雨水滲透城市的分析論文
目前城市排水體制主要為合流制(截流制)和分流制。從環境保護、污水處理廠運行、管道養護等多方面考慮，分流制較合流制優越，因此目前新建小區多采用分流制，即污水和雨水分別由污水管道和雨水管道收集和輸送，污水進入城市污水處理廠，雨水直接排入水體。雨水管道設計指導思想是：及時、迅速地排除降雨形成的地面徑流。在確定雨水設計流量時沒有考慮對雨水徑流量的利用和壓縮。
近年來我國城市建設飛速發展，大量建筑物和道路等的建設使城市不透水地面面積快速增長。圖1反映了北京市建筑占地面積年際變化情況。從1996年開始，北京市建筑占地面積增長速度明顯高于往年，幾乎呈直線上升態。預計到2010年，北京市建筑占地面積將達300km2左右，其中還未包括道路等所占面積。屋面、混凝土和瀝青路面等不透水表面的徑流系數一般取0.9，也就是說其降雨量的90%將形成徑流。因此，隨著城市發展，雨水徑流量將大大增加，如果不采取措施而單純考慮將雨水徑流快速排出，所需雨水管道、雨水泵站等設施的容量、輸送能力必將隨之增大，這對于城市建設是一個沉重的包袱。
此外，由于環境意識的增強，人們認識到城區雨水的快速排出增加了接納水體洪澇危害、河岸侵蝕和污染物的沖擊負荷，還造成合流制系統中污水處理廠運行的困難及一部分雨污混流外溢而污染水體，因此對于傳統雨水排除的指導思想從另一方面提出了質疑。
1、利用雨水涵養地下水--雨水滲透
我國許多城市水資源缺乏，以北京市為例，它是世界上100個嚴重缺水的城市之一，人均水資源占有量為300m3，低于國際公認的下限1000m3。1999年是建國以來最干旱的一年，北京市降雨量為389mm，為平均年降雨量的59%，自然形成的水資源僅為18.2億m3。而北京市用水量為40億m3，其中70%來自地下水。過度開采使北京市地下水儲存量在1999年一年中減少了近15億m3，地下水位下降了2～3m，以北京東郊為中心形成了一個2000km2的漏斗區。地下水位的下降又導致地面下沉，自1966年以來，北京市地面以每年10～20mm的速度下沉。
因此，一方面是使用龐大的雨水排放系統將日益增長的雨水徑流排出城市，另一方面卻是城市地下水補給的嚴重不足。如在雨水管道系統設計、用地規劃和地面覆蓋上考慮雨水滲透，合理、充分地利用雨水涵養地下水源，那么既能緩和城市水資源危機，又能增加土壤中的含水量、調節氣候，從而改善城市的生態環境，還能減少所需雨水管系容量，即減少雨水管系的投資和運行費用，并減輕城區水澇危害和水體污染。
從60年代起，發達國家就努力開發各種雨水滲透裝置，并制訂了一系列規章制度。如目前德國在新建小區(無論是工業、商業、居民區)之前，均要設計雨洪利用(集雨)項目，若無雨洪利用措施，政府將征收雨洪排放設施費和雨洪排放費。
實際上雨水滲透早在我國一些古城的建筑中已有所體現，利用滲坑、滲井、滲溝使雨水就地下滲。80年代末曾對一些地區作過調查，如杭州老城區在庭院中設天井溝和矩形滲坑；蘇州老城區及附近一帶鄉鎮的住宅用天井貯蓄雨水；濰坊老城區街道的雨水流入坑洼地及池塘(俗稱"灣子"，有的灣子平時是干涸的)；曲阜孔府宅內和后花園均有雨水滲井。
2、雨水滲透設施
2.1滲透地面
除了綠化面積外，人工滲透地面主要分為兩類，一類是多孔瀝青及多孔混凝土地面，另一類是草皮磚。它們可用于停車場、交通較少的道路及人行道，特別適用于居民小區。
2.1.1多孔瀝青及混凝土地面
典型的多孔瀝青地面構造見圖2。表面瀝青層避免使用細小骨料，瀝青重量比為5.5%～6.0%，空隙率為12%～16%，厚6～7cm。瀝青層下設兩層碎石，上層碎石粒徑1.3cm，厚5cm，下層碎石粒徑2.5～5cm，空隙率為38%～40%，其厚度視所需蓄水量定，因它主要用于貯蓄雨水并延緩徑流［２］。
多孔混凝土地面構造與多孔瀝青地面類似，只是將表層改換為無砂混凝土，其厚度約為12.5cm，空隙率15%～25%。多孔瀝青及多孔混凝土地面自1973年在美國使用以來，得到EPA的支持，至今已廣泛應用于發達國家，但在國內還鮮見報道。
2.1.2草皮磚
草皮磚是帶有各種形狀空隙的混凝土塊，開孔率可達20%～30%，因在空隙中可種植草類而得名。它最早于1961年用于德國，至今在國內外均已被廣泛使用。特別多用于城區各類停車場、生活小區及道路邊。它除了有滲透雨水的作用，還有美化環境的效果，國內建材市場上有成品出售，便于采用及推廣。
草皮磚地面因有草類植物生長，與多孔瀝青及混凝土地面相比，能更有效地凈化雨水徑流及調節大氣溫度和濕度。試驗證明它對于重金屬如鉛、鋅、鉻等有一定去除效果。植物的葉、莖、根系能延緩徑流速度，延長徑流時間。草皮磚地面的徑流系數為0.05～0.35，取決于其基礎碎石層的蓄水性能、地面坡度等因素。
國外資料介紹：
滲透地面成本比傳統不透水地面高出10%左右，但綜合考慮因徑流量減少、地面集流時間延長而導致雨水管道長度縮短及管徑減小，雨水系統的總投資可減少12%～38%。而且還可產生較大的環境及社會效益［３］。
以北京建工學院為例，校園面積約12hm2，因院內建筑物分布密集，按5%的.面積可改為滲透地面計算，改造后院內雨水管系投資可減少6%，這還未計入因進入市政雨水管道徑流量減少對下流管系的有利影響。
2.2滲透池
2.2.1地面滲透池
當土地可得且土壤滲透性能良好時，可采用地面滲透池。池可大可小，也可幾個小池綜合使用，視地形條件而定。
地面滲透池有的是季節性充水，如一個月中幾次充水、一年中幾次充水或春季充水秋季干涸，水位變化很大。有的地面滲透池則是一年四季均有水。在地面滲透池中宜種植植物。季節性池所種植植物應既能抗澇又能抗旱，并視池中水位變化而定。常年存水的地面滲透池與土地處理系統中的"濕地"相似，宜種植耐水植物及浮游性植物。它還可作為野生動物的棲居地，有利于改善生態環境。利用天然低洼地作地面滲透池是最經濟的。若對池底再作一些簡單處理，如鋪設鵝卵石等透水性材料，其滲透性能將會大大提高。
2.2.2地下滲透池
當地面土地緊缺時，就不得不利用地下滲透池，實際上它是一種地下貯水裝置，利用碎石空隙、穿孔管、滲透渠等貯存雨水。圖3為各類地下滲透池示意，圖4為利用底部透水渠貯水的滲透池，透水渠的使用可減少所需石料并增大貯水體積。總之，地下滲透池種類多樣，形狀各異，在美國一般按重現期2年的暴雨強度在36h內全部滲入地下來計算其容量。
2.2.3滲透管
滲透管一般采用穿孔PVC管，或用透水材料制成。匯集的雨水通過透水性管渠進入四周的碎石層，再進一步向四周土壤滲透，碎石層具有一定的貯水、調節作用。相對滲透池而言，滲透管溝占地較少。便于在城區及生活小區設置，它可以與雨水管系、滲透池、滲透井等綜合使用，也可以單獨使用。日本和德國在這方面有較成熟的經驗。
3、雨水滲透工程的實施
3.1滲透設施的選址要求
使用滲透設施的適宜地點為：地下水最高水位或地下不透水巖層至少低于滲透表面1.2m，土壤滲透率不小于2×10－5m/s，地面坡度不大于15%，離房屋基礎至少3m遠。此外還需考慮表層及下層土壤結構、表面植被種類、土壤含水率、車輛及行人交通密度等。
3.2滲透裝置的堵塞
屋面及地面的初期雨水徑流帶有一定量的懸浮顆粒和雜質，對于滲透裝置或土壤層可能有堵塞作用。瀝青多孔地面經吸塵機抽吸(每年吸3次)或高壓水沖洗后，其空隙率基本能完全恢復。多孔混凝土地面至今未見有堵塞報道。曾對北京建工學院材料實驗室所制作的無砂混凝土塊(孔隙率18%，滲透系數0.85cm/s)作堵塞試驗。模擬北京市年平均降雨量600mm，向試塊中灌入多種濃度的含泥砂試驗濁水，當試驗濁水的SS為1000mg/L及2000mg/L時，試塊的滲透系數不變，當濁水SS增至3000mg/L，滲透系數減少8%，當SS增至4000mg/L時，滲透系數減少25%，表現出一定程度的堵塞。實際上北京市普遍使用的瀝青屋面初期雨水徑流的SS僅為100～250mg/L，路面徑流的SS也僅為1000～3000mg/L，而且是短期的，降雨后期分別降為20～50mg/L和300～400mg/L。試驗證明多孔混凝土地面不易堵塞。但為了安全起見，應盡量去除徑流中易造成堵塞的雜質，并對滲透裝置加強管理，定期清理。
3.3初期雨水徑流的污染
屋面和地面初期徑流的COD可達3000mg/L左右，雖然它隨著降雨時間迅速降低，但在降雨初期的短時間內，雨水徑流有相當的污染性。
在滲透設施的選址要求中，強調滲透表面距最高地下水位或不透水巖層1.2m以上，這是為了保證有一定土壤厚度以凈化徑流，是控制地下水污染的一種措施。此外，滲透裝置中多使用過濾纖維層，俗稱土工布，它是一種較好的過濾材料。對細小顆粒雜質有較強的阻隔作用。為了安全起見，提倡徑流先進入綠地、花壇，再進入滲透設施，以充分利用植被和土壤表面的凈化能力。對污染較重的初期徑流宜設置初期棄流裝置及適當的凈化措施。
最后需強調的是：雨水滲透僅為雨水利用的方法之一，它能促進雨水、地表水、土壤水及地下水之間的"四水"轉化，維持城市水循環系統的平衡。雨水利用應與雨水管系建設、城市平面和高程規劃有機地結合，既要充分利用雨水資源又要保證人民生活、生產的安全，不受雨洪及不合理積水的干擾。
參考文獻：
1胡家駿.我國傳統城市排水規劃設計原則初探.中國給水排水，1987，3(4)：30～32
2RichaField.IntegratedStormwaterManagement.LewisPublishers,1993.151～153
3BruceKFerguson.StormWaterInfiltration.LewisPublishers,1996.36～88
4UrbonasBen.StormWater.PrenticeHall,1994.233～243
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