（一）平原区雨洪利用

北京市平原区面积约占全市面积的1/3，大部分位于永定河和潮白河的洪积冲积平原。20世纪50年代、60年代因平原排水系统不完善，加上农业灌溉以地表水为主，地下水尚未得到大规模开发利用，使地下水位常年埋深较浅（2～3m）。当时，如遇日降雨量50mm，就使大兴、通县东南部大量农田受淹成涝，且引起大面积土地盐碱化。60年代后期，逐渐开发利用地下水灌溉，现全市有机井5万多眼。自80年代后，农业灌溉主要依靠地下水，同时县乡工业及农村生活也抽取地下水，致使地下水位连年下降，普遍埋深在8～10m以下，这为调蓄雨水创造了条件。如1994年7月12日，北京普降大雨，大兴县天堂河流域日降雨量达200mm，相当于10年一遇的日雨量，流域出口径流很少，流域内降雨几乎全部入渗。当然天堂河流域位于永定河冲积扇脊部，土质属粉砂质壤土，入渗条件较好。在通县永乐农场，土质较细，在同一暴雨后，因排水河道闸门未及时开启，大片农田淹水30～40cm，河道排水后1天，田间积水退尽，对农田秋作物未形成渍涝灾害。这些实例说明，地下水位埋深增加后，田间入渗量大大增加，即使超渗形成积水，未能及时排除，但因土壤剖面仍有蓄纳稳定入渗的空间，已形成的积水也会相继由排水系统排除，并继续累计入渗。

1.田面蓄水入渗

根据分析，在地下水位埋深超过4～5m，遇相当于P=10%，日降雨量201mm的降雨过程，且土质为粉砂质壤土时，田面会出现40～50mm积水。如不拦蓄则形成径流流失，若利用田面拦蓄，则积水在8小时内即可就地入渗贻尽，不会积涝成灾。

通过1989年7月至1990年5月试验田块土壤水分运动和水量平衡分析，该年度降水量545mm，灌水量400mm，田面受水945mm，相当于10年一遇的丰水年降水总量。由于培埂田面未外溢径流，除作物蒸腾消耗外，当年通过2m深土层的净下渗量为242mm，占总水量的26.2%。说明培高土埂蓄雨回补地下水的潜力是很大的。

对于土质偏粘的土壤，或土壤剖面下有隔水层的田块，则不宜利用田面蓄雨回补，以免田面积水成涝。

2.河道建闸蓄水入渗回灌

北京市近年来实施河道建闸拦蓄径流回补地下水，效果显著。在潮白河、永定河、北运河等水系计划修建40余座橡胶坝，作为回灌补给地下水的重要措施。利用河道水闸蓄水回补，若根据其防洪、灌溉、回灌功能进行合理控制，更好地相机拦蓄汛期雨洪，特别是大汛后期雨洪，对增加全市地下水补给的作用是很大的。潮白河沿线修建梯级水库蓄纳基流、汛雨，回补地下水是一个典型实例。

（1）潮白河修闸蓄水回灌。北京市80年代初，连续干旱造成水源紧缺，供水紧张，为保证城市用水，政府决定密云、官厅两大水库不再为农业供水，农业灌溉改为依靠开发地下水解决。潮白河上游自来水八厂每年抽取地下水1.0亿～1.3亿m3，加之农业喷灌对地下水大量开采，以及沿河城镇水源地开采，使潮白河周边地区地下水位迅速下降。

1984年，北京市一方面为了解决潮白河两岸交通问题，另一方面为了通过拦蓄基流和汛期雨水，补给地下水、涵养水源，在顺义县修建了向阳闸。向阳闸蓄水面积400hm2，库容450万m3。通过1990～1992年对向阳闸补给地下水量的研究表明，该闸建成蓄水后，年平均可补给地下水2000万m3。

由于80年代遇到偏枯周期，水资源紧张，地下水位持续下降，而潮白河河道基流和雨水径流未能得到充分利用。因此自1992年以后，潮白河陆续修建了8座橡胶坝，其中顺义县4座、通县3座、密云县1座，加上原有的向阳闸，形成了梯级河道。

潮白河第一座橡胶坝在顺义县河南村，坝长300m，分3孔，每孔100m，坝高2.7m，蓄水量达500万m3，蓄水面积250hm2。河南村橡胶坝的建成，提高了潮白河的行洪能力，解决了下游1300hm2农田灌溉用水，回灌地下水效益明显，宽阔的水面也为开发水上娱乐项目，发展地区旅游事业创造了条件。该地区良好的生态环境成为带动周围经济发展的重要因素，刺激了当地房地产和旅游业的发展。河南村橡胶坝在防洪、蓄水、回灌地下水和改善生态环境，推动周围经济发展等方面具有显著的效益，为加速潮白河初步实现梯级橡胶坝建设起到了有力的推动作用。

现自潮河、白河汇合口至通县于辛庄74km河道共修建9座闸坝，形成自向阳闸到于辛庄之间的50km首尾连接的梯级水面，总计水面面积26.58km2，总蓄水量4720万m3，为潮白河建造船闸，发展旅游通航创造了条件。

根据北京市水文总站1995～1996年对向阳闸至兴各庄橡胶坝蓄水回补地下水的研究，河道建闸蓄水回补规律是：平水年若橡胶坝能蓄水150天，则回补量为最大蓄水量的2倍左右；偏丰年若橡胶坝能蓄水300天以上，则回补量为最大蓄水量的3～4倍。依此推算，潮白河9座闸坝蓄水回灌，平水年潮白河回灌水量约9500万m3；丰水年回灌水量约1.4亿～1.6亿m3，能使两岸各3km范围内的地下水得到有效的回补。

随着沿潮白河闸坝的建成，应积极筹划建设潮白河自动监控系统，并与上游密云水库、怀柔水库连接，获取上游水情和水库运行状况数据，以便对潮白河进行实时监控，统一调度河道运行管理，确保潮白河和梯级闸坝的防洪安全，并有效地发挥闸坝蓄水回补的功能。

（2）永定河蓄水引洪回灌。北京市西部的永定河流经河床砂砾石深厚的堆积地区，上游因有官厅水库调控运用，其下泄流量常年经三家店拦河闸引水入永定河引渠，供应北京市西郊工业区的工业用水，而自卢沟桥以下河道几乎常年干涸。官厅水库至三家店为官厅山峡流域，面积1600km2，是北京西部暴雨集中区，百年一遇区间洪水可达4000m3/s，威胁着北京的防洪安全。官厅山峡区间丰水年径流量约2亿～2.5亿m3，平水年约0.8亿～1.0亿m3，枯水年尚有0.4亿～0.5亿m3。由于径流主要产生在汛期并由暴雨形成，永定河拦河闸常常开闸度汛，以保证防洪安全。如果把多余汛雨纳入防洪规划中，依靠雨量站遥测和径流预报，利用三家店、卢沟桥闸可蓄泄控制的优势，并充分发挥永定河引水渠的输水功能，配套修建一些小型引洪渠道，可将一部分汛期雨洪分别泄入永定河河道和永引渠沿线众多砂石坑，以达到汛雨回灌的目的。这样既可减轻河道防洪负担，又可达到汛雨利用的效果。

（3）平原区排水河道蓄水回灌。北京平原区骨干河道潮白河、永定河、温榆河的支流和支沟众多，近年来也逐渐修建了众多拦蓄汛雨径流的橡胶坝，对截取径流加以利用和回补地下水发挥了很好的作用。为了在排水河道上修闸蓄水，首先需进行降雨产流的水文分析，除考虑建闸应满足河道防洪标准、具有足够泄洪能力外，尚需考虑在平水年、偏枯年和偏丰年能拦蓄多少水加以利用，以免建闸后无水可蓄，效益不大。

根据对目前京郊平原区地下水位埋深已在8～10m以下的田间降雨产流分析，认为在日降雨量超过20mm的情况下，才会形成河道径流。同时根据不同频率（75%、50%、30%）典型年的年内降雨量大于20mm的次降雨分析，求得其径流系数α分别为0.040～0.059、0.051～0.075、0.062～0.084，其每平方公里径流量分别为2.45万～2.94万m3、2.9万～4.31万m3、4.16万～5.63万m3。其中径流系数和径流量，对流域土质透水性相对较小的河道可取较大值，而对流域土质透水性相对较大的河道可取较小值。

以上径流量大多来自汛期，而此时并非农业用水高峰期，除沿河可设临时扬水站浇灌沿河急需用水外，建闸蓄水主要为了回补地下水。根据每km2径流量和闸址地形及蓄水容量，并应考虑建闸后复蓄次数不少于3次，结合建闸投资和每年可能的回补量，可对工程蓄水量和每立方米水的成本进行经济评价分析，以确定工程的可行性。根据分析，平原区排水河道建闸，其流域面积一般应大于25～40km2，才值得考虑汛雨径流建闸蓄水回补工程。如流域内有严重水质污染的径流排入河道，也不宜用于回补地下水，以免造成地下水水质污染。

（二）城区雨洪利用

新中国成立50年来，北京市城市建成区面积不断增加。80年代城区规划面积750km2，1989年建成区面积已达395.4km2，1991年规划区面积扩大为1040km2，到1997年建成区面积已近600km2。北京城市建设规模扩大情况如表6-6。

由表6-6可见，居住建筑和城建设施用地占建成区面积的74%。为了探索城市雨洪利用的途径及其技术，对北京市城市降雨、路面、屋顶、草坪雨水径流的水质进行了检测。由于城市降雨径流检测结果中城市道路路面水质较差，所以重点仅对利用屋面—渗井系统和草坪回补进行了试验分析。

表6-6　北京城近郊区城市化发展情况

注　表中数据引自《1990年北京社会经济统计年鉴》，其中道路面积包括在城建设施一栏中。

1.城区雨洪径流水质

雨洪利用的可行性及可利用程度取决于雨洪径流的水质状况。为此，对城区汛期的天然降水及屋顶、绿地、路面的降水径流以及汇入河道的混合径流水质进行了系统的监测、分析，为城市雨洪利用提供依据。根据监测结果，可得如下结论：(www.daowen.com)

由于北京城区城市化的发展，烟雾、扬尘增加，天然降水已受污染，污染物主要来自大气，形成了范围较大的点源污染。根据GB3838—83地面水环境质量标准，对天然降雨、绿地、屋顶、路面径流4种水质分析表明：氨氮为0.80～2.55mg/L、高锰酸盐指数、挥发酚为0.004～0.028mg/L，3个指标都比较高，即在降水中已吸附有污染物。路面径流除上述3个指标较高外，生化需氧量达19.4mg/L。用分级指数综合评价法进行分析，其天然降水已大于Ⅴ类标准。在城区雨洪利用时，不能不对此进行考虑。况且城区已有相当范围的地下水遭受污染，总硬度超标面积272km2，硝酸盐超标面积135km2，因此，用过高的标准要求回灌用的雨洪径流水质是不现实的。随着城市环境治理，特别是大气污染源治理，如禁止使用燃煤锅炉，汽车尾气治理等措施的实施，城市径流水质会有明显改善。为了确保改善城区地下水状况，按水质Ⅲ类标准（即用于集中式生活饮用水源地二级保护区的标准）要求回灌水质是现实可行的。

屋顶径流水质与天然降水水质相差不大，个别指标如硝酸盐氮、亚硝酸盐氮均略高于天然降水。如按Ⅲ类标准衡量，除部分指标如氨氮、亚硝酸盐氮及挥发酚等超标外，其他均属Ⅰ、Ⅱ类标准。因此，只要采取适当措施，如沉淀、瀑气等，是可以达到Ⅲ类标准而加以利用的。

天然降水经过绿地净化后，径流中的有机质很快得到分解，如氨氮由2.09mg/L降到0.8mg/L，无机物如硫酸盐和硝酸盐也因被滞留而降低，充分反映了城市绿地净化水质的作用。绿地径流虽属Ⅳ类标准，但按Ⅲ类标准对照，仅氨氮超标。然而若在绿地内消纳时间延长，如在绿地中心形成水面，增加在绿地内的滞留时间，氨氮仍可继续降解而使绿地内的水质达标，故城区可充分利用绿地拦截雨洪入渗，补给地下水。

路面除受大气面源污染外，还受汽车排放物、城市废弃物以及路面材料的影响，路面径流污染物含量明显高于屋顶和绿地径流中的污染物含量。而大部分污染物含量随降雨历时延长而降低。这是由于大多数污染物附着于路面，降雨初期形成径流即被冲走，随后污染物含量明显减少。但有些污染物不随降雨历时增加而变化，如雨水中的氨氮含量。

从降雨径流水质优劣角度看，绿地径流水质优于屋顶径流的水质，道路径流的水质最差。对每年第一次暴雨径流及每次暴雨洪水的前峰部分不宜加以直接回灌，在利用时应加以注意，如在回灌前进行一定的处理，或利用湿地中的植物进行降解，以免影响地下水水质。

2.屋顶引流渗井回灌

北京市水利科学研究所等于90年代初曾对屋顶渗井系统做过实验。收集屋顶雨漏的雨水，汇入输水管，经前池再流入渗井。渗井为一砖砌圆筒，直径3m，深6m，容积42m3。在直径为3m的井筒底，再向下挖砌一内径为1.5m，深为2m的小井筒，使小井筒底座放在砾质砂层上，以增大其入渗能力。大小井筒井壁设有间距为50cm梅花状细塑料管以利进水。渗井处土层为粉砂质壤土，k壤土=（5～8）×10-5cm/s；在壤土层中有厚85cm的细砂夹层，k细砂=6×10-4cm/s；7m以下为砾质中砂，k中砂=6×10-3cm/s。

据调查，60年代以前，试验区地下水位埋深2.53m，1991年地下水位埋深在30m左右。

对渗井灌水并维持一定水深，以测定渗井的入渗能力，入渗量随时间而渐趋稳定，并将稳定入渗量换算成渗井单位渗水面积上的入渗率。根据实验和数值模拟分析，深6m，直径3m的渗井，在两种不同土质中的稳定入渗率如表6-7所列。

表6-7　不同水深和不同土质时渗井的入渗率

由表6-7可见，随着水深的加大，由于井壁水压力增加，入渗率明显增大。上述尺寸的渗井在土质为粉砂质壤土时，其入渗水量达13.3m3/h。

根据对北京市城区典型雨型、不同频率日降雨量和利用屋顶渗井系统调蓄入渗分析，按上述渗井设施，完全可以消纳2500m2屋顶上10年一遇的降雨所产生的屋顶径流量；而对2年一遇的降雨，该系统能消纳8000m2屋顶面积上所产生径流的96%。可见，屋顶渗井系统回补地下水以及减轻城市防洪排涝负担的效果是很明显的。

3.绿地草坪滞蓄汛雨回补

利用城市绿地、草坪容蓄暴雨，并可引入不透水面的径流，不仅可增加汛雨对地下水的入渗补给，同时还能节约草地灌溉用水，并可滞纳削减暴雨洪峰，减轻城市的防洪负担。

（1）草坪蓄纳汛雨回补试验。为探索利用绿地草坪容蓄暴雨的可行性，对草坪的入渗补给进行了试验。试验布置了高、中、低3种不同类型，其中高草坪高出路面0.5m，中草坪与路面齐平，低草坪低于路面0.1～0.2m，土质为中壤土。

从1990～1991年两年的试验看，中草坪全部拦蓄降雨；高草坪在降水中产流外泄量占降雨的5.6%～11.1%，两年外泄雨量80～100mm；低草坪除拦蓄本区降雨外，还容蓄了高草坪外泄的水量。

对高、中、低3种草坪1m深界面处水分通量的观测，其下渗通量占降水量和灌水量的百分比分别为6.1%、18.5%、29.8%。可见，低草坪蓄纳汛雨回补的效果最佳。

（2）草坪耐淹试验。为试验草坪耐淹性能，选择了大羊胡子草、小羊胡子草、高羊茅、早熟禾、三白叶等10个草种，试验是在气温11～31℃、水温14～25.5℃、淹没水深15cm条件下进行的。在分别浸泡了2天、4天、6天后，脱离受淹环境14天进行生长状况观察，以不危害其正常生长为标准判断其耐淹性能。结果表明：耐淹2天的有9种，耐淹4天的有7种，耐淹6天的有4种。其中以大羊胡子草、野牛草、高茅草、早熟禾耐淹性最好。

北京城区土质一般为粉砂质壤土，其稳定入渗率为100～300mm/d，在汛期一般降水条件下不会积水，即使遭遇P=10%～5%、最大日降雨量201～258mm的暴雨，也不会发生淹没水深达15cm、泡2天的情况。因此，当前城市草坪绝大多数草种均有耐淹能力，不致出现因暴雨而影响生长，以致破坏景观的问题。

（3）城市小区绿地、草坪蓄滞雨水。城市绿地、草坪是蓄滞雨水、增加入渗的理想场所，并有减小洪峰流量的功效。但现有城市绿化带都高于路面，这在交通频繁地区，对保护草坪是需要的。如果在小区内路面设计中使绿地略低于两边地面或道路路面，利用绿地蓄滞屋顶、小区内不透水面的径流，则可明显增加草地入渗，减小小区径流峰值。按市政规划要求，小区建设中都应留有不小于30%的绿化面积，它相当于一般小区建设中的容积率。如将绿地在路面规划设计中低于路面5～10cm，并将建筑物屋顶雨水导入绿地，就能充分发挥绿地蓄滞雨水，增加入渗补给的作用。

如将绿地、草坪蓄滞汛期雨水，入渗回补，并同渗井、人工湖（洼地）系统相结合，可在北京城区周围边缘集团和各小区建设等造成的建成区扩大、不透水面积比率增大的情况下，保持排水河道的防洪流量不增加。

北京市1996年6月《21世纪初期首都水资源可持续利用规划总报告》中已明确提出西郊蓄洪回灌、草坪蓄雨回补、屋顶渗井回灌，平原区和田面、河道建闸回补地下水等城市雨水利用的目标，计划到2010年增加地表补给地下水资源量1.05亿m3。

城市小区建设中建筑占地以及道路等不透水面积比常达0.6～0.7以上，根据对暴雨径流的实测，径流系数常达0.65～0.78，汛期降雨径流系数达0.5～0.60，明显高于北京市整个平原区的径流系数0.19，为其2.0～2.5倍。这一汛期降雨径流系数相当于年径流系数α=0.40～0.48。

北京市城区规划面积1042km2，现建成区已达600km2，现有林木覆盖面积6000万m2，人均绿地面积近10m2，按规划林木、绿地覆盖率将达到30%，人均绿地达20m2，即全市城区绿地面积将达150km2。如对其中1/4近75 km2的林木、绿地建成雨水利用工程，结合周围建筑物屋顶和铺装地面，将径流导入绿地入渗回灌，这类下凹式绿地和汇水面积相等时，由上述净雨分析，在重现期为10年时，径流系数为0.12，重现期为5年时，其径流系数为0。这类汇水面积和绿地面积相等的下凹式绿地，可使原有径流系数0.40～0.48减小到0～0.12，径流系数平均减小0.40～0.36，则绿地和汇水区增加入渗的水量达3600万m3。

北京市规划中雨洪利用潜力为1.05亿m3/a，其中城区绿地入渗如以75 km2计，加上汇水区共150km2面积的径流系数由0.4～0.48减至0～0.12，平均减少0.40～0.36，则合计增加入渗回灌量为0.36亿m3/a；潮白河地下水回灌量为0.95亿m3/a；城西永定河引流入砂石坑回补0.10亿～0.15亿m3/a，平原区建闸蓄水回补0.10亿m3/a。以上几项每年增加1.05亿m3/a回补量是有把握的。北京市河道径流条件优于海河平原其他城市，但对全国规划城市面积98万km2，建成区近7万km2范围内，以城市面积类比，全国城市雨水利用潜力在80亿～90亿m3/a应该是有可能的。