基于低影响开发模式的城市雨水控制利用技术体系研究图文百度.docx
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基于低影响开发模式的城市雨水控制利用技术体系研究图文XX
分类号:
TU99
10710-2009129002
硕士学位论文
基于低影响开发模式的城市雨水控制利用技术
体系研究
雷雨
导师姓名职称高俊发教授
申请学位级别工学硕士学科专业名称市政工程
论文提交日期2012年5月20日论文答辩日期2012年6月2日
学位授予单位长安大学
Undertheurbanrainwatercontroltechnologysystemresearchbasedonlow-impactdevelopmentpattern
ADissertationSubmittedfortheDegreeofMaster
Candidate:
LeiYu
Supervisor:
Prof.GaoJunfa
Chang’anUniversity,Xi’an,China
摘要
本论文基于低影响开发（LID模式建立现代城市雨水控制利用技术体系,实现控制城市水土流失和水涝,减轻城市排水和水处理系统的负荷,减少水污染,补给地下水,缓解地面沉降等一系列城市化所带来的问题。
论文主要工作及成果包括以下几个方面:
（1分析我国排水现状及传统城市雨水排放系统技术原理,得出造成内涝雨水排除系统的原因包括城市雨水设计理念陈旧、设计标准偏低及建设滞后、政府管制和经济激励政策不完善、资金投入不足等四个方面。
（2结合最佳管理实践、低影响开发和绿色雨水基础设施等原理,根据我国城市发展要求及特征提出了基于低影响开发模式下的现代城市雨水控制利用技术体系;城市雨水控制利用系统实现了径流体积削减、污染物控制、峰流量削减、延长汇流时间、雨水集蓄利用和雨水转输排放等多种目标,根据施用对象的不同,城市雨水控制利用体系可以分为建筑与小区雨水系统、道路雨水系统、绿地与开放空间雨水系统等。
（3建立了由雨水生物滞留设施系统、雨水渗透设施系统和雨水贮留设施系统三个系统组成的LID模式雨水控制利用技术措施。
其中生物滞留系统包括绿色屋顶技术、下凹绿地技术;雨水渗透系统包括渗透地面、渗透管沟、渗透井、渗透池（塘;雨水贮留系统包括屋面蓄水系统、地面蓄水池、地下砾石蓄水。
（4基于低影响开发模式的现代城市雨水控制利用技术体系下,以杨凌“锦逸国际城”住宅小区为例进行雨水控制利用设计,通过雨水控制利用技术措施实现住宅小区开发后径流量产生不大于开发之前的目标。
实现控制利用目标共需要滞留雨水量985m3。
其中屋顶绿化滞留雨水量163m3;渗透铺装滞留雨水量70m3;屋顶雨水收集水量318m3;下凹绿地滞水量366m3;雨水花园滞水量68m3。
（5杨凌“锦逸国际城”住宅小区雨水体积削减效果评价,选取P=1,=0.65,暴雨强度公式参照西安市,LID措施后径流系数选取0.3,通过计算,得出在不改变原有市政管线的情况下,可以使本区域现有市政雨水管线的排水能力达到五年一遇以上。
关键词:
城市雨水、低影响开发模式、雨水控制利用
i
Abstract
Paperbasedonlow-impactdevelopmentpatternEstablishmenttheurbanrainwatercontroltechnologysystemresearch.Thustoachievethecontrolofurbansoilerosionandwaterlogging,reducetheloadofurbandrainageandwatertreatmentsystems,reducewaterpollution,rechargegroundwater,andalleviateaseriesofproblemssuchasgroundsubsidencecausedbyurbanization.
Themainworkandachievementsofthepaperincludethefollowingaspects:
（1Thepaperanalysisofdrainagestatusandtraditionalurbanrainwaterdrainagesystemstechnologyprinciple,obtainthereasonsofwaterlogginginrainremovalsystemincludefouraspects:
oldurbanrainwaterdesignconcept,lowdesignstandardsandlagofconstruction,imperfectgovernmentregulation,andlackofcapitalinvestment.
（2Combinedwiththeprincipleofthebestmanagementpractices,low-impactdevelopmentpatternandgreenrainwaterinfrastructure,thepaperputforwardmodernurbanrainwatercontroltechnologysystembasedonlow-impactdevelopmentpatternaccordingtotherequirementsandcharacteristicsofChina'surbandevelopment.Urbanrainwatercontrolsystemrealizesavarietyofobjectivessuchasrunoffvolumereduction,pollutioncontrol,peakflowreduction,extendingtheconvergencetime,theuseofrainwaterharvestingandrainwatertransferofemissions.dependingontheapplicationobject,urbanrainwatercontrolsystemcanbedividedintoconstructionandresidentialrainwatersystems,roadsrainwatersystems,greenandopenspacerainwatersystems,etc.
（3EstablishtheLIDmoderainwatercontrolandusingtechnicalmeasuresconsistofrainwaterbio-retentionfacilitiessystem,rainwaterinfiltrationfacilitiessystemandrainwaterstoragefacilitiessystem.Bio-retentionsystemincludesgreenrooftechnologyandtheconcavegreentechnology;rainwaterinfiltrationsystemincludesgroundpenetration,infiltrationtrench,infiltrationwellsandinfiltrationpool（pond;rainwaterstoragesystemincludesroofwaterstoragesystem,groundreservoirs,andundergroundgravelwaterstorage.
（4Undertheurbanrainwatercontroltechnologysystembasedonlow-impactdevelopmentpattern,takingYangling“JinyiInternationalCity”residentialareaforexample,conductrainwatercontrolandusingdesign,toachievetheresidentialcommunityrunoffafterdevelopmentisnotgreaterthanthegoalbeforedevelopmentthroughtherainwatercontroltechnicalmeasures.Atotalretentionofrainwateramountisrequired985m3toachievethecontroltarget.Greenroofsrainwaterretentionamountis163m3;
iii
ivpenetrationpavementrainwaterretentionamountis70m3;rooftoprainwatercollectionamountis318m3;
concavegreenwaterholdingcapacityis366m3;raingardenswaterholdingcapacityis68m3
.
（5Yangling“JinyiInternationalCity”residentialarearainwatervolumereductioneffectevaluation,selectP=1,
=0.65,stormintensityformulawithreferencetoXi'an,therunoffcoefficientisselected0.3afterLIDmeasures,thepaperobtainstheresultbycalculatingthatmakedrainagecapacityoftheexistingregionalmunicipalrainwaterpipelinetofiveyearsormorewithoutchangingtheoriginalmunicipalpipelinecase.
Keywords:
urbanrainwater,low-impactdevelopmentpattern,rainwatercontrolandusing
目录
第一章绪论（1
1.1本课题研究的背景（1
1.1.1城市雨水问题分析（1
1.1.2现代城市雨水综合利用行业发展要求（3
1.2问题的提出（5
1.3研究目的（6
1.4国内外城市雨水控制利用研究现状（6
1.4.1城市雨水控制利用的定义（6
1.4.2国外雨水控制利用技术研究现状（6
1.4.3国内雨水控制利用技术研究现状（7
1.5研究内容（8
第二章城市雨水控制利用基本理论（9
2.1城市化对城市水循环的影响（9
2.1.1城市化对气候的影响（9
2.1.2城市化对降雨的影响（9
2.2城市化对径流的影响（10
2.3传统雨水排放系统设计技术原理（12
2.3.1雨水设计流量确定（12
2.3.2暴雨强度公式确定（14
2.3.3雨水径流调节原理（17
2.4我国传统雨水排放系统存在问题（17
2.5小结（18
第三章现代城市雨水控制利用技术原理研究（20
3.1城市雨水控制利用新理念（20
3.1.1转变态度,变防汛为迎讯（20
3.1.2适当滞留、安全利用（20
3.2现代城市雨水控制利用技术原理（21
3.2.1最佳管理实践（21
3.2.2低影响开发模式（21
3.2.3绿色雨水基础设施（23
3.3传统雨水利用模式和LID模式的比较（24
3.4基于LID模式的现代城市雨水控制利用技术体系构建（24
3.4.1雨水控制利用技术措施的阶段化（24
v
3.4.2雨水控制利用技术措施的目标性（25
3.5小结（25
第四章LID模式雨水控制利用技术措施研究（27
4.1生物滞留设施系统（27
4.1.1绿色屋顶技术（27
4.1.2下凹绿地技术（29
4.1.3雨水花园（31
4.2雨水渗透设施系统（31
4.2.1雨水渗透设施技术概况（31
4.2.2渗透地面（32
4.2.3渗透管渠（33
4.2.4渗透井（34
4.2.5渗透池（塘（35
4.3贮留利用技术（35
4.3.1屋面蓄水池（35
4.3.2地面蓄水池（36
4.3.3地下砾石蓄水（36
4.4现代城市雨水控制利用典型设计原理（37
4.4.1体积削减（37
4.4.2污染物削减（38
4.4.3峰流量削减（40
4.4.4集蓄回用（42
4.5小结（43
第五章LID模式雨水控制利用实证应用（44
5.1项目概况（44
5.2雨水控制利用技术体系及方案概要（44
5.3雨水措施的设计及其体积削减计算（45
5.4雨水体积削减效果评价（48
5.5小结（48
结论与建议（50
结论（50
建议（51
参考文献（52
致谢（54
vi
长安大学硕士学位论文
第一章绪论
1.1本课题研究的背景
1.1.1城市雨水问题分析
雨水是城市水循环和区域水循环系统中的重要环节,对补充、调节地区水资源、改善生态环境发挥着极为关键的作用。
目前中国正处在快速发展的城市化进程之中,随着城市化水平的不断提高和经济的快速发展,城市雨水问题就愈发凸显出来。
主要表现为:
（1城市径流雨水资源流失严重
我国降雨量在时间和空间上分布不均,但降雨资源总量十分可观,是一笔较为丰富的自然资源,在水资源日益短缺的今天,可发和利用这部分资源就显得尤为重要。
事实上,我国许多地方大量雨水资源都没有加以利用,目前对这一部分资源的开发和利用并不十分有效,资源的利用率还不高。
表1.1中列出了我国城市化发展进程2010年、2030年、2050年的预测值,以及需新增供水量和雨水资源总量的对比情况,可以看出,若按40%的雨水资源化率来计算,可利用雨水量可以占到需新增供水量的25%、18.2%、14.2%。
若按20%的雨水资源化率来计算,可利用雨水量可以占到需新增供水量的12.5%、9.1%、7.1%[1]。
表1.1中国城市化进程及部分水量预测
（2雨水径流污染严重
在城市化快速发展的进程中,城市雨水径流污染进一步加剧,国内外的研究证明,机动车道雨水中的污染物主要有COD、TOC、BOD、SS、石油类和重金属Pb、Zn、Fe、
1
第一章绪论
等。
机动车道雨水中的污染物主要由降雨径流冲刷起路面沉积物而产生的。
路面沉积污染物主要来源于车辆运行中产生和排放的废弃物,如刹车装置及轮胎磨损产生的颗粒、燃料和润滑油的泄露、尾气排放、运输物品的散失;路面磨损产生的颗粒;空中沉降物等。
西安公路交通大学赵剑强等（2002对西安市5场雨的城市道路雨水中部分污染物的测试结果见表1.2。
从表中可以看出城市机动车道雨水水质的部分指标是严重超标的。
表1.2西安市城市道路雨水中部分污染物测试结果（单位:
mg/L时间CODSSPbZn石油类1998-07-2811102288-0.201611998-08-135065100.12--
1998-08-142021880.06--
1998-08-203754200.08--
1998-08-211931240.05--北京市水利科学研究所在海淀区双紫园小区开展了针对小区屋面雨水径流水质的研究,最后得出的结论为初期雨水径流各项水质指标在一定范围内变动,有机物COD为3.0~100mg/L,悬浮物（SS含量在20~135mg/L,氨氮均值在2.15mg/L,TN均值为3.5mg/L。
弃除初期径流后的雨水水质良好,随着降雨过程屋顶雨水径流的pH值趋向7,即呈中性。
水质清澈,SS浓度均小于10mg/L;氨氮均值小于2mg/L,TN均值小于3.50mg/L;有机物COD值小于30mg/L。
城市居民区内硬化地面形式有道路、停车场、庭院和广场,各种不同形式硬化地面的雨水径流水质也不同。
初期径流水质很差,悬浮物、油类、有机物、TDS、TN等浓度都很高。
庭院、广场和人行道初期雨水径流COD均值为36.2mg/L,最大值可达200mg/L以上,SS含量在50~200mg/L。
在一些城市二级污水处理设施来水中BOD5负荷有40%~80%来自于降雨产生的径流[2]。
总之,在雨水径流初期,其雨水的污染程度通常超过城市污水。
（3洪灾风险加剧
城市是人口和资金高度集中区,随着城市化进程的加快,不透水面积的加大引起径流水量的加大和峰值流量的增加,使现有的排水系统面临严峻的考验。
由于我国长期城市排水系统设计标准偏低,许多城市的排水系统设计暴雨重现期为一年,造成许多城市频繁发生内涝灾害,给企业、公共设施、居民资产等造成很大经济损失,图1.1是城市化过程中径流产流过程变化对比示意图。
2
长安大学硕士学位论文
3
图1.1城市化过程中径流产流过程变化对比示意因此,为改善和解决城市水环境问题,必须根据目前我国城市雨水系统现状和存在的问题,综合考虑水资源、水环境和水安全等问题对城市的综合影响,研究城市雨水综合利于体系及径流减排的新型战略和途径。
1.1.2现代城市雨水综合利用行业发展要求
2006年建设部颁布了《建筑与小区雨水利用工程技术规范》,同年颁布了《绿色建筑评价标准》,二者均对在建筑物和住宅小区开展雨水利用做了详细说明。
近几年,北京、天津、上海、深圳等城市也相继出台了相关雨水收集利用的政策法规。
从上述地方和行业的有关雨水政策法规可看出,现有政策法规对于城市发展过程中的雨水问题仍只局限于雨水利用或局部控制,且多限于末端措施,对于控制雨水径流污染、构建城市可持续水循环系统尚未系统考虑,对多发的城市洪涝灾害缺乏新的有效控制思路,城市化对城市水循环过程和生态环境的影响也尚未引起足够的重视。
因此,随着城市化的快速发展,城市雨水问题的日益突出,急需建立和完善城市雨洪控制利用技术体系,以为实现城市可持续发展提供科技支撑。
（1全面贯彻落实科学发展观、实现城市雨水可持续循环
城市雨水系统是一项复杂的系统工程,涉及市政、景观、建筑生态等众多城市子系统,科技含量高,政策性强,需要统筹规划,并综合运用技术手段和非技术手段全面推动城市雨水系统发展。
事实上,我国部分发过城市目前已经具备了一定的技术基础和政策变革基础,有效推动了我国城市新型雨水系统的发展进程,但快速的城市进程、日益严峻的城市洪涝灾害、径流污染、水资源短缺形势对政策和技术措施提出了更高的要求。
城市发展后雨水
径流总量的增加城市发展后雨水
径流峰值的增加
城市发展前
城市发展后Q
O
t
城市雨水系统的理一步发展,必须以城市洪涝控制、径流污染控制、雨水利用、水环境改善为目标,建立涵盖政策、规划、技术和管理的多层次城市综合雨水控制利用技术与管理体系,构建城市雨水可持续循环与高效利用模式,了发展低碳经济,实现绿色基础设施、绿色生态住宅、良性水循环、低碳城市、增强城市可持续发展能力提供新的集成技术与系统方案,从而缓解我国快速城市化过程中洪涝灾害频繁暴发、径流污染加剧、水资源紧缺、生态恶化的突出矛盾,促进城市水资源的可持续利用和水系统的良性循环。
（2加快城市雨水排水方式转变,有效控制洪涝灾害和径流污染
传统的城市雨水排水方式以单一的防洪涝和快排为指导思想,追求在最短的时间内将雨水径流排放,以保障城市建设区域排水安全与卫生,因此,城市建设区域多采用不透水的硬化铺设和管道系统。
但城市建设过程中大面积不透水区域的铺设阻断了雨水下渗通道,使城市地下水（尤其是浅层地下水的补给被割断,破坏原有水系统自然循环过程,使雨水径流量和峰值流量增加,因此需要更大断面的管道或渠道来排放雨水,以满足防涝安全。
随着城市的扩张,不透水区域面积不断增加,径流峰值随之增大,因此导致原有排水设施不堪重负。
此外,城市地表往往受人类活动污染,成为各种污染物的积累区域,大气和城市地表污染物在降雨和径流的冲刷下一起排入城市水系,成为城市水环境污染物的重要来源。
因此,城市新型雨洪控制利用技术体系及其配套政策的研究,对解决城市规划布局、市政设施建设及场地开发方式等与城市水环境的矛盾,提高城市防洪涝标准、保障人民生命财产安全,直接、间接减少排入城市水体的污染物总量,实现污染物总量控制,改善城市水环境和生态环境等重大意义,有利于为中国政府向世界承诺的“到2020年单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40~45%”的减排目标做出贡献。
（3推进城市雨水控制利用,有效缓解我国城市水资源短缺的矛盾
据有关部门统计,全国600多座城市中有400多座供水不足,110多座城市严重缺水。
在32个百万人口以上的特大城市中,有30个长期受缺水困扰。
目前我国城市的年缺水量已远远超过60亿m3。
因此,加强水资源的可持续利用,加快开发非传统水源,已成为水资源可持续利用的必然选择。
与传统城市污水再生利用和海水淡化相比,城市雨水就近可得,便于处理,具有广阔的应用前景和发展潜力。
研究城市雨水控制利用技术体系与政策,可以促使我国该领域与国际接轨,是缓解城市发展过程中水资源缺缺的有效途径。
（4加强城市水生态环境保护建设,提高城市水生态承载能力
非点源污染已成为水质来恶化的主要原因之一。
雨水径流还会引起河道侵蚀、河流基温升高、植被破坏、部分水生动物灭绝等一系列城市水生态环境问题。
要想恢复或重建城市水生态系统,有效控制径流污染,科学合理进行城市雨控制利用至关重要。
可通过源头减排、过程控制、末端综合处置与利用的等多种途径实现雨水径流污染挖掘和资源化。
有效控制利用雨水不仅可以节约优质水源,缓解城市水资源危机,而且还具有补充生态环境用水、涵养地下水、防止海水入侵和缓解地面沉降、调节小气候、净化空气、缓解城市热岛效应、改善城市环境、防治洪涝灾害等一系列生态环境效应,对城市生态环境的改善起到积极的作用。
1.2问题的提出
当前我国城市径流雨水资源化与径流减排面临以下主要问题:
（1技术与管理体系不健全,且技术发展和非技术发展不同步
城市雨水管理战略面临由“单一快排”向资源化利用、径流减排等“多目标综合管理”转移,需要尽快建立雨水综合利用技术体系、政府管制和经济激励在内的政策体系,从而与管理体系共同构建城市雨水新型综合保障体系,以满足绿色基础设施发展的要求,满足国家环境保护的国策和新时期对水环境发展的战略需求。
而目前城市雨水控制利用的技术发展与非技术发展不同步,其中,技术体系不健全,政策手段滞后已成为制约解决雨水相关问题和实现新型雨水战略的关键因素。
（2“政府失灵”和“市场失灵”同时存在
城市雨水控制利用具有投资大、收益率低的特点,同时,资源化和径流减排能够减少污染物排
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