張家口市城區(qū)雨水控制利用：模式抉擇與規(guī)模優(yōu)化探究一、引言1.1研究背景與意義水是城市發(fā)展的基礎(chǔ)性資源，也是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要支撐。在全球氣候變化和城市化進(jìn)程加速的背景下，城市水資源問題日益凸顯，已成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。張家口市城區(qū)地處華北干旱半干旱氣候區(qū)域，水資源匱乏問題由來已久，人均水資源量遠(yuǎn)低于全國平均水平，屬嚴(yán)重缺水地區(qū)。多年平均水資源總量為17.99億立方米，人均水資源量僅約399立方米，約為全國平均值的五分之一。同時，張家口市地理位置特殊，位于北京官廳、密云兩大水庫的上游，肩負(fù)著既要滿足自身用水需求，又要保障一定出境水量，為首都供水安全保駕護航的雙重重任。隨著張家口市經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，城市規(guī)模不斷擴張，人口數(shù)量持續(xù)增加，城市用水需求也在急劇攀升。然而，張家口市城區(qū)的水資源開發(fā)利用程度已然較高，進(jìn)一步開發(fā)常規(guī)水資源的潛力極為有限。與此同時，大量的降雨徑流卻白白流失，不僅未能得到合理有效的利用，以緩解城市用水的緊張壓力，反而在強降雨時期極易形成城市內(nèi)澇，對城市的正常運行和居民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在過去的若干年里，張家口市城區(qū)因暴雨引發(fā)的內(nèi)澇災(zāi)害時有發(fā)生，給城市基礎(chǔ)設(shè)施和居民生活造成了巨大的損失。此外，城市化進(jìn)程中不透水地面面積的大幅增加，改變了城市原有的水文循環(huán)條件，導(dǎo)致雨水徑流量增大，雨水徑流污染問題也愈發(fā)嚴(yán)重。雨水徑流中攜帶的大量污染物，如懸浮物、化學(xué)需氧量、氮、磷等，未經(jīng)有效處理直接排入水體，對城市水環(huán)境質(zhì)量造成了嚴(yán)重的破壞，加劇了城市水資源的短缺和生態(tài)環(huán)境的惡化。這些污染物不僅會影響水體的生態(tài)平衡，還可能對人體健康產(chǎn)生潛在威脅。在這樣嚴(yán)峻的形勢下，雨水控制利用作為一種有效的水資源綜合管理策略，對于張家口市城區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。通過合理的雨水控制利用措施，可以將雨水資源進(jìn)行收集、儲存和凈化處理，使其得到充分的利用，從而有效增加城市水資源的供給，緩解城市供水緊張的局面。收集的雨水可用于城市綠化灌溉、道路噴灑、景觀補水等，減少對傳統(tǒng)水資源的依賴。同時，雨水控制利用還能通過削減和滯留地面徑流，降低排水模數(shù)，極大地減輕城市排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，有效減少城市內(nèi)澇災(zāi)害的發(fā)生頻率和危害程度。采用雨水花園、綠色屋頂?shù)却胧梢栽黾佑晁南聺B量，減少地表徑流量，降低城市內(nèi)澇的風(fēng)險。此外，通過對雨水徑流的污染控制，能夠顯著改善城市水環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。對初期雨水進(jìn)行棄流處理，可有效減少污染物進(jìn)入水體，保護城市水環(huán)境。國內(nèi)外眾多城市的實踐經(jīng)驗充分表明，科學(xué)合理的雨水控制利用模式能夠在實現(xiàn)水資源高效利用的同時，有效改善城市生態(tài)環(huán)境，提升城市的綜合競爭力。德國在雨水利用方面處于世界領(lǐng)先地位，形成了成熟的雨水收集、處理、控制和滲透技術(shù)以及完善的法規(guī)體系。其城市雨水利用方式多樣，包括屋面雨水集蓄系統(tǒng)、雨水截污與滲透系統(tǒng)、生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)等，通過這些措施，實現(xiàn)了雨水的資源化利用，減少了城市對外部水資源的依賴，同時改善了城市的生態(tài)環(huán)境。國內(nèi)的一些城市，如北京、上海等，也在積極探索和推廣雨水控制利用技術(shù)，取得了一定的成效。北京通過建設(shè)雨水收集設(shè)施、推廣透水鋪裝等措施，提高了雨水的利用效率，緩解了城市水資源短缺的問題；上海則在城市規(guī)劃和建設(shè)中充分考慮雨水控制利用，建設(shè)了大量的雨水花園、綠色屋頂?shù)?，改善了城市的生態(tài)環(huán)境。因此，深入研究張家口市城區(qū)雨水控制利用模式選擇與規(guī)模優(yōu)化，對于解決張家口市城區(qū)水資源短缺問題、提升城市防洪排澇能力、改善城市生態(tài)環(huán)境、推動城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。本研究旨在結(jié)合張家口市城區(qū)的實際情況，綜合考慮水資源、地形地貌、土地利用等多方面因素，系統(tǒng)分析不同雨水控制利用模式的適用性和效益，通過科學(xué)的方法優(yōu)化雨水控制利用設(shè)施的規(guī)模，為張家口市城區(qū)制定切實可行的雨水控制利用方案提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。同時，本研究成果也有望為其他類似缺水城市在雨水控制利用方面提供有益的參考和借鑒，共同推動城市水資源的可持續(xù)管理和利用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀城市雨水控制利用作為應(yīng)對城市水資源問題的重要策略，在全球范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)機構(gòu)從理論研究、技術(shù)應(yīng)用、實踐案例等多個方面進(jìn)行了深入探索，積累了豐富的研究成果和實踐經(jīng)驗。國外在城市雨水控制利用方面起步較早，相關(guān)技術(shù)和理念較為成熟。德國在雨水利用技術(shù)和法規(guī)體系建設(shè)方面處于世界領(lǐng)先地位。其雨水利用方式豐富多樣，涵蓋了屋面雨水集蓄系統(tǒng)、雨水截污與滲透系統(tǒng)、生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)等。屋面雨水集蓄系統(tǒng)將屋頂雨水收集起來，經(jīng)過簡單處理后用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水需求，如沖洗廁所、灌溉綠地等。雨水截污與滲透系統(tǒng)則通過在道路旁設(shè)置截污掛籃攔截雨水徑流攜帶的污染物，使雨水通過排水道排入沿途大型蓄水池或滲透補充地下水。生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)利用生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟學(xué)原理，將雨水利用與景觀設(shè)計相結(jié)合，實現(xiàn)人類社會與生態(tài)、環(huán)境的和諧統(tǒng)一。曼海姆Wallstadt居民小區(qū)的雨水通過具有一定造型的地面寬淺式溝道流入明渠，明渠模仿天然河流修建，局部地段建有涌泉或造型建筑物，渠邊種植水生植物，既實現(xiàn)了雨水的有效利用，又美化了小區(qū)環(huán)境。同時，德國制定了一系列完善的法律法規(guī)和政策，對雨水利用給予大力支持。聯(lián)邦水法、建設(shè)法規(guī)和地區(qū)法規(guī)都明確要求加強對自然環(huán)境的保護和水資源的可持續(xù)利用，規(guī)定除特定情況外，降雨不能排放到公共管網(wǎng)中，新建項目的業(yè)主必須對雨水進(jìn)行處置和利用。這些法規(guī)和政策的實施，有力地推動了德國城市雨水利用技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷發(fā)展。美國的雨水利用常以提高天然入滲能力為目標(biāo)，建設(shè)了許多地下回灌系統(tǒng)和地下隧洞蓄水系統(tǒng)。加州富雷斯諾市的地下回灌系統(tǒng)在10年間占該市年用水量的20%，有效地補充了地下水。芝加哥市興建的地下隧洞蓄水系統(tǒng)，不僅解決了城市防洪問題，還實現(xiàn)了雨水的資源化利用。此外，美國還制定了相關(guān)的法律法規(guī)來支持雨水利用?？屏_拉多州、佛羅里達(dá)州和賓夕法尼亞州均制定了《雨水利用條例》，規(guī)定新開發(fā)區(qū)（不包括獨戶住家）必須實行強制的“就地滯洪蓄水”，以控制雨水徑流，減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生。英國在城市雨水利用方面也進(jìn)行了積極的探索和實踐。泰晤士河水公司設(shè)計的倫敦世紀(jì)圓頂雨水收集利用系統(tǒng)示范工程，從面積相當(dāng)于12個足球場大小的10萬m2的圓頂蓋上收集雨水，經(jīng)過處理后用于沖洗建筑物內(nèi)的廁所，每天可回收500m3水，成為歐洲最大的建筑物內(nèi)的水循環(huán)設(shè)施。該工程的成功實施，為英國城市雨水利用提供了寶貴的經(jīng)驗和示范。日本注重修建蓄積雨水的工程設(shè)施，如滲井、滲溝、滲池等，這些設(shè)施占地面積小，可因地制宜地修建在樓前屋后。同時，日本還大力推廣雨水流入設(shè)施，以控制汛期多余的雨洪徑流，減少排水設(shè)施的壓力，緩解城市水資源的供需矛盾。名古屋的若宮大通調(diào)節(jié)池建在城市街道下面，與地面僅有一層混凝土板相隔，長約316m，寬度為47-50m，最大貯流量約為10×103L，有效地調(diào)節(jié)了城市雨水徑流。在國內(nèi)，城市雨水利用的研究和應(yīng)用雖然起步相對較晚，但近年來隨著對水資源問題的重視程度不斷提高，也取得了顯著的進(jìn)展。北京、上海、廣州等大城市在雨水控制利用方面開展了大量的實踐和探索。北京在奧運場館等建設(shè)項目中廣泛應(yīng)用了雨水收集利用技術(shù)，通過建設(shè)雨水收集池、鋪設(shè)透水鋪裝等措施，實現(xiàn)了雨水的資源化利用，有效減少了對傳統(tǒng)水資源的依賴。上海則在城市規(guī)劃和建設(shè)中注重推廣綠色屋頂、雨水花園等低影響開發(fā)設(shè)施，增加雨水的下滲量，減少地表徑流量，改善城市生態(tài)環(huán)境。廣州通過制定相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵新建建筑和小區(qū)建設(shè)雨水收集利用系統(tǒng)，提高雨水的利用效率。同時，國內(nèi)學(xué)者也在城市雨水控制利用的理論和技術(shù)方面進(jìn)行了深入研究。一些學(xué)者對城市雨水資源的可利用量進(jìn)行了估算和分析，為雨水利用規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。通過對不同下墊面類型的降雨徑流系數(shù)進(jìn)行研究，建立了雨水可利用量的計算模型，從而準(zhǔn)確評估城市雨水資源的潛力。還有學(xué)者對雨水控制利用設(shè)施的設(shè)計和運行管理進(jìn)行了研究，提出了優(yōu)化方案和技術(shù)措施。在雨水花園的設(shè)計中，通過合理選擇植物種類、優(yōu)化布局等方式，提高了雨水花園對雨水的凈化和利用效果。此外，國內(nèi)在雨水徑流污染控制、雨水利用與城市生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系等方面也取得了一定的研究成果。研究發(fā)現(xiàn)，初期雨水徑流中含有較高濃度的污染物，通過設(shè)置初期雨水棄流裝置等措施，可以有效減少污染物進(jìn)入水體，保護城市水環(huán)境。盡管國內(nèi)外在城市雨水控制利用方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些有待進(jìn)一步研究和解決的問題。不同地區(qū)的氣候條件、地形地貌、土壤類型等存在差異，如何根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況選擇最適宜的雨水控制利用模式和技術(shù)，還需要進(jìn)行更深入的研究和探討。目前的雨水控制利用設(shè)施在運行管理方面還存在一些問題，如維護成本高、運行效率低等，需要進(jìn)一步優(yōu)化運行管理模式，提高設(shè)施的運行穩(wěn)定性和可靠性。此外，雨水控制利用與城市規(guī)劃、建設(shè)的融合還不夠緊密，如何在城市規(guī)劃和建設(shè)的各個階段充分考慮雨水控制利用的需求，實現(xiàn)城市水資源的可持續(xù)利用，也是未來研究的重點方向之一。1.3研究內(nèi)容與方法本研究以張家口市城區(qū)為研究對象，圍繞雨水控制利用模式選擇與規(guī)模優(yōu)化展開深入探究，旨在為解決張家口市城區(qū)水資源短缺、內(nèi)澇頻發(fā)以及水環(huán)境惡化等問題提供科學(xué)有效的方案。1.3.1研究內(nèi)容張家口市城區(qū)雨水資源特征及利用現(xiàn)狀分析：全面收集張家口市城區(qū)多年的降水?dāng)?shù)據(jù)，運用統(tǒng)計分析方法，深入剖析降水的年內(nèi)、年際變化規(guī)律，以及不同下墊面條件下的雨水徑流系數(shù)，明確雨水資源的時空分布特征。通過實地調(diào)研和資料查閱，詳細(xì)了解張家口市城區(qū)現(xiàn)有的雨水控制利用設(shè)施的類型、布局、運行狀況以及存在的問題，為后續(xù)研究提供現(xiàn)實依據(jù)。雨水控制利用模式篩選與適用性分析：廣泛收集國內(nèi)外常見的雨水控制利用模式，如雨水收集回用、雨水滲透、雨水調(diào)蓄等，并結(jié)合張家口市城區(qū)的氣候條件、地形地貌、土地利用現(xiàn)狀、經(jīng)濟發(fā)展水平等因素，建立雨水控制利用模式的適用性評價指標(biāo)體系。運用層次分析法、模糊綜合評價法等方法，對不同的雨水控制利用模式進(jìn)行綜合評價和篩選，確定適合張家口市城區(qū)不同區(qū)域的雨水控制利用模式。雨水控制利用設(shè)施規(guī)模優(yōu)化模型構(gòu)建：依據(jù)雨水控制利用的目標(biāo)和要求，綜合考慮水資源供需平衡、投資成本、環(huán)境效益等因素，構(gòu)建以經(jīng)濟效益最大化和環(huán)境效益最佳化為目標(biāo)函數(shù)的雨水控制利用設(shè)施規(guī)模優(yōu)化模型。模型中考慮雨水收集池、蓄水池、滲透池等設(shè)施的規(guī)模確定，以及不同設(shè)施之間的組合優(yōu)化。運用遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等智能優(yōu)化算法對模型進(jìn)行求解，得到不同條件下的雨水控制利用設(shè)施的最優(yōu)規(guī)模組合。雨水控制利用方案的制定與效益評估：根據(jù)篩選出的雨水控制利用模式和優(yōu)化后的設(shè)施規(guī)模，制定適合張家口市城區(qū)不同功能區(qū)域的雨水控制利用方案，包括方案的具體實施措施、建設(shè)布局、運行管理機制等。從經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益三個方面，建立雨水控制利用方案的效益評估指標(biāo)體系，運用成本效益分析、生命周期評價等方法，對制定的雨水控制利用方案進(jìn)行全面的效益評估，分析方案實施后的水資源節(jié)約量、內(nèi)澇緩解程度、水環(huán)境改善效果以及對城市發(fā)展的促進(jìn)作用等。1.3.2研究方法文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外有關(guān)城市雨水控制利用的學(xué)術(shù)論文、研究報告、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)等文獻(xiàn)資料，全面了解城市雨水控制利用的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、技術(shù)方法和實踐經(jīng)驗，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。通過對文獻(xiàn)的梳理和分析，總結(jié)現(xiàn)有研究的不足和空白，明確本文的研究方向和重點。實地調(diào)研法：深入張家口市城區(qū)，對不同功能區(qū)域（如居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、公園等）的雨水控制利用現(xiàn)狀進(jìn)行實地調(diào)查，包括現(xiàn)有雨水控制利用設(shè)施的類型、規(guī)模、運行情況、存在問題等。與相關(guān)部門（如水利、市政、環(huán)保等）和單位進(jìn)行溝通交流，獲取張家口市城區(qū)的降水、地形、土地利用、水資源等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。通過實地調(diào)研，掌握張家口市城區(qū)雨水控制利用的實際情況，為后續(xù)的研究提供第一手資料。數(shù)據(jù)分析法：運用統(tǒng)計學(xué)方法對收集到的降水、徑流、水質(zhì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示張家口市城區(qū)雨水資源的時空分布規(guī)律和變化趨勢。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)對地形、土地利用等空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，直觀展示張家口市城區(qū)的地理特征和空間分布情況，為雨水控制利用模式的選擇和設(shè)施布局提供空間分析支持。通過數(shù)據(jù)分析，為研究提供定量依據(jù)，提高研究的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。模型模擬法：運用SWMM（StormWaterManagementModel）等水文模型對張家口市城區(qū)不同降雨條件下的雨水徑流過程進(jìn)行模擬分析，評估不同雨水控制利用措施對雨水徑流的削減效果。通過建立水資源供需平衡模型，分析雨水控制利用設(shè)施對城市水資源供需狀況的影響。利用模型模擬，可以預(yù)測不同方案的實施效果，為方案的優(yōu)化和決策提供科學(xué)依據(jù)。綜合評價法：建立雨水控制利用模式適用性評價指標(biāo)體系和方案效益評估指標(biāo)體系，運用層次分析法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等綜合評價方法，對不同的雨水控制利用模式和方案進(jìn)行評價和比較。通過綜合評價，確定最優(yōu)的雨水控制利用模式和方案，為張家口市城區(qū)雨水控制利用提供科學(xué)合理的建議。二、張家口市城區(qū)雨水控制利用現(xiàn)狀剖析2.1城區(qū)概況張家口市城區(qū)位于河北省西北部，地處東經(jīng)113°50′-116°30′、北緯39°30′-42°10′之間，是京津冀（環(huán)渤海）經(jīng)濟圈和冀晉蒙（外長城）經(jīng)濟圈的交匯點，市區(qū)距首都北京僅180km，距天津港340km，地理位置十分優(yōu)越，是京津冀地區(qū)的重要門戶。其下轄6個區(qū)，總面積達(dá)[X]平方千米，常住人口[X]萬人。張家口市城區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。夏季涼爽短促，冬季寒冷漫長，春秋季節(jié)多風(fēng)。全年大部分時間受西伯利亞冷空氣南下影響，風(fēng)多雨少，氣候干燥。據(jù)相關(guān)氣象資料統(tǒng)計，多年平均水面蒸發(fā)量在800-1140mm，陸地蒸發(fā)量在340-450mm，干旱指數(shù)2.0-3.0。壩上壩下氣溫差異較大，年平均氣溫壩上1-3℃，壩下6-8℃，極端最低氣溫達(dá)-37℃，極端最高氣溫可達(dá)42℃。多年平均降水量，壩上360-400mm，壩下400-500mm，且降水分布極為不均，主要集中在5-9月，這期間的降水量約占全年降水量的80%-85%，而10月至次年4月降水量較少。年日照時長約3000h，無霜期80-150天。這種氣候特征使得張家口市城區(qū)在雨季面臨較大的雨水徑流壓力，而在旱季則水資源短缺問題突出。在地形地貌方面，張家口市城區(qū)地勢西北高、東南低，陰山山脈的大馬群山橫貫中部，將城區(qū)劃分為壩上、壩下兩大部分。壩上屬內(nèi)蒙古高原南緣，為張北高原，地勢相對平坦開闊，海拔1400-1500m，草原廣闊，多內(nèi)陸湖泊（淖），崗梁、湖泊、灘地和草坡、草灘相間分布，是典型的波狀高原景觀。壩下為華北平原和內(nèi)蒙古高原的過渡帶，海拔500-1200m，地形復(fù)雜，山巒起伏，溝壑縱橫，山地、丘陵、盆地相間分布。主要山峰有小五臺山、靈山、茶山、大海坨山等，海拔均在2200m以上，小五臺山主峰東臺海拔2882m，是河北省最高山峰。群山之間，盆地眾多，主要有懷安-張家口-宣化盆地、蔚縣-陽原盆地、涿鹿-懷來盆地，海拔500-1000m。壩下各類型面積比為：河川區(qū)占24.5%，丘陵區(qū)占18.7%，山區(qū)占56.8%。這種復(fù)雜的地形地貌對雨水的產(chǎn)流、匯流和下滲過程產(chǎn)生了顯著影響。在山區(qū)，地形坡度較大，雨水徑流速度快，容易形成地表徑流，且下滲量相對較少；而在盆地和平原地區(qū)，地勢較為平坦，雨水徑流速度相對較慢，下滲量相對較大，但也容易出現(xiàn)積水和內(nèi)澇問題。城區(qū)的水系分布也較為復(fù)雜，屬海河流域，主要有永定河、潮白河、大清河、灤河和內(nèi)陸河五大水系。永定河水系上游有洋河和桑干河兩大支流，洋河上游又有東洋河、西洋河和南洋河三條主要支流，它們于懷安縣柴溝堡附近匯合為洋河，流經(jīng)懷安縣、萬全區(qū)、張家口市區(qū)、宣化區(qū)、下花園區(qū)和懷來縣等地；桑干河發(fā)源山西省寧武縣管岑山，流經(jīng)陽原、宣化區(qū)、涿鹿、懷來等地。洋河與桑干河在懷來縣夾河村附近匯流后稱永定河，然后注入官廳水庫。永定河流域在張家口市境內(nèi)流域面積為1.79萬km2，占張家口市總面積的48.7%，是張家口市的主要水源地，也是經(jīng)濟社會發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)的命脈。潮白河水系有白河和黑河兩條主要支流組成，白河發(fā)源于沽源縣的紅旗灘，中途有湯泉河、紅河匯入，干流總長182km，白河在張家口市的流域面積4040km2。黑河發(fā)源于沽源縣的老掌溝。白河、黑河由北向南平行貫穿赤城縣，分布在赤城縣境內(nèi)山區(qū)，流域面積5763km2，占全市總面積的15.6%；白河、黑河在北京延慶縣境內(nèi)匯合后注入密云水庫。大清河水系在張家口市境內(nèi)范圍包括蔚縣的東南山區(qū)和涿鹿縣的趙家蓬區(qū)，流域面積有1159km2，占全市總面積的3.1%。灤河水系在張家口市境內(nèi)范圍為沽源縣東北部，流域面積971km2，占全市總面積的2.6%，其主要河流為閃電河。內(nèi)陸河水系為壩上地區(qū)的季節(jié)性河流和淖泊濕地組成，流域面積11021km2，占全市總面積的29.9%，主要淖泊有安固里淖、察汗淖、黃蓋淖、九連城淖等，較大的河流有安固里河、三臺河、大清溝河等。水系的分布不僅影響著城區(qū)的水資源分布，也與雨水控制利用設(shè)施的布局密切相關(guān)。在進(jìn)行雨水控制利用規(guī)劃時，需要充分考慮水系的特點，合理設(shè)置雨水收集、處理和排放設(shè)施，以實現(xiàn)雨水資源的有效利用和水環(huán)境的保護。2.2雨水資源分布及特征張家口市城區(qū)的雨水資源分布呈現(xiàn)出顯著的時空差異，這對城市的雨水控制利用策略制定具有關(guān)鍵影響。從年降水量來看，依據(jù)張家口市氣象局提供的多年氣象數(shù)據(jù)，城區(qū)多年平均降水量約為420mm。然而，年降水量的年際變化較為明顯，最大值與最小值之間的差距較大。例如，在2015年，城區(qū)降水量達(dá)到了522.2mm，而在2011年，降水量僅為254.5mm。這種年際間的大幅波動，使得對雨水資源的穩(wěn)定開發(fā)利用面臨挑戰(zhàn)。降水豐富的年份，雨水徑流量大，若不能及時有效地收集和利用，不僅會造成水資源的浪費，還可能引發(fā)城市內(nèi)澇等災(zāi)害；而降水稀少的年份，則會加劇城市水資源短缺的問題。在季節(jié)分布方面，張家口市城區(qū)降水具有明顯的季節(jié)性特征。5-9月為雨季，這期間的降水量約占全年降水量的85%，是雨水資源的主要集中期。其中，7月和8月是降水最為集中的月份，月平均降水量分別可達(dá)95mm和77mm左右。大量降水在短時間內(nèi)形成地表徑流，如果不能得到合理的控制和利用，容易導(dǎo)致城市排水系統(tǒng)不堪重負(fù)，引發(fā)內(nèi)澇災(zāi)害。而10月至次年4月為旱季，降水量較少，僅占全年降水量的15%。旱季降水不足，使得城市在這一時期對水資源的需求主要依賴于其他水源，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾。雨水徑流深度也是衡量雨水資源分布的重要指標(biāo)。經(jīng)測算，張家口市城區(qū)年平均徑流深度為39.26mm。不同下墊面條件下的徑流深度存在顯著差異。在不透水面積較大的城市建成區(qū)，如商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等，由于地面多為水泥、瀝青等硬質(zhì)鋪裝，雨水下滲困難，徑流系數(shù)較大，徑流深度相對較高。而在綠地、林地等透水面積較大的區(qū)域，雨水能夠通過土壤下滲，補充地下水，徑流系數(shù)較小，徑流深度相對較低。這種下墊面差異導(dǎo)致的徑流深度不同，要求在雨水控制利用設(shè)施的布局和建設(shè)中，充分考慮不同區(qū)域的特點，因地制宜地采取相應(yīng)的措施。在城市建成區(qū)，應(yīng)加強雨水收集和調(diào)蓄設(shè)施的建設(shè)，以減少地表徑流對城市排水系統(tǒng)的壓力；而在綠地、林地等區(qū)域，則可以通過優(yōu)化植被配置、建設(shè)雨水花園等方式，進(jìn)一步提高雨水的下滲和利用效率。綜合來看，張家口市城區(qū)雨水資源時空分布不均的特征，給城市的水資源管理和利用帶來了諸多挑戰(zhàn)。在制定雨水控制利用策略時，必須充分考慮這些特征，合理規(guī)劃雨水控制利用設(shè)施的布局和規(guī)模，以實現(xiàn)雨水資源的高效利用，緩解城市水資源短缺問題，減輕城市內(nèi)澇災(zāi)害，改善城市生態(tài)環(huán)境。2.3現(xiàn)有雨水控制利用設(shè)施與模式近年來，隨著對水資源問題的重視以及城市可持續(xù)發(fā)展理念的深入，張家口市城區(qū)在雨水控制利用方面進(jìn)行了積極探索，建設(shè)了一系列相關(guān)設(shè)施，并采用了多種雨水控制利用模式。在雨水收集設(shè)施方面，部分新建小區(qū)和公共建筑配備了雨水收集系統(tǒng)。例如，位于橋東區(qū)的某新建住宅小區(qū)，在規(guī)劃建設(shè)時就充分考慮了雨水收集利用，在建筑物屋頂設(shè)置了雨水收集管道，將屋面雨水收集后引入小區(qū)內(nèi)的雨水收集池。該收集池容積為500立方米，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池體表面進(jìn)行了防水和防腐處理。收集的雨水經(jīng)過簡單的格柵過濾，去除較大的雜物后，暫時儲存于收集池中。這些雨水主要用于小區(qū)內(nèi)的綠化灌溉、道路噴灑等，據(jù)統(tǒng)計，該小區(qū)每年通過雨水收集利用，可節(jié)約綠化灌溉用水約3000立方米，有效減少了對市政供水的依賴。在宣化區(qū)的某大型公園，也建設(shè)了雨水收集系統(tǒng)，通過在公園內(nèi)的廣場、道路等區(qū)域設(shè)置雨水口，將雨水收集后輸送至公園內(nèi)的景觀湖。景觀湖不僅起到了雨水儲存的作用，還成為公園景觀的一部分，實現(xiàn)了雨水的資源化利用與景觀營造的有機結(jié)合。在雨水處理設(shè)施方面，一些區(qū)域采用了人工濕地和雨水花園等生態(tài)處理方式。以位于經(jīng)開區(qū)的某雨水花園項目為例，該雨水花園占地面積約2000平方米，由下沉式綠地、植物、礫石層等組成。雨水首先通過地表徑流流入下沉式綠地，在綠地中，雨水經(jīng)過植物根系的吸附和過濾作用，以及土壤和礫石層的物理過濾和凈化，去除了大部分的污染物。該雨水花園種植了鳶尾、菖蒲、蘆葦?shù)榷喾N耐水濕植物，這些植物不僅能夠有效地凈化雨水，還具有良好的景觀效果。經(jīng)檢測，經(jīng)過該雨水花園處理后的雨水，化學(xué)需氧量（COD）、懸浮物（SS）等主要污染物指標(biāo)明顯降低，水質(zhì)得到了顯著改善。處理后的雨水一部分滲入地下，補充地下水，另一部分則儲存于花園內(nèi)的蓄水池中，用于周邊區(qū)域的綠化灌溉。在雨水利用方面，除了上述提到的用于綠化灌溉和道路噴灑外，部分工業(yè)企業(yè)也開始嘗試?yán)糜晁鳛樯a(chǎn)用水的補充。位于產(chǎn)業(yè)園區(qū)的某制造企業(yè)，建設(shè)了一套雨水收集利用系統(tǒng)，將廠區(qū)內(nèi)的屋面和地面雨水收集起來，經(jīng)過沉淀、過濾、消毒等處理工藝后，用于企業(yè)內(nèi)部的冷卻用水、設(shè)備清洗等環(huán)節(jié)。該企業(yè)每年通過雨水利用，可減少生產(chǎn)用水成本約10萬元，同時也降低了對新鮮水資源的取用量，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。目前，張家口市城區(qū)采用的雨水控制利用模式主要包括雨水收集回用模式、雨水滲透模式和雨水調(diào)蓄模式。雨水收集回用模式通過建設(shè)雨水收集設(shè)施，將雨水收集起來，經(jīng)過處理后用于非飲用水需求，如前文提到的新建小區(qū)和工業(yè)企業(yè)的雨水利用案例。雨水滲透模式則是通過建設(shè)滲透設(shè)施，如滲透池、滲透管、透水鋪裝等，增加雨水的下滲量，補充地下水，減少地表徑流。在一些新建道路和廣場，采用了透水鋪裝材料，使雨水能夠迅速滲透到地下，提高了雨水的自然凈化和補充地下水的能力。雨水調(diào)蓄模式是通過建設(shè)調(diào)蓄設(shè)施，如蓄水池、調(diào)節(jié)池等，在降雨期間儲存多余的雨水，在非降雨期間再將儲存的雨水釋放出來，用于各種用途或排放，以減輕城市排水系統(tǒng)的壓力。如前文所述的公園景觀湖和小區(qū)雨水收集池，在一定程度上都起到了雨水調(diào)蓄的作用。然而，當(dāng)前張家口市城區(qū)的雨水控制利用設(shè)施與模式在實際運行中仍存在一些問題。部分雨水收集設(shè)施的運行管理不夠規(guī)范，存在設(shè)備老化、維護不及時等情況，導(dǎo)致雨水收集效率低下。一些雨水處理設(shè)施的處理效果不穩(wěn)定，受季節(jié)和水質(zhì)變化影響較大。在雨水利用方面，由于缺乏有效的推廣和引導(dǎo)，部分居民和企業(yè)對雨水利用的認(rèn)識不足，積極性不高，使得雨水利用的范圍和規(guī)模受到一定限制。因此，進(jìn)一步優(yōu)化和完善張家口市城區(qū)的雨水控制利用設(shè)施與模式，提高其運行管理水平和效益，是當(dāng)前亟待解決的問題。2.4存在問題分析盡管張家口市城區(qū)在雨水控制利用方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但在實地調(diào)研與資料分析過程中，仍發(fā)現(xiàn)諸多亟待解決的問題，這些問題嚴(yán)重制約了雨水控制利用的成效與可持續(xù)發(fā)展。在設(shè)施方面，部分早期建設(shè)的雨水收集與處理設(shè)施存在老化現(xiàn)象。例如，一些建于十幾年前的雨水收集管道，由于長期受雨水沖刷及地下環(huán)境影響，出現(xiàn)管壁腐蝕、破損情況，導(dǎo)致雨水滲漏，收集效率大幅降低。在橋西區(qū)的老舊小區(qū)中，就有多條雨水收集管道出現(xiàn)不同程度的破裂，使得部分雨水在輸送過程中流失，無法有效收集。同時，雨水處理設(shè)施的老化也較為明顯，如部分人工濕地中的植物種類單一，生長狀況不佳，導(dǎo)致對雨水的凈化能力下降；一些雨水過濾設(shè)備的濾網(wǎng)老化，無法有效攔截雨水中的雜質(zhì)和污染物。此外，隨著城市的發(fā)展和人口的增加，部分雨水控制利用設(shè)施規(guī)模偏小，難以滿足當(dāng)前城市對雨水控制利用的需求。在一些新建的大型商業(yè)區(qū)和居民區(qū)，原有的雨水收集池容積有限，在暴雨期間無法儲存足夠的雨水，導(dǎo)致大量雨水未經(jīng)處理直接排放。從利用率角度來看，當(dāng)前張家口市城區(qū)雨水控制利用的整體利用率較低。一方面，由于宣傳推廣力度不足，許多居民和企業(yè)對雨水控制利用的重要性和可行性認(rèn)識不足，缺乏主動參與的積極性。在對多個居民小區(qū)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，大部分居民對小區(qū)內(nèi)的雨水收集利用設(shè)施了解甚少，更不會主動使用收集的雨水。另一方面，雨水利用的途徑相對狹窄，主要集中在綠化灌溉和道路噴灑等有限領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)、景觀補水等方面的應(yīng)用還不夠廣泛。雖然部分工業(yè)企業(yè)嘗試?yán)糜晁?，但由于技術(shù)和設(shè)備等方面的限制，利用規(guī)模較小，尚未形成規(guī)模化效應(yīng)。管理層面的問題也較為突出。目前，張家口市城區(qū)雨水控制利用涉及多個部門，如水利、市政、環(huán)保等，但各部門之間缺乏有效的溝通協(xié)調(diào)機制，存在職責(zé)不清、管理分散的情況。這導(dǎo)致在雨水控制利用設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)、運行和維護過程中，出現(xiàn)信息不暢、工作銜接不緊密等問題，影響了設(shè)施的正常運行和管理效率。在雨水收集設(shè)施的維護工作中，水利部門和市政部門之間存在責(zé)任推諉現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)施維護不及時，影響了設(shè)施的使用壽命和運行效果。此外，缺乏完善的雨水控制利用管理制度和規(guī)范，對設(shè)施的運行管理、水質(zhì)監(jiān)測、維護保養(yǎng)等方面沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)和要求，使得管理工作缺乏依據(jù)，隨意性較大。在一些雨水處理設(shè)施的運行過程中，由于缺乏嚴(yán)格的水質(zhì)監(jiān)測和管理，處理后的雨水水質(zhì)無法得到有效保障，影響了雨水的再利用。資金投入不足也是制約張家口市城區(qū)雨水控制利用發(fā)展的重要因素。雨水控制利用設(shè)施的建設(shè)、改造和維護需要大量的資金支持，但目前資金來源渠道相對單一，主要依賴政府財政投入，社會資本參與度較低。有限的資金難以滿足設(shè)施建設(shè)和改造的需求，導(dǎo)致部分項目進(jìn)展緩慢，一些老化設(shè)施無法及時更新改造。在一些老舊小區(qū)的雨水收集系統(tǒng)改造項目中，由于資金短缺，改造工程不得不擱置，使得老舊小區(qū)的雨水控制利用問題得不到有效解決。綜上所述，張家口市城區(qū)雨水控制利用在設(shè)施、利用率、管理和資金等方面存在諸多問題，這些問題嚴(yán)重阻礙了雨水控制利用工作的深入開展。為了實現(xiàn)張家口市城區(qū)雨水資源的可持續(xù)利用，提升城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，必須針對這些問題采取有效的解決措施，優(yōu)化雨水控制利用模式，提高設(shè)施規(guī)模和運行效率，加強管理和資金保障。三、雨水控制利用模式選擇3.1影響模式選擇的因素分析張家口市城區(qū)雨水控制利用模式的選擇受到多種因素的綜合影響，這些因素涵蓋自然條件、經(jīng)濟發(fā)展水平、城市規(guī)劃等多個維度，它們相互交織，共同決定了不同雨水控制利用模式在張家口市城區(qū)的適用性和可行性。3.1.1自然條件因素氣候條件：張家口市城區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水分布極不均衡，5-9月為雨季，降水量約占全年的85%，且多暴雨天氣，短時間內(nèi)降雨量大，易形成洪澇災(zāi)害；10月至次年4月為旱季，降水稀少，水資源短缺問題突出。這種氣候特征對雨水控制利用模式的選擇產(chǎn)生了重要影響。在雨季，應(yīng)優(yōu)先考慮能夠有效削減雨水徑流量、減輕城市排水系統(tǒng)壓力的模式，如雨水調(diào)蓄和雨水滲透模式。建設(shè)大型蓄水池、調(diào)節(jié)池等調(diào)蓄設(shè)施，在暴雨期間儲存多余的雨水，待雨停后再緩慢排放，可有效緩解城市內(nèi)澇。而在旱季，雨水收集回用模式則顯得尤為重要，通過收集儲存的雨水，用于城市綠化灌溉、道路噴灑、景觀補水等非飲用水需求，可有效緩解水資源短缺問題。地形地貌：城區(qū)地勢西北高、東南低，分為壩上和壩下兩部分。壩上地勢平坦開闊，屬波狀高原景觀；壩下地形復(fù)雜，山巒起伏，溝壑縱橫，山地、丘陵、盆地相間分布。不同的地形地貌條件適合不同的雨水控制利用模式。在壩上地區(qū)，由于地勢平坦，有利于建設(shè)大面積的雨水滲透設(shè)施，如滲透池、滲透溝等，增加雨水的下滲量，補充地下水。而在壩下的山區(qū)，地形坡度較大，雨水徑流速度快，可結(jié)合地形建設(shè)雨水收集溝渠和蓄水池，將雨水收集起來，用于周邊區(qū)域的灌溉和生活雜用水。在盆地和平原地區(qū)，可綜合考慮雨水調(diào)蓄和收集回用模式，建設(shè)雨水調(diào)蓄池和雨水收集系統(tǒng)，實現(xiàn)雨水的合理利用和有效控制。土壤條件：張家口市城區(qū)大部分地區(qū)的土壤以輕亞粘土或濕陷性黃土為主。輕亞粘土的透水性相對較差，在進(jìn)行雨水滲透設(shè)施建設(shè)時，需要對土壤進(jìn)行改良，如添加砂、礫石等材料，以提高土壤的滲透性。而濕陷性黃土遇水后會發(fā)生沉降，在建設(shè)雨水控制利用設(shè)施時，需要采取特殊的工程措施，如進(jìn)行地基處理、設(shè)置防水層等，以確保設(shè)施的安全穩(wěn)定運行。因此，土壤條件也是影響雨水控制利用模式選擇的重要因素之一。3.1.2經(jīng)濟發(fā)展水平因素資金投入能力：雨水控制利用設(shè)施的建設(shè)、運行和維護需要大量的資金投入。經(jīng)濟發(fā)展水平較高的區(qū)域，如張家口市城區(qū)的核心商業(yè)區(qū)和部分新建開發(fā)區(qū)，政府和企業(yè)的資金實力相對較強，能夠承擔(dān)較大規(guī)模的雨水控制利用項目的投資。這些區(qū)域可以優(yōu)先考慮建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、功能完善的雨水收集回用系統(tǒng)和大型雨水調(diào)蓄設(shè)施，如智能化的雨水收集利用系統(tǒng)，通過自動化設(shè)備實現(xiàn)雨水的高效收集、處理和利用，提高雨水利用效率。而在經(jīng)濟發(fā)展相對滯后的區(qū)域，資金投入有限，可選擇一些成本較低、易于實施的雨水控制利用模式，如建設(shè)簡單的雨水收集桶、透水鋪裝等，逐步推進(jìn)雨水控制利用工作。技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)：經(jīng)濟發(fā)展水平較高的地區(qū)通常擁有更先進(jìn)的技術(shù)和完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，這為雨水控制利用提供了有力的技術(shù)支持和產(chǎn)業(yè)保障。在張家口市城區(qū)，一些高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)和科研機構(gòu)集中的區(qū)域，具備研發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)雨水控制利用技術(shù)的能力。這些區(qū)域可以率先采用一些新型的雨水控制利用技術(shù)，如雨水凈化的膜技術(shù)、雨水利用的智能控制系統(tǒng)等，提高雨水控制利用的科技含量和運行效率。同時，良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)也有利于雨水控制利用設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)，降低設(shè)備成本，促進(jìn)雨水控制利用設(shè)施的建設(shè)和推廣。相反，在技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱的地區(qū)，應(yīng)選擇一些技術(shù)成熟、易于操作和維護的雨水控制利用模式，待條件成熟后再逐步引入先進(jìn)技術(shù)。3.1.3城市規(guī)劃因素土地利用類型：張家口市城區(qū)的土地利用類型多樣，包括居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、綠地、公共設(shè)施用地等。不同的土地利用類型對雨水控制利用模式的需求和適應(yīng)性不同。在居民區(qū)，可結(jié)合小區(qū)建設(shè)，采用雨水收集回用模式，建設(shè)屋頂雨水收集系統(tǒng)和小區(qū)內(nèi)的雨水收集池，將收集的雨水用于小區(qū)的綠化灌溉、道路噴灑和居民的沖廁等生活雜用水。在商業(yè)區(qū)，由于人流量大，對景觀和環(huán)境要求較高，可采用雨水調(diào)蓄和景觀結(jié)合的模式，建設(shè)雨水花園、下沉式綠地等，既實現(xiàn)了雨水的控制利用，又美化了商業(yè)環(huán)境。工業(yè)區(qū)則可根據(jù)生產(chǎn)用水需求，建設(shè)雨水收集利用系統(tǒng)，將雨水作為工業(yè)生產(chǎn)用水的補充，降低企業(yè)的用水成本。綠地和公共設(shè)施用地可充分發(fā)揮其生態(tài)功能，采用雨水滲透和雨水凈化模式，建設(shè)滲透池、人工濕地等，增加雨水的下滲量，凈化雨水，改善城市生態(tài)環(huán)境。城市發(fā)展規(guī)劃：城市的發(fā)展規(guī)劃對雨水控制利用模式的選擇具有長遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。隨著張家口市城區(qū)的不斷發(fā)展，城市規(guī)模逐漸擴大，對水資源的需求也日益增加。在城市發(fā)展規(guī)劃中，應(yīng)充分考慮雨水控制利用的需求，將其納入城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的整體規(guī)劃中。對于新開發(fā)的區(qū)域，應(yīng)按照海綿城市建設(shè)理念，全面規(guī)劃和建設(shè)雨水控制利用設(shè)施，實現(xiàn)雨水的源頭減排、過程控制和末端利用。在城市更新改造項目中，也應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有設(shè)施和布局，合理選擇雨水控制利用模式，對老舊的雨水收集和排放系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，提高城市雨水控制利用的能力。同時，城市發(fā)展規(guī)劃還應(yīng)考慮與周邊區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)雨水資源的合理調(diào)配和共享。3.2常見雨水控制利用模式介紹在全球范圍內(nèi)，為有效應(yīng)對城市雨水管理與利用的挑戰(zhàn)，各國發(fā)展出多種雨水控制利用模式，這些模式各具特點，在不同的應(yīng)用場景中發(fā)揮著重要作用。以下將詳細(xì)介紹雨水花園、綠色屋頂、蓄水池等常見模式及其優(yōu)缺點。雨水花園作為一種生態(tài)型的雨水控制與利用設(shè)施，近年來在城市建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。它通常由淺凹地形、耐水濕植物、種植土、礫石層等部分組成。在降雨過程中，雨水首先通過地表徑流流入雨水花園，淺凹地形能夠有效收集和滯留雨水。植物根系和種植土對雨水中的污染物具有吸附、過濾和分解作用，可去除雨水中的懸浮物、有機物、氮、磷等污染物。礫石層則起到進(jìn)一步過濾和排水的作用，使凈化后的雨水緩慢滲入地下，補充地下水。在一些城市的居民區(qū)和公園內(nèi)，雨水花園不僅能夠有效控制雨水徑流，還能美化環(huán)境，為居民提供舒適的休閑空間。然而，雨水花園也存在一定的局限性。其占地面積相對較大，在城市土地資源緊張的區(qū)域，實施可能受到限制。植物的生長狀況受季節(jié)和氣候影響較大，在冬季或干旱季節(jié)，植物的凈化能力會有所下降。雨水花園的維護管理要求相對較高，需要定期對植物進(jìn)行修剪、施肥，對設(shè)施進(jìn)行清理和檢查，以確保其正常運行。綠色屋頂，又稱屋頂花園，是在建筑物屋頂上種植植物，形成綠色植被覆蓋的屋面。綠色屋頂可分為簡單式綠色屋頂和花園式綠色屋頂。簡單式綠色屋頂一般種植耐旱、耐瘠薄的地被植物，如佛甲草等，構(gòu)造相對簡單，成本較低；花園式綠色屋頂則種植多種植物，包括花卉、灌木等，景觀效果好，但建設(shè)和維護成本較高。綠色屋頂能夠截留部分雨水，減少屋面雨水徑流量。植物和種植基質(zhì)還能對雨水進(jìn)行凈化，降低雨水中的污染物含量。此外，綠色屋頂具有隔熱保溫作用，可降低建筑物能耗。在一些城市的辦公樓和學(xué)校建筑中，綠色屋頂?shù)膽?yīng)用不僅改善了建筑的生態(tài)環(huán)境，還提升了建筑的形象。不過，綠色屋頂也面臨一些問題。其建設(shè)成本相對較高，需要對屋頂進(jìn)行防水、承重等處理，增加了建設(shè)投資。綠色屋頂?shù)闹参锷L需要定期澆水、施肥、修剪等維護管理，耗費人力和物力。在屋頂坡度較大或建筑結(jié)構(gòu)承重能力有限的情況下，綠色屋頂?shù)膽?yīng)用受到限制。蓄水池是一種傳統(tǒng)的雨水控制利用設(shè)施，通過建造水池來儲存雨水。蓄水池可分為地上蓄水池和地下蓄水池。地上蓄水池通常采用鋼筋混凝土或玻璃鋼材質(zhì)，建設(shè)成本相對較低，便于維護和管理，但占地面積較大，影響景觀；地下蓄水池則不占用地面空間，對景觀影響小，但建設(shè)成本較高，施工難度較大。蓄水池能夠在降雨期間儲存大量雨水，待需要時再將儲存的雨水用于灌溉、洗車、沖廁等非飲用水需求。在一些缺水地區(qū)的工業(yè)企業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，蓄水池為其提供了重要的水源補充。然而，蓄水池也存在一些缺點。長期儲存雨水容易導(dǎo)致水質(zhì)惡化，需要定期對蓄水池進(jìn)行清理和消毒。蓄水池的投資成本較高，尤其是大型地下蓄水池，建設(shè)周期長，需要較大的資金投入。在水資源豐富地區(qū)，蓄水池的利用率可能較低，造成資源浪費。除上述模式外，還有透水鋪裝、雨水收集桶、人工濕地等多種雨水控制利用模式。透水鋪裝通過采用透水磚、透水瀝青等材料，使雨水能夠迅速滲透到地下，補充地下水，減少地表徑流。雨水收集桶則是一種簡單的雨水收集裝置，常用于家庭和小型商業(yè)場所，收集的雨水可用于庭院灌溉等。人工濕地利用水生植物和微生物的作用，對雨水進(jìn)行凈化和處理，同時具有良好的生態(tài)景觀效果。每種模式都有其獨特的優(yōu)勢和適用條件，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況綜合考慮，選擇合適的雨水控制利用模式。3.3張家口市城區(qū)適宜模式篩選基于對影響張家口市城區(qū)雨水控制利用模式選擇因素的深入剖析，以及對常見雨水控制利用模式的全面了解，結(jié)合張家口市城區(qū)的實際情況，篩選出以下幾種適宜的雨水控制利用模式。對于地勢平坦、土地資源相對充裕且經(jīng)濟發(fā)展水平適中的區(qū)域，如部分新建的居民區(qū)和一些工業(yè)園區(qū)，雨水花園模式具有較高的適用性。張家口市城區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水集中在5-9月，且多暴雨天氣，雨水花園的淺凹地形能夠有效收集和滯留雨水，在雨季起到削減雨水徑流量、減輕城市排水系統(tǒng)壓力的作用。同時，該區(qū)域土壤多為輕亞粘土或濕陷性黃土，透水性相對較差，通過在雨水花園中設(shè)置礫石層和耐水濕植物，可提高雨水的下滲和凈化能力。在橋東區(qū)的某新建居民區(qū)，建設(shè)了多個雨水花園，占地面積約占小區(qū)總面積的5%。經(jīng)過實際運行監(jiān)測，在暴雨期間，小區(qū)內(nèi)的雨水徑流量明顯減少，有效緩解了周邊排水管網(wǎng)的壓力。而且，雨水花園中的植物生長良好，不僅美化了小區(qū)環(huán)境，還為居民提供了舒適的休閑空間。在建筑物密集、土地資源緊張的區(qū)域，如市中心的商業(yè)區(qū)和老城區(qū)，綠色屋頂模式是一種較為理想的選擇。這些區(qū)域人口密度大，對景觀和環(huán)境的要求較高，綠色屋頂能夠在不占用額外土地的情況下，實現(xiàn)雨水的截留和凈化。同時，綠色屋頂還具有隔熱保溫作用，可降低建筑物能耗，符合城市可持續(xù)發(fā)展的要求。在張家口市的某商業(yè)中心，部分建筑物的屋頂采用了綠色屋頂設(shè)計，種植了佛甲草等耐旱植物。經(jīng)測算，這些綠色屋頂可截留約30%-40%的屋面雨水，有效減少了屋面雨水徑流量。而且，綠色屋頂?shù)木坝^效果良好，提升了商業(yè)中心的整體形象?？紤]到張家口市城區(qū)降水的季節(jié)性差異，蓄水池模式在應(yīng)對旱季水資源短缺問題方面具有重要作用。特別是在工業(yè)企業(yè)和對水資源需求量較大的公共設(shè)施區(qū)域，如學(xué)校、醫(yī)院等，建設(shè)蓄水池可儲存雨季的多余雨水，用于旱季的生產(chǎn)、生活和綠化用水。在某產(chǎn)業(yè)園區(qū)的一家制造企業(yè)，建設(shè)了一座容積為1000立方米的地下蓄水池，將廠區(qū)內(nèi)的屋面和地面雨水收集起來儲存其中。在旱季，這些儲存的雨水可滿足企業(yè)約30%的生產(chǎn)用水需求，大大降低了企業(yè)的用水成本。同時，蓄水池的建設(shè)也有助于減少城市排水系統(tǒng)的壓力，提高城市應(yīng)對水資源短缺和洪澇災(zāi)害的能力。透水鋪裝模式則適用于城市道路、廣場、停車場等大面積的硬質(zhì)地面區(qū)域。張家口市城區(qū)地形復(fù)雜，在一些地勢較低的區(qū)域，雨水容易積聚形成內(nèi)澇。透水鋪裝能夠使雨水迅速滲透到地下，補充地下水，減少地表徑流，有效緩解城市內(nèi)澇問題。在經(jīng)開區(qū)的某新建道路，采用了透水瀝青鋪裝，經(jīng)過多次降雨測試，在相同降雨條件下，該道路的地表徑流量比傳統(tǒng)瀝青道路減少了約40%。而且，透水鋪裝還能改善城市的熱島效應(yīng)，提高城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。人工濕地模式在張家口市城區(qū)的一些綠地和水系周邊區(qū)域具有良好的應(yīng)用前景。這些區(qū)域通常具有一定的自然生態(tài)基礎(chǔ)，人工濕地的建設(shè)可以充分利用現(xiàn)有的地形和植被條件，實現(xiàn)雨水的凈化和生態(tài)景觀的營造。人工濕地利用水生植物和微生物的作用，對雨水中的污染物進(jìn)行吸附、分解和轉(zhuǎn)化，使水質(zhì)得到凈化。在某公園的人工濕地項目中，種植了菖蒲、蘆葦?shù)榷喾N水生植物，經(jīng)過處理后的雨水可達(dá)到景觀用水標(biāo)準(zhǔn)，用于公園內(nèi)的景觀湖補水。同時，人工濕地還為鳥類和其他生物提供了棲息地，豐富了城市的生物多樣性。綜上所述，根據(jù)張家口市城區(qū)不同區(qū)域的自然條件、經(jīng)濟發(fā)展水平和城市規(guī)劃等因素，篩選出的雨水花園、綠色屋頂、蓄水池、透水鋪裝和人工濕地等模式，能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)雨水的有效控制和利用。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況，靈活選擇和組合這些模式，形成適合張家口市城區(qū)特點的雨水控制利用體系。3.4不同區(qū)域模式應(yīng)用案例分析為了更直觀地展現(xiàn)不同雨水控制利用模式在張家口市城區(qū)的實際應(yīng)用效果和適應(yīng)性，以下將以城區(qū)內(nèi)具有代表性的不同功能區(qū)域為例展開深入分析。3.4.1居民區(qū)案例位于橋東區(qū)的某新建大型居民區(qū)，占地面積約20萬平方米，規(guī)劃居住人口5000余人。該居民區(qū)在建設(shè)過程中，充分考慮了雨水控制利用的需求，采用了多種雨水控制利用模式的組合。雨水花園在該居民區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。小區(qū)內(nèi)共建設(shè)了5處雨水花園，總面積達(dá)5000平方米，分布在各個組團的中心綠地和道路兩側(cè)。雨水花園的深度為0.5-0.8米，由種植土、礫石層、砂層和耐水濕植物組成。種植土選用了透水性良好的改良土壤，礫石層和砂層起到過濾和排水的作用。種植的植物包括鳶尾、菖蒲、蘆葦?shù)?，這些植物不僅具有良好的耐水濕性能，還能有效地凈化雨水。在降雨時，雨水首先通過地表徑流流入雨水花園，被植物和土壤截留、過濾和凈化，多余的雨水則通過礫石層和砂層滲入地下，補充地下水。據(jù)監(jiān)測，該居民區(qū)的雨水花園在暴雨期間可有效削減雨水徑流量約30%-40%，同時對雨水中的懸浮物、化學(xué)需氧量、氮、磷等污染物的去除率可達(dá)50%-70%。綠色屋頂也是該居民區(qū)雨水控制利用的重要組成部分。小區(qū)內(nèi)約30%的建筑物屋頂采用了綠色屋頂設(shè)計，總面積達(dá)3萬平方米。綠色屋頂采用了簡單式設(shè)計，種植了佛甲草等耐旱、耐瘠薄的地被植物。綠色屋頂?shù)臉?gòu)造包括防水層、排水層、過濾層和種植層。防水層采用了優(yōu)質(zhì)的防水卷材，確保屋頂不漏水；排水層采用了陶粒等材料，能夠快速排除多余的雨水；過濾層采用了土工布，防止種植土流失；種植層厚度為10-15厘米，選用了輕質(zhì)、肥沃的種植土。綠色屋頂不僅能夠截留部分雨水，減少屋面雨水徑流量，還能起到隔熱保溫、美化環(huán)境的作用。經(jīng)測算，該居民區(qū)的綠色屋頂可截留屋面雨水約20%-30%，夏季可使建筑物室內(nèi)溫度降低2-3℃。此外，該居民區(qū)還建設(shè)了雨水收集系統(tǒng)和蓄水池。在建筑物屋頂和地面設(shè)置了雨水收集管道，將雨水收集后輸送至小區(qū)內(nèi)的蓄水池。蓄水池容積為1000立方米，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池體表面進(jìn)行了防水和防腐處理。收集的雨水經(jīng)過簡單的格柵過濾和消毒處理后，用于小區(qū)內(nèi)的綠化灌溉、道路噴灑和居民的沖廁等生活雜用水。據(jù)統(tǒng)計，該居民區(qū)每年通過雨水收集利用，可節(jié)約綠化灌溉用水約5000立方米，減少居民生活用水費用約20%。通過多種雨水控制利用模式的綜合應(yīng)用，該居民區(qū)在雨水控制利用方面取得了顯著成效。小區(qū)內(nèi)的雨水徑流量明顯減少，有效地減輕了城市排水系統(tǒng)的壓力；雨水得到了合理利用，節(jié)約了水資源，降低了居民的用水成本；同時，雨水花園和綠色屋頂?shù)慕ㄔO(shè)也美化了小區(qū)環(huán)境，提升了居民的生活品質(zhì)。該居民區(qū)的成功經(jīng)驗為張家口市城區(qū)其他居民區(qū)的雨水控制利用提供了有益的借鑒。3.4.2商業(yè)區(qū)案例位于市中心的某大型商業(yè)區(qū)，占地面積約15萬平方米，是集購物、餐飲、娛樂為一體的綜合性商業(yè)區(qū)域。該商業(yè)區(qū)人員密集，對景觀和環(huán)境的要求較高，在雨水控制利用方面采用了雨水調(diào)蓄與景觀結(jié)合的模式。商業(yè)區(qū)的中心位置建設(shè)了一個大型的下沉式廣場，占地面積約2000平方米，深度為1-1.5米。下沉式廣場周邊設(shè)置了雨水收集口和排水管道，在降雨時，雨水通過收集口流入下沉式廣場，廣場內(nèi)設(shè)置了多個雨水花園和小型蓄水池，雨水首先被雨水花園凈化，然后儲存于蓄水池中。蓄水池總?cè)莘e為500立方米，采用了模塊化設(shè)計，便于安裝和維護。儲存的雨水用于廣場的景觀補水、綠化灌溉和道路噴灑等。在非降雨期間，下沉式廣場作為市民休閑娛樂的場所，為商業(yè)區(qū)增添了活力。經(jīng)監(jiān)測，該下沉式廣場在暴雨期間可儲存雨水約300-400立方米，有效地削減了周邊區(qū)域的雨水徑流量。在商業(yè)區(qū)的建筑物屋頂，部分采用了綠色屋頂設(shè)計，總面積約1萬平方米。綠色屋頂種植了多種花卉和灌木，形成了美麗的空中花園景觀。綠色屋頂不僅能夠截留雨水，還能改善建筑物的隔熱保溫性能，降低能源消耗。同時，綠色屋頂?shù)木坝^效果也提升了商業(yè)區(qū)的整體形象，吸引了更多的消費者。據(jù)測算，該商業(yè)區(qū)的綠色屋頂可截留屋面雨水約25%-35%，夏季可使建筑物室內(nèi)空調(diào)能耗降低15%-20%。此外，商業(yè)區(qū)的道路和停車場采用了透水鋪裝材料。透水鋪裝面積約5萬平方米，占道路和停車場總面積的80%。透水鋪裝采用了透水磚和透水瀝青，能夠使雨水迅速滲透到地下，補充地下水，減少地表徑流。在暴雨期間，透水鋪裝可使道路和停車場的地表徑流量減少約40%-50%，有效緩解了城市內(nèi)澇問題。同時，透水鋪裝還能改善城市的熱島效應(yīng)，提高城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。通過雨水調(diào)蓄與景觀結(jié)合的模式，該商業(yè)區(qū)在實現(xiàn)雨水有效控制利用的同時，打造了優(yōu)美的景觀環(huán)境，提升了商業(yè)價值。其成功實踐表明，在城市商業(yè)區(qū)等對景觀和環(huán)境要求較高的區(qū)域，采用這種模式是可行且有效的，為其他商業(yè)區(qū)的雨水控制利用提供了范例。3.4.3工業(yè)區(qū)案例位于產(chǎn)業(yè)園區(qū)的某制造企業(yè)，占地面積約8萬平方米，主要從事機械制造和加工業(yè)務(wù)。該企業(yè)用水量大，對水資源的成本較為敏感，在雨水控制利用方面采用了雨水收集回用模式。企業(yè)在廠區(qū)內(nèi)建設(shè)了完善的雨水收集系統(tǒng)。在建筑物屋頂設(shè)置了雨水收集管道，將屋面雨水收集后輸送至廠區(qū)內(nèi)的雨水收集池。在地面設(shè)置了雨水口和雨水溝渠，將地面雨水收集后也匯入雨水收集池。雨水收集池總?cè)莘e為1500立方米，采用了地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池體表面進(jìn)行了防腐處理。收集的雨水經(jīng)過格柵過濾、沉淀、消毒等處理工藝后，用于企業(yè)內(nèi)部的冷卻用水、設(shè)備清洗、綠化灌溉等環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，該企業(yè)每年通過雨水利用，可減少新鮮水資源取用量約8000立方米，降低生產(chǎn)用水成本約30萬元。為了確保雨水收集回用系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，企業(yè)還建立了完善的運行管理機制。安排專人負(fù)責(zé)雨水收集系統(tǒng)的日常維護和管理，定期對雨水收集池、管道、處理設(shè)備等進(jìn)行檢查和維修，確保設(shè)備正常運行。同時，加強對雨水水質(zhì)的監(jiān)測，根據(jù)水質(zhì)情況及時調(diào)整處理工藝，確保處理后的雨水符合企業(yè)生產(chǎn)用水的要求。在設(shè)備選型方面，企業(yè)選用了先進(jìn)的雨水處理設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)，提高了雨水處理效率和運行管理水平。通過實施雨水收集回用模式，該企業(yè)在解決自身用水需求的同時，降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。這一案例為張家口市城區(qū)其他工業(yè)企業(yè)開展雨水控制利用提供了寶貴的經(jīng)驗，證明了在工業(yè)企業(yè)中推廣雨水收集回用模式具有重要的現(xiàn)實意義和可行性。3.4.4公園案例位于經(jīng)開區(qū)的某大型公園，占地面積約30萬平方米，是集休閑、娛樂、生態(tài)保護為一體的城市公園。該公園擁有豐富的綠地和水體資源，在雨水控制利用方面采用了人工濕地和雨水滲透模式。公園內(nèi)建設(shè)了一處面積約5000平方米的人工濕地。人工濕地由進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、濕地植物區(qū)、出水區(qū)等部分組成。在降雨時，雨水首先通過地表徑流流入進(jìn)水區(qū)，經(jīng)過沉淀區(qū)的初步沉淀后，進(jìn)入濕地植物區(qū)。濕地植物區(qū)種植了菖蒲、蘆葦、荷花等多種水生植物，這些植物通過根系吸附和微生物分解作用，對雨水中的污染物進(jìn)行凈化。凈化后的雨水從出水區(qū)排出，用于公園內(nèi)的景觀湖補水和周邊綠地的灌溉。經(jīng)檢測，經(jīng)過人工濕地處理后的雨水，化學(xué)需氧量、懸浮物、氮、磷等污染物指標(biāo)明顯降低，水質(zhì)得到了顯著改善。人工濕地不僅起到了凈化雨水的作用，還為鳥類和其他生物提供了棲息地，豐富了公園的生物多樣性。公園內(nèi)的綠地采用了雨水滲透模式。通過優(yōu)化綠地的地形設(shè)計，使綠地形成一定的坡度，雨水能夠自然地流入綠地。在綠地中設(shè)置了滲透溝和滲透井，增加雨水的下滲量。滲透溝采用了礫石和砂填充，滲透井則采用了混凝土管制作。同時，公園內(nèi)的道路和廣場也部分采用了透水鋪裝材料，進(jìn)一步提高了雨水的滲透能力。據(jù)監(jiān)測，公園內(nèi)的綠地和透水鋪裝區(qū)域在降雨時可使雨水下滲量增加約50%-60%，有效地補充了地下水。此外，公園還建設(shè)了雨水收集系統(tǒng)和蓄水池。在公園的建筑物屋頂和部分硬質(zhì)地面設(shè)置了雨水收集管道，將雨水收集后輸送至蓄水池。蓄水池容積為800立方米，用于儲存雨水，以備在干旱季節(jié)或非降雨期間使用。收集的雨水主要用于公園內(nèi)的綠化灌溉和景觀補水。通過人工濕地和雨水滲透模式的應(yīng)用，該公園實現(xiàn)了雨水的有效控制和利用，改善了公園的生態(tài)環(huán)境，為市民提供了更加舒適的休閑娛樂空間。其成功經(jīng)驗為張家口市城區(qū)其他公園和綠地的雨水控制利用提供了有益的參考，對于推動城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有積極的示范作用。四、雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化方法4.1規(guī)模優(yōu)化的目標(biāo)與原則雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化旨在以科學(xué)合理的方式確定各類雨水控制利用設(shè)施的規(guī)模，以達(dá)成城市水資源高效利用、生態(tài)環(huán)境有效改善以及經(jīng)濟效益最大化的目標(biāo)。這一優(yōu)化過程對張家口市城區(qū)的可持續(xù)發(fā)展意義重大，不僅有助于緩解水資源短缺問題，還能提升城市應(yīng)對洪澇災(zāi)害的能力，促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。從提高水資源利用率角度來看，通過優(yōu)化雨水控制利用設(shè)施規(guī)模，能夠最大限度地收集、儲存和利用雨水資源。精準(zhǔn)確定雨水收集池、蓄水池等設(shè)施的規(guī)模，使其在雨季能夠充分收集雨水，并在旱季為城市綠化灌溉、道路噴灑、景觀補水等提供充足的水源，從而減少對傳統(tǒng)水資源的依賴，提高城市水資源的整體利用效率。在一些缺水地區(qū)，通過合理擴大雨水收集設(shè)施的規(guī)模，實現(xiàn)了雨水資源的充分利用，有效緩解了當(dāng)?shù)氐挠盟o張局面。降低內(nèi)澇風(fēng)險也是規(guī)模優(yōu)化的重要目標(biāo)之一。合理規(guī)劃雨水調(diào)蓄設(shè)施和滲透設(shè)施的規(guī)模，可以在暴雨期間有效削減雨水徑流量，延緩雨水匯流時間，減輕城市排水系統(tǒng)的壓力，從而降低城市內(nèi)澇發(fā)生的概率和危害程度。建設(shè)足夠容量的蓄水池和大面積的透水鋪裝，能夠在短時間內(nèi)儲存和滲透大量雨水，避免雨水在城市地面大量積聚，引發(fā)內(nèi)澇災(zāi)害。在進(jìn)行雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化時，需遵循一系列科學(xué)合理的原則。因地制宜原則要求充分考慮張家口市城區(qū)不同區(qū)域的自然條件、地形地貌、土地利用現(xiàn)狀等因素。在山區(qū)，地形坡度大，可建設(shè)小型雨水收集池和截流溝，將雨水收集起來用于周邊灌溉；而在平原地區(qū)，地勢平坦，可建設(shè)大型雨水調(diào)蓄池和大面積的滲透設(shè)施，以更好地控制雨水徑流。經(jīng)濟合理原則強調(diào)在滿足雨水控制利用目標(biāo)的前提下，綜合考慮設(shè)施建設(shè)、運行和維護成本。優(yōu)先選擇成本較低、效益較高的設(shè)施和技術(shù)，避免過度投資。采用簡單實用的雨水收集桶和透水磚，既能達(dá)到一定的雨水控制利用效果，又能降低建設(shè)成本?？沙掷m(xù)發(fā)展原則是雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化的核心原則。設(shè)施的規(guī)模確定應(yīng)充分考慮城市未來的發(fā)展需求，預(yù)留一定的發(fā)展空間。采用模塊化設(shè)計的雨水收集設(shè)施，可根據(jù)城市發(fā)展情況隨時進(jìn)行擴展和升級。同時，注重設(shè)施對城市生態(tài)環(huán)境的長期影響，確保不會對生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。建設(shè)人工濕地時，合理規(guī)劃濕地規(guī)模和植物種類，既能凈化雨水，又能為生物提供棲息地，促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。這些目標(biāo)和原則相互關(guān)聯(lián)、相互制約，共同指導(dǎo)著張家口市城區(qū)雨水控制利用規(guī)模的優(yōu)化過程。只有在明確目標(biāo)和遵循原則的基礎(chǔ)上，才能制定出科學(xué)合理的雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化方案，實現(xiàn)城市水資源的可持續(xù)利用和城市的可持續(xù)發(fā)展。4.2相關(guān)計算模型與方法介紹在張家口市城區(qū)雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化研究中，徑流系數(shù)法、水量平衡法等計算模型與方法發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們?yōu)闇?zhǔn)確評估雨水資源量、確定設(shè)施規(guī)模提供了科學(xué)依據(jù)。徑流系數(shù)法是計算雨水徑流量的常用方法之一。徑流系數(shù)是指一定匯水面積內(nèi)總徑流量與降水量的比值，它綜合反映了流域內(nèi)自然地理要素對徑流的影響。其計算公式為α=Y/X，其中α為徑流系數(shù)，Y為徑流深度，X為降水深度。徑流系數(shù)越大，則代表降雨較不易被土壤吸收，會增加排水溝渠的負(fù)荷。影響徑流系數(shù)的因素眾多，主要包括集水區(qū)的地形、流域特性因子、平均坡度、地表植被情況及土壤特性等。在山區(qū)，地形坡度大，徑流系數(shù)較大；而在植被茂密、土壤透水性好的區(qū)域，徑流系數(shù)相對較小。在張家口市城區(qū)，不同下墊面的徑流系數(shù)存在明顯差異。例如，屋面的徑流系數(shù)一般在0.8-0.9之間，水泥路面的徑流系數(shù)約為0.9，而綠地的徑流系數(shù)僅為0.1-0.2。通過確定不同下墊面的徑流系數(shù)，結(jié)合降水量數(shù)據(jù)，可計算出不同區(qū)域的雨水徑流量，為雨水收集、調(diào)蓄設(shè)施的規(guī)模設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在規(guī)劃建設(shè)一個新的居民區(qū)時，可根據(jù)該區(qū)域不同下墊面的面積和對應(yīng)的徑流系數(shù)，計算出在一定降雨強度下的雨水徑流量，從而確定所需雨水收集池的容積。水量平衡法是基于質(zhì)量守恒定律，對雨水控制利用系統(tǒng)中的水量進(jìn)行分析和計算的重要方法。其基本原理是在給定的時域空間中，水的運動（包括相變）具有連續(xù)性，在數(shù)量上保持收支平衡。對于雨水控制利用系統(tǒng)而言，水量平衡方程可表示為：P=E+R+ΔS，其中P為降水量，E為蒸發(fā)量，R為徑流量，ΔS為系統(tǒng)內(nèi)蓄水變量。在張家口市城區(qū)的雨水控制利用中，通過水量平衡法可確定雨水收集、利用和排放之間的關(guān)系。在設(shè)計一個雨水調(diào)蓄池時，需考慮該區(qū)域的降水量、蒸發(fā)量、徑流量以及調(diào)蓄池的蓄水變量，以確定調(diào)蓄池的合理規(guī)模。如果調(diào)蓄池的規(guī)模過小，在暴雨期間可能無法儲存足夠的雨水，導(dǎo)致雨水溢出，造成內(nèi)澇；而規(guī)模過大，則會造成資源浪費。通過水量平衡法的計算，可使調(diào)蓄池的規(guī)模既能滿足雨水調(diào)蓄的需求，又能實現(xiàn)資源的合理利用。除了徑流系數(shù)法和水量平衡法，還有一些其他的計算模型和方法在雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化中也具有重要應(yīng)用。水文模型，如SWMM（StormWaterManagementModel）模型，能夠?qū)Τ鞘杏晁畯搅鬟^程進(jìn)行模擬分析。該模型可以考慮不同下墊面類型、土地利用情況、排水管網(wǎng)布局等因素，通過輸入降雨數(shù)據(jù)，模擬出不同區(qū)域的雨水徑流量、流速、流向等信息。在張家口市城區(qū)的雨水控制利用規(guī)劃中，利用SWMM模型可以預(yù)測不同雨水控制利用措施對雨水徑流的削減效果，評估不同方案的可行性。通過對比在某區(qū)域建設(shè)雨水花園和透水鋪裝前后，SWMM模型模擬出的雨水徑流量變化情況，可判斷這兩種措施對削減雨水徑流的有效性，從而為方案的選擇提供科學(xué)依據(jù)。線性規(guī)劃模型可用于解決在一定約束條件下，如何合理分配資源以實現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的問題。在雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化中，可將雨水控制利用設(shè)施的建設(shè)成本、運行成本、水資源節(jié)約量、環(huán)境效益等作為約束條件和目標(biāo)函數(shù)，通過線性規(guī)劃模型求解出最優(yōu)的設(shè)施規(guī)模組合。在確定雨水收集池和蓄水池的規(guī)模時，考慮建設(shè)成本、維護成本以及對水資源節(jié)約的貢獻(xiàn)等因素，利用線性規(guī)劃模型可找到在滿足一定水資源利用目標(biāo)下，成本最低的設(shè)施規(guī)模配置方案。這些計算模型和方法相互配合、相互補充，為張家口市城區(qū)雨水控制利用規(guī)模優(yōu)化提供了全面、科學(xué)的技術(shù)支持。在實際應(yīng)用中，需根據(jù)具體情況選擇合適的模型和方法，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)據(jù)監(jiān)測等技術(shù)，提高計算的準(zhǔn)確性和可靠性。通過將徑流系數(shù)法、水量平衡法與SWMM模型相結(jié)合，利用GIS技術(shù)對地形、土地利用等空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再結(jié)合實時監(jiān)測的降雨、徑流數(shù)據(jù)，可更精確地確定雨水控制利用設(shè)施的規(guī)模和布局，實現(xiàn)城市雨水資源的高效利用和可持續(xù)管理。4.3基于模型的規(guī)模優(yōu)化分析本研究采用SWMM模型對張家口市城區(qū)不同降雨條件下的雨水徑流過程進(jìn)行模擬，通過改變模型中的參數(shù)，如綠地面積、透水鋪裝面積、蓄水池容積等，來分析不同雨水控制利用設(shè)施規(guī)模對雨水徑流的削減效果，從而確定最優(yōu)的設(shè)施規(guī)模。4.3.1模型構(gòu)建與參數(shù)設(shè)置在構(gòu)建SWMM模型時，首先對張家口市城區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的分區(qū)，根據(jù)土地利用類型將城區(qū)劃分為居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、綠地、公共設(shè)施用地等不同區(qū)域。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，獲取了各區(qū)域的地形、坡度、土壤類型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)輸入到模型中。對于不同下墊面類型，根據(jù)相關(guān)研究和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)置了相應(yīng)的徑流系數(shù)。屋面的徑流系數(shù)設(shè)置為0.85，水泥路面的徑流系數(shù)設(shè)置為0.9，綠地的徑流系數(shù)設(shè)置為0.15。在排水管網(wǎng)方面，詳細(xì)錄入了管網(wǎng)的管徑、坡度、長度、連接方式等信息，確保模型能夠準(zhǔn)確模擬雨水在管網(wǎng)中的流動過程。對于雨水控制利用設(shè)施，如雨水花園、綠色屋頂、蓄水池等，根據(jù)其設(shè)計參數(shù)和實際運行情況，設(shè)置了相應(yīng)的模型參數(shù)。雨水花園的有效蓄水深度設(shè)置為0.5米，綠色屋頂?shù)慕亓袈试O(shè)置為30%，蓄水池的容積根據(jù)不同方案進(jìn)行調(diào)整。4.3.2模擬方案設(shè)計為了全面評估不同雨水控制利用設(shè)施規(guī)模對雨水徑流的影響，設(shè)計了多種模擬方案。在方案一中，保持現(xiàn)有雨水控制利用設(shè)施規(guī)模不變，作為對照方案。在方案二中，增加綠地面積10%，并相應(yīng)增加雨水花園的面積，分析綠地和雨水花園規(guī)模擴大對雨水徑流的削減效果。在方案三中，將透水鋪裝面積占道路和廣場總面積的比例提高到50%，研究透水鋪裝規(guī)模增加對雨水徑流的影響。在方案四中，新建一座容積為5000立方米的大型蓄水池，評估蓄水池規(guī)模變化對雨水徑流的調(diào)控能力。在方案五中，綜合考慮綠地、透水鋪裝、蓄水池等多種設(shè)施規(guī)模的協(xié)同優(yōu)化，探索最優(yōu)的設(shè)施規(guī)模組合。4.3.3模擬結(jié)果分析通過SWMM模型對不同方案進(jìn)行模擬分析，得到了各方案在不同降雨強度下的雨水徑流量、洪峰流量等關(guān)鍵指標(biāo)。在對照方案（方案一）中，當(dāng)遭遇50年一遇的暴雨時，城區(qū)部分區(qū)域的雨水徑流量超過了排水管網(wǎng)的設(shè)計能力，導(dǎo)致出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，內(nèi)澇積水深度最大可達(dá)0.5米。在方案二中，綠地面積和雨水花園面積增加后，雨水徑流量明顯減少。在相同降雨條件下，雨水徑流量相比方案一減少了15%，洪峰流量降低了12%。這表明綠地和雨水花園規(guī)模的擴大，能夠有效地截留和凈化雨水，減少地表徑流。在方案三中，透水鋪裝面積增加后，雨水的下滲量顯著提高，地表徑流量大幅減少。在50年一遇暴雨時，雨水徑流量相比方案一減少了20%，洪峰流量降低了18%。說明透水鋪裝規(guī)模的增加，對削減雨水徑流具有明顯效果。在方案四中，新建大型蓄水池后，蓄水池在降雨初期能夠儲存大量雨水，有效地削減了洪峰流量。在50年一遇暴雨時，洪峰流量相比方案一降低了25%，但由于蓄水池容積有限，在降雨量較大時，仍有部分雨水溢出。在方案五中，通過多種設(shè)施規(guī)模的協(xié)同優(yōu)化，取得了最佳的雨水徑流削減效果。在50年一遇暴雨時，雨水徑流量相比方案一減少了30%，洪峰流量降低了35%，內(nèi)澇積水深度明顯減小，城市排水系統(tǒng)的壓力得到了有效緩解。綜合模擬結(jié)果分析，在張家口市城區(qū)，通過合理擴大綠地和雨水花園面積、增加透水鋪裝比例、建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的蓄水池，并實現(xiàn)多種設(shè)施規(guī)模的協(xié)同優(yōu)化，可以顯著削減雨水徑流量，降低洪峰流量，有效緩解城市內(nèi)澇問題。這些結(jié)果為張家口市城區(qū)雨水控制利用設(shè)施的規(guī)模優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)，在實際工程建設(shè)中，應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的特點和需求，選擇合適的設(shè)施規(guī)模組合，以實現(xiàn)城市雨水資源的高效利用和城市生態(tài)環(huán)境的改善。4.4優(yōu)化方案的可行性與效益評估通過模型分析得到的雨水控制利用優(yōu)化方案，在技術(shù)、經(jīng)濟等方面具有較高的可行性，同時能夠帶來顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。從技術(shù)可行性來看，優(yōu)化方案中所涉及的雨水控制利用設(shè)施和技術(shù)在國內(nèi)外已有大量成功應(yīng)用案例。雨水花園、綠色屋頂、蓄水池、透水鋪裝等設(shè)施的建設(shè)技術(shù)成熟，相關(guān)材料和設(shè)備在市場上易于獲取。在許多城市的住宅小區(qū)、商業(yè)區(qū)和公園中，這些設(shè)施都得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。在實際建設(shè)過程中，可根據(jù)張家口市城區(qū)的具體情況，選擇合適的技術(shù)和材料，確保設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量和運行穩(wěn)定性。對于雨水花園的建設(shè)，可選用本地適應(yīng)性強的植物品種，提高植物的成活率和凈化效果；在透水鋪裝材料的選擇上，可采用質(zhì)量可靠、透水性能好的產(chǎn)品，保證雨水的滲透效果。此外，隨著科技的不斷進(jìn)步，雨水控制利用技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為優(yōu)化方案的實施提供了更有力的技術(shù)支持。智能化的雨水收集利用系統(tǒng)，可實現(xiàn)對雨水的自動收集、處理和分配，提高雨水利用效率。在經(jīng)濟可行性方面，雖然雨水控制利用設(shè)施的初期建設(shè)投資相對較大，但從長期來看，具有顯著的經(jīng)濟效益。通過雨水的收集和利用，可減少對傳統(tǒng)水資源的依賴，降低城市供水成本。在一些缺水地區(qū)，雨水收集利用系統(tǒng)的建設(shè)使得當(dāng)?shù)氐墓┧杀敬蠓档汀ＴO(shè)施的建設(shè)還能減少城市排水系統(tǒng)的壓力，降低排水設(shè)施的建設(shè)和維護成本。合理規(guī)模的蓄水池和透水鋪裝的建設(shè)，可有效削減雨水徑流量，減少排水管網(wǎng)的負(fù)荷，從而降低排水設(shè)施的投資和運行成本。雨水控制利用設(shè)施的建設(shè)還能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機會，促進(jìn)經(jīng)濟增長。從經(jīng)濟效益角度分析，以張家口市城區(qū)某區(qū)域為例，實施雨水控制利用優(yōu)化方案后，每年可節(jié)約水資源費用約[X]萬元。通過建設(shè)蓄水池和雨水收集系統(tǒng)，將收集的雨水用于綠化灌溉、道路噴灑等，每年可減少市政供水用量[X]立方米，按照當(dāng)?shù)厮畠r計算，可節(jié)約水費支出[X]萬元。設(shè)施的建設(shè)還可降低排水設(shè)施的維護成本，每年約節(jié)省[X]萬元。由于雨水控制利用設(shè)施的建設(shè)帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新增就業(yè)崗位[X]個，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。環(huán)境效益方面，優(yōu)化方案的實施對改善張家口市城區(qū)的生態(tài)環(huán)境具有重要意義。通過削減雨水徑流量，可有效減少城市內(nèi)澇災(zāi)害的發(fā)生頻率和危害程度，保護城市基礎(chǔ)設(shè)施和居民的生命財產(chǎn)安全。大量雨水得到收集和利用，減少了對地表水體的污染，改善了城市水環(huán)境質(zhì)量。雨水花園和人工濕地等設(shè)施中的植物和微生物對雨水中的污染物具有吸附、分解和轉(zhuǎn)化作用，可去除雨水中的懸浮物、有機物、氮、磷等污染物，使水質(zhì)得到凈化。在某公園的人工濕地項目中，經(jīng)過處理后的雨水化學(xué)需氧量、懸浮物、氮、磷等污染物指標(biāo)明顯降低，水質(zhì)達(dá)到景觀用水標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)施的建設(shè)還能增加城市的綠地面積和植被覆蓋率，改善城市的熱島效應(yīng)，為生物提供棲息地，促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。社會效益上，優(yōu)化方案的實施有助于提升城市居民的生活質(zhì)量。減少內(nèi)澇災(zāi)害的發(fā)生，可使居民的生活環(huán)境更加安全、舒適。雨水控制利用設(shè)施的建設(shè)，如雨水花園、綠色屋頂?shù)?，為居民提供了更加?yōu)美的景觀環(huán)境，提升了城市的整體形象。通過推廣雨水控制利用理念，提高了居民的環(huán)保意識，促進(jìn)了公眾對城市水資源管理的參與和支持。在一些居民區(qū)開展的雨水控制利用宣傳活動，使居民更加了解雨水控制利用的重要性，積極參與到雨水收集和利用的行動中。綜上所述，張家口市城區(qū)雨水控制利用優(yōu)化方案在技術(shù)和經(jīng)濟上具有可行性，并且能夠帶來顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。該方案的實施將有助于實現(xiàn)張家口市城區(qū)水資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。在實際推廣應(yīng)用中，應(yīng)加強政策支持和宣傳引導(dǎo)，提高公眾的認(rèn)識和參與度，確保優(yōu)化方案能夠順利實施。五、國內(nèi)外成功案例借鑒5.1國外案例分析國外在雨水控制利用領(lǐng)域起步較早，積累了豐富的經(jīng)驗，德國和美國的成功實踐為張家口市城區(qū)提供了寶貴的借鑒。德國在雨水控制利用方面堪稱世界典范，形成了成熟的技術(shù)體系和完善的法規(guī)政策。在技術(shù)措施上，德國的雨水利用方式多樣且高效。屋面雨水集蓄系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，居民住宅和公共建筑的屋頂通常安裝有雨水收集裝置，將屋頂雨水收集起來，經(jīng)過簡單的過濾和凈化處理后，儲存于蓄水池中，用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水需求，如沖洗廁所、灌溉綠地、道路噴灑等。在柏林的一些居民區(qū)，居民通過屋面雨水集蓄系統(tǒng)，每年可收集大量雨水，滿足家庭大部分非飲用水需求，大大減少了對市政供水的依賴。雨水截污與滲透系統(tǒng)也是德國雨水利用的重要組成部分。在城市道路旁，常常設(shè)置有截污掛籃，用于攔截雨水徑流攜帶的污染物。雨水通過排水道排入沿途的大型蓄水池或滲透設(shè)施，如滲透池、滲透管等，使雨水能夠充分滲透到地下，補充地下水。在漢堡，城市街道旁的雨水截污與滲透系統(tǒng)有效地減少了雨水徑流中的污染物，同時增加了地下水的補給量，改善了城市的水文循環(huán)。生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)則將雨水利用與生態(tài)景觀設(shè)計相結(jié)合，實現(xiàn)了人類社會與生態(tài)環(huán)境的和諧統(tǒng)一。以曼海姆Wallstadt居民小區(qū)為例，小區(qū)的雨水通過具有一定造型的地面寬淺式溝道流入明渠，明渠模仿天然河流修建，局部地段建有涌泉或造型建筑物，渠邊種植水生植物。這樣的設(shè)計不僅實現(xiàn)了雨水的有效收集和利用，還為居民創(chuàng)造了優(yōu)美的居住環(huán)境，提升了小區(qū)的生態(tài)品質(zhì)。在法規(guī)政策方面，德國通過一系列嚴(yán)格的法律法規(guī)和政策，為雨水控制利用提供了堅實的保障。聯(lián)邦水法、建設(shè)法規(guī)和地區(qū)法規(guī)都明確要求加強對自然環(huán)境的保護和水資源的可持續(xù)利用。法規(guī)規(guī)定，除特定情況外，降雨不能排放到公共管網(wǎng)中，新建項目的業(yè)主必須對雨水進(jìn)行處置和利用。一些地區(qū)還對雨水利用設(shè)施的建設(shè)給予財政補貼和稅收優(yōu)惠，鼓勵居民和企業(yè)積極參與雨水控制利用。這些法規(guī)政策的實施，有力地推動了德國雨水控制利用技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。美國在雨水控制利用方面也有許多值得借鑒的經(jīng)驗。美國的雨水利用常以提高天然入滲能力為目標(biāo)，建設(shè)了大量的地下回灌系統(tǒng)和地下隧洞蓄水系統(tǒng)。加州富雷斯諾市的地下回灌系統(tǒng)成效顯著，在10年間，該系統(tǒng)提供的水量占該市年用水量的20%，有效地補充了地下水，緩解了城市水資源短缺問題。芝加哥市興建的地下隧洞蓄水