城市雨水控制工程与资源化利用

水是城市的血液，工业的命脉，水资源的合理开发和利用是事关国家发展的大事，而雨水资源的控制和资源化利用作为水资源的有效补充，其相关技术的开发的利用也是关系城市经济发展的大事。本书全面系统地讲解了城市雨水控制和资源化利用的相关理念、技术和工艺，并列举了典型的案例供读者参考，有助于国家建设“海绵城市”，告别内陆看海模式，是一本参考性较强的实用技术指导书。

 

《城市雨水控制工程与资源化利用》基于发展城市绿色基础设施的需求，阐述了雨水排水控制工程的新设计理念和设计方法。内容主要包括城市绿色雨水控制和资源化利用的新理念、低影响开发、海绵城市建设、雨水资源化利用的新技术和城市降雨水文学基础知识。既简单介绍了传统的雨水排水工程设计方法，也重点介绍了利用数学模型设计雨水排水工程的新方法。对低影响开发和海绵城市建设的主要技术，例如滞留池技术进行了重点介绍，同时也对大暴雨情况下城市街道的排水能力设计方法做了阐述。《城市雨水控制工程与资源化利用》不仅适合从事城市雨水工程的规划、设计和管理人员参考，也可供高等院校给排水工程、环境科学、环境工程等相关专业的师生阅读。

季民，天津大学环境科学与工程学院，副院长、教授，自1981年起在天津大学环境工程专业从事教学、科研工作。主讲过的课程“排水工程”，“环境系统”，“环境工程新技术与设备”等。主持完成国家和省部级科研课题10多项，主要研究方向：城市排水工程、污水处理理论和新技术等、主持设计过10多项污水厂、排水管网规划等项目。曾获国家教学成果二等奖1项，天津市教学成果二等奖1项，天津市科技进步1等奖1项。 目前有多项学术兼职：中国城镇供水排水协会理事，《中国给水排水》等5个杂志的编委。

第1章概论 ／ 001

1.1雨洪灾害与绿色雨水控制工程 / 001

1.1.1城市雨洪问题的严峻现状 / 001

1.1.2绿色雨水控制工程的概念 / 003

1.2城市绿色雨水管理理念与方法的发展 / 003

1.2.1管理措施（BMPs） / 004

1.2.2可持续排水系统（SUDS） / 004

1.2.3水敏感城市设计（WSUD） / 004

1.2.4低影响开发（LID） / 004

1.2.5海绵城市建设 / 006

1.3国内外雨水资源化利用与控制的发展 / 007

1.3.1国外雨水资源化利用与控制的发展情况 / 007

1.3.2我国雨水资源化利用与控制的发展情况 / 010

1.4城市绿色雨洪控制系统规划建设 / 011

1.4.1建设城市绿色雨洪控制系统的原则 / 011

1.4.2城市雨水减排、控污与防洪排涝策略 / 012

1.4.3城市雨洪控制系统规划的任务和内容 / 013

思考题 / 015

第2章降雨的水文学基础及暴雨径流量计算 ／ 016

2.1降雨水文学基础 / 016

2.1.1降雨要素 / 016

2.1.2降雨特征线 / 017

2.1.3暴雨强度的频率和重现期 / 020

2.2暴雨强度公式 / 021

2.2.1暴雨强度公式的编制方法 / 021

2.2.2暴雨强度公式编制案例 / 023

2.3暴雨径流过程分析及主要参数 / 030

2.3.1产流和汇流过程 / 030

2.3.2径流系数的确定 / 031

2.3.3设计重现期的确定 / 032

2.3.4暴雨径流计算的常用方法简介 / 033

思考题 / 035

第3章雨水管渠系统设计 ／ 036

3.1雨水管渠系统设计流量的确定 / 036

3.1.1数学模型法 / 036

3.1.2暴雨洪水管理模型（SWMM）原理 / 043

3.2雨水管渠的设计与计算 / 046

3.2.1雨水管渠系统平面布置特点 / 046

3.2.2雨水管渠系统设计规定 / 048

3.2.3雨水管渠水力计算方法 / 049

3.2.4雨水管渠系统的设计步骤与计算实例 / 051

3.3压力流雨水管道系统的设计 / 067

3.4立交排水 / 073

3.4.1立交排水的特点 / 073

3.4.2立交排水的形式 / 074

思考题 / 076

习题 / 076

第4章道路排水能力计算与雨水口设计 ／ 078

4.1城市道路设计中一般规定 / 078

4.1.1城市道路功能 / 078

4.1.2城市竖向规划设计 / 078

4.1.3城市道路分类 / 078

4.1.4城市道路横、纵断面 / 079

4.1.5城市道路排水及低影响开发设施 / 079

4.2城市道路路面雨水输水能力计算 / 080

4.2.1路面雨水输水水力学 / 080

4.2.2水流扩散宽度与便道高度 / 081

4.2.3可允许的vh乘积值 / 081

4.2.4案例 / 083

4.2.5城市道路路面雨水输水分析 / 084

4.3城市道路路面雨水储水能力计算 / 084

4.3.1道路储水量计算 / 084

4.3.2案例 / 086

4.4城市道路雨水口的设计 / 090

4.4.1雨水口的形式及位置 / 090

4.4.2道路雨水口处流量的确定 / 090

4.4.3雨水口泄水能力 / 090

4.4.4平箅式雨水口水力学 / 091

4.4.5立式雨水口水力学 / 092

4.4.6联合式雨水口水力学 / 093

4.4.7案例 / 093

习题 / 096

第5章海绵城市建设中的滞渗设施 ／ 097

5.1雨水滞留概论 / 097

5.1.1城市发展对雨水滞留排放的需求 / 097

5.1.2雨水滞留的基本概念 / 098

5.1.3滞留池的类型 / 099

5.2滞留池容积计算方法 / 101

5.2.1体积估算法 / 101

5.2.2容积估算法 / 103

5.3滞留池设计 / 105

5.3.1基本构造 / 105

5.3.2设计要求 / 106

5.3.3池体设计 / 107

5.3.4出水口设计 / 109

5.3.5验证滞留池的减洪量 / 116

5.4生物滞留池 / 119

5.4.1作用机理 / 119

5.4.2影响因素 / 120

5.4.3设计要求 / 120

5.4.4排水系统设计 / 121

5.4.5应用形式 / 122

5.4.6建设案例 / 122

5.5蓄渗池 / 124

5.5.1容积及面积计算 / 124

5.5.2渗水砂层及渗水碎石层设计 / 124

5.5.3计算案例 / 125

5.6透水铺装 / 125

5.7其他渗流设施 / 128

习题 / 129

第6章雨水污染控制与资源化利用 ／ 130

6.1雨水利用途径与污染削减方法 / 130

6.1.1雨水利用途径 / 130

6.1.2雨水污染物削减方法 / 130

6.1.3雨水处理及利用系统的设计原则 / 131

6.2雨水处理与利用技术 / 132

6.2.1雨水湿地 / 132

6.2.2绿色屋顶 / 134

6.2.3植草沟 / 135

6.2.4塘系统 / 138

6.2.5下凹式绿地 / 140

6.2.6其他技术 / 141

6.2.7组合系统 / 142

6.3雨水污染控制与资源化利用设施计算 / 142

6.3.1计算原则 / 142

6.3.2计算公式 / 143

6.3.3以渗透为主要功能的设施规模计算 / 143

6.3.4以调节为主要功能的设施规模计算 / 144

6.4雨水污染物控制与资源化利用设施维护 / 144

6.5雨水污染控制与资源化利用设施风险管理 / 145

6.6雨水资源化利用实例 / 146

6.6.1北京奥运场区 / 146

6.6.2甘肃“121雨水集流工程” / 147

思考题 / 148

第7章城市内涝防治 ／ 149

7.1我国城市内涝成因分析 / 149

7.1.1城市内涝与排涝 / 149

7.1.2我国城市内涝灾害的主要成因 / 149

7.2城市内涝防治系统 / 152

7.2.1城市内涝防治系统组成 / 152

7.2.2城市内涝防治系统中低影响开发设施的控制目标 / 152

7.2.3城市内涝防治系统规划设计原则 / 153

7.2.4城市内涝防治设计标准 / 154

7.3城市排涝系统设计 / 155

7.3.1滞洪排涝系统建设原则与布局 / 155

7.3.2自排与抽排 / 155

7.3.3城市内涝排涝水文分析 / 156

7.3.4城市内涝排涝分区的确定 / 157

7.3.5城市排涝设计水量计算方法 / 157

7.3.6内涝排涝河渠及调蓄设施布局 / 158

7.3.7排涝河道的设计要求 / 159

7.3.8排涝泵站的设计要求 / 160

7.3.9排涝泵站的布置 / 160

思考题 / 163

第8章城市雨水系统数学模拟与内涝分析案例 ／ 164

8.1城市排水系统模型原理 / 164

8.1.1旱流污水模块 / 164

8.1.2二维洪涝淹没模型 / 164

8.1.3河道模型 / 165

8.2排水系统模型建立与降雨设计 / 165

8.2.1排水模拟资料需求 / 165

8.2.2GIS建模过程 / 165

8.2.3排水系统模型 / 166

8.3降雨事件 / 168

8.4积水区模拟结果 / 169

8.4.1不同重现期下积水区的分布 / 169

8.4.2管网总溢流量 / 174

8.4.3节点溢流 / 175

8.4.4排水口流量 / 177

8.5LID工程措施效果模拟 / 178

8.5.1LID措施简介 / 178

8.5.2参数选取 / 179

8.5.3溢流消减效果分析 / 179

思考题 / 180

第9章初期雨水污染和合流制排水系统溢流污染模拟分析案例 ／
181

9.1概述 / 181

9.2传输过程水质浓度方程 / 182

9.3排水系统模型建立 / 182

9.3.1汇水区设置 / 182

9.3.2GIS建模过程 / 183

9.3.3排水管网模型 / 183

9.3.4模型参数确定 / 183

9.3.5降雨事件 / 184

9.4初期雨水污染特性与负荷计算 / 185

9.4.1雨水径流污染 / 185

9.4.2地表产污量分析 / 186

9.4.3初期雨水溢流对受纳水体的污染 / 188

9.5旱季无降雨管网运行 / 189

9.6管网溢流 / 189

9.6.1不同降雨重现期下管网溢流 / 189

9.6.2雨型对管网溢流的影响 / 191

9.6.3连续性降雨溢流 / 192

9.7合流制排水系统初期雨水调蓄与污染控制 / 194

9.7.1初期雨水调蓄与污染控制模式 / 194

9.7.2降雨径流源头控制 / 194

9.7.3管网中途控制 / 197

9.7.4末端蓄排 / 200

9.7.5河湖调蓄 / 201

思考题 / 202

参考文献 / 203

随着城市化快速发展以及气候状况的频繁出现，城市内涝危害已经成为世界上许多城市亟待解决的严峻问题。一方面，城市的大量降水得不到有效利用，使得宝贵的自然资源浪费，另一方面，暴雨来袭时，城市雨水系统又无法及时有效地缓解内涝，造成巨大的经济损失。城市雨水控制工程及雨水资源化利用是一项复杂艰巨的系统工程，是落实生态文明建设的重要举措，也是实现修复城市水生态、改善城市水环境、提高城市水安全等多重目标的有效手段。近年来由于城市内涝频繁发生，我国对城市雨水控制及雨水资源化利用工程建设高度重视。2013年国务院印发《关于加强城市基础设施建设的意见》，要求加强城市排水防涝防洪设施建设，解决城市积水内涝问题，用10年左右时间建成较完善的城市排水防涝、防洪工程体系。2014年住房和城乡建设部颁布《海绵城市建设技术指南》，提倡推广和应用低影响开发模式，加强雨水径流源头渗透减量和污染控制，建设生态排水设施，缓解城市内涝。在《室外排水设计规范GB 50014》（2016）修订稿中，补充规定推进海绵城市建设、提高超大城市的雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期的标准等条文。这一切都体现了国家在政策法规方面对城市雨水控制工程建设的重视，为城市雨水控制工程绿色发展道路指明了方向。本书基于建设城市绿色雨水基础设施的理念，针对我国国情，就城市绿色雨水控制工程设计、雨水资源利用相关理论、模型应用、设计计算及工程案例进行系统阐述。城市雨水工程方面已有多本教材和专著，本书不求全面，但力求有一定新意。书中重点介绍：城市绿色雨水控制工程的概念，暴雨强度公式的年值法编制方法，利用数学模型设计雨水管渠的方法，压力流雨水管道计算方法，利用道路排除大雨水的概念及道路的排水能力分析计算，不同类型雨水口的收水能力水力学计算方法，海绵城市建设中的滞渗设施及雨水处理与利用技术，重点论述雨水滞留池和生物滞留池的设计方法，城市内涝防治系统建设理论与设计要求，后，结合编著者近年承担的科研课题，介绍了城市雨洪控制和合流制系统溢流控制的数学模拟案例。本书可作为环境工程和市政工程专业本科生、研究生的教材，也可作为相关工程设计人员的参考书籍。全书由天津大学季民教授、美国丹佛卡罗拉多大学郭纯园教授（James, C Y Guo）统稿，天津大学刘洪波、尤学一、王芬，天津城建设计院黎荣参与编著。季民教授从事城市排水工程教学科研35年，具有深厚的理论基础和丰富的工程经验。郭纯园教授是美国丹佛卡罗拉多大学土木工程系水文与水力学教授，他在低影响开发、城市水文学和暴雨径流模拟、城市洪涝防治等方面具有很高的学术造诣和工程咨询经验，取得的许多研究成果被美国多个州市政府采纳和推广应用。编写工作具体分工为：季民编写第1章、第2章、第7章，刘洪波编写第3章，黎荣编写第4章，郭纯园编写第5章，王芬编写第6章，尤学一编写第8章、第9章。研究生王越参加了部分章节编写工作并负责全书的文字校核，研究生翟思媛、张志成、张迦北、刘亚飞和王真真对本书的文字、图片整理付出了辛苦的劳动。感谢国家水专项“海河干流水环境质量改善关键技术与综合示范（2014ZX07203-009）”对本书出版的资金支持。面对雨水控制工程技术的快速发展，本书编著人员力求交出一份满意的答卷，但鉴于编著者水平有限，本书疏漏和不当之处在所难免，欢迎广大同行批评、指正。编著者2016年9月