1.1選題背景
　　水是人類生存和發展不可替代的資源，是社會、經濟可持續發展的重要物質基礎，也是生態環境的控制性要素。隨著國民經濟和社會的發展，人口不斷增加，城市化和工業化進程加快，工業用水、城鄉生活用水和生態建設用水大幅度增加，水資源的供需矛盾日益突出，人們開始感到可用水資源的匱乏。而雨水資源作為城市地區可利用的潛在資源，將成為解決21世紀水資源的重要途徑之一。
　　為減少地面徑流量，減少城市排水和河道的壓力，增加可利用水源，涵養地下水，緩解地下水位下降等，城市雨水資源利用是必要性。雨水資源利用將是城市開發水資源、節約用水、減輕城市洪澇災害、緩解排水管道負擔、減少污染負荷、改善城市水環境狀態的有效措施。應用雨水作為非飲用生活水將越來越具有可行性與必要性。
　　本文選取石家莊市作為研究對象，是因為石家莊市處于華北中部，是嚴重缺水的北方城市，幾十年來主要依靠開采地下水來維持生產及生活用水，目前已累計超采15億m3左右（2005年數據）。強制性野蠻開采，造成市區部分地區地下水干涸，地下水水質惡化。因此，在氣象格局及水資源總量短期內不會發生太大變化的形勢下，節約用水這個問題就必須引起我們所有人的重視。本文通過對石家莊市降雨資料、城市用地類型、城市居民用水總量及成本研究說明城市雨水有效利用對緩解城市用水緊張的作用。
　　2.1地理特點論文
　　石家莊市位于河北省中南部，地處太行山東麓，華北平原西緣。東臨衡水市，南部與邢臺市毗鄰，西部與山西省接壤，北部與保定市交界。全市南北長148km,東西寬172km，總面積14077km2。
　　西部為太行山區，平均海拔1000m左右，最高峰為西北部海拔2281m的南坨梁。山區面積7322.6km2，占全市面積的52%。京廣鐵路以東為廣闊的冀中平原，海拔30~100m，地勢平坦，面積6754.4km2，占全市面積的48%。
　　石家莊市地處中緯度歐亞大陸東岸，屬于暖溫帶大陸性季風氣候。太陽輻射的季節性變化顯著，地面的高低氣壓活動頻繁，四季分明，寒暑懸殊，雨量集中于夏秋季節。干濕期明顯，夏冬季長，春秋季短。夏季經常達到34度。
　　總降水量為401.1-752.0毫米，時空分布不均。其中西部山區雨量為628.4-752.0毫米；其它地區為401.1-595.9毫米。冬季降雪量偏多，總雪量為10.0-19.2毫米。大雪雖給交通帶來一些不便，但對小麥越冬起到保護作用，為春季返青提供了有利的水分條件。春季降水偏少，季總雨量為11.0-41.7毫米。夏季雨量分布不均，降雨量為145.2-516.4毫米。
　　2.2水文特性論文
　　石家莊市降水主要受大氣環流天氣系統和地形條件的影響。全市多年平均年降水量538.3mm，平水年（P=50%）降水量509.5mm，偏枯年（P=75%）降水量408.3mm。
　　石家莊市降水量地域分布不均，西部山區明顯多于東部平原，暴雨區分布在太行山脈的迎風區。小覺至崗南水庫的滹沱河河谷以北和磁河上游，因地形抬升作用比較明顯，降水量隨高程增高而增加，迎風坡山區形成一個多雨區，平均年降雨量600~730mm；滹沱河河谷以南險隘河獅子坪一帶，另形成一個多雨中心，平均年降水600~640mm；在贊皇縣西南槐河上游，受地形抬升作用又形成一個多雨區，平均年降600~667mm。
　　滹沱河河谷平均年降雨量為500~550mm，山區平均年降雨量形成三個高區、兩個低谷互相間隔的布局。平原地區平均年降水量在432~539mm之間，大部分在500mm以下，分布比較均勻，東部無極、晉州和藁城北部一帶為華北平原的少雨中心區，平均年降水量在470mm以下。
　　年內降水分配極不均勻。全年降水量75%~80%集中在6月~9月的汛期，而汛期降水量又主要集中在7月中下旬至8月上中旬的30天甚至更短的時間內。降水量的年際變化很大，年降水量變差系數Cv一般在0.27~0.48之間。
　　2.3.1石家莊市水資源利用現狀論文
　　全市截止到2000年已建成大型水庫4座，總庫容量31.29億m3，興利庫容13.75億m3，中型水庫7座，總庫容2.91億m3，興利庫容1.61億m3，小型水庫216座，總庫容1.359億m3，興利庫容0.784億m3；另外還有塘壩691處，總庫容0.209億m3；目前全市有引水工程22處，現狀供水能力5.5億m3，提水工程2618處，現狀供水能力8337萬m3，另外全市還有集雨工程12628處。
　　2009年全市自產水量為6.51億立方米，比上年偏少0.741億立方米，偏少幅度10.2%，比多年平均偏少3.40億立方米，偏少幅度34.3%。2009年石家莊市入境水量5.65億立方米，其中山西省流入石家莊市的地表水量為5.38億立方米，全市入境水量比去年減少0.056億立方米。其中滹沱河入境水量最大，為2.35億立方米，占41.6%；綿河入境水量為2.37億立方米，占42.0%；甘陶河入境水量0.653億立方米，占11.6%；沙河入境水量0.270億立方米，占4.8%。2009年石家莊市出境水量為2.40億立方米，比去年減少0.204億立方米。出境水量主要為石津渠灌溉引水量和南水北調中線總干渠京石段向北京供水量，其中向北京供水0.611億立方米。
　　2.3.2地下水資源開發利用現狀論文
　　2009年全市地下水資源總量（礦化度≤2gL）為17.30億立方米，其中平原地下水資源量12.43億立方米，山區地下水資源量8.24億立方米，山區與平原之間的重復水量為3.37億立方米。2009年全市地下水資源總量比去年減少2.40億立方米,比多年平均多2.54億立方米
　　2.4石家莊市雨水利用的必要性論文
　　石家莊市多年平均水資源總量為21.16億m3，依此計算人均水資源量為238m3，低于全省平均值，約為全國平均的1/10。畝均水資源量239m3，略高于全省平均值，約為全國平均的1/7~1/8。據1993年國際人口行動提出的《可持續利用的水》報告，人均水資源量少于1700m3為用水緊張地區，少于1000m3為缺水地區，少于500m3為嚴重缺水地區。以此可見，我市人均水資源遠低于國際公認的水資源緊缺標準，且達不到人均水資源占有量500m3的水資源極度緊缺標準。
　　由于多年來地下水連續超采，造成石家莊市地下水埋深大面積急劇下降，平原區已形成石家莊市區工業開采型漏斗和高邑～趙縣一帶的農業開采型漏斗。由于農業灌溉用水超采形成的地下水降落漏斗跨越石家莊市和邢臺市，涉及我市的趙縣、元氏、高邑縣，地下水埋深自北向南逐漸增大，高邑城關地下水最大埋深53.43米。
　　21世紀石家莊市將進入城市化高速發展的時期，到21世紀30年代，石家莊市城區人口預計將由218萬增加到270萬左右。城市人口的迅速增長，將使城市人均占有水量不斷下降，缺水形勢將更加嚴重。因此，發展雨水利用具有重要的意義。
　　2.5石家莊市雨水利用潛力分析論文
　　1.綠地入滲量計算
　　石家莊市城區人口約占218萬人，城市面積為1.82*108m2，綠地覆蓋率平均為31%，人均綠地面積為25m2。根據石家莊市城市化發展水平，到2030年，城市面積逐漸增加到2.3*108m2,綠地覆蓋率將達到38%以上，人均綠地面積將增加到34m2。
　　由于城市綠地的存在，可大大增加降雨對地下水的入滲補給，同時減少城市雨洪災害。根據《中華人民共和國國家標準—建筑與小區雨水利用工程技術規范》（征求意見稿2005）查的草地入滲系數為0.4～0.85,按0.5計算，全市平均降雨量為538.3mm，則現有綠地面積降雨入滲量由下式計算：
　　F滲=∂*P*A
　　式中:F滲—降雨入滲量萬m3；
　　∂—入滲系數；
　　P—降雨量(mm)；
　　A—綠地面積(m2）；
　　則降雨入滲量F滲=0.5*0.5383*1.82X108m2*0.31=1521萬m3。則同理可得2030年降雨入滲量為2352萬m3。
　　2.城區雨洪量計算
　　根據城市的下墊面特征，城市的匯水面主要分為不透水面(建筑物和道路)和綠地，所以城區雨洪資源量公式可以簡化為：
　　Q=R不透水面+R綠地
　　式中：R不透水面=不透水面積×降雨量×徑流系數
　　R綠地=綠地面積×降雨量×徑流系數
　　由于石家莊市區69％的面積是不透水面積，使城市的雨洪水量大量增加，匯流時間縮短，造成城市下游地區的洪水威脅加劇。若把雨洪水量蓄積起來作為城市人工回灌水源或雜用水水源，也將大大增加城市水資源量。現將石家莊市雨洪水量按不透水面積和綠地面積分別計算，根據《中華人民共和國國家標準—建筑與小區雨水利用工程技術規范》查的不透水面積的徑流系數為0.8～0.9，這里取0.8，綠地面積徑流系數為0.15，則現狀不透水面積和綠地面積分別占城市建成區面積的69%和31%，汛期降雨量占全年降雨量的75%，則全市雨洪水量Q計算如下：
　　R不透水面=不透水面積×降雨量×徑流系數
　　=1.82X108×0.69×0.8×0.5383×0.75=3993萬m3
　　R綠地=綠地面積×降雨量×徑流系數
　　=1.82X108×0.31×0.75×0.5383×0.15=336萬m3
　　Q=3993+336=4329萬m3
　　由此可推斷2030年城市雨洪水量為5055萬m3
　　3.城區雨洪利用量計算論文
　　根據石家莊市城市雨水利用情況和降雨特點，并參照國內其他城市雨水利用率確定情況，石家莊市城市雨水利用率按40%計算，2007年可利用雨洪水量為1731萬m3，2030年可利用雨洪水量是2022萬m3。
　　4.城區雨水利用量計算
　　城市雨水利用量為城市雨洪利用量和綠地入滲量之和，則可算出2007年、2030年城市雨水利用量分別為3252萬m3和4374萬m3，見表3-4；
　　雨水利用量（104m3) 2007 2030
　　綠地入滲量 1521 2352
　　城區雨洪量 4329 5055
　　城區雨洪利用量 1731 2022
　　城區雨水利用量 3252 4374
　　
　　表3-4石家莊市城市雨水利用潛力計算
　　據調查分析石家莊市區人均用水定額為320L/人.d，2007年石家莊市區用水量如下：
　　單位：億m3
　　工業用水量 城鎮公共用水 居民生活用水量 生態環境用水量
　　總量 其中地下水 總量 其中地下水 總量 其中地下水 總量
　　0.6409 0.6409 0.5962 0.2462 1.0377 0.4653 0.9849
　　2.5石家莊市雨水利用效益分析
　　1.經濟效益分析
　　根據調查石家莊市的自來水水費為3.2元/噸，處理一噸污水需要0.9元，由于雨水水質較好，處理一噸雨水的價格在0.1元到0.2元之間，據2007年雨水利用量計算，相同噸位的自來水需要0.3252*3.2=1.04億元，而雨水只需要0.15*0.3252=0.048億元，可見這部分雨水如果能夠有效利用起來將會為市政和師市民節省將近1億的開支。
　　同時，小區雨水利用工程可以減少需由政府投入的用于大型污水處理廠、收集污水管線和擴建排洪設施的資金。將地面雨水就近收集并回灌地下，不僅可以減少雨季溢流污水，改善水體環境，還可以減輕污水廠負荷，提高城市污水廠處理效果，雨水蓄水池和分散的滲渠系統可降低城市洪水壓力和節省封閉路面下的排水管網負荷。
　　2.環境效益分析
　　1雨水蓄水池作為人工濕地系統對環境的影響
　　濕地系統是指天然的或人工的、長久的或暫時的沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有靜止或流動、淡水、半咸水或咸水的水體，在城市規劃中，除考慮城市的實用性外，對城市的生態系統和景觀方面的要求也越來越高。城市中的濕地系統在美化環境、調節氣候和為居民提供休憩空間方面有著重要的社會效益。雨水蓄水池作為城市濕地系統的一部分對美化城市景觀和增強城市的生態效應能起到很好的作用。
　　2雨水滲透對環境的影響
　　隨著經濟的發展、社會的進步，不透水面的徑流系數一般為0.8左右，因此，若僅考慮將雨水徑流快速排出，將造成地下水位及水資源缺乏，洪澇嚴重。利用雨水滲透能夠有效的改善水環境。據研究表明，利用雨水滲透設施涵養地下水、抑制暴雨徑流的作用明顯，采用滲透設施可以使雨水徑流消減1/6。雨水的滲透和回灌可有效控制地面沉降，防止地下水污染，還可以增加地面蒸發、調節氣候，對提高空氣中濕度，緩解溫室效應，增加降雨均有一定幫助。
　　地下水，沒有從戰略高度認識雨水資源的重要性。另一方面，由于沒有確立雨水是資源的概念，使得大量的雨水資源白白的浪費掉了。
　　結論：
　　城市雨水利用是一個方興未艾的具有廣闊發展和應用前景的研究領域，它涉及到城市雨水資源的科學管理、雨水徑流的污染控制、雨水作中水等雜用水源的直接收集利用、用各種滲透設施將雨水回灌地下的間接利用、城市生活小區水系統的合理設計及其生態環境建設等多個方面，是一項涉及面廣泛復雜的系統工程。