面向城市雨水可持续利用的计算机模拟技术

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1、504以科学发展观促进科技刨新(上)9热液成矿作用动力学武汉：中国地质大学出版社1993lOGroundwaterflowsysternsin112．ountainoilsterrain：1．NumericalmodelingtechniqueWaterResourRes，1988，24作者简介杨瑞琰，南京大学博士后，副教授，现在中国地质大学(武汉)数理学院从事教学工作，电话：027—62655097；E—amil：ryyang@cugeducnc面向城市雨水可持续利用的计算机模拟技术刘兴坡马骏上海市四平路1239号，

2、同济大学环境科学与工程学院，200092摘要雨水利用是解决城市水资源短缺和城市洪涝防治的重要途径。拳文应用计算机模拟技术，对城市雨水利用过程的仿真及控制方法进行初步研究，给出了雨水利用过程模块和雨洪控制调度模块的建模方法，可为城市雨水利用设施及技术的可持续发展提供决策支持。关键词市政工程城市雨水利用雨水管理模型一、研究背景(一)城市水资源短缺目前，我国城市缺水形势十分严峻。全国666个城市中，有400多个城市缺水，100多个城市严重缺水。雨水作为自然界水循环的阶段性产物，其水质优良，是城市中十分宝贵的水资源。因此，通过

3、合理的规划和设计，采取相应的工程设施，将城区雨水加以充分利用，是解决城市水资源短缺的重要手段。雨水利用是城市非传统水资源利用的重要形式之一，与污水再生回用、海水淡化等一样均是城市节制用水的重要途径。(二)城市洪涝防治城市化进程的加快使得城区不透水地表面积增大，地表糙率变小，城市雨水径流总量与洪峰流量增大，汇流速度变快，洪峰出现时闻提前。这是城市化的直接后果，使得城市内涝的排蓄条件不断恶化。城市化的另一个结果是造成城市“热岛效应”，增加了暴雨出现的机率，加大了暴雨强度，增大了产生洪涝灾害的机会。2004年7月10日北京城

4、区骤降一场暴雨，导致京城部分地区(如莲花桥、新兴桥、万寿路等)严重积水，交通瘫痪，暴露出城市排水设施落后、排水管理中防灾应急机制欠缺的问题。而雨水利用作为雨水源头控制的一种方式，可以削减雨水径流量、延滞洪峰的到达时间，提高城市排水系统的可靠性，减少暴雨灾害事件的发生机率。雨水利用也是城市治水方针由“排蓄结合，以泄为主”向“排蓄结合，以蓄为主”转变的重要体现。(三)城市水环境污染目前，我国约90％的城市水域污染严重，50％的城镇水源不符合饮用水标准，40％的水源已不能饮用。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，加剧了

5、水资源短缺的矛盾，城市用水安全受到严重以科学发展观促进科技创新(二)505威胁。其中，降雨引起的水源污染已经成为城市水环境污染的一个重要方面。总之．城市雨水利用是一个大有可为的领域，是一项多目标的综合性技术，它可以产生以下综合效益：节约用水、提高排水系统的可靠性、改善水循环、改善城市水环境、缓解城市地面沉降、具有经济和生态意义。本文应用计算机模拟技术与方法，对城市雨水利用过程的仿真以及控翩方法进行初步研究，以便为城市雨水利用设施和技术的可持续发展提供决策支持。二、城市雨水利用的内涵与雨水管网功能的演变城市雨水利用问题应

6、该划分为两个方面来考虑：①初期雨水的处置；②后期雨水的使用。国外一般将降雨开始后5rain内的初降雨水输送到污水处理厂进行处理。由于初降雨水水质一般较差，因此城区雨水利用就要包含如何将初降雨水送至污水厂处理而不是直接向外界水体排放的问题，从而达到雨水资源可持续利用与水环境可持续发展的统一。雨水利用会导致进入排水管网系统雨水量的减少，进而导致排水管网系统中污水水质浓度的提高，使得水质变差，特别是对于合流制排水管网系统。这将产生～系列的问题，如水质改变对污水处理流程的影响，管网系统设计与维护的影响等。因此，应当将雨求利用作

7、为一项系统工程来考虑。雨水管网系统是城区收集、传输、排泄雨水的主要媒介。随着城市的发展，城市的雨水排水系统已由原来的沟渠发展成为由雨水口、管道(或渠道)、检查井、出水口、跌水井和排水泵站等组成的一整套工程设施。雨水排水系统的基本功能是防止内涝，改善生活环境和保护公共水域水质，及时地将暴雨排除。与这种功能定位相适应的传统观念认为雨水是有害的，应尽快排除到城市下游。其导致的结果往往是保护了局部的生活环境，危害了广大流域地区。然而目前，传统的将洪水尽快排出城区的观念已经受到冲击。在瑞士，提出了“只要有可能，就要把水留住；除非

8、有必要，绝不让水跑掉”的观念。我国一些专家也提出了“利用好洪水效益”的全新观点，建议尽可能利用好洪水，有效补充地下水、冲淤等正面效益。因此，城市雨水排水系统还应是雨(洪)水利用、恢复和创造良好水环境、维持水健康循环的重要基础设施。雨水利用的提出改变了城市雨水管网系统的功能定位，城市总体规划与给水排水系统规划都应当重新考虑，将雨水利