开采，致使泉水自1 9 7 5 年春季丌始出现断流。几乎年年有断流现象，尤其自1 9 9 9 年以来，济南泉群连续停喷 最长达9 3 6 天。济南市的水资源来自大气降水和过境河流两大部分，包括地表水、地下 水及客水资源。大气降水形成地表水、地下水；过境河系指黄河、徒骇河、德惠新河。 济南市为资源性缺水地区，是全国重点缺水城市之一。济南市区降水大部分集中在夏季， 多年平均降水量6 5 4 毫米。进入九十年代以来，随着城市建设与发展的加快，大雨大涝， 小雨小淹，无雨干旱的问题同益突出，与泉城形象及其不符。但是济南市有丰富的雨水 资源，合理有效的利用雨水资源是解决上述问题的关键。 济南市雨水利用潜力巨大，城市每年可用雨水量达到1 4 1 0 8 m 3 ，南部山区可利用 雨水量超过1 6 1 0 8 m 3 。因此，积极开辟、充分利用雨水资源，对实现济南市水资源的 可持续利用，涵养地下水源，改善济南市的水环境状况，实现泉水常年喷涌，提升泉城 形象具有重要意义。 1 2国内外研究现状 1 2 1 国内研究现状 我国由于城市化的迅速发展，道路、建筑群等不透面积的扩大。一方面雨水不能再 入渗地下补充地下水，加上地下水的严重超采，使的城市周围的水环境和生态环境恶化； 另一方面大雨时，径流迅速汇集造成地面积水和城市局部洪灾。城市水紧缺，水环境恶 化、生态环境破坏和城市暴雨洪水等问题r 益突出。 如果在城市建设中，注意发展雨水收集和利用工程，把原来被排走雨水留下来利用， 既增加了水资源，也是节约自来水的好措施。同时，通过雨水收集利用的广泛丌展，由 于雨水被留住或回渗地下，减少了排水量，减轻了城市洪水灾害威胁，因此，地下水得 济南市城市雨水收集和利用的研究 以回补，水环境得以改善，生态环境得以修复。可以说，雨水收集利用是城市水资源可 持续利用的重要措施之一。 雨水的收集和利用并非是新鲜事，我国早在秦汉时期就有修建池塘拦蓄雨水用于生 活的记录，而西北地区水窖的修筑已有几百年的历史。国外收集利用雨水的记录也不乏 其例。随着城市化的进一步加速，城市缺水的矛盾也进一步加深，环境与生态问题也同 步扩展。为了解决缺水、环境、生态等一联串的矛盾，人们把注意力放到雨水的收集和 利用。这一课题f 好是解决了缺水、环境、生态这一联串的问题。国外对这一课题的研 究起步较早，国内城市收集利用雨水起步较早的首推北京，而上海在收集利用雨水的问 题上并没有引起足够的重视，原因是上海尽管水的质量不好但并不缺水。然而雨水的收 集和利用解决的并不仅仅是水的问题，它还可以减轻同显巨大的自来水的供水压力、路 面积水等问题。对水土流失、河水污染等问题也有一定的缓解作用。每年的暴雨季节， 泛滥的雨水又给城市排水造成了极大的困难。而雨水的收集和利用正好解决了这一给城 市建设带来的两大难题。雨水的收集和利用可以为我们带来许多的好处，我们可以把收 集来的雨水用于日常生活，如洗衣洗车、冲洗厕所。当然浇灌绿化、冲洗马路、消防灭 火等等更是雨水利用的大户。雨水的收集和利用还可以减少城市街道雨水径流量，减轻 城市排水的压力，同时有效降低雨污合流，减轻污水处理的压力。有此可见，我们有必 要把雨水收集起来并加以利用。 我国大中城市的雨水利用已经处于探索试验甚至实际应用阶段，北京、上海、大连、 哈尔滨、西安等许多城市相继付诸行动，已显示出良好的发展势头。由于缺水形势严峻， 北京市丌展的步伐较快。北京市水利局和德国埃森大学的示范小区雨水利用合作项目于 2 0 0 0 年丌始启动；北京市政设计院丌始立项编制雨水利用设计指南；北京市政府6 6 号 令( 2 0 0 0 年1 2 月l 同) 中也明确要求丌展市区的雨水利用工程等。因此，北京市可望成 为我国城市雨水利用技术的龙头。通过一批示范工程，争取用较短的时间带动整个领域 的发展，实现城市雨水利用的标准化和产业化，从而加快我国城市雨水利用的步伐。 1 2 2 国外雨水利用研究现状 在第十届国际雨水利用大会上就表明，今后城市雨水利用技术发展的一个突出特点 就是它的国际化与集成化。各国的雨水利用技术发展的程度因重视程度不同而参差不 齐。成熟的雨水利用技术从屋面雨水的收集、截污、储存、过滤、渗透、提升、回用到 2 山东大学硕士学位论文 控制都有一系列的定型产品和组装式成套设备。雨水收集利用技术最大亮点在于雨水的 预处理，巧妙利用重力学的原理，对初雨进行了抛弃，对雨水进行了在线过滤，使收集 的雨水澄澈干净，收集后的雨水不再需要进行如沉淀_ 过滤的复杂工艺，免除了后道处 理成本，使雨水收集极具普及性和推广性。这种新型的雨水收集利用技术彻底颠覆了传 统的收集概念，更具环保性和节能性。 美国强制“就地滞洪蓄水”，美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的。在芝 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。其他很多城市还建 立了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透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 峰流量不能超过丌发前的水平。所有新丌发区必须实行强制的“就地滞洪蓄水”。 1 3 存在的问题 这种以水为核心的城市设计概念听起来非常有效，但真正实施中会碰到一系列问 题，比如：未被发现的污染物流入收集系统的问题；雨水蓄存是否会引起地下水膨胀， 从而对建筑的整体结构形成威胁：从房顶收集的雨水对循环管路的腐蚀问题：如果遇到 严重的干旱，依赖雨水收集的建筑是否会出现用水危机，等等除了这些担心外，还有一 些问题，比如对于建筑丌发商来说，建设开发项目是否经济，r 后定期和长期维护成本 都是需要解决的问题。 1 4 研究方法 通过搜集社会经济、城市规划、水文地质、大气降水、水质监测等基础资料，对济 南降水、径流、排泄条件进行分析。以济南市六区三县一市为研究区域，制定雨水资源 利用评价原则，科学合理的进行雨水回收、利用的可行性评价。按生活、生产、生态类 别进行需水量预测，根据现状供水工程，结合当地水资源开发利用程度和规划的基础上， 实施雨水资源供需平衡分析。 济南市城市雨水收集和利用的研究 第二章国内外雨水资源利用状况 2 1国外雨水利用状况 雨水作为一种极有价值的水资源，早已引起德国、日本等国家的重视。国际雨水收 集利用协会( i r c s a ) 自成立以来，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够很快地传播。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。其中，发展较快的是德国和日本等国家，德国雨水利用 技术已经从第二代向第三代过渡，其“第三代”雨水利用技术的特征就是设备的集成化， 各项雨水利用技术已达到了世界领先水平。 2 1 1 美国雨水利用状况 “所有的水都是雨水”这是美国雨水收集利用专家理查德海尼经常说的一句话。在 我们生活的地球上，不论是地下储水层的水，还是江河罩的水，最早都是从天上掉下来 的。当雨水落到地面，透过土壤、石层渗灌到地下储水层，带上了矿物质和盐等有益于 人类健康的物质，最关键的是，地下水硬度一般偏高，而回用雨水可以节省地下水处理 中使用的软水材料，还可在洗涤时节省肥皂、洗涤剂等。因此，对雨水的科学收集、合 理储存及节能使用是节能减排的一个有效途径，是充分发挥雨水利用价值的有效保障。 美国虽然水资源丰富，但也非常重视雨水的收集和利用。尽管在大城市很少看到雨 水收集利用的设施，但不少城市早就建立了雨水收集利用系统，当维修城市供水设施时， 就启用雨水收集利用系统，以保证市民的用水不会中断。在美国郊区和乡村，多数人居 住在独栋楼房旱，有雨水收集利用的便利条件，而近年来人们的环保意识不断增强，收 集利用雨水越来越受到人们的关注。的确，不论是地下储水层的水，还是河旱、井旱的 水，最早都是从天上掉下来的。当雨水落到地面，透过土壤、石层渗灌到地下储水层， 带上了矿物质和盐等有益于人们健康的物质，然而也带上了对人体有害的工业化学元素 及各种细菌。“收集的雨水质量，一般来说高于地下或地面的水。”这是得克萨斯州水 资源丌发理事会一份研究报告的结论。该报告指出，对雨水的收集利用不仅可减轻人类 对水资源的压力，保护环境，还可避免人们饮用含有多种有害化学元素的水。在城市和 山东大学硕士学位论文 郊区，人们收集储存雨水可应付停电断水等紧急情况，在边远地区可应对干旱季节井枯 缺水的困境。 在美国，仍有不少自来水管光顾不到的人烟稀少地区。在这些地区，雨水收集经过 简单处理，卫生程度一点都不低于城市人每天要喝的瓶装水，而成本却比瓶装水低得多。 在得克萨斯州部分地区，人们的同常用水，甚至灌溉都要靠收集雨水来解决。因此，在 这类地区雨水收集利用普及率非常高。一般计算，美国人均每天食用、洗漱、洗衣等生 活用水平均为5 0 加仑。在得克萨斯州，一个普通人家靠房顶接收雨水，每年可收集到4 力加仑以上的雨水，可供一家4 口用大半年。 雨水收集利用不但降低了人类用水对地下储水层的压力，减缓对水资源的过度使 用，也减少了雨水造成的水土流失和洪涝灾害。多年来，美国房地产业在致力于研究开 发环保型住宅时，始终没有忽视雨水收集利用这一环节。美国有大型的市政雨水收集利 用体系，也有私人家庭雨水收集利用设备。今天，只要上网，就可为自家找到合适的雨 水收集利用器材，联系到技术人员来安装。一些地方政府甚至把雨水收集列入重要的坏 保项目，提供相应的政策支持和鼓励。得克萨斯州的奥斯丁和圣安东尼地方政府，减免 了雨水收集利用设施的销售税和固定资产税，同时为安装雨水收集利用设施的家庭，提 供最高可达4 5 0 美元的费用支持。 随着人类对水资源需求的不断提高，美国人雨水收集利用的意识也不断加强。现在， 越来越多的地方政府通过立法或行政手段鼓励雨水收集利用，而促进雨水收集利用的民 间机构也在不断增加。相当一部分环保主义者义务为雨水收集利用机构工作，为提高人 们雨水收集利用做出了贡献，如得克萨斯州的水资源开发理事会的不少环保主义者，就 参与编制了一份得克萨斯雨水收集手册，免费让所有人参阅使用。目前，这本手册 不但在得克萨斯少l l ：t l z 常受欢迎，在全美供不应求，甚至已经引起其他国家人们的极大兴趣。 2 1 2 德国雨水利用状况 德国的城市雨水收集方法主要有三种：一是屋面雨水集蓄系统，集下来的雨水主要 用于家庭、公共场所和企业的非饮用水。二是雨水截污与渗透系统。道路雨水通过下水 道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨水管道口均设有截污挂 篮，以拦截雨水径流携带的污染物。三是生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道建有 渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流流过时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨水池 5 济南市城 f i r 雨水收集和利用的研究 或人工湿地，作为水景或继续下渗。 德国放跑雨水要收费，利用公共雨水管收集雨水，采用简单的处理后，达到杂用水 水质标准，便可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。如位于柏林的一家公寓始建于上 世纪5 0 年代，经过改建扩建，居民人数迅速增加，屋顶面积仅有少量增加。通过采用 新的卫生原则，并有效地同雨水收集相结合，实现了雨水的最大收集。从屋顶、周围街 道、停车场和通道收集的雨水通过独立的雨水管道进入地下贮水池。经简单的处理后， 用于冲洗厕所和浇洒庭院。德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规。如目前德国 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 利用措施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。 2 1 3 英国雨水利用状况 伦敦世纪圆顶用雨水冲厕所，以伦敦世纪圆顶的雨水收集利用系统为例，泰晤士河 水公司为了研究不同规模的水循环方案，设计了英国2 0 0 0 年的展示建筑世纪圆 顶示范工程。在该建筑物内每天回收5 0 0 立方米水用以冲洗该建筑物内的厕所，其中1 0 0 立方米为从屋顶收集的雨水。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。从面积相 当于1 2 个足球场大小的1 0 力平方米的圆顶盖上收集来的雨水，经过2 4 个专门设置的 汇水斗进入地表水排放管中。 2 1 4 日本雨水利用情况 同本东京的墨f f l 区对修建储雨装置的单位和个人均给予5 0 的资盒补贴，并根据 不同规模规定了最高补贴限额。从而促进了雨水利用设施的建设。从2 0 世纪8 0 年代至 今，东京已建有雨水利用设施的建筑物达1 0 0 0 多处。 同本运动场也是蓄水池，同本于1 9 6 3 年丌始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池，还将蓄 洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。这些设施大多建在地下，以充分利 用地下空间。而建在地上的也尽可能满足多种用途，如在调洪池内修建运动场，雨季用 来蓄洪，平时用作运动场。近年来，各种雨水入渗设施在同本得到迅速发展，包括渗井、 渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜地修建在楼f ；i 屋后。同本子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、渗塘及透水地面作为城市总体 规划的组成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。 2 1 5 丹麦雨水利用状况 6 山东大学硕士学位论文 月麦居民用水2 2 靠天降，丹麦过去供水主要靠地下水，一些地区的含水层已被过 度丌采。为此，丹麦开始寻找可替代水源。在城市地区从屋顶收集雨水，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7 个月的降雨期，从屋顶收集的雨水量，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。每年能从居民屋顶 收集6 4 5 力立方米的雨水，占居民冲洗厕所和洗衣服实际用水量的6 8 ，占居民用水总 量的2 2 。 2 2国内雨水利用状况 我国是一个水资源相对贫乏、时空分布又极不均匀的国家。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 区干旱灾害出现频繁和水资源供需矛盾突出等问题。我国水资源总量2 8 0 0 0 多亿m 3 ，居世 界第6 位，但人均水资源占有量只有2 3 0 0 m 3 ，约为世界人均水平的1 4 。全国水资源的 8 l 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 。 总体来说：水资源的分布是南方多于北方，东部地区多于西部地区。由于水资源分 布的差异以及我国水资源污染的同益加重，我国许多城市的水资源正在面临着严重的不 足和短缺。造成城市水资源不足和短缺的主要原因有：一是水资源总量先天不足，人口 多，人均水资源少。二是水源水质同趋恶化，不能满足水体正常循环使用的功能要求， 大大减少了有效水资源的利用状况。2 0 0 7 年太湖、巢湖蓝藻的全面爆发进步给我们敲 响了警种。 因此，对雨水的综合利用是缓解我国水资源缺乏的有效途径。 2 3 济南市雨水利用现状 济南市雨水资源丰富，多年平均降雨量为6 4 3 m m ，6 5 降雨量集中在6 9 月份。 以多年平均降雨量计算，济南市行政区域范围内平均每年降雨量超过5 3 1 0 8 m 3 ；可利 用量超过i o x1 0 8 m 3 。其中，建成区平均每年降雨量超过1 5 1 0 8 m 3 ，可利用量超过0 3 x1 0 8 m 3 ；南部山区年平均降雨量超过8 x1 0 8 m 3 ，可利用量超过1 6 x1 0 8 m 3 。 济南市雨水利用主要表现在两个地区；一济南市南部山区。南部山区是城区泉群的 强渗漏补给区，流域面积约l1 7 0 k m 2 。目前，南部山区建有各类拦蓄工程2 9 6 座，总库 容2 0 2 1 0 8 m 3 ，兴利库容1 3 1x1 0 8 m 3 ，控制流域面积7 4 8 3 k m 2 。这些工程蓄存大量的 7 。 济南市城市雨水收集和利用的研究 雨水经过转化，形成岩溶地下水，补给济南诸泉及济南市城区。2 0 0 4 年在经十西路慢车 道铺设了2 0 0 m 的透水沥青路面；济南建工总承包集团在国华经典项目施工中，通过建 造蓄水池收集施工降水，在整个施工过程中基本没用自来水：林景山庄小区内停车场由 花砖式的透水型地面取代了传统的水泥硬化地面，停车场下建有蓄水池蓄存雨水：雨水 在楼顶收集后通过管道流向水池。水池中的水即可以用来浇灌花草树木，也可以用于清 洗车辆、建设水景景观。 2 3 1 济南市雨水利用的可行性 济南市雨水利用的可行性，济南市的现况对实行雨水利用提供了各方面的机会： 一济南市城市发展总体规划为雨水资源利用带来契机。 二雨水水质良好，选择济南市学校道路、经十路东段、解放路与历山路交汇南部、 小区道路、不同材质屋面的不同的典型下垫面作为汇水面，收集其径流水样，监测分析 雨水水质情况。通过检测分析2 0 0 6 - - 2 0 0 7 年多次水样，发现初期雨水较差，但总体水 质良好，不会对地下水产生污染。 三经济可行，雨水利用经济效益明显，运行费用较低。 四雨洪控制与利用潜力巨大，济南市雨水资源丰富，降水集中 五成熟的雨洪控制与利用技术。 2 3 2 济南市雨水利用的必要性 一保泉的需要，泉水是济南的灵魂，保泉成了政府工作的重点 二节水和丌源的需要。 三保护城市水环境的需要 四建设生态城市的需要。 2 4 济南雨水利用存在的问题 济南市雨水利用存在的问题：济南市没有自己的关于雨水利用的政策法律法规；雨 水利用，尤其是收集、蓄存费用比较高：技术及标准部统一；居民对雨水利用的认识程 度不高。 2 5 雨水的收集利用的一般规律 2 5 1 提高雨水收集的意识 雨水收集利用虽然十分重要，但是，需要取得社会的共识、政府的领导和有效的支 r 山东大学硕士学位论文 持和广大群众的积极参与。 2 5 1 1 重新认识雨水，建立雨水利用的新理念。 当前城市水紧缺、城市水环境恶化、城市生态环境破坏、城市频发局部暴雨洪水等 等问题是如何出现的? 我们又应该如何解决它们? 值得反思。 过去，只要城市发展需要，可以无限制的开发地表水、开采地下水，大规模的修建 道路铺装、混凝土建筑和玻璃幕墙，到处是地面铺满石料和混凝土的庭院、广场。“排 走雨水”是天经地义的事。我们冷落了雨水，从而忽略了雨水在我们生活、环境中的重 要作用。 看到过去的失误，我们今天应该总结经验教训，更新理念。为了保护和保持人和水、 人和自然和谐相处的环境，就要把雨水当作朋友，重视雨水收集，利用雨水，让雨水发 挥应有的作用。 同时，要在全社会加强雨水收集利用重要意义以及科普知识的宣传工作，取得社会 的共识。 2 5 1 2 各级政府的领导和支持是关键 由于雨水收集与利用具有很大的防洪、增加水源、消防等社会效益，也和人民群众 个人利益紧密相关，因此，各级政府在领导和推动雨水收集利用工作过程中，应尽快出 台相应的鼓励和资余补贴政策，以鼓励单位、群众的积极性，促进雨水收集利用设施的 顺利普及。 2 5 1 3 群众积极参与是基础 由于，雨水收集与利用不仅与机关单位、企事业单位、社会团体有关，与广大社区 居民、城镇居民、农民的环境、生活息息相关，群众是受益者也应是积极参与者。 2 5 2 加强雨水的处理 2 5 2 1 做好雨水预处理 雨水的预处理是指雨水在进入贮水池( 储存器) 之前的净化处理。雨水预处理是决定 雨水水质的关键，但也往往是容易被忽视的地方。雨水中的污染物一旦进入贮水池，雨 水会在贮存过程中发酵，使雨水发黑发臭，水质严重恶化，以至失去使用价值。 雨水的预处理包括雨水粗分、初雨抛弃和在线过滤三个方面。由于雨水收集的特殊 性，雨水收集现场往往无专人管理，很多地方甚至无法提供动力。因此雨水预处理设施 9 济南市城市雨水收集和利用的研究 必须是无动力的免维护系统。国内外都曾开发过一些复杂的，电子控制或机械控制的雨 水预处理系统，但实践证明只有那些最简单的预处理设施才是最实用的。 雨水粗分：雨水从屋顶汇集后进入落水管，与雨水同时进入落水管的树叶、树枝等 粗大杂物被过滤网阻挡，雨水则进入收集器； 初雨抛弃：屋顶是露天的，容易受到污染，雨水冲洗了房顶等受雨面的狄尘、以及 可溶的与不可溶的杂物，因此这部分雨水被称为初雨，应被抛弃。初雨抛弃是把刚丌始 下雨时收集到的雨水排放至下水道，如果不抛弃，它们会污染其它雨水。初雨的自动抛 弃应该由降雨量来控制而不是降雨时间。 在线过滤：当降雨继续进行，雨水经过无动力在线过滤器，进入收集器的雨水在流 经过程中完成了在线过滤，以去除雨水中粒泾大于0 2 m m 以上的杂质。 以上三个坏节是利用重力学原理自动完成，并且通过一个叫雨水收集器的一体化设 备完成的。雨水收集器又分挂壁式和落地式两种。 2 5 2 2 雨水收集后的处理过程，与一般的水处理过程相似，唯一不同的是雨水的水 质明显比一般回收的中水水质好，试验研究显示，雨水p h 值较低( 平均约在6 5 左右) ， 初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂，是雨水处理所面临的最大问题。而一般的污染 物( 如树叶等) 可经由筛网筛除，泥砂则可经由沉淀及过滤的处理过程加以去除。 屋顶集水一般以下述程序来处理所收集的雨水： 集水一筛选叶沉淀_ 砂滤一停留槽_ 消毒( 视情况而定) _ 处理水槽( 供水槽) 雨水的处理设备包括有筛网槽以及两个沉淀槽。沉淀槽下方则设有清洗排泥管，用 来方便槽底淤泥的清沈排除，维持沉淀槽的循环使用。 这种技术虽然能把收集的雨水进行有效处理，但首次投入成本高，运行成本更高， 不符合节能减排的发展方向。 2 5 3 雨水储存 由于预处理的作用，经过雨水收集器收集的雨水在储存时是不需要进一步处理的， 储存方式有两种：一种是分散储存，一种是集中储存，一般根据现场条件和使用场合而 定。储存时关键要解决好密封问题，使水质非但不变质而且随着储存时间的增加，水质 会越来越好 分散储存，通常用于山区、农村房屋、海岛、边防哨所的个体单独收集。这种分散 1 0 山东大掌硕士学位论文 储存不需要土建，适应性强，移动灵活，实用方便。 集中储存，通常应用于城市小区收集，公共设施收集和厂房集中收集。雨水贮池可 采用各种各样的防渗漏防腐蚀材料，如p e 、不锈钢、玻璃钢、混凝土、陶土等，可安 放于地面，也可埋于地下。实践证明雨水贮池埋于地下1 米以下对保持和优化雨水水 质很有利。 雨水贮池安装于地面时应有坚固可靠基础并防止阳光入射，安装于地下时应防止污 水倒灌。不论安装于地面还是地下，都应有良好的密封措施，这样可防止外界细菌的入 侵。溢水口、进水口应设置网眼小于l m m 的不锈钢网，防止蚊虫、老鼠进出。实践证 明良好的密封可保证雨水不变质。由于随雨水进来的有机物数量有限，细菌不会过度繁 殖，若发现贮池内有许多浮游动物，则马上检查密封设施。贮水池容积大小的选择是一 个必须慎重考虑的问题，贮水池的建造费用是雨水收集系统中费用最高的一个环节。容 积过大则造成浪费，过小又无法满足用水需求，应注意枯水期和丰水期的平衡。见贮水 池容积比较表2 一l 表2 1 贮水池容积比较表 容积l直径m mo a 长度m m am mb m m i5 0 01 2 5 01 5 0 01 1 9 09 5 0 2 4 0 01 2 5 02 3 5 0l1 9 09 5 0 3 0 0 015 0 02 3 5 01 4 4 01 2 0 0 4 0 0 0l5 0 02 7 5 01 4 4 01 2 0 0 5 0 0 0 1 5 0 0 3 2 5 01 4 4 0 1 2 0 0 6 0 0 01 8 5 0 3 3 0 02 5 9 0 l5 5 0 济南市城市雨水收集和利用的研究 第三章济南市概况与降水分析 3 1 济南市概况 3 1 1 自然地理 济南市位于北纬3 6 度4 0 分，东经1 1 7 度0 0 分，属于北带大陆性季风气候区， 春季干燥少雨，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季严寒干燥，四季分明，日 充分， 年平均气1 4 摄氏度，年平均降雨量6 5 0 到7 0 0 毫米。下辖六个区、三个县、一个县 级市，总面积达8 2 2 7 平方公罩，2 0 0 7 济南全市年末户总人口6 0 7 4 万，暂住人口8 5 5 万。济南是京沪铁路、胶济铁路与邯济铁路的交汇点，南面与列入“世界自然文化遗产” 清单的泰山毗邻，北与被称为“中华民族母亲河”的黄河相依。 济南地处中南低山丘陵与西北冲积平原的交接带上，地势南高北低。地形复杂 多样，大体可分为三带；北部临黄带，中部山前平原带，南部丘陵山区带。济南境内河 流较多，主要有黄河、小清河两大水系。还有南北大沙河，玉符河等河流。湖泊有大明 湖、白云湖等。 水资源由降水及黄河侧渗补给形成的全市天然水资源总量为1 6 0 7 亿立方米；其中 地表水6 4 1 亿立方米，占总量的3 8 ：地下水9 6 6 亿立方米，占总量的6 2 。在现状 水利设施及其f 常运用条件下，结合天然水资源的特点，可以拦蓄提引的水量，即多年 平均可利用量为1 1 9 2 亿立方米。占天然水资源总量的7 4 2 ；其中地表水4 2 9 亿立方 米，地下水7 6 3 亿立方米。国民经济各部门实际需水量1 2 4 8 亿立方米。其中，工业生 产及城镇生活用水3 3 亿立方米，占2 6 4 ；农业溉及农村生活用水8 9 4 亿立方米， 占7 1 6 ：其他用水0 2 4 亿立方米，占2 。济南市天然水资源分布的特点：南部变质 岩山区及平阴山区，年降水量及地表径流均比平原区为大；从山区到平原，年降水量由 7 1 0 毫米，递减为6 4 5 毫米；年径流深由1 9 7 毫米，递减为8 0 毫米。山高坡陡水流失， 成为全市的贫水区。中部山前平原地下水集，泉水众多。 3 1 2 社会经济 济南是山东省的省会城市，是山东省政治、经济、科教文化中心。2 0 0 3 年术全市 山东大学硕士学位论文 总人口5 8 2 6 万人，全市耕地面积5 0 0 5 8 万亩，国内生产总值1 3 6 5 3 3 亿元，其中第一 产业为1 0 3 3 亿元，第二产业为5 9 9 6 8 亿元，第三产业为6 6 2 3 5 亿元，人均国内生产总 值2 3 6 3 2 元。社会经济状况见表3 1 。 表3 1 济南市2 0 0 6 年社会经济情况统计表 项目单位济南市市辖五区章丘长清平阴济阳商河 面积k m 28 1 5 42 0 7 0 81 8 5 51 2 0 9 27 8 5 9 1 0 7 6 21 1 5 6 9 总人口7 j 人5 8 2 62 6 4 4 69 8 5 55 2 7 43 6 1 25 2 2 5 5 8 5 4 耕地面积万亩5 0 0 5 88 7 2 31 1 4 56 0 7 44 1 4 69 7 4 3 9 9 2 4 有效灌溉面积万亩3 2 5 1 85 9 7 87 9 23 6 62 4 4 87 0 8 68 6 3 7 ：业、服务页产值 亿元1 2 6 2 0 37 2 7 6 79 8 8 1 6 6 6 74 3 2 4 2 9 3 l 2 8 3 0 农业产值亿元 1 0 3 33 0 5 63 6 9 92 1 1 31 5 42 6 1 35 7 0 9 3 1 3 河流水系 3 1 - 3 1 河流 济南市境内有三大水系，即黄河水系、小清河水系以及徒骇河马颊河水系。黄河水 系主要有玉符河、南大沙河、北大沙河、狼溪河、玉带河等河流，集水面积2 7 7 8 k m 2 ； 小清河水系主要有巨野河、绣江河、漯河等河流，集水面积2 7 9 2 k m 2 ；徒骇河马颊河水 系主要有徒骇河、德惠新河等河流，集水面积2 5 8 4 k m 2 。 ( 1 ) 黄河 黄河从平阴县旧县乡清河门进入济南市境内，流经平阴县、长清区、槐荫区、天桥 区、历程区及章丘市，于章丘市黄河镇的常家庄出境。流经济南市境内长度1 7 2 9 k m ， 其支流均从右岸汇入，入黄诸河总流域面积为2 7 7 8 k m 2 。 根据洛i ；3 水文站资料，黄河多年平均径流量4 3 5 亿m 3 ，流量1 3 8 7 m 3 s ，输沙量l o 5 8 亿吨，含沙量2 4 9 2 k g m 3 。 黄河水系主要支流有狼溪河、龙柳河、玉带河、平阴河、安栾河、孝里铺河、南大 沙河、北大沙河、玉符河等1 0 条。 ( 2 ) 小清河 小清河是山东省的主要河流之一，位于黄河之南，发源于槐阴区的睦旱闸，向东北 济南市城- a t 雨水收集和利用的研究 径流，至寿光县羊角沟入莱州湾，全长2 3 2 k m 。济南市辖段小清河长7 0 3 k m ，流域面 积2 7 9 2 k m 2 。原小清河水源有上游玉符河汇集山区大气降水和低沣地带排泄的地下水、 黄河的渗水、济南诸泉的泉水，水质优良，是名符其实的“清河”。自二十世纪七十年 代以来，由于生活污水和工业废水未经处理大量排入小清河，远远超出小清河的自净能 力，致使小清河严重污染，小清河已成为济南一条总纳污河流。 小清河主要支流多在南岸，为山洪及泉水河道；北岸支流很少，且较小，均为平原 坡水排涝河道。小清河主要支流有1 4 条，分别是：腊山河、兴济河、西太平河、东太 平河、西洛河、东洛河、全福河、大辛河、张马河、港沟河、赵玉河、巨野河、绣江河、 漯河。 ( 3 ) 徒骇河 徒骇河属海河水系，是山东省一条大型排水河道，河型蜿蜒曲折，坡度平缓，全长 4 2 7 k m ，承担着山东西北地区的排涝及灌溉任务。徒骇河济南段长8 8 5 k m ，主要流经黄 河以北的商河县。 3 1 3 2 水库 济南市规模较大的水库有1 2 座，它们对于济南市的供水及水库周围的农田灌溉起 着重要作用。对减弱洪峰，调节径流，补充岩溶水也有重要意义。济南市大中型水库见 表3 2 。 表3 - 2 济南市主要水库一览表 流域面积 总库容兴利库容 名称能置水系流域用途 ( k i n 2 )( 万m 3 )( 7 7m 3 ) 人站水库章丘市人站村小消河西巴漏河 4 4 02 2 3 39 6 1灌溉 杜张水库章丘市杜家村 小清河巨野河 2 2 61 1 4 84 4 0 灌溉 狼猫山水库历城区火龙堂小清河巨野河 8 2 1 5 5 7 1 2 5 3 供水 玉清湖水库槐荫| 又：常棋屯 黄河 54 8 5 0 供水 鹊山水库天桥区鹊山黄河 6 0 74 6 0 0 供水 锦绣川水库历城区锦绣川黄河玉符河 1 6 64 1 0 03 5 9 2供水 卧虎山水库历城区仲宫镇黄河玉符河 5 5 71 2 2 0 06 1 5 0 供水 山东大掌硕士学位论文 3 1 3 3 湖泊 ( 1 ) 大明湖 大明湖位于济南市旧城区北部，面积0 4 6 5 k m 2 ，一般水深2 - - 3 m ，蓄水量1 0 0 力 m 3 。湖水主要来源于济南泉群排泄的地下水。现在大明湖水主要来自珍珠泉、王府池等 诸泉，泉水在曲水亭处汇入百花洲，然后流入大明湖，湖水出汇波桥，汇集护城河水， 入小清河。近几年，因大量污水的流入，大明湖水质已有轻度污染。 ( 2 ) 白云湖 白云湖位于章丘市西北部，北距小清河4 k m ，东到绣江河3 5 k m 。湖呈东西向，为 长方形，长约7 5 k m ，宽约2 5 k m ，面积1 7 4 k m 2 ，平均水深l m 左右，最大滞蓄水量为 6 4 5 0 万m 3 。 3 2济南降水 3 2 1 济南降水地理分布 济南市天然水资源分布的特点：南部变质岩山区及平阴山区，年降水量及地表径流 均比平原区为大；从山区到平原，年降水量由7 1 0 毫米，递减为6 4 5 毫米；年径流深由 1 9 7 毫米，递减为8 0 毫米。山高坡陡水流失，成为全市的贫水