甘肅黃土高原區(qū)城市雨洪利用途徑

李元紅，胡想全，金彥兆，孫棟元，王軍德，鄧建偉

（甘肅省水利科學研究院，730000，蘭州）

甘肅黃土高原區(qū)城市雨洪利用途徑

李元紅，胡想全，金彥兆，孫棟元，王軍德，鄧建偉

（甘肅省水利科學研究院，730000，蘭州）

黃土高原；城市；雨洪利用

一、雨洪資源利用現(xiàn)狀

甘肅省雨洪資源利用起步比較早，主要是用于集雨灌溉農(nóng)田和農(nóng)村居民生活飲水。但城市雨洪利用起步很晚，應(yīng)用范圍有限，2004年慶陽市西峰區(qū)建成庫容13.88萬m3的人工湖，攔蓄城市新區(qū)產(chǎn)生的雨洪，集蓄的雨水既可灌溉城郊農(nóng)田，又為城市綠地、街道灑水、城市抗旱提供了部分水源，減輕了城市抗旱防災(zāi)壓力，是甘肅省黃土高原區(qū)城市雨洪利用的一個成功典范。

隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，甘肅黃土高原區(qū)城鎮(zhèn)化程度逐年提高，城鎮(zhèn)規(guī)模急劇擴大，城市化進程的加快引發(fā)了兩個突出問題：一是城市自然景觀被大量建筑物所取代，不透水面積的增加使原有的水循環(huán)系統(tǒng)遭到阻礙，地下水水位急速下降，城市防洪壓力加大，水環(huán)境遭到一定程度的破壞；二是因人口增加、經(jīng)濟發(fā)展和城市規(guī)模的擴大而導(dǎo)致用水矛盾突出。雨洪利用技術(shù)的研究與推廣在一定程度上可緩解城市水資源的供需矛盾，減輕城市防洪壓力，有效改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，寓資源利用于災(zāi)害防范之中，具有較好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。城市雨洪利用早已得到美國、德國、日本等發(fā)達國家的高度重視。國內(nèi)的北京、上海、深圳等發(fā)達城市因為具有資金和技術(shù)優(yōu)勢，城市的雨洪利用技術(shù)也走在了全國的前列，如奧運會、世博會場館的設(shè)計與建設(shè)等都充分考慮了雨洪利用的理念。但在甘肅黃土高原區(qū)，雖然城市缺水現(xiàn)象十分嚴重，但由于經(jīng)濟欠發(fā)達，投入雨洪利用技術(shù)研究與推廣的資金有限，目前還處在剛剛起步階段。因此，借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗，仿照北京、上海等發(fā)達地區(qū)的做法，探討黃土高原區(qū)城市雨洪利用方式與途徑非常必要。

二、雨洪資源利用途徑

1.回補地下水

就甘肅省黃土高原區(qū)的大部分城市來說，普遍存在地下水超采、水位下降的問題。概括起來主要有三方面的原因：一是黃土高原區(qū)的天然降雨偏小，對地下水的補給非常有限；二是這些城市普遍缺水，為了生存和發(fā)展不得不大量抽取地下水，迫使地下水水位不斷下降；三是城市化進程加快，城區(qū)內(nèi)硬化面積大量增加，十分有限的雨洪資源也被很快排出城外，地下水不能得到及時補充，一定程度上破壞了自然水循環(huán)系統(tǒng)，城市生態(tài)有所惡化。因此，應(yīng)充分利用城市綠地、透水路面的鋪裝、建筑屋頂面集水等手段增加雨水入滲或進行人工回灌，補充日益匱乏的地下水資源，同時減輕城市排水工程的負擔。

2.作為城市雜用水的補充水源

城市用水范圍非常廣，包括工業(yè)用水和城市生活用水等，不同的用途對水質(zhì)的要求不同，甚至差別很大。但就現(xiàn)狀而言，黃土高原區(qū)大部分城市的各類用水水源基本都以城市自來水為主，甚至包括城市綠化、洗車、環(huán)境衛(wèi)生、沖廁、人工湖等等，不僅用水的成本很高，還對水資源造成極大浪費。因此，可采取必要措施收集和利用雨洪資源，將其作為城市雜用水的重要補充水源。

3.用于生活用水

在甘肅中東部廣大農(nóng)村地區(qū)，特別是在邊遠山區(qū)，由于沒有其他水源，雨水是主要的飲用水水源，并一直沿用至今。也有個別縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)機關(guān)所在地的群眾生活用水和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)用水不得已使用雨水的情況，對群眾的健康和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都具有一定的影響。今后應(yīng)進一步加強相關(guān)研究，切實解決諸如收集、儲存、水質(zhì)處理等方面存在的技術(shù)問題，保護群眾健康。

三、需要重點研究的問題

1.城市雨洪集蓄技術(shù)

（1）城市雨洪收集技術(shù)

根據(jù)城市不同下墊面特點，分析城市雨洪資源分布、徑流產(chǎn)生和匯集特點，在綜合考慮降雨量、降雨強度、集流面積、坡度、集雨面材料的基礎(chǔ)上，研究城市雨洪資源收集技術(shù)，提出適合黃土高原區(qū)城市特點的雨洪資源高效利用集成技術(shù)。

（2）城市雨洪蓄存技術(shù)

針對甘肅黃土高原區(qū)雨洪資源年內(nèi)分配不均、與需求嚴重錯位的突出問題，并充分考慮傳統(tǒng)蓄存方式、利用方式以及工程實施難易程度，開展城鎮(zhèn)雨洪蓄存技術(shù)研究，解決黃土高原區(qū)城市雨洪資源蓄存方式單一、集蓄成本普遍偏高以及與利用技術(shù)銜接不科學等問題。

（3）城市雨洪資源潛力分析

在城市雨洪資源收集與蓄存研究基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域氣象、水文系列觀測資料，結(jié)合區(qū)域未來城市化發(fā)展水平以及對雨洪資源可能的利用程度和水平，分析黃土高原區(qū)城市雨洪資源開發(fā)利用潛力，對未來雨洪資源利用進行分析預(yù)測，從而為雨洪資源的有效管理、合理配置和保護利用提供技術(shù)支撐，為雨洪資源的深層次開發(fā)利用提供依據(jù)。

2.城市生態(tài)景觀雨洪資源利用技術(shù)

（1）城市下凹式綠地生態(tài)系統(tǒng)雨洪利用技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)有城市道路和綠地景觀分布格局，結(jié)合城市綠地生態(tài)系統(tǒng)分布特征，分析現(xiàn)有城市道路與綠地生態(tài)系統(tǒng)布局不能充分利用雨洪資源的問題，建立城鎮(zhèn)下凹式綠地生態(tài)景觀系統(tǒng)，實現(xiàn)城市雨洪資源的充分、有效利用，并提出下凹式綠地生態(tài)景觀雨洪資源利用設(shè)計思路與方法，形成滿足黃土高原區(qū)氣候特點的城市下凹式綠地生態(tài)景觀雨洪資源推廣利用模式。

（2）城市園林式生態(tài)景觀系統(tǒng)雨洪利用技術(shù)

充分利用城市居民小區(qū)、道路、廣場和停車場等基礎(chǔ)設(shè)施分布范圍廣、數(shù)量大、集流效率高等特點，探討包括雨洪資源收集、人工湖建造、園林設(shè)計以及循環(huán)式噴泉等集雨洪利用、生態(tài)景觀、人文景觀于一體的城市園林式生態(tài)景觀系統(tǒng)建設(shè)思路與方法，從而實現(xiàn)在城鎮(zhèn)大范圍收集雨洪資源，為建設(shè)城市園林式生態(tài)景觀系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

（3）城市雨洪復(fù)合入滲系統(tǒng)與生態(tài)效應(yīng)

根據(jù)城市地面硬化所帶來的透水性差、地下水補給量減少等問題，研究地下水超采嚴重的城鎮(zhèn)不同透水材料的雨洪資源入滲途徑，提出適合黃土高原區(qū)城鎮(zhèn)雨洪資源利用的透水材料與地下水補給方式，并提出相應(yīng)的技術(shù)措施，綜合分析不同透水設(shè)施下城市的地面生態(tài)景觀、地下水動態(tài)變化情況，研究城市雨洪復(fù)合入滲系統(tǒng)，分析對城市生態(tài)系統(tǒng)的保護效應(yīng)和生態(tài)作用。

3.城市雨洪資源農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)

（1）特色農(nóng)作物雨洪灌溉技術(shù)

分析區(qū)域降水的年際與年內(nèi)變化規(guī)律，研究土豆、玉米等適合黃土高原區(qū)種植的主要特色農(nóng)作物需水規(guī)律、灌溉制度及節(jié)水灌溉技術(shù)，結(jié)合城市雨洪水質(zhì)特點，通過田間試驗研究，提出適合黃土高原區(qū)特色農(nóng)作物品種的城市雨洪灌溉技術(shù)。

（2）設(shè)施農(nóng)業(yè)雨洪高效利用技術(shù)

設(shè)施農(nóng)業(yè)在黃土高原區(qū)的城郊發(fā)展很快，且規(guī)模越來越大。設(shè)施農(nóng)業(yè)種植以蔬菜、育種、特色養(yǎng)殖等高附加值的農(nóng)產(chǎn)品為主，對灌溉用水保證程度要求較高。應(yīng)該研究設(shè)施農(nóng)業(yè)的雨洪集蓄利用成本、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、水資源利用效率及水分生產(chǎn)率，提出設(shè)施農(nóng)業(yè)高效利用雨洪資源技術(shù)模式。

（3）城郊觀光農(nóng)業(yè)雨洪灌溉技術(shù)

甘肅黃土高原區(qū)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)單一，觀光農(nóng)業(yè)是發(fā)展的一條新途徑。城郊型觀光農(nóng)業(yè)園由于其得天獨厚的區(qū)位優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，已成為人們外出休閑的首選。但在黃土高原區(qū)由于雨水稀少，灌溉設(shè)施缺乏，一定程度上影響了觀光農(nóng)業(yè)的發(fā)展，無法很好地滿足人們對休閑的需求。如何利用雨洪進行灌溉，發(fā)展城郊灌溉農(nóng)業(yè)，在黃土高原區(qū)顯得非常迫切和必要。

4.城市雨洪資源利用綜合效應(yīng)

（1）雨洪資源水文效應(yīng)與產(chǎn)匯流規(guī)律

研究不同降雨頻率下、不同不透水面積下單次或者一個雨季的雨洪資源徑流過程，計算降雨的徑流量和洪峰量。研究城鄉(xiāng)雨洪收集系統(tǒng)，提高雨洪收集效率；分析雨洪收集系統(tǒng)與高效利用的耦合關(guān)系。

（2）雨洪資源利用水土保持效應(yīng)

黃土高原區(qū)的許多城鎮(zhèn)處在黃土塬區(qū)，塬邊因水土流失而引起的溯源沖刷對城市發(fā)展構(gòu)成了很大威脅，雨洪利用必將產(chǎn)生良好的水土保持效應(yīng)。通過監(jiān)測單次或者一個雨季降雨條件下，雨洪收集系統(tǒng)的蓄水保土效益，評價雨洪資源收集系統(tǒng)在城鄉(xiāng)水土保持方面的貢獻率。

（3）雨洪資源利用生態(tài)效益評價

研究城鎮(zhèn)地區(qū)雨洪資源利用量、可利用量、利用潛力等指標及其內(nèi)涵，建立相應(yīng)的計算模型，提出城鎮(zhèn)雨洪資源高效利用模式，包括庭院利用模式、綠地利用模式、地面滲透及蓄水池蓄水等模式，綜合考慮區(qū)域雨洪利用對整個流域水資源的影響，提出雨洪資源利用評價指標，建立廣義評價體系，并進行雨洪資源利用的外延式生態(tài)效益評價。

四、結(jié) 語

通過積極開展甘肅省黃土高原區(qū)城市雨洪資源收集與蓄存技術(shù)、雨洪生態(tài)景觀利用技術(shù)、雨洪資源農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)等研究，可最大程度地利用城鎮(zhèn)雨洪資源，緩解黃土高原區(qū)城市缺水狀況，減輕城市防洪壓力，改善城市生態(tài)環(huán)境，控制當?shù)厮亮魇?，從而為黃土高原區(qū)雨洪資源的有效利用提供技術(shù)支撐，為黃土高原區(qū)城市化的快速發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

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[2]車伍，周曉兵.城市風景園林設(shè)計中的新型雨洪控制利用 [J].中國園林，2008（11）.

[3]張曉鵬，王美榮.城市雨洪利用的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].北京水務(wù)，2006（3）.

[4]呂治湖.西峰區(qū)利用雨洪資源破解城市缺水難題[J].中國水利，2006（15）.

責任編輯 張金慧

TV213

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1000-1123（2011）11-0010-02

2010-12-15

李元紅，教授級高級工程師，院長。

甘肅省水資源高效利用創(chuàng)新團隊項目（項目編號：098TTCA006）。