论文部分内容阅读
【摘 要】随着城市规模的不断扩大，不透水地面面积随之增加，给城市的生态环境带来的负面影响逐渐显现出来。如果能够充分合理地利用天然降水补充地下水资源，就可有效地改善城市生态。一般可通过渗透等方式拦蓄部分雨水补充地下水、调节城市生态环境，多余的积水再通过城市排水系统安全、合理地排向下游，则可实现汛期减少城区洪量并且补充地下水的目的。本文介绍几种简便易行的雨水渗透设施和方法，分析对城市生态环境的改善作用。
【关键词】城市；雨水资源；生态效用
The Urban Rainwater Resource's Ecological Effects
Hang Ming-Jun1，Zhang Jing-ping2
(1. Zang Wei-nan Canal DeZhou Department DeZhou Shandong 253009；
2. Shangdong province water industry development research institute Jinan Shandong 250013)
【Abstract】With the city get big,the area of the air-proof concrete become large.The negative impact becoming obvious step by step.If we can make the best of the rainwater to supply the underwater,we can improve the urban ecological environment effectively,We can reservoir the rainwater to supply the underwatwe by permeating into the soil and so on,and improve the urban ecological environment.We can discharge the unnecessary rainwater by the urban drainage.Thus,we can get the goal that not only cutdown the amount of flood in city,but also supply the underwater.In this paper,several simple methods of rainwater permeability are introduced,and analysed the improved function of the urban ecological environment with caused by the rainwater permeability.
【Key words】Rainwater；Resource;Ecological effects
1. 城市现状
随着社会的发展和工业化程度的提高，我国形成了农村人口大规模向城市转移的浪潮，城市人口日益增长。城镇逐步被钢筋混凝土房屋、大型基础设施、各种不透水的场地和道路所覆盖。根据美国芝加哥、洛杉矶等10个大城市统计，市内住宅、工厂及公共建筑占全市总面积的50%，人工铺设的道路约占全市总面积的22.7%，它们合占全市总面积的72.7%。北京不透水地面比例约为77％，上海不透水面积更是高达80%以上，世界上的主要城市不透水面积大都在50%以上。不透水地面在给人们提供方便的同时亦给城市的生态环境带来许多负面影响：
1.1 不透水地面缺乏透水性和透气性，雨水长期不能渗入地下，久而久之则造成城市地下水位下降，影响地表植物的生长。
1.2 当出现集中降雨时，雨水只能通过下水设施排入河流，大大加重了排水设施的负担，并且雨水挟带路面的污染物易造成二次污染，污染所注入的江河。
1.3 不透气的地面很难与空气进行热量、水分的交换，对空气温度、湿度的调节能力差，使城区温度比郊区和乡村高2~3℃，产生“热岛现象”。
1.4 不透水的地面容易积水，降低路面的舒适性和安全性，给行人和车辆带来不便。
如在用地规划和地面覆盖上考虑雨水渗透，在雨水管道系统设计上要先入渗后排放，充分、合理地利用雨水补充地下水源，那么既能缓解城市水资源危机，又能增加土壤中的含水量、调节气候，从而改善城市的生态环境，还能减少所需雨水管系容量，即减少雨水管系的投资和运行费用，并减轻城区水涝危害和水体污染。
2. 雨水利用的方法
城区雨水利用可分为直接利用和间接利用。直接利用是将雨水径流收集起来，根据不同用途进行不同程度处理后用于绿化、洗车、道路喷洒、厕所冲洗等。我国北方城市雨水分布极不均匀，80%以上降雨量集中在6月～9月，因此需要巨大的调节容量；但在旱季，处理及调蓄构筑物大多闲置，故雨水直接利用的可行性、经济性较差。间接利用是使用多种措施强化雨水就地入渗，使更多雨水留在城市境内并渗入地下以补充地下水，即使下渗量较小、地下水位太深或受地质条件限制以致下渗雨水不能进入地下含水层，但至少可增加浅层土壤的含水量、调节气候而遏制城市热岛效应，还可减小径流量及洪涝灾害威胁。此外，雨水入渗的另一优越性是能充分利用土壤的净化能力，这对城区径流导致面源污染的控制有重要意义。因此，强化雨水入渗是增加地下水源、减少城市雨洪量、改善城市环境的有效途径。
雨水入渗的方法主要有以下几种：绿地、透水性地面铺装、渗透沟、渗透管、渗透池、渗透井等。
2.1 城市绿地、花坛和园林雨水入渗。
绿地是一种天然的渗透设施，主要优点是透水性好，节省投资，可减少绿化用水并改善城市环境，对雨水中的一些污染物具有较强的截留和净化作用。缺点是渗透流量受土壤性质的限制，雨水中如含有较多的杂质和悬浮物，会影响绿地的质量和渗透性能。北京市在1990年-1991年做了草坪高度对入渗量的影响试验，结果见表1，数据表明若草坪低于路面，其入渗量是高于路面时的3～4倍。基于此研究成果北京市水利科学研究所提出“高花坛，高路面，低绿地”的集水系统，这样不仅能利用绿地对降雨进行截持和收集，而且可利用土壤的净化能力对雨水进行净化。
2.2 城市道路、广场、停车场、运动场进行透水性铺装。
透水性铺装包括透水性沥青铺装、透水性混凝土铺装及透水性地砖等；我国传统的用于园林铺地的鹅卵石地面也是透水性铺装的一种，有些透水性地砖与绿化相结合，形成半绿化地面。透水性铺装的主要优点是能利用表层土壤对雨水的净化能力，对雨水预处理要求相对较低，技术简单，便于管理。缺点是需要在透水层下设置蓄水层进行蓄水，造价相对较高。
透水性混凝土既能满足城市地面硬化的要求又能满足雨水入渗涵养的生态需求，在城市中较适宜应用。透水性混凝土一般采用特定级配的骨料、水泥、外加剂和水经特定工艺制成。其骨料间以点接触形成混凝土骨架，骨料周围包裹一层均匀的水泥浆薄膜，骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结而成多孔的堆聚结构，内部含有大量的连通孔隙。在下雨或路面积水时，水能沿着贯通的孔隙通道顺利地渗入地下或存于路基中。按照实际使用情况，透水性混凝土可分为两类：一类是直接在透水性路基上铺设透水性混合料，经压实、养护等工艺构筑而成的大面积透水性混凝土路面；另一类是由特殊工艺预制的透水性混凝土制品(如路面砖，连锁砌块等)，然后再将它们铺装在透水性路基上。由于透水性混凝土的工作性能受外界影响较大，目前在国内很少进行大面积透水性混凝土铺装；透水性混凝土路面砖能较好地控制质量，施工方法简便，在工程中应用较多。
典型的透水性铺装结构见图1。表层为透水性混凝土或透水砖，下层为碎石或粗砂，其厚度一般为20cm，也可视所需蓄水量而定，它主要用于贮蓄雨水并延缓径流。
2.3 渗透沟、渗透管、渗透池、渗透井
2.3.1 渗透管沟。利用透水管或在PVC管壁上打孔将排水管道作成透水的，使雨水在渗透不完时再排泄出去，雨水通过埋设于地下的多孔管道向四周土壤层渗透。其主要优点是占地面积少，充分利用已有的排水管网系统，在管道四周填充粒径5~30mm的碎石或其他多孔材料，有较好的调储能力。缺点是一旦发生堵塞或渗透能力下降，很难清洗恢复，而且由于不能利用表层土壤的净化功能，对雨水水质要求较高，应采取适当处理。
2.3.2 渗透池。渗透池的优点是渗透面积大，能提供较大的渗水和储水空间，净化能力强，对水质和预处理要求低，管理方便，具有渗透、调节、净化、改善景观等多重功能。缺点是占地面积大，在拥挤的城区应用受到限制，设计管理不当会造成水质恶化、池底堵塞，渗透能力下降；另外，蒸发损失大。
2.3.3 渗透井。渗透井包括深井和浅井两类，前者适用水量大而集中，水质好的情况，如城市水库的泄洪利用，城区一般宜采用后者。其形式类似于普通的检查井，但井壁做成透水的，在井底和四周铺设粒径5~30mm的碎石，雨水通过井壁、井底向四周渗透。渗透井的主要优点是占地面积和所需地下空间小，便于集中管理。缺点是净化能力低，对水质要求高，需要进行预处理。
3. 对生态环境的的改善作用
充分利用雨水入渗设施，可使降雨大量入渗，这对涵养地下水源、调节气候、改善城市生态是非常有利的。
3.1 雨水能够迅速渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，使雨水真正成为一种资源。
3.2 雨水迅速渗入地表，减少路面积水，大大减轻排水系统的压力，并且减少了对自然水体的污染。我国城市基础设施发展滞后使得暴雨时城市排水设施不能有效满足排水及防洪的要求，市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象, 不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨，在暴雨时这种地面径流急剧增高，很快出现峰值，流量急升急降，会加重城市排水系统的压力；采用雨水入渗措施后，在透水性地面、绿地和透水管沟的作用下降雨大量入渗，能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力，径流曲线平缓，其峰值较低，并且流量也是缓升缓降，利于城市防洪。
3.3 提高地表的透气、透水性,保持土壤湿度，改善城市地表生态平衡，有效地保护动植物的多样性和微生物的生存空间。
3.4 雨水大量入渗可增加城区地下含水量，土壤中丰富的毛细水可以通过自然蒸发作用降低地面的温度，缓解城市热岛现象；同时，水蒸气增加了空气的湿度，也利于缓解城市的“干热现象”。
3.5 透水性铺装可吸收车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的交通环境，能防止雨天路面积水和夜间反光,改善车辆行驶、及行人行走的舒适性与安全性。
4. 结语
城市雨水利用有多种形式。主要包括雨水积蓄与雨水渗透利用，它们均具有较好的环境、社会等综合效益，其中渗透方案最为明显，值得大力提倡和推广。现代城市雨水利用是一项涉及多学科的、复杂的系统工程，在选择雨水利用系统方案时，要特别注意地域及现场各种条件的差异，在实施时应综合考虑渗透利用、积蓄利用、弃流、污染控制等方面，根据具体情况进行合理规划。
参考文献
［1］ 车武,李俊奇,刘红,孟光辉.现代城市雨水利用技术体系.北京水利,2003(3):16,18
［2］ 汪慧贞.李宪法.北京城区雨水入渗设施的计算方法,中国给水排水,2001.17(11):37,39
［3］ 汪慧贞.车武.胡家骏.浅议城市雨水渗透,给水排水,2001.27(2):4,7
［4］ 杨建锋.城市化和雨水利用.北京水利,2001.1:22,23
［5］ 宋进喜,李怀恩,李琦.城市雨水资源化及其生态环境效应.生态学杂志,2003,22(2):32,35
［6］ 王波,李成.透水性铺装与城市生态及物理环境,工业建筑.2002.32(12):29,31
［文章编号］1006-7619（2008）07-14-384
［作者简介］黄明君(1975-)，男，山东潍坊人，工程师，主要从事水资源及水工结构工程的管理与施工工作。
【关键词】城市；雨水资源；生态效用
The Urban Rainwater Resource's Ecological Effects
Hang Ming-Jun1，Zhang Jing-ping2
(1. Zang Wei-nan Canal DeZhou Department DeZhou Shandong 253009；
2. Shangdong province water industry development research institute Jinan Shandong 250013)
【Abstract】With the city get big,the area of the air-proof concrete become large.The negative impact becoming obvious step by step.If we can make the best of the rainwater to supply the underwater,we can improve the urban ecological environment effectively,We can reservoir the rainwater to supply the underwatwe by permeating into the soil and so on,and improve the urban ecological environment.We can discharge the unnecessary rainwater by the urban drainage.Thus,we can get the goal that not only cutdown the amount of flood in city,but also supply the underwater.In this paper,several simple methods of rainwater permeability are introduced,and analysed the improved function of the urban ecological environment with caused by the rainwater permeability.
【Key words】Rainwater；Resource;Ecological effects
1. 城市现状
随着社会的发展和工业化程度的提高，我国形成了农村人口大规模向城市转移的浪潮，城市人口日益增长。城镇逐步被钢筋混凝土房屋、大型基础设施、各种不透水的场地和道路所覆盖。根据美国芝加哥、洛杉矶等10个大城市统计，市内住宅、工厂及公共建筑占全市总面积的50%，人工铺设的道路约占全市总面积的22.7%，它们合占全市总面积的72.7%。北京不透水地面比例约为77％，上海不透水面积更是高达80%以上，世界上的主要城市不透水面积大都在50%以上。不透水地面在给人们提供方便的同时亦给城市的生态环境带来许多负面影响：
1.1 不透水地面缺乏透水性和透气性，雨水长期不能渗入地下，久而久之则造成城市地下水位下降，影响地表植物的生长。
1.2 当出现集中降雨时，雨水只能通过下水设施排入河流，大大加重了排水设施的负担，并且雨水挟带路面的污染物易造成二次污染，污染所注入的江河。
1.3 不透气的地面很难与空气进行热量、水分的交换，对空气温度、湿度的调节能力差，使城区温度比郊区和乡村高2~3℃，产生“热岛现象”。
1.4 不透水的地面容易积水，降低路面的舒适性和安全性，给行人和车辆带来不便。
如在用地规划和地面覆盖上考虑雨水渗透，在雨水管道系统设计上要先入渗后排放，充分、合理地利用雨水补充地下水源，那么既能缓解城市水资源危机，又能增加土壤中的含水量、调节气候，从而改善城市的生态环境，还能减少所需雨水管系容量，即减少雨水管系的投资和运行费用，并减轻城区水涝危害和水体污染。
2. 雨水利用的方法
城区雨水利用可分为直接利用和间接利用。直接利用是将雨水径流收集起来，根据不同用途进行不同程度处理后用于绿化、洗车、道路喷洒、厕所冲洗等。我国北方城市雨水分布极不均匀，80%以上降雨量集中在6月～9月，因此需要巨大的调节容量；但在旱季，处理及调蓄构筑物大多闲置，故雨水直接利用的可行性、经济性较差。间接利用是使用多种措施强化雨水就地入渗，使更多雨水留在城市境内并渗入地下以补充地下水，即使下渗量较小、地下水位太深或受地质条件限制以致下渗雨水不能进入地下含水层，但至少可增加浅层土壤的含水量、调节气候而遏制城市热岛效应，还可减小径流量及洪涝灾害威胁。此外，雨水入渗的另一优越性是能充分利用土壤的净化能力，这对城区径流导致面源污染的控制有重要意义。因此，强化雨水入渗是增加地下水源、减少城市雨洪量、改善城市环境的有效途径。
雨水入渗的方法主要有以下几种：绿地、透水性地面铺装、渗透沟、渗透管、渗透池、渗透井等。
2.1 城市绿地、花坛和园林雨水入渗。
绿地是一种天然的渗透设施，主要优点是透水性好，节省投资，可减少绿化用水并改善城市环境，对雨水中的一些污染物具有较强的截留和净化作用。缺点是渗透流量受土壤性质的限制，雨水中如含有较多的杂质和悬浮物，会影响绿地的质量和渗透性能。北京市在1990年-1991年做了草坪高度对入渗量的影响试验，结果见表1，数据表明若草坪低于路面，其入渗量是高于路面时的3～4倍。基于此研究成果北京市水利科学研究所提出“高花坛，高路面，低绿地”的集水系统，这样不仅能利用绿地对降雨进行截持和收集，而且可利用土壤的净化能力对雨水进行净化。
2.2 城市道路、广场、停车场、运动场进行透水性铺装。
透水性铺装包括透水性沥青铺装、透水性混凝土铺装及透水性地砖等；我国传统的用于园林铺地的鹅卵石地面也是透水性铺装的一种，有些透水性地砖与绿化相结合，形成半绿化地面。透水性铺装的主要优点是能利用表层土壤对雨水的净化能力，对雨水预处理要求相对较低，技术简单，便于管理。缺点是需要在透水层下设置蓄水层进行蓄水，造价相对较高。
透水性混凝土既能满足城市地面硬化的要求又能满足雨水入渗涵养的生态需求，在城市中较适宜应用。透水性混凝土一般采用特定级配的骨料、水泥、外加剂和水经特定工艺制成。其骨料间以点接触形成混凝土骨架，骨料周围包裹一层均匀的水泥浆薄膜，骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结而成多孔的堆聚结构，内部含有大量的连通孔隙。在下雨或路面积水时，水能沿着贯通的孔隙通道顺利地渗入地下或存于路基中。按照实际使用情况，透水性混凝土可分为两类：一类是直接在透水性路基上铺设透水性混合料，经压实、养护等工艺构筑而成的大面积透水性混凝土路面；另一类是由特殊工艺预制的透水性混凝土制品(如路面砖，连锁砌块等)，然后再将它们铺装在透水性路基上。由于透水性混凝土的工作性能受外界影响较大，目前在国内很少进行大面积透水性混凝土铺装；透水性混凝土路面砖能较好地控制质量，施工方法简便，在工程中应用较多。
典型的透水性铺装结构见图1。表层为透水性混凝土或透水砖，下层为碎石或粗砂，其厚度一般为20cm，也可视所需蓄水量而定，它主要用于贮蓄雨水并延缓径流。
2.3 渗透沟、渗透管、渗透池、渗透井
2.3.1 渗透管沟。利用透水管或在PVC管壁上打孔将排水管道作成透水的，使雨水在渗透不完时再排泄出去，雨水通过埋设于地下的多孔管道向四周土壤层渗透。其主要优点是占地面积少，充分利用已有的排水管网系统，在管道四周填充粒径5~30mm的碎石或其他多孔材料，有较好的调储能力。缺点是一旦发生堵塞或渗透能力下降，很难清洗恢复，而且由于不能利用表层土壤的净化功能，对雨水水质要求较高，应采取适当处理。
2.3.2 渗透池。渗透池的优点是渗透面积大，能提供较大的渗水和储水空间，净化能力强，对水质和预处理要求低，管理方便，具有渗透、调节、净化、改善景观等多重功能。缺点是占地面积大，在拥挤的城区应用受到限制，设计管理不当会造成水质恶化、池底堵塞，渗透能力下降；另外，蒸发损失大。
2.3.3 渗透井。渗透井包括深井和浅井两类，前者适用水量大而集中，水质好的情况，如城市水库的泄洪利用，城区一般宜采用后者。其形式类似于普通的检查井，但井壁做成透水的，在井底和四周铺设粒径5~30mm的碎石，雨水通过井壁、井底向四周渗透。渗透井的主要优点是占地面积和所需地下空间小，便于集中管理。缺点是净化能力低，对水质要求高，需要进行预处理。
3. 对生态环境的的改善作用
充分利用雨水入渗设施，可使降雨大量入渗，这对涵养地下水源、调节气候、改善城市生态是非常有利的。
3.1 雨水能够迅速渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，使雨水真正成为一种资源。
3.2 雨水迅速渗入地表，减少路面积水，大大减轻排水系统的压力，并且减少了对自然水体的污染。我国城市基础设施发展滞后使得暴雨时城市排水设施不能有效满足排水及防洪的要求，市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象, 不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨，在暴雨时这种地面径流急剧增高，很快出现峰值，流量急升急降，会加重城市排水系统的压力；采用雨水入渗措施后，在透水性地面、绿地和透水管沟的作用下降雨大量入渗，能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力，径流曲线平缓，其峰值较低，并且流量也是缓升缓降，利于城市防洪。
3.3 提高地表的透气、透水性,保持土壤湿度，改善城市地表生态平衡，有效地保护动植物的多样性和微生物的生存空间。
3.4 雨水大量入渗可增加城区地下含水量，土壤中丰富的毛细水可以通过自然蒸发作用降低地面的温度，缓解城市热岛现象；同时，水蒸气增加了空气的湿度，也利于缓解城市的“干热现象”。
3.5 透水性铺装可吸收车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的交通环境，能防止雨天路面积水和夜间反光,改善车辆行驶、及行人行走的舒适性与安全性。
4. 结语
城市雨水利用有多种形式。主要包括雨水积蓄与雨水渗透利用，它们均具有较好的环境、社会等综合效益，其中渗透方案最为明显，值得大力提倡和推广。现代城市雨水利用是一项涉及多学科的、复杂的系统工程，在选择雨水利用系统方案时，要特别注意地域及现场各种条件的差异，在实施时应综合考虑渗透利用、积蓄利用、弃流、污染控制等方面，根据具体情况进行合理规划。
参考文献
［1］ 车武,李俊奇,刘红,孟光辉.现代城市雨水利用技术体系.北京水利,2003(3):16,18
［2］ 汪慧贞.李宪法.北京城区雨水入渗设施的计算方法,中国给水排水,2001.17(11):37,39
［3］ 汪慧贞.车武.胡家骏.浅议城市雨水渗透,给水排水,2001.27(2):4,7
［4］ 杨建锋.城市化和雨水利用.北京水利,2001.1:22,23
［5］ 宋进喜,李怀恩,李琦.城市雨水资源化及其生态环境效应.生态学杂志,2003,22(2):32,35
［6］ 王波,李成.透水性铺装与城市生态及物理环境,工业建筑.2002.32(12):29,31
［文章编号］1006-7619（2008）07-14-384
［作者简介］黄明君(1975-)，男，山东潍坊人，工程师，主要从事水资源及水工结构工程的管理与施工工作。