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城市是人口密集、社会经济高度发达的区域，也是水循环受到人类活动影响最为剧烈的区域。随着城市化进程的不断加快，大量的道路、房屋等不透水面积的增加，使城市降水的入渗量大大减少，雨洪峰值增加，汇流时间缩短，导致城市水涝灾害频发、水环境恶化等一系列水问题，每年造成巨大的经济损失；同时，雨水作为一种资源被大量的白白排走。如何科学、有效的实施城市雨水利用，实现雨洪的资源化，已经成为当前城市水资源研究的重点和热点问题。本文正是在这样的背景下，以城市水循环理论为基础，探索城市雨水利用的技术体系、潜力评价体系和效益评价体系，科学、全面、系统的认识城市雨水利用，完善城市雨水利用学科体系，为推进城市雨水资源化提供科学依据，为建设人水和谐的城市提供技术和理论的支撑。本研究主要内容包括：
⑴研究了城市水循环的驱动力、形成机制、基本特征和调控机制。在高强度人类活动的城市中，水循环呈现出明显的“二元”特性，人类活动已经演变为城市水循环的主要驱动力。分析结果表明：城市水循环是以社会水循环为主，自然水循环为辅的复杂系统；城市水循环在空间上和时间上的演变过程与城市化进程相一致；城市水循环的再生能力主要受到人类活动的影响，因此应该加强节水、控制污染、再生水回用等，提高水的再生能力；城市水循环的调控手段主要包括：控制取水、高效用水、限制排水、提高城市节水水平，构建人水和谐的城市用水体系。
⑵基于城市水循环理论分析了城市雨水利用的内涵，并详细分析了雨水收集、雨水水质处理、雨水综合利用等三个主要内容。结论表明：城市雨水利用应以提高城市水资源利用效率为核心；雨水利用应与防洪迎汛相统一；雨水水质控制应与城市面源污染治理相结合；城市雨水利用要与城市规划、景观建设相统一；雨水利用应以增加入渗、回补地下水为主要内容；注重雨水利用工程建设的同时，应该加强雨水利用管理。
⑶根据城市水循环过程，建立了城市雨水潜力模型。将雨水潜力分为理论潜力、现实潜力和可达潜力。首先按照自然水循环过程计算雨水利用的理论潜力和现实潜力，然后选择城市缺水程度，用水效率、再生水利用水平、经济发展水平、法律与体制环境5个主要影响因素，通过AHP方法研发了雨水利用潜力的调节系数模型。分析结果表明，海河流域26个城市雨水利用的可达潜力为3.9亿m3，占2007年26个城市总供水量的的9.5％，雨水利用的潜力巨大。潜力空间分布规律表明，未来雨水利用的重点应该集中在京津唐发展区。
⑷根据经济学理论，构建了城市雨水成本效益评价模型。分析了2007年北京市267项雨水利用工程的成本效益指数。分析结果表明，北京市2007年雨水利用的综合效益非常显著，雨水利用效益指数α达到了2.3。由于雨水利用的潜在生态效益和社会效益无法定量化，因此，雨水利用的效益指数实际上应该大于2.3。空间分析结果表明，今后北京市雨水利用应在加强城区雨水利用的同时，逐步扩大郊区县的雨水利用规模。