摘要：随着城市化进程的加速，城市内涝、水资源短缺及水环境污染等问题日益突出。海绵城市理念作为一种新型的城市雨洪管理策略，强调对雨水的“渗、滞、蓄、净、用、排”，为解决上述问题提供了有效途径。本文基于海绵城市理念，探讨了城市雨水收集与利用系统的设计方法，并对其环境效益进行了分析。研究表明，该系统不仅能够有效缓解城市内涝，补充地下水，还能节约用水，改善城市生态环境，是实现城市可持续发展的有效手段。

关键词：海绵城市；雨水收集；雨水利用；系统设计；环境效益

1. 引言

1.1 研究背景与意义

近年来，全球气候变化导致极端降雨事件频发，加之我国快速城市化进程中，大量不透水面积的增加，改变了城市原有的水文循环过程，导致城市内涝灾害频发，对人民生命财产安全和城市正常运行构成威胁。同时，水资源短缺和水环境污染问题也日益严峻，尤其是在水资源本就匮乏的城市地区。传统“快排”式的雨水管理方式已难以适应现代城市发展的需求。海绵城市理念的提出，正是为了应对这些挑战，它倡导利用自然途径和人工措施相结合的方式，最大限度地实现雨水在城市的积存、渗透和净化，提高城市水循环系统的自我调节能力。雨水收集与利用系统作为海绵城市建设的重要组成部分，其科学设计与应用，对于缓解城市内涝、节约水资源、改善水环境、修复城市生态具有十分重要的现实意义。

1.2 国内外研究现状

国际上，尤其是欧美发达国家，在雨水管理方面起步较早，已形成了较为完善的低影响开发（LID）和可持续排水系统（SuDS）理念与实践，强调源头控制、分散处理和生态利用。例如，德国的“洼地-渗渠系统”、美国的“雨水花园”和“绿色屋顶”等，都是典型的雨水管理措施。这些实践为海绵城市理念提供了丰富的经验借鉴。我国自 2014 年住建部发布《海绵城市建设技术指南》以来，海绵城市建设进入快速发展阶段，各地试点城市在雨水收集利用方面进行了大量探索，积累了宝贵经验，但也面临着技术标准不统一、长效管理机制不健全等挑战。目前，关于雨水收集利用系统的研究多集中于单一技术（如雨水花园、透水铺装）的应用效果分析，或针对特定区域（如小区、校园）的系统设计，而从海绵城市整体理念出发，系统性地探讨其设计方法并综合评估其环境效益的研究仍有深化空间。

1.3 本文研究内容

本文旨在基于海绵城市理念，结合给排水与环境工程专业知识，探讨一套相对完整的城市雨水收集与利用系统设计方法，重点考虑源头减排、过程控制和末端利用的结合。同时，将分析该系统在缓解内涝、节约水资源、改善水环境等方面的具体环境效益，以期为海绵城市建设提供理论参考和技术支持。

2. 海绵城市理念下的雨水收集与利用系统设计

2.2.1 设计原则

海绵城市理念下的雨水收集与利用系统设计应遵循以下原则：

（1）生态优先，源头控制：优先利用场地内的自然地形、植被、土壤等，通过渗透、滞留、净化等措施，在雨洪产生的源头就进行控制和管理，减少径流外排。

（2）因地制宜，统筹规划：根据不同区域的气候特点、地形地貌、土壤条件、水文地质、土地利用现状及开发强度，选择适宜的雨水管理措施和技术组合。

（3）多功能融合，系统整合：将雨水管理功能与城市景观、休闲游憩、生态修复等功能相结合，实现空间复合利用。将源头、过程、末端措施系统整合，形成完整的雨水管理链条。

2.2.2 系统构成与关键技术

一个完整的雨水收集与利用系统通常包括以下几个部分：

（1）源头减排设施：主要包括透水铺装、绿色屋顶、雨水花园、下凹式绿地、植草沟等。这些设施主要功能是延缓径流产生时间，增加下渗量，初步净化雨水，削减峰值流量。

（2）传输与滞留设施：用于连接源头设施和末端处理或利用设施，并进一步减缓水流速度，增加雨水停留时间。如生态排水沟、植草沟、渗透管渠等。

（3）蓄存与净化设施：用于收集和储存雨水，并进行必要的净化处理，以满足后续利用需求。常见设施包括雨水调蓄池（箱）、初期雨水弃流装置、沉淀池、过滤装置等。

2.2.3 设计流程与方法

系统设计流程一般包括：

（1）现状调研与分析：收集项目区域的基础资料，包括地形地貌、气象水文、土壤类型、土地利用、现有排水系统等，评估雨水径流污染负荷和内涝风险。

（2）目标设定：根据海绵城市建设要求（如年径流总量控制率、峰值流量削减率等）和具体项目需求，设定雨水收集利用系统的控制目标和利用目标。

（3）方案比选与设计：结合设计原则和现场条件，选择适宜的技术组合，进行具体设施的设计。计算各设施的规模（如渗透面积、调蓄容积、过滤速率等），确保满足控制目标和利用需求。特别要注意初期雨水的弃流和污染控制，以及不同设施之间的衔接。

3. 雨水收集与利用系统的环境效益分析

3.3.1 缓解城市内涝

海绵城市雨水收集利用系统通过源头渗透、过程滞留，能够显著削减雨水径流的峰值流量和总量，延长汇流时间。大量研究表明，合理设计和实施 LID 措施，可使区域峰值流量削减 30%-70% 以上，有效降低城市排水管网的压力，减少甚至避免内涝的发生。例如，透水铺装和下凹式绿地可以直接增加雨水入渗，减少地表径流；雨水花园和植草沟则能通过滞留和渗透双重作用，延缓水流速度。这些措施共同作用，提升了城市对雨水的“海绵”吸纳能力。

3.3.2 补充地下水与节约水资源

系统中的渗透设施（如透水铺装、渗透管渠、渗井等）能够将部分雨水直接下渗补给浅层地下水，缓解城市地下水超采问题，维持区域水平衡。同时，经过适当净化调蓄的雨水可用于绿化灌溉、道路清扫、景观水体补给等多种非饮用目的，替代自来水，从而节约宝贵的淡水资源。据统计，一个设计良好的小区雨水利用系统，其收集的雨水可满足小区 30%-50% 的绿化和杂用水需求，经济效益和环境效益显著。

3.3.3 改善水环境质量

城市初期雨水径流往往携带大量污染物质，如悬浮物、重金属、营养盐等，直接排入水体易造成污染。海绵城市雨水系统通过植被过滤、土壤吸附、微生物降解等自然净化过程，能够有效去除雨水中的污染物，尤其是初期雨水的污染负荷。调蓄设施还能截留部分固体废物。因此，该系统有助于减少面源污染对受纳水体的冲击，改善城市水环境质量，保护水生态健康。

4. 结论与展望

基于海绵城市理念的雨水收集与利用系统，是应对现代城市雨洪管理挑战、实现水资源可持续利用和城市生态修复的重要途径。本文探讨了该系统的设计原则、构成要素、关键技术及设计流程，并分析了其在缓解内涝、补充地下水、节约用水、改善水环境、修复生态等多方面的显著环境效益。实践证明，该系统符合可持续发展的要求，具有良好的应用前景。

然而，要充分发挥其效益，仍需注意以下几点：一是加强前期规划，将雨水管理纳入城市总体规划；二是注重多学科交叉，结合土木、水利、生态、景观等专业进行综合设计；三是完善技术标准和管理规范，确保工程质量；四是建立长效运维机制，保障系统持续有效运行。未来，随着技术的不断进步和经验的积累，雨水收集利用系统将更加智能化、精细化，为建设韧性、宜居、可持续的城市环境做出更大贡献。

参考文献

[1] 住房和城乡建设部. 海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）[Z]. 2014.

[2] 张建云, 王浩, 贾仰文, 等. 城市雨洪管理新理念——海绵城市[J].水科学进展, 2015, 26(3): 321-328.

[3] 赵剑强, 贾海峰, 王浩, 等. 基于 LID 技术的城市雨水管理研究进展[J]. 给水排水, 2017, 43(7): 1-7.