百望山森林公园雨水利用研究

张丹丹 于凤珍

(首都绿色文化碑林管理处，北京 100094)

北京地区降水时空分布极不均衡，冬春季节干旱少雨，夏季降水充沛，80%的降雨集中在夏季，遇强降雨易造成城市内涝、积水严重等问题[1]。如何把有限的雨水资源充分利用起来，涝蓄旱释，变水害为水利成为亟待解决的问题。

百望山森林公园地理位置特殊，京密引水渠绕山而过，是距离城市最近的山体森林公园之一。公园坡面陡峭，暴雨时节易发生山体滑坡、泥石流等灾害，极易对山下城市带来严重危害，且干旱时引水上山耗费大量的财力、人力，成本较高。因而，开展雨水资源利用显得尤为重要。

百望山森林公园采取“道法自然”的建设理念，在雨水控制与利用工程建设过程中尽可能地减少原地面干扰破坏，保留原有地形地势，将雨水资源进行渗、滞、蓄、用，把百望山打造成“会呼吸、能喝水”的海绵公园。百望山森林公园建设与雨水利用相结合，可有效减轻水土流失，降低山洪灾害风险，收集的雨水将用于绿地灌溉、防火应急等，并有望为其他地区海绵公园建设提供参考。

1 百望山森林公园概况

1.1 基本信息

百望山属太行山余脉，是太行山延伸到华北平原最东端的山峰，位于海淀区颐和园北3km处，京密引水渠绕山而过。百望山主峰海拔210m，总面积244.6hm2，是距核心区最近的山区森林公园。百望山内有多处废弃的采石场，碎石较多，土壤贫瘠，土壤蓄水保水能力差。现有的林业资源多为新中国成立后人工栽植的侧柏、刺槐、黄栌等人工纯林，主要以观赏性景观林为主，林地面积234hm2，在森林生态演替恢复的过程中，土壤条件虽有改善，但水土流失现象仍常发生。

1.2 降雨情况

百望山位于海淀区，其年降雨量高于海淀区年降雨量，根据图1降雨量统计结果显示，2012—2018年海淀区平均年降雨量451mm，百望山平均年降雨量638mm，是海淀区年降雨量的1.41倍，若发生高强度降雨引发山洪灾害，极易危害山下城市安全。因而，百望山森林公园建设雨水控制与利用工程显得尤为重要。

图1 2012—2018年百望山、海淀区年降雨量

2 雨水控制与利用工程措施

2.1 渗水措施

为让更多的雨水自然下渗，补充地下水，基础设施如园内道路、停车场、休憩区、移动厕所等基本上选用透水的铺装材料。透水铺装形式为全透型铺装[3]，铺装方法选择将原有地面平整后，素土夯实，铺设碎石、透水砖等，缝隙间填土，未使用任何水泥、混凝土等不透水材料；或者在原有地面上架空抬高，采用近自然的方式尽可能地减少对原有地面的干扰，如木栈道、移动厕所等[2]，这些铺装方式能很好地保留地面的空隙通透性，雨水可通过铺装材料的缝隙渗入地下，回补地下水。公园内因防火需要建有水泥公路，为尽可能地增加雨水下渗，在水泥防火公路一侧铺设透水的碎石路肩，在另一侧设排水沟，将公路上未渗透的雨水径流通过排水沟引入蓄水池。百望山森林公园内现有道路广场雨水控制措施面积1.95万m2，嵌草砖停车场9100m2，架空安装移动厕所4处(见表1)。

表1 渗水的雨水控制措施

2.2 滞水措施

百望山地形复杂，地势陡峭，遇强降雨，高陡坡面汇流时间短，地表径流流速快，冲刷力强，易造成水土流失。为延长雨水汇流时间，削减洪峰流量，在坡面尤其是高陡坡面及坡长较长的坡面，采取滞水控制措施(见图2)。

图2 滞水的雨水控制措施

a.荆条排子。在碎石较多、植被较少的高陡坡面(坡度大于30°)，利用割灌清杂产生的荆条枝，编成纵横交错的“排子”覆盖在坡面上，犹如给坡面穿上一件镂空的外套，可有效减轻降雨对坡面的直接打击。

b.坡面树盘。百望山内树盘有两种形式，第一种是鸟窝式树盘，把修枝产生的细枝条用编筐的形式在目标树的坡下处围成半椭圆式的鸟窝，鸟窝式树盘可用于坡度10°～30°的坡面；第二种是碎石树盘，利用坡面的碎石垒成碎石树盘，适用于坡度15°～25°碎石较多的坡面。树盘可以拦截坡面的枯枝落叶，增加地表枯落物覆盖，降雨时可以吸持雨水，阻滞径流，增加入渗，同时也能为树盘内乔木生长营造良好水分条件和养分条件。

c.下凹式绿地。在山中的平面休息区绿化整地时，绿地高度低于周边道路标高5～10cm，或者在坡度小于10°的平缓坡面上挖滞水坑，滞水坑坡下侧用土埂围挡，坑内种植耐淹的崂峪苔草等，这样遇强降雨时，雨水即使来不及渗透，下凹式绿地也可以积蓄近5～10cm的雨水，随后慢慢渗入地下，延滞雨水产流时间，多余的雨水可通过截排水沟引入蓄水池，百望山森林公园现有下凹式绿地面积1613m2。

2.3 蓄水措施

百望山森林公园现有规模不一的蓄水池16座，蓄水塘3座，安全蓄水容积11.2万m3，其中最大的蓄水池是天澄湖，安全蓄水容积达8万m3。根据北京市《雨水控制与利用工程设计规范》(DB 11/685-2013)，百望山森林公园下垫面径流系数取值见表2。

表2 百望山森林公园下垫面径流系数

经加权平均计算，百望山森林公园综合径流系数ψz为0.17，初期弃流降雨厚度取3mm，则初期雨水弃流量W1为1247.5m3。

根据现有蓄水池安全蓄水容积C，可利用公式反推现有蓄水池满足的设计降雨量。

C=W-W1

(1)

W=10ψzhyF

(2)

式中：W为径流总量,m3；ψz为综合径流系数；hy为设计降雨量,mm；F为汇水面积,hm2。

经计算：hy为272.3mm，通过查询对比北京市水文手册暴雨图集，百望山森林公园所处地区20年一遇最大24h降雨量为270mm，故百望山森林公园现有蓄水池安全蓄容能抵御20年一遇的最大24h降雨。

另外，百望山在公园临近城市道路侧建有4座储水窖，并配有4座泵站，这样遇强降雨临近城市道路积水较多时，路上积水可汇至储水窖中，经泵站提升通过输水管道输送至蓄水池，为城市道路提供雨水蓄滞空间，有效分担临近城市道路排水压力。

这些雨水收集设施可以有效拦蓄雨水，削减洪峰流量，减低城市雨水管道的叠加效应，缓解城市管道、河流行洪压力。在干旱时蓄积的雨水可用于森林灌溉、防火应急等，实现雨水资源的“涝蓄旱释”。

3 雨水利用效益分析

百望山雨洪利用工程监测系统显示，2018年百望山森林公园降雨量756mm，汛期降雨量606.5mm，蓄水池共收集雨水总量1.94万m3。2018年“7·16暴雨”是对百望山海绵公园建设的考验。百望山雨洪监测系统显示，暴雨于2018年7月16日凌晨3时开始，7月17日18∶30时结束，整个降雨过程延续约40h。7月16日凌晨3∶10雨强达到最大，百望山望京楼、枫岭碑林、望乡亭3个雨量站的降雨强度分别为125.0mm/h、116.0mm/h、102.0mm/h，高强度降雨持续近30min。3个观测点平均降雨量198.7mm，其中，海拔最高的望京楼监测点降雨量达到了大暴雨量级，为218.0mm。在此次的大暴雨过程中，雨水控制与利用工程充分发挥作用，百望山无雨洪山地灾害发生，蓄水池无溢流发生，未给城市带来山洪危害。

3.1 经济效益

雨水利用产生的经济效益主要体现在节约中水费用、减轻排水设施运行费用、减少缺水导致的经济损失费用等[3]。除此之外，还有回补地下水收益、改善生态环境带来的收益等，因这些收益很难精确地估算，本研究中予以忽略。

节约中水费用：蓄水池蓄积的雨水用于浇水灌溉、洒水防火等。2018年节省中水水量1.94万m3，《关于调整北京市再生水价格的通知》(京发改〔2014〕885号)中明确要求每立方米中水价格不超过3.5元，本文选取中水价格3.5元/m3，则节约的中水费用为6.79万元。

减轻排水设施运行费用：百望山森林公园开展雨洪利用工程可以减少雨水的外排，缓解城市雨水管道的排水压力。减少的外排水量，除了蓄水池蓄积的水量，还包括下凹式绿地增加的蓄渗量、透水铺装增加的下渗水量，根据雨洪利用监测系统监测的降雨情况，下凹式绿地蓄渗初期弃流3mm，透水铺装增渗的水量按式(2)计算，经计算得出下凹式绿地蓄渗量0.92万m3，透水铺装增渗水量1.41万m3，2018年减少雨水外排量共计4.03万m3，排入雨水管网的运行费用为0.08元/m3[4]，则减轻的排水设施运行费用为0.34万元。

减少的缺水导致的经济损失费用：根据韩宇平等[5]的研究，北京市每缺水1m3造成的经济损失为14.70元，则2018年度减少由缺水导致的经济损失费用为28.50万元。

百望山森林公园开展的雨洪蓄积利用工程具有明显的经济效益，2018年带来的经济效益约为35.63万元。

3.2 生态效益

百望山森林公园雨水蓄积工程海拔由高到低，错落分布，蓄积的雨水可用于园区林木花卉灌溉、旱季森林防火等，为园区林木和花卉植物健康生长提供有效的水源保证。雨水利用工程蓄积的雨水用于下渗，补给地下水，对于缓解北京市地下水位下降等具有重要意义。蓄水后的天澄湖犹如一颗明亮的珍珠镶嵌在百望山，给公园添加了灵秀之气，引来雁鸭戏水，动物饮水，丰富了公园物种多样性。

4 结 语

百望山在海绵公园建设方面先试先行，摸索出一条“尊重自然、顺应自然、保护自然”的绿色海绵公园建设之路，在实现径流调控、节省水资源成本、丰富公园的生态和景观功能等方面取得了很好成效，为其他山地森林公园海绵公园建设提供了参考。

百望山森林公园先期做到把雨水资源“留下来”的同时，后期应考虑如何把雨水资源“美起来”。因此，在下一步的海绵公园建设过程中，要尽可能地提高雨水水质，提高雨水的景观观赏价值，建议在雨水进入蓄水池前设置拦污栅、沉沙池等，避免枯枝落叶、泥沙等进入蓄水池，造成水质恶化。