城市雨水径流滞留与利用项目可行性研究报告.docx

1、城市雨水径流滞留与利用项目可行性研究报告城市雨水径流滞留与利用项目可行性研究报告前 言城市降雨径流具有利害两重性。利在降雨是城市水资源的主要来源之一，提供城市可持续发展所必须的水体资源、生态环境资源和生物多样性的环境，保证城市功能的正常发挥；害在高强度降雨引起的洪涝造成城市财产损失和人员伤亡、大量地表径流直接排入地表水体形成面源污染。某城市市区城市化进程的快速推进造成雨水的利害关系失去平衡，负面作用被不断放大，大量原有的疏松透气透水的地表被不透水材料覆盖，不透水面积迅速增加，阻隔了雨洪向市区地下土壤的渗透，降雨径流大量通过管道外排，无法实现自然下渗，明显改变了城区的水文循环。原有天然河流的渠道

2、化导致更快产流和更高的洪峰。在城市这样相对小的区域里对于自然环境的这些改变，还给城市下游流域防洪带来不利影响。同时由于城市地下水得不到应有的补充，加之地下水超采，苏锡常地区形成了地下水下降漏斗。出现了地面沉降、裂缝、水质恶化等地质灾害问题。城区地面径流系数的提高不仅增加了城市排水系统和防洪工程的投资以及雨洪灾害的风险，而且加剧了城区面源污染，对城区生态环境造成损害。雨水径流的滞留指综合系统地运用工程的和政策、规范、经济、管理、技术、调度等非工程措施，将常规排入城市雨水管道的径流在安全、经济可行和社会公平的前提下部分储存为可利用的内陆水。雨水径流的利用就是通过工程技术措施收集、存储并利用雨水，同

3、时通过雨水的渗透、回灌、补充地下水及地面水源，维持并改善城市水循环系统。某城市市领导已经充分意识到以雨水滞留和利用为主要内容的雨水径流管理对于控制地表水体污染的必要性和对于防洪排涝的重要性，在新一轮的治理太湖、保护水源“6699”行动中，将雨水滞留和利用研究作为“城市生态重建恢复行动”的一项主要内容，列为政府督办项目。为了对实现上述目标提供政府指导、管理方面的支持，本项目对某城市城区径流滞留利用开展宏观层面的可行性研究。本课题的研究具有以下特点。鉴于某城市市地处江南水乡，年降雨充沛，境内河网弥补，属水质型缺水，片面强调雨水的收集利用在经济上并不合理，不具备可持续性，因此本报告编制的原则为“渗蓄

4、和控污为主、利用为辅”。某城市市城区雨水滞留和利用目标，着重在于减轻城区防洪排涝压力、缓解城市地下水水位下降趋势、控制雨水径流面源污染、改善城市生态环境，保障某城市市经济、社会和环境的可持续发展。同时，某城市市是省级节水型城市，探索雨水的科学合理利用之路，可以提高非常规水源的利用率，巩固节水型城市的建设成果。开展项目研究的另一个任务是，支持某城市市创建国家级生态园林城市。按照建设部关于印发创建“生态园林城市”实施意见的通知（建城200498号），要求生态园林城市的“建成区道路广场用地中透水面积的比重50%”。2007年5月某城市市政府办公室转发市园林局某城市市创建国家生态园林城市工作方案的通知

5、（锡政办发200781号），要求到2008年实现该项指标要求。通过开展雨水滞留可行性研究工作，研究透水性路面的适用条件，不断提升透水性路面的建设水平，扩大透水性路面建设比例，有助于推进国家级生态园林城市的创建工作。本项目的直接目的是探讨雨水径流源头管理措施在某城市市的适用条件，提出应用源头控制的技术要求以及管理政策，为制定某城市市制定“关于加强新建建设工程城市雨水资源利用的暂行规定”等雨水综合管理办法提供技术支持。鉴于时间与条件，课题对城区径流的滞留、利用技术仅提出了初步的建议；由于作为项目研究基础的一些数据暂时没有条件完成实地调查，借用了临近城市上海或苏州的数据。这些不足之处还需要在今后的实

6、际工作中补充完善。除了参加研究单位同济大学、某城市市建设局、某城市市市政公用事业局之外，本项目的研究工作还得到了某城市市国土资源局、某城市市节水办等相关部门的大力协助，在此表示谢忱。第一章 某城市概况1.1地理概况某城市市位于北纬317至322，东经11933至12038，长江三角洲江湖间走廊部分，江苏省东南部。东邻苏州，距上海128公里；南濒太湖，与浙江省交界；西接常州，距南京183公里；北临长江，与泰州市所辖的靖江市隔江相望，沪宁铁路横亘东西，京杭运河纵贯南北，水陆空交通便捷，是江苏省重要的交通枢纽（图2-1）。全市（包括市区和江阴、宜兴）总面积为4787.61平方公里，其中山区和丘陵面积

7、为782平方公里，占总面积的16.8%，水面面积为1502平方公里，占总面积的31.4%；市区面积1622.64平方公里，水域面积占510.44平方公里。2005年全市人口总数452.8万，其中市区228.5万人。某城市市下辖江阴、宜兴两个市(县)和崇安区、北塘区、南长区、锡山区、惠山区、滨湖区和新区七个区，市区南濒浩渺太湖，西抱锡、惠二山，中有千年古运河，古老而充满现代气息，繁华而又宁静。图1-1 某城市市地理位置图某城市境内除宜兴南部属丘陵山区外，地势平坦，间有低山矮丘，河流湖泊纵横交织，气候温暖湿润，土地肥沃，物产丰饶，山明水秀，风景佳绝，水美土肥，物产丰富，是全国著名的鱼米之乡。某城市

8、四季花果飘香，盛产水蜜桃、柑桔、巨峰葡萄、梨、杨梅等水果，还是江苏省重要茶叶产区。太湖水域辽阔，水产资源丰富，湖内“太湖银鱼、太湖白虾、梅齐鱼(凤尾鱼)”被称为太湖三宝。某城市市经济发达，风景秀丽，是中国十五个经济中心城市和十个重点旅游城市之一，又是首批中国优秀旅游城市。凭借改革开放的活力，某城市人民创造了历史上从来未有过的辉煌，跨入了全国综合实力50强和投资硬环境40优的行列。所辖原锡山市（现为锡山区、惠山区）多年评为全国百强县之首，号称“华夏第一县”。1.2 气候概况某城市市属北亚热带湿润区，受季风环流影响，形成的气候特点是：四季分明，气候温和，雨水充沛，日照充足，无霜期长。1月平均气温在

9、2.8左右；7月平均气温在28左右。全年无霜期220天左右。某城市市区年平均降水量在1048毫米。雨季较长，主要集中在夏季。全年降水量大于蒸发量，属湿润地区。某城市市区日照时数2019.4小时。常见的气象灾害有台风、暴风、连阴雨、干旱、寒潮、冰雹和大风等。由于受太湖水体和宜南丘陵山区复杂地形等的影响，局部地区小气候条件多种多样，具有南北农业皆宜的特点，作物种类繁多。但是由于某城市市只有年均降雨量的统计值，而缺乏降雨特性参数的统计资料，给研究中雨水滞留调蓄容量的计算带来困难，本研究中将利用与某城市相近的上海资料来进行说明和计算。1.3 城市水资源概况1.3.1水系概述某城市市地处长江三角洲低洼平

10、原，太湖流域中部，南濒太湖，北枕长江，区域内水网密布，河道纵横，为典型的平原水网地区，分属长江下游干流、太湖湖区及南溪三大水系。全市水域面积为1502平方公里，占总面积的31.4%，以江南水乡闻名于世，水资源量相对比较丰富，年可供水资源总量（计入境水量）92.7亿立方米，人均水资源占有量2096立方米。但总水资源量的60%以上都是外来水，年入境水量71.9亿立方米，本地水资源并不丰富，仅为20.8亿立方米，长江、太湖是某城市市水资源量的主要补给源。全市现有大小河道6288条，总长7998公里，其中市区河道2952条、2627.4公里，主城区河道152条，145.5公里。河道作为城市的基础设施之

11、一，其调蓄雨洪功能是确保城市防洪排涝安全的必要条件。同时，河流水系在供水灌溉、构成城市景观、传承古代文化、保护生态环境、改善城市小气候等方面都起着重要的作用。某城市城区水网密布，但河道的水环境质量较差，水体长年黑臭，给周边居民工作、生活带来严重影响，也与某城市特大城市建设不相符。1.3.2水环境质量1. 地表水太湖水环境的主要问题仍为湖泊富营养化和局部区域的有机污染。太湖某城市水域的五里湖、梅梁湖、太湖沿岸等水域几乎都是重污染级，重要污染物为总磷和总氮。经过多年综合整治，各湖区的富营养化虽然有不同程度的减缓趋势，但是太湖水中氮和磷浓度依旧偏高，以致很难达到控制标准以下，所以依然存在蓝藻暴发的隐

12、患。全市河道众多，地表水资源较丰富，外来水源补给充足。但由于污染，且运河比降很小，约1厘米/公里左右，导致水流流向多变和河流速很慢，水体自净能力较差，导致内河水体功能下降甚至丧失。城市河道水质普遍劣于类，影响城市河道水质的主要污染物指标是氨氮、五日生化需氧量。2004年，某城市市环境监测中心站在全市45条主要河道以及太湖、西氿、滆湖、横山水库等主要水域布设了64个地表水水质监测断面（点）。全年对这些监测断面（点）的监测资料表明：某城市地区总体水环境状况与上年相近，水质污染依然严重。除宜兴横山水库、长江江阴段处于类水外，其余水体均劣于类水。全年有1.9%的监测断面（点）符合类水标准，4.7%的监

13、测断面（点）为类水，9.0%的监测断面（点）为类水，15.3%的监测断面（点）为类水，69.1%的监测断面（点）劣于类水（图2-2）。主要超标项目（超标指超过地表水环境质量标准（GB3838-2002）类水标准）为溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、挥发酚（Fn）等。图2-2 2004年某城市各主要水质检测点水质情况从上述水质现状分析可以看出，某城市市的河流湖泊污染已经非常严重，水质的劣化大大降低了水资源的可利用率，形成水质型缺水，并对城市供水水质的安全构成威胁。近几年来，全市污水和污染物排放呈逐年减少趋势，地面水环境质量有

14、所改善。但受上游来水水质较差的影响，而且工业增长的速度很快，污水和污染物的排放很难大幅度降低。根据国外对面源污染进行的大量研究表明，在点源污染得到基本治理以后，城市暴雨径流成为水体污染的主要来源。某城市市以往在新城区建设中往往没有将面源污染控制纳入城市污染控制体系中。因为面源污染控制工程很多处于地下，新城区一旦建成，治理十分困难。传统的降雨快排快泄理念已不能满足水环境保护要求，在雨水排水系统设计理念和工程技术上需要不断创新，不仅在“汇流泄”全过程中需要污染控制技术，受水资源日益短缺的影响，还需要雨水的滞留和综合利用方法，在提高工程设施运行效率的同时需要通过自然生态的和人工设施生态化手段，综合解

15、决和利用城市排放物和暴雨径流问题，在城市建设中融合面源污染控制的思想，协调城市改造与面源污染控制的关系，是解决某城市市水环境问题所遇到的新挑战。2. 地下水某城市市域原是地下水资源丰富的地区之一，全市地下水水质好，适宜饮用、取水距离近、水温夏凉冬暖，这些特点使地下水开发利用成为全市水资源开发利用的不可缺少的一个部分。上世纪80年代，由于河水受到越来越严重污染，使河水失去了较大部分工业用水的功能，而地面自来水又供应不到广大农村，此时又正值乡镇企业蓬勃发展之时，不得不大量开采地下水以解燃眉之急，深层地下水成为锡澄片乡镇工业和居民生活主要供水水源。全市在上世纪80年代末到90年代进入深层地下水开采高

16、峰期。地下水的利用分别经历了少量开采、适量开采、大量开采、集中过量开采、计划开采和禁采六个阶段。从2005年起锡澄片基本为禁采阶段。2005年底开采用深井仅剩18眼，2006年年开采量估计仅为120万立方米。由于大量开采深层地下水，超过地下水允许开采量，致使地下水水位急剧下降。在禁采之前，地下水水位年下降速率达到23米，水位埋深由原始水位2米左右一直下降到6085米，降落漏斗不断扩展，整个地下水漏斗区面积达500多平方公里。其中地下水降落漏斗中心洛社、石塘湾一带承压水头埋深达85米。某城市西北部的洛社、石塘湾、玉祁、前洲、杨市等乡镇，水位埋深普遍大于80米，处于疏干开采状态，其面积逾100平方

17、公里。地下水水资源包括浅层淡水、深层承压水和微咸水。某城市市第四纪地质属滨湖沼相沉积夹有长江古河道冲击沉积。第四纪沉积厚度从东到西一般约130200米，除潜水含水层外，主要有第1、第2承压含水层。第2承压层，含水层厚度2050米，顶板埋深在110120米左右，单井出水量一般10002000m3/d，水质较好。1.4 地质背景概况某城市市内地貌类型主要为冲湖积和湖沼积平原，地势低平为其基本特点。平原地区第四纪地层厚度一般达100300米，为一套多层状结构组成的松散沉积物。其间夹有不同时期形成的湖沼相、海相软土层和古河道相松散砂层，在剖面上岩相变化大。松散砂层赋存丰富的孔隙地下水，水质优良。在强烈

18、开采地下水作用下，这些松软土层极易产生压密固结而产生地面沉降。某城市地区虽然第四系沉积分布连续性较好，但其发育特征受构造、基底起伏条件控制，厚度变化较大。由于某城市市缺乏对本项目的研究影响很大的土壤渗透系数统计统计资料，因此本项目在某城市市有关部门的帮助下进行了一些典型点的调查，调查结果见表1-1。需要说明的是，表1-1中的渗透系数虽然都很小，但均不包括表土，实际情况是某城市市区经过漫长的人类活动，特别是出于防汛排涝的需要而不断垫高地面，其表层土已基本置换为杂填土，从查到的资料来看，不同地区厚度在13米不等。表1-1 某城市市区范围内部分典型点的渗透系数调查表区域序号地点地理位置地下水位埋深

19、（m）地下水位（黄海高程）m表土下原状土渗透系数统计cm/s水平渗透系数垂直渗透系数惠山区1某城市毓秀苑小区玉祁镇0.721.201.402.304.82E-077.45E-072天力花园堰桥镇镇政府南侧2.302.701.952.354.53E-065.86E-063某城市顺驰地产有限公司理想城市北靠金惠路，西靠惠山大道1.051.201.872.314.68E-073.99E-07锡山区4鸿运苑B区鸿山镇1.502.102.052.563.68E-075.01E-075首创天一中学北地块东亭镇，天一中学北0.951.252.662.985.31E-074.59E-076美林小城东亭镇，友谊

20、路南侧0.801.402.062.883.12E-062.65E-067春江花园三期东亭镇，学前东路北侧1.201.451.712.242.87E-063.24E-06北塘区8龙塘岸拆迁安置房A、B块市北高中北面，东靠广石路0.651.100.450.825.73E-065.01E-069某城市市北塘区新建教育中心风宾路以西，南靠民丰路0.651.001.531.714.39E-063.81E-06崇安区10某城市八佰伴改建项目原八佰伴商贸中心西南面1.201.501.902.202.33E-063.19E-06南长区11达伶港南靠永乐路，北为永丰路0.901.251.982.234.02E-

21、063.29E-0612某城市市医疗中心北靠金城路，西靠清扬路0.751.052.112.676.16E-077.54E-0713新乐苑南长区金星街道西侧，周新路南0.551.101.862.393.87E-073.40E-07滨湖区14徐巷农贸市场梅园西侧0.851.050.851.054.75E-065.50E-0615奥林花园D块建筑路北侧，蠡溪路东侧0.801.152.763.095.43E-066.09E-0616某城市广电传媒中心广电集团，湖滨路西侧0.721.023.173.344.32E-071.24E-0617世家名门锡南路西侧，周新路南0.701.002.983.362.7

22、9 E-071.73 E-0618蠡湖小区兰园、菊园教师公寓江南大学新校区0.550.953.013.404.35 E-074.19 E-0719某城市白金檀宫渡假村南泉镇0.660.722.663.304.11 E-075.84 E-07新区20东风家园农民安置房某城市市金海里0.851.203.013.454.30 E-077.29 E-0721布勒机械制造有限公司新厂区东靠锡典路0.851.052.963.282.86 E-073.37 E-0722硕放机场民航区改扩建工程航站楼原硕放机场西北角0.701.153.103.473.53 E-073.01 E-07第二章 国内外城市雨水管理

23、技术理论与应用现状2.1 城市雨水管理技术与理论的发展人类利用雨水由来已久，其技术已流传数千年。雨水利用曾促进世界许多地方的古代文明。在我国古代，雨水一般多用于农业用水。除此之外，许多古代建筑也体现了雨水渗透原理，比较典型的有包括某城市地区在内的江南乡镇住宅内设天井来滞留雨水，杭州老城区在庭院中设天井沟和矩形渗坑等等，其实这些补充地下水和涵养水源的措施直至上世纪中叶还在使用。国外城市雨水利用同样历史悠久，据资料记载可以追溯到古罗马时期，罗马别墅甚至整个城市都将雨水屋顶集流系统设计为应用水和家庭用水的主要水源。其它许多国家也都能找到雨水利用的历史痕迹。但是随着人们对自然世界的进一步了解和现代技术

24、的兴起，先是地下水的开采在许多地方逐渐替代了雨水利用技术，接着，修建了以控制雨洪、利用河川径流和开采地下水为目的的水利工程和以管道收集排放技术为特征的市政工程，为社会发展发挥很大的作用，也取得了巨大的效益，使得雨水利用除在少数缺乏水源地区外已被人们忽略。传统的城市建设的标志就是大量的硬化路面和钢筋混凝土建筑，与之相对应的传统城市雨水管理把雨水视为没有污染的“废水”，主张将其尽快排出地表，从而不对人们的日常生活造成影响。实际上，城市大气及地表会有大量来自生产与生活过程的污染物累积，雨水径流会携带大量的COD、BOD 及N、P 等非点源污染物，成为城市水体的潜在威胁。城市化的发展致使雨水径流对水体

25、的污染程度更为严重。在美国，60的水污染源于以城市地表径流为主的非点源。在国外一些工业与生活点源得到有效控制的城市，COD污染负荷的4080来自于城市雨水径流。对我国城市而言，初步的保守估算，在城市污水收集、处理系统尚未建设完善的情况下，城区雨水径流污染占水体污染负荷的比例约在10左右。随着城市发展过程中对点源污染治理的逐步重视，雨水径流污染负荷的比例还会逐步上升。此外，与砂地、黏土、草坪等天然地表在降雨期间能滞蓄3mm10mm降雨相比，不透水硬质地面在产生径流前只能保持不到1mm的雨水。城区内土地利用性质的转变造成径流系数加大，同时从降雨到产流的时间大大缩短，最终产流速度、径流量和洪峰流量都

26、大大增加，峰现时间提前，给城市防洪排涝带来极大的压力。为了抵御日益加剧的洪涝风险，城市内不得不建设规模日益庞大的雨水管道系统和防洪系统。发达国家的雨水管理已经摆脱了传统的孤立考虑水患控制的思路，从仅仅关注管道末端快速排除雨水，转向将防治洪涝与城市生态、环境保护、水资源利用统筹考虑的综合管理思路。综合管理的目标是尽可能减少城市雨水系统对受纳水体的影响。城市雨水综合管理的主要内容为： 从单纯重视工程技术措施向工程措施与管理、养护并重； 从偏重大型收集处理设施转向同时注重中小型就近收集、处理设施； 用源头控制代替管道末端集中处理，用控制污染的产生替代解决污染造成的损害； 关注就地处理、雨水回用； 重

27、视调蓄等措施，减少洪峰及污染物对受纳水体的影响； 尽可能采用接近自然状态的雨水排水系统，以保护生态、利用自净能力。美国环保总局（EPA）在第二代城市雨水资源管理和径流污染控制的“最佳管理方案”(BMPs)中，提出了适用于居住区、商业区以及工业区的多种雨水综合利用方案。其主导思想是：较清洁的屋面雨水蓄积利用，而地表径流首先通过渗滤设施下渗排除，超过设施渗透能力的径流通过雨水管渠排放。渗滤设施有植草沟、低势绿地、多孔渗水路面，以及渗透井、渗透塘、渗透管沟等。地面径流通过绿地、渗透性铺面等设施渗透至地下，可涵养地下水，减轻排水系统负荷，缓解城市面源污染。从此以后，一系列新的雨水管理方法发展起来。普遍

28、的认识是暴雨雨水应该在当地得到削弱。新的方法基于小尺度，环保型技术，包括自然的或人工的雨水滞留与生物处理系统，如滞留塘、植被渗滤、湿地、渗滤设施、土地渗滤、透水铺面以及这些方法的组合。城市的发展还导致城市需水量快速增加，开发新的水资源、满足不断增加的城市用水需求成为城市可持续水管理的迫切任务。作为一种宝贵的水资源，雨水的开发与利用已经日益引起世界各国的重视。城市雨水资源化利用过程分为集流、输水、贮水和取水，主要方式包括就地利用和集中利用。城市雨水径流通过调蓄设施收集，就地直接利用；或者经地表产汇流，通过渠系和雨水管网汇流到贮水系统集中利用。城市雨水滞留与利用过程见图2-1。对地处江南水乡的某城

29、市，污染程度较高的地表径流的集中利用在经济上缺乏吸引力。图2-1 城市雨水滞留与利用过程2.2 城市雨水管理新思想的实践雨水源头控制思想的实践，体现在渗透性地面、下凹式绿地、渗透沟，小区开放式排水系统，就地调蓄池，屋面雨水回用等技术的应用。2.2.1雨水入渗都市路面材料的透水化设计是降低雨水径流量的措施之一。具体做法是对行车道、人行道、广场、停车场等人工地面，尽量采用草皮砖、混凝土透水砖或多孔沥青或混凝土透水性铺面。应用渗透性路面的理想场所是交通流量较少的路段或停车场。由于不额外占用土地，在建筑物密集的市区，渗透性路面可以在土地再开发项目中得到成功的应用。但是在车流量大、污染比较严重的地方，多

30、孔性路面的表面孔隙容易堵塞，不宜使用。适当降低广场、运动场、停车场等公共场地的标高，在暴雨强度超过排水系统设计标准时，低标高公共场地可起到滞留、存储雨水的作用，减少洪水危害，缓解暴雨洪水对骨干排水系统的压力。“贮留渗透空地”是利用停车场、广场、操场的空间，适当降低其设计高程，建成较低洼的、有一定透水性的地面。在下大雨时可引入不透水表面的径流，暂时贮存雨水，待雨水以自然渗透方式渗入地下、或逐渐经管道系统排除便可恢复原有空间功能。这种滞留设施用以抵御设计重现期长大暴雨，在大暴雨期间公共场地偶然积水，不致造成大的损害。应用敞开式的小区雨水排水系统有很大的优点，特别是在新的住宅区。住宅区使用植草渗透沟

31、与植草洼地输送雨水径流，能够通过下渗、草皮的截流削减径流水量、净化水质。在过去10年中，世界上已经建成了数百个基于这些原理的暴雨雨水疏导处理设施，积累了大量的运行经验。这种排水系统适合适用于集中绿地面积较高，小区内排水间距不大，地下水埋深不是很浅的新建小区。日本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，并规定了各种入渗设施的设置密度，强化雨水下渗。美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的，很多城市建立了屋顶蓄水和由渗池或渗井、草地、渗水地面组成的地表回灌系统。瑞典Malmo市雨水管理解决方案的基本原理集中在城市地区的源头控制措施和小规模就地处理。其新思想在于，方案要求在一幢房屋、一个停车区、一条街道的层面上开展。将首先产生城市径流的不透水地面和雨水与污染物混合的街道、屋顶作为关注的重点。因此，在Ma