衡水市城区雨洪资源利用分析
时间：2023-04-21 17:45:04 来源：千叶帆 本文已影响人
袁子琦
（河北省衡水水文勘测研究中心，河北 衡水 053000）
水是生命之源、生产之要、生态之基。水资源不仅是人类赖以生存和发展不可缺少的宝贵资源，也是保障社会经济发展的命脉。由于水资源有限，加上人口不断增长和经济社会发展等要求，日益突出的水源污染以及水资源短缺等问题严重困扰着城市的进步和发展。衡水市作为一个典型的资源型缺水城市，主要靠开采地下水保障各种生产生活用水，但这造成了地下水严重超采。随着衡水市城镇化速度加快，衡水市城区面积的增大促使各种不透水面积增大，导致渗水面积不断减小。若汛期发生强降水，则容易形成地表径流，从而引起城市内涝等灾害，造成大量水资源浪费。因此，分析城市雨洪资源对于缓解衡水市水资源短缺现状以及城市内涝灾害等问题意义重大。
1.1 气候及降水情况
衡水市属大陆温暖半干旱季风气候，四季特征明显，冷暖干湿差异较大，冬季夏季偏长，春季秋季偏短，春季干旱少雨，夏季潮湿闷热，秋季秋高气爽，冬季雨雪稀少。衡水市多年平均降水量509.7 mm[1]，干旱指数最高为2.76、最低为2.36，属于干燥气候。降水特点为年际变化大，年内分布不均，年内降水主要集中在汛期6—9月。研究表明，年降水量超过200 mm即可开展集雨工程，年降水量处于300～500 mm的地区开展集雨工程效果更好。由此可见，衡水市完全具备开展雨洪资源利用的条件[2]。衡水市不同保证率降水量年内分配成果，详见表1。
表1 衡水市不同保证率降水量年内分配成果
1.2 水资源现状
衡水市作为一个典型的资源型缺水城市，人均水资源占有量还不到全省人均水平的1/2，在河北省属于最低，只有148 m3，约为国际公认人均水资源占有量缺水下限的14.8%[3]。缺水问题不仅表现在水量上，还表现在水质上。衡水境内河湖等水体的水质相对较差，不能加以利用。近些年主要通过跨流域调水、强化节水、控制用水量、超采地下水等一系列措施勉强实现水资源供需平衡。衡水地区地下水年平均超采量占全省总量的1/5，约8亿～10亿m3，造成衡水地区的地下水水位多年来不断下降，诸多环境问题与地质灾害已经因过度超采地下水而凸显出来，当前制约衡水发展的主要因素是水资源短缺问题。
衡水市为典型的北方城市，城区降水产生的年径流量可用下式计算[4]：
式中：ω为城区降水产生的年径流量（万m3）；
A为城区总面积（m2）；
β为不透水面积比；
α为径流系数，城区不透水表面的径流系数取0.9；
P为多年平均降水量（mm）。
衡水市城区包括桃城区、高新区和滨湖新区，总面积为48.73 km2[5]，不透水面积比按0.6计算，多年平均降水量为509.7 mm，城区降水年径流量为1341万m3。假如收集利用率按照10%计算，那么衡水市城区年雨水收集利用总量为134.1万m3，约占衡水市城区总用水量的2%。所以，衡水市城区降水收集利用可行。
虽然衡水市水资源短缺现象十分严重，但因为节水意识不强以及社会发展欠发达，目前城区雨洪利用工作仅处于初步阶段。衡水市市区大多采用透水砖修建公园、生活广场等，并且陆续增加绿地面积以达到绿地蓄雨的目的。这样不仅可以减少城市内涝灾害情况的发生，而且雨水下渗也能在一定程度上补充地下水。因此，在结合本地实际情况的基础上，积极借鉴国内外城市雨洪利用成功案例的经验，开展和推广城区雨洪资源利用工作很有意义。
目前，衡水市雨洪利用成功的案例有衡水中学。衡水中学已建成人工湖和喷泉池2个雨水利用和景观工程，蓄水体积达到1150 m3，1 a可节约自来水超过2万m3，不仅可以将校园内雨水收集起来用于校园景观、绿化，节约用水经费，很大程度上缓解用水压力，而且可以起到节水意识培养和宣传教育作用。
城市雨洪利用主要有2种方式，即直接利用和间接利用。
屋顶集流与马路分流是城市雨水直接利用中2种相对成熟的技术。其中，屋顶集流是指通过建筑物屋顶拦蓄雨水，将其存储于地下，经过过滤、反渗透过滤等一系列处理之后，经输水管道提供给用户使用；
屋顶集流应尽量选择居民区、商场或者其他污染较轻的屋面收集。马路分流就是规划城市排污管道以及雨水集流管道，雨水集流管道设置分散，雨天集存，晴天使用，该技术最大的特点就是经济便捷，可以直接利用，不需要对雨水进一步处理。根据城市生态特点规划出河湖相通的生态水网，将城区雨洪资源通过雨水管网排入河流，经闸门、拦河坝调蓄后补给公园景观以及湖泊等用水。
城市雨水间接利用是指利用坑塘、河渠、洼地等促使雨水就地下渗，直接引入地下含水层。这种做法不但可以补充、涵养地下水，减轻城市排水管道负担，更重要的是有益于增加浅层地下水量，进而改善生态环境、遏制城市热岛效应。同时，水分下渗可以在一定程度上得到净化。
城市雨洪利用通常具体做法有以下5种。
（1）屋顶集雨系统。屋顶集雨系统主要由5个部分构成，即雨水收集部分、截污部分、蓄水部分、净化部分、输水部分。雨水收集装置收集的雨水经雨漏管，到达截污装置进行过滤，过滤后的雨水排入蓄水池，当蓄水池满时，漫出的水与滤出的杂质一同冲入污水管道。根据扬程和水量需求，选用适当的水泵将蓄水池中的水加压到第二供水管网供冲厕、洗衣等生活杂用。
（2）城区渗井群系统。在建筑密集的城区修建渗井群系统，将屋顶和庭院的雨水通过渗井群系统引流入渗。引渗系统可采用透水花管输水，亦可采用渗沟输水，实现分散与集中入渗相结合，在城市铺装面以下修建整个系统。这样既能达到雨水利用的目的，又不影响城区景观。
（3）透水砖地面下渗系统。在停车场、庭院、马路等区域铺设透水砖，促使降水迅速下渗，使降水基本不产生径流。这样既能使雨水下渗，又能使地面不积水。
（4）城市绿地隐形蓄水系统。结合园林给排水工程以及微地形改造，以增加土壤含水率为目的在城市范围内修建的地下蓄水系统，统称为城市绿地隐形蓄水系统。该系统是一个完整的地下储水系统，实际就是在地下堆建而成的渗水盲沟和渗蓄坑，两者相互连通，使用的是废砖、水泥块以及砂卵石等坚硬材料。与城区现有的地表蓄水系统和地下排水系统相连构成完整的城市蓄排水系统，在最大程度上利用雨洪资源。
（5）利用河渠、湖泊等截流蓄洪。在汛期将城区洪水通过河渠引入城市人工或者天然蓄水水体，非汛期经过处理后供城市用水。这样一方面缓解城市洪涝灾害情况，另一方面增加城市可利用水源，将雨洪变为可利用水资源，缓解城市用水压力。同时，增加了城区湖泊的滞蓄能力，既增加水资源利用量，又改善城区生态环境。
5.1 城区雨洪资源利用存在问题
5.1.1 城区雨洪特性增加了利用难度
衡水市年内降水约超过70%集中在汛期，分布极不均匀，而汛期降水又主要在7、8月份，降水过于集中，雨水资源得不到很好收集利用，就随管网、河流排入下游。据上述计算，这部分雨洪量大约每年为352.1万m3，根据衡水市水资源公报统计数据，衡水市多年平均城镇公共用水量为667.84万m3，这部分雨洪量超过城镇公共用水量的1/2；
如果可以通过各种途径对这部分雨洪量加以利用，将节约大量的水资源，产生可观的生态效益与经济效益。
5.1.2 集雨工程发展、雨洪利用技术推广依然不足
城市居民参与城市雨洪利用意识淡薄，不能意识到雨洪利用的重要性。城市雨洪利用观念提出较晚，缺少相关法律法规作为保障，缺少现代化的规划设计，要做的工作还有很多。屋顶集雨系统、渗井群系统等被认为是行之有效的措施，但得不到很好的应用和推广。由于从事研发雨洪利用相关设备企业较少，雨洪利用工作社会参与度较低。
5.1.3 城市道路雨水面源污染未得到控制，影响雨水充分利用
城市道路街区纵横交错，不透水层面积大、产流多，这部分雨水未得到直接利用，而且雨水面源污染未得到控制，城市机动车道每年产生大量雨水径流，雨水径流大多水质较差，经排水管道排入城市河湖后不仅造成可利用水资源的浪费，更是引发了河湖、景观水体污染等生态环境问题。
5.2 城区雨洪资源利用改进措施
5.2.1 工程措施
逐步改造衡水市城区现有的雨污分流管网，争取尽快建成，尽早落实城区雨洪资源利用工作；
对休闲广场、怡水园、青年公园等公园或者广场地区的雨水集蓄设施进行改造，使有蓄水体的怡水园可将雨水引流直接排入蓄水坑塘，没有蓄水体的公园或者广场可以修建储水罐等储水工程存储雨洪资源，便于利用；
对老城区一些老旧小区进行改造，修建屋顶和硬化地面集流系统，增设储水罐，也可以修建低压管或暗沟，在地下修建蓄水池，储存的雨水用于道路喷洒、小区绿化等。以上工程措施的前提是将收集到的雨水，特别是道路积水，净化后再重新利用，确保不会破坏排入景观水体的水质，保障水资源和城市发展的协调性。
5.2.2 非工程措施
高度重视城市雨洪资源利用工作，加大雨洪利用技术的推广与研究力度，全面推进城市雨洪利用事业的发展，以长远的角度考虑，将雨洪资源利用置于城市远景发展规划中重要的位置，促进城市人水和谐发展；
要考虑衡水市实际情况，全面规划、统一协调，做好该地区合理的城市雨洪利用规划，制定相应法规制度等，全力促使和保障衡水市雨洪利用工作成功开展，将雨洪利用规范化；
在推进城市雨洪利用工作开展的同时，提高对城市生态文明建设的重视，将两者紧密结合，使城市雨洪利用工作成为改善城市生态与环境的有利因素；
重新规划衡水市现有排水系统，尽量满足城市排涝需求，对排水管网的排涝能力重新进行核算；
制定奖励制度，鼓励企业和相关单位参与建设与管理；
分析城市雨洪利用情况较好的典型案例，结合本地实际情况，制定相关雨洪利用激励政策，调动相关部门的积极性，积极参与规划、管理和服务[6]。
近年来，衡水市城市化进程不断加快，水资源短缺、内涝严重、水质恶化等因素影响了整个城区可持续发展进程。城区水资源供需不平衡使得更多的人们开始关注城区雨洪资源的开发利用。衡水市作为一个水资源严重短缺、经济发展中等的城市，积极开展雨洪资源利用可以在一定程度上缓解城区缺水问题，减轻城市防洪排涝的压力，改善生态环境，为衡水市社会、经济、环境等可持续协调发展提供水资源保障。
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