（环境工程专业论文）杭州城区雨洪控制利用及道路应用研究.pdf

摘要 伴随着城市的发展，雨洪控制利用设施的建设与城市发展的不协调，导致城市发展中的 水环境问题突现。这些问题严重影响到城市化进程的发展。 本文以杭州这一典型南方城市作为研究对象，从其降雨量、径流污染、洪涝、河湖污染 及外流域影响几方面对杭州水环境存在的问题进行诊断，依据典型发达国家暴雨管理体系的 特点、技术、核心理念及对我国的启示，结合杭州当地的具体条件，提出适合杭州的雨洪控 制利用战略、技术及评价方法、设计依据及标准来解决杭州突出的水环境问题。具体实施研 究中选取道路这一典型城市下垫面，将道路划分为立交桥、快速路、主干道、次干道、支路 及功能区道路，从场地分析目标确定措施布置规模效果四个方面进行系统的雨洪控制利用 研究，同时对雨洪控制利用设施与道路周边环境以及市政设施的协调进行了研究。 本论文的研究成果如下： ( 1 ) 总结了杭州城区降雨特点及降雨量，分析了杭州城区径流污染特征以及杭州城区 洪涝与调水矛盾与杭州城区河湖污染及外流域影响。 ( 2 ) 分析了国外典型雨洪控制利用体系，主要包括美国的b m p 和l i d 体系、英国的 s u s d 、澳大利亚s u d s 和新西兰的l i u d d 。得出国外典型暴雨管理体系对我国实施雨洪控 制利用的启示。 ( 3 ) 提出了杭州城区雨洪控制利用战略及其实施模式，总结适合杭州城区的雨洪控制 利用技术及其评价方法，分析杭州雨洪控制利用设施的设计依据及设计标准。 ( 4 ) 根据杭州城区雨洪控制利用战略制定了杭州城市道路雨洪控制利用总体方案，并 将其实施于道路，得出雨洪控制利用措施适应于新建道路和适宜改造的道路，布置上适合周 边场地空间较人的道路。 关键词：径流污染；水环境；暴雨管理体系；雨洪控制利用；道路；市政设施 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc i t i e s ，t h ec o n s l m c t i o no ff a c i l i t i e so fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n d h a r v e s td o e sn o tm e e tt h en e e d so ft h eu r b a nd e v e l o p m e n t s ，w h i c hl e a d sm a n yp r o b l e m si nw a t e r e n v i r o n m e n t t h e s ep r o b l e m sh a v es e r i o u s l ya f f e c t e dt h ed e v e l o p m e n to f u r b a n i z a t i o n 1 1 l i st h e s i sf o c u s e so nt h es t u d yo fh a n g z h o u ，o n eo ft h et y p i c a ls o u t h e r nc i t i e s i td e a l sw i t h t h ep r o b l e m so fw a t e re n v i r o n m e n ti nh a n g z h o ua n dd i a g n o s e st h ee f f e c to fo u t e rw a t e r s h e d ， m i i l f a n , r u n o f fp o l l u t i o n ，f l o o d ，p o l l u t i o no fr i v e r sa n dl a k e s a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i e s ， t e c h n o l o g i e sa n dt h ec o r ei d e a so fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ts y s t e mi nt y p i c a ld e v e l o p e dc o u n t r i e s a n dt h ee n l i g h t m e n tt o0 1 1 1 c o u n t r y , t h i sp a p e rc o m b i n e sa nt h et h e o r i e sw i t ht h el o c a ls p e c i f i c c o n d i t i o n so fh a n g z h o u i ts u g g e s t st h a ts t r a t e g i e s ，t e c h n i q u e s , m e t h o d so fe v a l u a t i o n ，d e s i g n b a s i sa n ds t a n d a r d so fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s tb eu s e df o rh a n g z h o ut os o l v et h e p r o b l e m so f w a t e re n v i r o n m e n t 1 1 尬p r a c t i c a ls m d y i st oc h o o s eo n ep i e c eo ft h et y p i c a lu r b a nl a n d a ss u b j e c t ，n l er o a d sa r cd i v i d e di n t of l y o v e r s ，h i g h w a y s ，m a i n - r o a d s ，s u b - r o a d sa n df u n c t i o n r o a d so fd i s t r i c t s t h es t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s to ft h er o a di ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d f x o ms o m ea s p e c t ss u c ha ss i t ea n a l y s i s t a r g e te s t a b l i s h m e n t , l a y o u tm e a s u r e s ，s c a l ea n de f f e c t t h et h e s i sa l s os t u d i e st h eh a r m o n i o u sr e l a t i o n s h i pa m o n gt h ef a c i l i t i e so fs t o r m w a t e r m a n a g e m e n ta n dh a r v e s t , t h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t 勰w e l l a sm u n i c i p a lf a c i l i t i e s 1 1 h er e s u l t so ft h i st h e s i sa r ca sf o l l o w s ： ( 1 ) s u m 印m ea m o u n to f r a i n f a l la n di t sc h a r a c t e r i s t i c s a n a l y s et h er u n o f fp o l l u t i o na n dt h e c o n t r a d i c t i o nb e t w e e nf l o o da n dw a t e rt r a n s f e r , t h ep o l l u t i o no fr i v e r sa n dl a k e sa n dt h ei m p a c to f o u t s i d ew a t e r s h e d ( 2 ) a n a l y s et h es y s t e mo fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ti nt y p i c a ld e v e l o p e dc o u n t r i e s ，s u c ha s b m pa n dl i do fa m e r i c a , s u d so fe n g l a n d , w s u 】du s e di na u s t r a l i aa n dl i u d du s e di nn e w z e a l a n d ( 3 ) p r o p o s et h es t r a t e g i e so fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s ti nh a n g z h o uu r b a na r e a s s u mu pt h et e c h n i q u e sa n dm e t h o d so fe v a l u a t i o ni ns t o n n w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s t a n a l y s et h ed e s i g nb a s i sa n ds t a n d a r d so f s t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s t ( m a k eo u tt h eo v e r a l lp l a n so fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s ti nh a n g z h o uu r b a n r o a d sa c c o r d i n gt ot h es t r a t e g i e so fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s ti nh a n g z h o u n 璩 m e a s u r e so fs t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s ta r ea d a p t e dt ot h en e w l y - m a d er o a d so r t o - b e - m a d er o a d s ，s u i t a b l ee s p e c i a l l yt ot h el a r g es p a c eo fr o a d s k e yw o r d s ： r u n o f fp o h u t i o nw a t e re n v i r o n m e n t s t o r m w a t e rm a n a g e m e n ts y s t e m s t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n dh a r v e s t r o a d s m u n i c i p a lf a c i l i t i e s 授权书 本人同意将所著硕士学位论文枷7 叶撅区离拔彳巨勿7 和阍& 盗赔趁闪斟冤 著作权中的数字化制品复制权、信息网络传播权和汇编权授权业 哀建笪王猩堂院婴究生处行使。上述授权的范围包括：三竖立建箕 工程学院自己使用或委托他人使用。 本人保证为该论文作者，依法享有著作权，并愿承担因著作 权问题引起的责任。 j 匕宝建篁工猩堂院须依照我国著作权法的有关规定，充分尊 重本人享有的著作权权利( 包括获酬权) 。 本授权有效期三年。 论文作者：昌秽破 ( 签章) 幽，秒年乡月年日 作者联系方式： 地址：才痢汐俄区牟纰寸里乙5 栏肟邮编：胁斜 电话：膨4 8 抄声洳乡 传真： 手机：乡呼彩肛d 弓电子信箱：矸一c 圆f i 比帆 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：湫 日期：啬叼d 年乡月牛日 北京建筑工程学院硕士论文绪论 1 1 选题背景 1 绪论 1 1 1 我国城市雨水系统存在的问题 目前我国城市排水方式主要还停留在管道排水阶段，城市发展不透水面积率逐渐增大导 致只有很少的一部分雨水径流通过土壤下渗，大部分雨水径流携带污染物直接进入受纳水 体。在我国现行城市排水体系下，城市排水面临以下问题： ( 1 ) 城市洪涝灾害 随着城市化进程和城市的扩张，不透水路面的增加，城市的硬化率也随之增加，势必会 导致整个城市雨水径流峰值出现时间的提前和雨水径流量的增加。特别在地势较低的区域， 排水管网还常常负担额外的由于地势而汇流的雨水径流，因此必然使这些区域的外排压力加 大和增加产生洪涝的风险。在我国每年产生的洪涝而造成损失巨大，如在2 0 0 9 年各地发生 的洪涝现象都造成人民生命或财产的巨大损失( 截至8 月2 4 日统计，全国2 9 个省份不同程 度发生洪涝灾害，共有7 1 1 5 千公顷农作物受灾，受灾人口9 1 8 8 万人，死亡4 2 7 人、失踪 1 2 6 人，倒塌房屋4 0 万间，直接经济损失7 1 1 亿元【l j ) 。 ( 2 ) 城市雨水资源流失严重 我国是水资源较为贫乏的国家之一，据统计，目前正常年份全国每年缺水量近4 0 0 亿 m ? ，有4 0 0 余座城市供水不足，比较严重缺水的有1 1 0 座。近2 3 的城市存在不同程度的缺 水 2 1 。有资料统计，目前我国城市的雨水资源总量约为l l o 亿m 3 ，但城市的雨水收集利用 率较低还达不到1 0 3 - 4 1 ，充分利用这部分雨水可以从一定程度上缓解缺水问题。随着我国 经济、社会的发展和城市化进程加快，对水量的需求也将随之增大，城市的缺水问题将会更 加严重，城市不透水面积日益增大，径流系数将增大必然导致雨水径流量增加，但目前对雨 水的以捧为主的处理方式，这样一方面增加了雨水资源流失量，另一方面加重城市排水管网 的排水负荷及带来水体的污染。 ( 3 ) 城市径流污染严重 随着我国城市的不断发展和扩张，不透水面积增加，由雨水径流产生污染已成为影响城 市水环境的重要因素之一。有资料显示，在我国9 0 以上的城市水体污染严重，且径流污 染带来的污染物约占非点源污染物的3 0 睁】，许多河道和湖泊有黑臭和水华现象。严重影 响整个城市的水循环的良性发展。 在非点源污染中城市路面径流污染是地表径流污染的主要来源。有资料显示，道路约占 城市汇水面的2 0 ，但其对接受水体悬浮物和烃类化合物的贡献却高达5 0 和3 0 1 6 j 。路面 雨水径流中除含有颗粒物、有机污染物、重金属外，还有车辆行驶所产生的橡胶、油类等污 染物，及周边汇水面上的雨水径流所带来的污染物，随着路面雨水径流或融雪进入周边水体 或直接渗透进入地下水中，并对整个城市的水循环产生重人危害1 7 一。 1 1 2 我国城市雨洪控制与利用现状 在我国城市雨洪控制利用发展较国外晚，但也取得一定的效果，近年来一些发达的城市 相继开展了相应的雨洪控制与利用的研究。一些学者也在雨洪控制与利用领域做了相关的研 究，特别是将景观与雨洪控制与利用相结合、雨洪控制与利用应用范围扩展到农村嘲。我国 的雨洪控制与利用也越来越受到国家、社会、研究部门的重视。 1 北京建筑工程学院碗论史 从国家层面上对雨洪控制利用咀干以重视，十一五科技支撑项目、水专项到许多地方都 有大量的资金投入与雨冰相关的研究和】程示范，如推行绿色建筑、垒国污染潍普查及污挚 物总量控翎和流域i 肯理等”m 。2 0 0 8 年”月召开的第三届中国城镇水务发展国际研讨会t 2 0 0 9 年1 1 月以“城乡来来可持续水循环基础设施”为主题的2 0 0 9 第二届“生命之水”前 沿技术国际会议等也积极推动了我国雨洪控制利用发展，但总体上国家对蓐洪控制利用重 视的还不足。 我国些发达城市( 北京、上海、中波、杭州、广州、深圳、武汉等) 都相继开展研究 与工程应用 1 4 i 。上海嗣济a 学( 李田教授菩) 对雨洪控制利用的研究和上海的台流制改造， 中科院环境生态中心( 尹澄清教授等) 对瘦国的城市面源污染的控制原理和技术的研究。北 京建筑t 程学院也对雨祺控制利_ i j 做了系统的研究涉及的项目如北京延庆片区雨洪控制利 用规划研究、宁波市东部新城雨洪控制利用专项规划、天津东丽潮住宅小区雨洪控制利用研 究、杭州良渚北区水环境后期规划、成都般水岸项日后期水环境设计、深圳万科中心项目雨 水管理方案设计等。 但目前全国的雨泱控制与利用总体状况还存在问题：( 1 ) 观念方面：在我国所有城市 对暴雨的管理还仅停留在以律为主的层次上，径漉污染没有得到报好的控翱，一方面造成对 排水系统的负荷增加，容易出现洪涝现象和对水系的污染，另一方面造成大量的雨水盗源的 浪费。( 2 ) 管理方面：雨洪控制与利用需要报多部门相且协调共同完成的。而很多涉及 的单位和部门没有很好的配合无法使再洪控制与利用正常进行，在法规上，没有完善的管 理条例，增加了实施的难度”q 1 2 杭州研究背景资料 1 2 1 杭州城区区位布局 杭州位于浙江省的北部，市区位于钱塘江的下游和京杭人运河的南端。总面积为1 6 5 9 6 平方千米杭州除市区外还辖富阳市、建德市、桐庐县、临安市、淳安县五个县( 市) 。 2 0 0 0 年底，杭州市区总面积为6 8 3 k m 。市区现分为上城区、下城区、拱墅区、江干区、两 湖、演江区、余杭区和萧山区等八个区”。 根据杭州市城市总体拽划( 2 0 0 1 2 0 2 0 年) 杭州市的城市发展方向为：城市东扩，旅 游竹进沿江开发，跨江发展。实燕“南拓、北调、东扩、西优”的城市空间发展哉略，形成 “东动、西静、南新、北秀，中兴”的格局。城市的布局形态为：从以旧城为棱心的团块状布 局转变为以钱塘江为轴线的跨江、沿江、网络化组团式布局。采用点轴结台的拓展方式， 形成+ 一主三副、般j 0 烈轴、a 大组团、六条生态带开放式空间结构模式( 如图1 21 ) 。 图1 2 i 杭州市城市总体规划图( 远景) 叫 2 北京建筑工程学院硕士论文 绪论 1 2 2 杭州市自然环境 ( 1 ) 气候1 1 6 1 杭州气候属于亚热带季风气候，四季交替明显，温暖湿润，光照充足，降雨充沛。年均 气温1 6 6 0 c 且变化不大，一般为1 5 7 0 c 1 7 2 。c 。一月( 为最冷月) 平均气温为4 3 0 c ，七 月( 为最热月) 平均气温为2 9 4 0 c ，年温差较大。年均降水量一般在1 3 5 2 1 6 0 1 7 0 m m 之间， 全年降雨日数在1 3 8 1 6 7 天之间。 一年中降雨主要分布于4 - 9 月，雨量约占全年将雨量的6 5 7 5 ，其中4 6 月为梅雨季 节，这段时间由于冷暖空气交替活动频繁，多阴雨天气，常常引起杭州的河湖的和平原地区 的涝涝灾害；7 8 月由于受到副热带高压控制，天气晴热，虽然有短时的雷雨，但地面蒸发 量相对较大，常会造成伏旱现象，但由于暴雨范围小且历时短，其降雨强度比梅雨将雨和台 风暴丽的将雨强度要大，往往会造成小范围的河流的涝涝灾害；夏秋季节由于台风活动频繁， 受台风的影响，往往会出现狂风暴雨，这也是与洪涝灾害密切相关的气候因素之一。 ( 2 ) 水文地质环境i l q 杭州土壤类型主要以红壤、水稻土为主。红壤在杭州分布较广，其质地粘重，呈酸性， 常见于3 0 0 m 以下的低山丘陵地区；水稻土是由于长期种植浸灌而形成，主要集中分布于杭 州的东北平原区( 该区域为粮、油、棉、麻、桑和多种蔬菜的产地) 。砂性土分布区域主要 分布于沟谷区和钱塘江两岸的滨海河口平原区，这些区域水文地质条件较为稳定，渗透性 较大，与周边地表水及河流水系联系密切。潜水埋藏较浅，一般接近地表，潜水主要受大气 降水和地表水补给，地下水位随季节性有所变化，并受附近河流及钱塘江水位影响较大，丰 水期时水位为0 5 0 8 m 。 杭州的地下水、淡水资源主要分布在钱塘江北岸周浦袁浦、祥符桥、良山门望江门一 带，少量零星分布于南岸浦沿一带，因受开采影响，水位睾持续下降、萎缩趋势，水位、水 量变化较大：钱塘江南岸主要以微咸水、咸水为主，一般作工业冷却用水开采，井眼数量较 少，水位、水量变化幅度相对较小。 杭州市处于亚热带常绿阔叶林植被带，境内主要为常绿阔叶林、常绿与落叶阔叶混交林、 马尾松、竹林等，常绿阔叶树常见的有香樟、桂花。 ( 3 ) 地形、地貌q 按其地貌可分为沿海平原区、丘陵地貌和山麓沟谷区。杭州市的具体地势如图1 2 2 所 示。 沿海平原区根据形成过程分为湖沼积平原分布在古荡留下一线以北，萧山瓜沥一线 以南；冲海积平原分布在杭州湾两岸、钱塘江；冲湖积平原分布在浦阳江、湘湖、白马湖、 西溪湿地、亭趾、五杭地区：海积平原分布在萧山新街坎山一线以北，红山农场头蓬一 益农一线和萧山四工段一十二工段以南；陆屿星点状分布，山体低矮孤立，大小不一，散布 于萧山南阳、瓜沥、义桥及余杭星桥、中泰、良堵、云会。 丘陵地貌区的特征为坡度一般在2 5 0 左右，主要位于杭州两侧和萧山以南地区。 山麓沟谷区分为冲洪积河谷平原，主要为冲积扇、天然堤、河漫滩、古河道、阶地等微 地貌，分布于余杭东苔溪、萧山浦阳江等较开阔的沟谷及山麓地带；山前洪积扇、坡洪积裙， 山前洪积扇侵蚀沟沟口呈锥形或扇形，坡洪积裙由洪积扇互相叠置形成，多在萧山戴村、临 浦、进化及杭州转塘地区；孤丘、残丘，位于六合塔梵村等地；山问谷地，沿狭长沟谷发 育，呈条带状分布，向沟谷下游倾斜，坡度较缓，处于杭州、余杭、萧山等沟谷中。 3 北京建筑工程学院磺十论文 图1 2 2 杭州低势图 ( 4 ) 河网 杭州市区域内地表河系术周密布，士要河流有钱塘江、东曹溪、京杭人运河、杭申甲线、 杭中乙线、萧绍运河和上塘柯等，其中钱塘江为最_ 大水系屉感潮河流；湖泊主要有两潮、 白马湖、湘湖、酯溪湿地等。 杭州市区处在浙两中低山匠陵向浙北平原过渡地带地势由西南，向东北倾斜。市区永 北有东苕溪市区西南有浦阳江，市区内还有两湖、京杭运河。钱塘江自西南向东北贯穿市 区，把市区分为江北地区和江南地区。钱塘江以北主要有京杭运河水系( 包括运河两片、运 河东片、临平片、旭湖流域片、老城区片) 、上塘河水系、钱塘江水系( 下沙片、上泗片、 九溪片) ；钱塘江以南主要有萧纲运河水系。杭州市区水系划分详见国12 3 。 图1 2 3 杭州水系划分田 市区范围内共有人小河道1 4 4 9 条总长度7 4 5 3 k m ，其中山区溪流2 5 5 条，长3 9 8 1 k m ； 平原河网1 1 9 4 条，长3 4 7 2 k m 。 北京建筑工程学院硕士论文绪论 1 3 研究课题的提出 从选题背景中可知伴随着经济、社会的发展，城市的不断扩张，各种关于城市水循环的 问题突现，如雨水引发的洪涝灾害、雨水冲刷带来的非点源污染、雨水资源流失、生态恶化 等。杭州作为南方典型的城市，经济和城市的发展处于中国城市发展的中上层，城市水循环 的问题在杭州显现的较为突出，所以本研究从杭州这一典型南方城市出发，来进一步阐述这 些问题及解决理念。 1 3 1 杭州城区水环境突出问题 随着杭州城市化进程的加快，排水方式还是传统的以“排”为主的方式，雨洪控制利用设 施与城市发展的不协调，杭州城市发展中的水循环问题严重，其中突出的问题如下： 1 雨季时常会出现洪涝现象，随着杭州城市建设飞速发展，大量建筑物和道路等的建设 使城市不透水地面面积快速增长，雨水径流量将大大增加，如果不采取措施而单纯考虑将雨 水径流快速排出，所需雨水管道、雨水泵站等设施的容量、输送能力必将随之增大，这对于 城市建设是一个沉重的包袱。特别是在两溪地区，该地区地势较低，下垫面渗透系数较小。 按照目前我国普遍的方法，出现洪涝时，就是将其迅速外排。这样弊端一方面没有从根本上 解决问题，治标不治本；另一方面增加了管网的负担。 杭州市全年有两个雨季和一个多雨时段1 1 6 1 。这些时期易造成不同程度的洪涝和湿害。 随着杭州市区扩张，不透水面积增加特别是道路的发展，径流量和径流峰值迅速上升，从而 导致洪涝风险也随之增加。 2 污染问题较为严重。杭州老城区污染没有得到很好的解决，特别是处于主城区西南部 的两湖污染较为严重，西湖湖区的三个测点两里湖北、湖心和少年宫均为类水质，国家 投入大量资金，收效甚微。主要原因为非点源污染没有得到很好的治理，目前主要的采取措 施为撕湖周边的雨水不汇入西湖，这样导致西湖的生态性缺水严重。同时新开发区在建设中 也没有充分考虑污染控制。 道路作为杭州城市地表的主要组成部分，是杭州非点源污染产生的主要源区，对杭州整 个城市的水循环中的污染起着重要的作用。通过对国内部分城市道路径流污染分析，道路降 雨初期路面径流雨水污染物浓度中明显高于其他类型的下垫面，城市街道雨水径流污染浓度 c o d 为9 5 - 1 4 2 0 m g l ，s s 为2 9 6 - , 2 3 4 0m g l ，t n 为5 7 - 1 3m g l ，t p 为0 5 - 5 6m g l 1 7 19 1 ， 除了以上污染物外重金属、碳氢化合物、油类等也会随着道路径流冲刷而进入地表水体，严 重污染城市的整个水体。对于杭州，随着城市的发展，道路覆盖率将会随之增长，道路产生 的径流污染在整个城市污染源中所占比例也随之增加。这样会影响整个城市的水循环的良性 发展。而目前传统观念：出现污染时，利用末端处理和中端补救处理措旌对其净化处理或是 直接摊入河道，没有从根本上解决污染问题。 3 生态性缺水问题突出。尽管地理环境优越，水系丰富的杭州市水资源情况也不容乐观。 从2 0 0 3 开始，杭州市已经连续3 年进入枯水年份，2 0 0 5 年人均水资源占有量为1 3 4 3 立方 米，大大低f 全国平均水平，已属于中度缺水状况。雨水资源的流失更加重了杭州缺水现状。 而根据杭州市水中长期规划预测，到2 0 1 0 年，杭州缺水将达4 8 亿o ，缺水率5 2 。 杭州生态性缺水严重情况下，每年一方面要从钱塘江调水2 0 万吨水补充西湖水体。另 一方面在雨季又须将大量的雨水排入钱塘江的矛盾。从水的良性循环、雨水资源化和能源的 角度看，这种方式既浪费大量的物力和财力，又不利于构建良性可持续的水环境，是不得已 而为之的办法，难以实现雨水资源化的目的。 4 城市化的发展与雨洪控制与利用不协调。杭州既有老城区又有新开发区，以后随着城 5 北京建筑工程学院硕士论文绪论 市化的发展不断向外扩大，各种雨洪控制利用设施与之不配套。各种控制利用理念没有很好 的应用到老城改造和新城的建设当中。 依靠管道进行排水、拦河引水、传统的污染处理，是传统水利在开发水资源方面常用的 手段，但是在杭州的生态性缺水矛盾突出、污染治理、防洪排涝、水环境保护和生态环境建 设任务重压力大的情况下，仅在此层面上对雨水进行控制利用难以满足要求和达到目的。必 须研究新的理念和采用各种新技术、新方法，对当地雨水加以科学和合理有效的控制与利用。 所以从这个角度来看，将杭州的雨洪控制与利用提升到维系良性的水循环这一战略高度是非 常关键的。 1 3 2 本研究内容 充分的利用杭州区域内的雨水资源，结合蓄洪防涝，控制径流污染，缓解西湖水质性缺 水从钱塘江调水与雨季大量雨水外排矛盾和城区部分河道污染严重问题，改善城市水环境及 生态等作用，构建杭州良性循环系统，建立资源：i 了约型、环境友好型城市，建立一种可持续 发展的模式。所以涉及以下几部分的研究：杭州水环境问题诊断；国外雨洪控制利用体系； 杭州雨洪控制利用战略的制定；杭州雨洪控制利用战略在道路的实施 1 0 4 研究方法 通过文献查阅和现场调研，对杭州水循环问题进行梳理，结合国外雨洪控制利用的体系， 针对性地制定适合杭州城区的雨洪控制利用战略，即从污染控制、径流控制两大方面来提出 杭州水循环问题解决策略。再针对杭州城市道路这一典型下垫面米对杭州雨洪控制利用战略 进行实施研究，通过对道路场地、方案、措施布置及规模效果的研究及各种设施与市政设施 及道路周边协调的研究来进一步阐述雨洪控制利用在城市发展中起的积极作用。 圈 图1 3 1 本文研究方法 6 北京建筑t 程学院硕诧望 杭州城区水循环谚晰 2 杭州城区水环境问题诊断 2 1 杭州城区降雨特点及降雨量 2 1 1 杭州市降雨特点 杭州气候温鹾湿润，四季分明，年平均降雨量约1 5 0 0 毫米，图21 1 所示的为杭卅l1 9 8 0 年到2 0 0 1 年的年降雨量和蒸发鼋。 s 倒 剿 謇蚕彗鏊i 篆蛋量量萤营囊誉墓萎誉誊京藿誊萋蚕 年份 ib 龆年降量5 墨年蔫茬量多 平均障目量多年 均蒸发量l 圈2 1 1 杭州市1 9 8 0 - 2 0 0 1 年蒸发量与降雨量 杭州市年降雨量一般大于蒸发量( 1 9 9 4 、2 0 0 0 年的蒸发蕾略大于降雨量) 1 9 8 0 - 2 0 0 1 年间，平均年蒸发量1 2 8 6 m m 最大年蒸发量1 5 3 1 r m n ，最小年蒸发量1 1 1 9 n m t 。 对杭州市日降雨壹料分析可以得出辟雨年际差异较大，且月际分配也不均，一年内3 至9 月份降雨较多图2 1 工为杭州1 9 5 1 年- 2 0 0 6 年之间的月均降雨量分布。 卸 瓢 量1 5 0 嫠 鞋 0 i2345t89l oui z o-34e1891 0 1 2 月份 月击 圈2 1 2 杭州市1 9 5 1 2 0 0 6 年月均降雨量内分布 从梓状圈可以看出杭州市降雨最多的月份是5 至9 月。杭州啦的降雨分布有时星明显的 为粳峰结构。主要原因为第一峰值出现是由南方典型的梅雨季节；第二个峰值出现挂受台风 的影响所致。 从目中多年月平均降甫量占全年降雨量百分比也可以分析出杭州市的降雨分布的不均 匀性。一股从3 片剑7 月上旬为第一雨季，占年降雨量的4 2 剑柏，特别是6 到7 月 咖啪鲫栅柳湖啪枷拼。 北京建筑t 程学院硕士论史杭州城水祸环诊晰 上旬降雨量明显高下其他月份。8 月到9 月底为第二雨季。这两个雨季降雨占全年降雨量的 7 5 到8 0 。 2 1 2 杭州城区径流量估算 利用1 9 51 到2 0 0 6 年的6 5 年平均降雨量进行计算。表2 11 为杭卅i 市此多年月平均降雨 量和年平均月降雨量。 表2 1 1 杭州多年平均月降雨量 一 十 十十 月份 一 三月四月五月六月七月九月 一= 台计 月 月 月 月月 多年平 均月降 雨量 ( m m ) 按j ! 【杭州市总体规划，城市规划区范用总面积为3 1 2 2 “。其中杭州市区( 含上城、f 城、拱墅、江干、滨江、萧山、，余杭等八个城区) 面积3 0 6 8k m 2 ：涉及富阳市范围的水源 保护区( 渔山、里山灵桥，富用等镇的临扛部分) 面积h 蛔2 。同样近似取地块综合径 流系数删7 0 ，对该范围的可利用时水瓷源量进行估算。表2 l2 为城市规划区范围可利用 雨水资 曛总量： 表2 1 0 城市规划区范围的雨水径流量 上 + 二 卜 一月二月三月 四月 六月七月 月九月十月音计 月月 l 孽 通过对异月的可利用雨水资源量的分析可以估算出杭州城市规划区范围内年可利用雨 水资源总量为3 0 f f 亿m 3 。 3 0 1 l 亿立方米 0 * 】 图2 1 3 雨水径漉量分布饼状圈 酗213 表明城市规划区范嘲内的可利雨水资源量t 城镇体系规划范围可利用雨水资 源量的2 0 ，就城市规划区范墨内的3 01 1 亿m 5 雨水径流量来说，水量较多，对雨水资源 利用1 常可观；对于其他范围舯的雨水径流蕈，随着城市规划p ( 雨水资源化的推广，可 以带动杭州其他地区的县市雨水资源化的发展，1 1 8 5 0 亿m 雨水径流量很有利用满力可 北京建筑工程学院硕- i ：论文杭州城区水循环诊断 以解决杭州生态缺水问题。 2 1 3 杭州城区道路径流量估算 在杭州市区范围内，已经形成了快速、干道( 主干路、次干路) 、支路构成的现代城市 网络交通体系。根据杭州城市总体的规划，杭州城区的道路规划指标如表2 1 3 所示： 表2 1 3 杭州城区道路规划指标 杭州主城区道路面积( 单位：k i n 2 ) 主城 l 江南城 j 临平城 l 下沙城 l 合计 道路面积 i 2 1 9 9 i 1 4 0 6 l 4 9 8 l 6 8 6 i 4 7 8 9 注：杭州市城市总体规划( 2 0 0 1 2 0 2 0 年) 以杭州多年平均月降雨量作为计算依据，得出杭州城区道路雨水径流量见表2 1 4 所示： 表2 1 4 杭州主要道路雨水径流量 月份四五、七八九十十一十二合计 可利用雨水 2 4 73 2 0 5 1 9 5 4 66 9 08 9 96 3 66 4 56 5 03 2 2 2 6 0 2 0 4 5 9 3 8 量( 1 0 6 m e ) 其中，主城、江南城、临平城和f 沙城的道路年均雨水径流量，如表2 1 5 所示： 表2 1 5 杭州道路雨水径流量估算 年均雨水径流量 项目面积( 1 a n 2 )占百分比( ) ( 1 0 6 m 3 ) 主城 2 1 9 92 7 2 74 5 9 2 0 1 0 年规 江南城1 4 0 61 7 4 32 9 4 翅 临平城 4 9 86 1 71 0 4 下沙城6 8 68 5 1j 4 3 小计 4 7 8 95 9 3 8l o o 通过对道路的雨水径流量的分析，可得道路年均雨水径流量为0 5 9 亿m 3 。这部分雨水 将其进行控制和利用，有利于缓解杭州的生态性缺水和雨季大量雨水外排的矛盾，同时也可 以减少道路污染对环境的影响与洪涝现象。从表中可以看出道路雨水径流量主城区高于其他 城区。但主城区建筑密度大可利用空间小，严重制约雨洪控制利用措施的实施。 9 北京建筑工程学院硕士论文 杭州城区水循环诊断 2 2 杭州城区径流污染特征 2 2 1 杭州城市污染源性质及种类 由于杭州城市的下垫面种类的复杂性这就决定城市污染的性质和污染物的种类的复杂 性。根据汇水面性质、地表功能及污染物的形成原因，可以将城市的污染源类型可以分为： 大气污染沉降、屋面径流污染、建筑工地径流污染和道路径流污染1 2 1 1 ，具体见表2 2 1 表2 2 1 城市污染源类型 污染源类型污染物 人气沉降污染酸类( 硝酸盐、硫酸盐等) 、有机物污染物、金属( 铅、汞等) 、氮磷物质、颗粒物等 屋面径流污染有机污染物、金属( 铵、铬、锌、钙等) 、颗粒物 建筑工地泥沙、盐类、酸类物质等 有机污染物、金属( 铅、锌、铁、铜、镉、铬、镍、锰、钙、钠等) 、氮磷物质、颗 道路径流污染 粒物等 作为杭州城市主要的下垫面，道路的污染物为城市污染的主要来源，随着城市道路建 搜 和交通流量的飞速增长，道路污染物的累积量不可避免地增加，并随着路面雨水径流或融雪 进入周边水体或直接渗透进入地下水中，对我国城市水环境安全造成极大威胁，表2 2 2 显 示的为道路主要污染物及其主要来源。 表2 2 2 道路主要污染物及其主要来源0 2 2 i 污染物主要污染源 颗粒物路面的磨损、交通工具、大气沉降 氮、磷大气沉降、路边的肥料使用 铅轮胎的磨损、汽车尾气的排放 锌 轮胎的磨损、发动机的润滑油、润滑脂 铁车辆、道路钢结构的腐蚀生锈 铜金属电镀、刹车片与发动机零部件磨损、轴承和衬套磨损、杀菌剂和杀虫剂使用 镉路面的磨损、路边杀虫剂的使用 铬金属电镀、刹车片与发动机零部件磨损 镍 柴油、汽油、润滑油、金属【乜镀、刹车片磨损、沥青路面 锰发动机的零部件磨损 氰化物除冰剂化合物 钠、钙、氯化物防止除冰剂结块的化合物的使用 硫酸盐除冰剂 石油类物质机油的溢i l j 和泄漏、汽车润滑油，防冻液和液压油、沥青路面沥i j ：液 2 2 2 杭州城区径流污染分析 国内外对包括屋面、路面等城市主要汇水面的雨水径流水质进行了大量研究。表2 2 3 显示的为国内外城市雨水水质。 1 0 北京建筑工程学院硕士论文杭州城区水循环诊断 表2 2 3 国内外城市雨水水质一览表强2 7 l 常规指标( m g l )营养物( m g l )金属( m g l ) 国家分类 c o ds st pt np bz n 天然雨水 ( 均值) 4 3蠕 o 0 5 沥青油毡1 6 4 - 6 5 66 8 - 2 7 2o 7 5 17 8 1 4 7o 0 5 o 10 4 7 0 9 4 北屋面 0 2 s )( 1 3 6 )( o 9 4 )( 9 8 )( o 0 9 )( o 9 3 ) 茑c 6 1 5 2 4 66 8 - 2 7 2o 0 4 0 0 9o 5 6 1 1 2 瓦屋面 ( 1 2 3 )0 3 6 )( o o s )( 1 1 1 ) 2 9 1 1 1 6 43 6 7 1 4 6 80 8 7 3 4 85 7 5 - 2 3o 0 5 m 2 0 6 2 2 4 6 路面雨水 ( 5 s 2 )( 7 3 4 )1 1 7 4 )( 1 1 5 )( o 1 )( 1 2 3 ) 中 青 屋面径流 2 帖l l o - 9 0o 1 5 加4 国 小区街道1 0 0 - 4 0 0 10 0 - - 5 0 0 0 1 5 旬4 岛 城市街道2 0 0 l o o o3 0 0 l o o oo 1 5 o 5 上 屋面径流4 - 2 8 00 - - 8 0 小区街道 2 m 巧3 0l m 巧6 0 海 城市街道 2 7 0 1 4 2 04 4 蚴4 0 天然雨水 2 02 5 4 3 2 5 0 0 8 8 综屋面o - - 1 3 64 - 3 2 84 0 9 1 40 2 2 o 9 4 合小区路面l m 击s o6 - 5 3 04 9 击0 4o 3 5 3 城市街道 2 9 6 2 3 4 09 5 1 4 2 05 7 1 3o 5 5 6 5 3 1 83 3 0 4o 0 2 - 2 7o 8 - 3 8 1 屋顶 ( 3 1 )( 2 9 )( o 4 9 )( 3 4 2 ) 3 4 - 5 8 02 2 4 9 0o 0 5 o 2 3o 6 - l - 3 6 法国庭院 ( 9 5 )( 7 4 )( o 1 1 )( o 5 6 ) 4 8 - 9 6 44 9 - 4 9 80 0 7 - 0 5 2o 2 5 3 8 4 街道 ( 1 3 1 )( 9 2 - 5 )c o 1 3 )( 0 5 5 ) 3 3 - 4 5 05 啦3 o 1 7 一o 7 0 0 7 - o 3 5o 0 8 o 5 美国城市雨水 ( 6 5 )( 1 ) ( o 3 3 )( o 1 4 )( o 1 6 ) 加拿大城市雨水7 2 2 0 01 3 6 2 0 00 0 1 7 1 30 0 7 1 6 o 0 0 05 7 2 6 00 0 0 0 7 2 2 结果表明：尽管雨水水质随汇水条件和降雨有较人的变化和随机性，但国内的城市雨水 水质的各项指标明显的高于一些发达国家。且国内城市雨水水质情况相差并不大。 也可以从另一方面看出发达国家长期以来对城市雨洪问题进行了系统的研究，在实施雨 洪措施控制城市径流污染方面开展了人量的工作，成效显著。 考虑目前北京、青岛和上海地面环境状况、大气质量等在中国城市中至少属于中上等， 在地理位置和气候方面上海与杭州最为相似，所以上海的数值对杭州有一定的借鉴意义。 从表2 2 3 中也可以得出与其他汇水面相比，路面径流水质污染状况最为严重。 2 2 3 杭州城区道路污染分析 从道路污染物及其来源来看，c o d 、s s 、重金属、氮磷等是城区道路雨水中的主要污 染物，其浓度随着降雨、道路污染物累积状况、冲刷强度等的不同而变化，对整体水环境造 成严重的影响。表2 2 4 对国内外近年来道路径流水质的一些研究结果进行归纳，其中所选 几种污染物浓度数值均为国外最常用的表示方法次降雨污染物平均浓度e m c l 2 8 - 3 0 】。 北京建筑工程学院硕士论文杭州城区水循环诊断 表2 2 4 国内外道路径流水质状况1 3 1 l x 常规指标( m g l )营养物质( r a g l )金属( m g ，l ) 国家、c o ds s油类t nt pp bz uc u 中 北京1 4 02 4 36 9o 6 l3 0 60 0 6o 0 2 上海 2 2 21 8 8 国 广州 3 7 3 4 3 9 1 3 80 1 1 5 加利福尼亚 8 8 7 5 9 1 5o 1 80 0 1 3o 1 l lo 0 2 l 美 得克萨斯州1 3 01 2 94 2o 3 30 0 5 3 0 2 2 2o 0 3 7 北卡罗来纳州4 82 1 53 3o 2o 0 1 50 0 1 5 国 联邦公路局 8 49 30 2 3 40 2 1 70 0 3 9 城市径流计划