1 绪论
1.1 选题背景
水是生命之源，是全人类生存和发展必不可少、无可替代的自然资源。我国是一个水资源较为丰富的国家，水资源总量达到 2.8×1012 m3，占全球水资源总量的 6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居于世界第四位。但是我国人均水资源量约为2300 m3，仅占世界人均的1/4、美国的1/5，在世界上名列121位，被联合国列为世界 13 个人均水资源最贫乏的国家之一。除去难以利用的洪水径流和分布在较为偏远地区的地下水资源后，我国实际可利用的淡水资源量则更少，仅为1.1×1012 m3，人均可利用水资源量仅为900 m3，并且分布得极不均衡。20世纪末，全国600多座城市中有400多个城市存在供水不足问题，其中较为严重的缺水城市高达110个，全国城市缺水总量为0.6×1010 m3。
按照国际公认的标准，判断轻度缺水、中度缺水、重度缺水和极度缺水的人均水资源量阈值分别为：3000 m3、2000 m3、1000 m3和500 m3。我国目前有16个省（区、市）人均水资源量（其中不包括过境水）低于严重缺水量，有 6个省、区（宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏）人均水资源量低于500 m3，为极度缺水地区。
降水是自然界中水循环系统的一个重要环节，科学、合理地开发和利用雨水资源对修复和促进自然界水循环起到了很大的作用。与其他解决水资源问题的方法如海水淡化、跨流域远距离调水相比，雨水资源的研究利用成为集经济、宽泛、简捷、有效为一体的途径[4]。雨水利用已经成为经济既高资源消耗又低的供水方式。
随着城市化进程的加快和世界范围的干旱加剧，水资源的供需矛盾和问题日益严重，开发和利用雨水资源已经成为世界各国的重要研究课题。在世界上许多国家都有使雨水资源化来解决生活和生产用水的例子，最为突出的是干旱地区的国家。我国的很多地方也开展了雨水利用的研究工程，雨水不仅作为北方缺水地区的饮用水源，同时拓展到应用在农业补灌和生态建设等其他较为广泛的领域。近些年，我国已经实施的雨水利用工程有：甘肃的“121”工程，内蒙古的“11338”工程，宁夏的“窖水蓄流工程”，陕西的“甘露工程”，山西的“123”雨水集流工程，还有河南、河北等多个省(区)的雨水集蓄工程。截至目前，甘肃已累计建成各种水窖350万眼，解决了260万人的饮水问题，并发展集雨灌溉500 万亩。全国现在有16个省区、700多个县应用这项技术，共建成1200多万眼蓄水窖，并且解决了近3600万人的生活用水和4000多万亩农田的补充灌溉。
1.2 雨水资源化的概念
广义的雨水是指降水。地面从空气中获得的水汽然后凝结成物，总称为降水，它包括两部分，一是空气中水汽直接在地面或者地物表面以及低空凝结成物，比如露、霜、雾和雾淞，又叫做水平降水；另一部分是从空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、冰雹和雨淞等，又叫做垂直降水。当雨水作为一种用来满足人们生产生活、经济发展、社会需求以及生态环境需求的物质资料时，就成为了雨水资源。
广义的雨水资源化是指通过规划和设计，采取相关的工程措施和处理工艺，将雨水蓄积起来变成可用的水资源的过程。其中，包括雨水集流后的家庭应用、农业灌溉、养殖利用、城市利用、水源涵养和改善生态环境等水资源利用的各个方面，甚至包括人工降雨、增雨等。
通常提到的雨水资源化是指对雨水的初始形式和转化为径流后的利用，也可以将其称为狭义的雨水资源化。本文中提到的雨水资源化即指狭义的雨水资源化。通过研究雨水资源化，不仅可以增加城市水源，一定程度上缓解水资源问题，还可以相对地减少城市径流，减缓径流汇流时间，减小城市排洪设施的压力，减轻防洪投资和洪灾损失的压力。
雨水资源化技术的发展历经千年，其中的雨水集蓄利用技术更是可以追溯到公元前 4000 年，是一项古老而简便的实用技术。雨水集蓄利用工程是指对降雨进行收集、汇流、储存然后进行节水灌溉或环境用水的一套系统，主要由集雨系统、输水系统、蓄水系统和灌溉系统四个系统组成。雨水集蓄利用工程具有见效快、投资少、易于参与和便于管理的优点。其主要的利用途径有修建梯田，拦蓄雨洪水，发展生产；解决饮水问题，发展院落经济；补充农业灌溉用水；小流域治理；补充城市地下水和绿化灌溉等方面。
2 研究区基本概况
2.1 研究区自然地理与社会经济概况
2.1.1 自然地理概况
2.1.1.1 地理位置
研究区位于山东省青岛市区东部，东、南濒临黄海，西邻青岛市市南区、市北区、四方区（现已与市北区合并），西北邻李沧区，北接青岛市城阳区和即墨市。地理坐标北纬35°23′~36°03′，东经120°22′~120°43′。东西宽27.3 km，南北长31.1 km，海岸线长103.7 km，总面积389.34 km2。研究区的地理位置如图2-1所示。
2.1.1.2 地形地貌
研究区地形特征东高西低，由东向西依次形成山地、丘陵、平原三大地貌类型。位于区内东部的崂山主峰—崂顶海拔 1133 m，是胶东半岛最高峰。由崂山顶部向西北、西南延伸，逐渐形成标山、石门山、午山—浮山三大支脉。区内地质演化最为剧烈的时期是中生代，燕山晚期强烈的断裂运动和岩浆活动，奠定了现代地貌的基本轮廓。自新生代以来，新构造运动主要表现为缓慢的、不均衡的抬升运动。在地表水和海水的作用下，形成了形态各异的陆地地貌和迂回曲折的海岸地貌。综上所述，断块构造是支配研究区地貌发育的主要地质基础，而流水作用则是影响研究区地貌形态演变的主要外力因素；
按成因和形态划分，研究区主要有以下地貌类型：
（1）侵蚀剥蚀低山：一般海拔在500~1000 m，切割深度为100~500 m，分布在东部，由崂山顶部向西北、西南延伸，逐渐形成标山、石门山、午山—浮山等低山区，主要由花岗岩组成。山峰尖峻，山坡陡峭，多呈尖脊状，壁陡谷深，多为深切割的“V”形。地下水以下降泉排出，并汇成湍急小河，有时形成瀑布。低山区边缘地带，沟谷逐渐变宽，且谷底有堆积物，顺水流向则逐渐加厚。
（2）侵蚀剥蚀丘陵：一般海拔在50~500 m，切割深度均小于 100 m。主要分布在低山区外围，其岩石组成和地貌形态与低山区地形、地貌特征相似。主要由花岗岩组成，局部也有火山岩。地形形态为连绵起伏的低矮山丘，山顶浑圆，山坡平缓，沟谷开阔，谷底堆积物发育较好，以卵石、砾石、砂质粘土、粘质砂土为主，厚度一般为3~5 m。
（3）冲积和洪积平原：分布在河流中下游河谷和山前地带，主要在李村河、张村河中下游河谷平原。堆积物厚度一般在10~20 m，局部厚度可达30 m，由单层到多层结构。
2.2.1 水资源短缺问题日益突出
近几年来，城市用水急剧增长，预测 2015 年崂山区集中供水需水量达到0.4×108 m3，按照现状供水能力测算，供水缺口 0.1×108 m3。由此可见，水资源短缺已经成为制约崂山区经济发展的“瓶颈”。其主要原因是：
（1）水资源总量不足且时空分布不均。崂山区多年平均水资源总量为1.664×108 m3，多年平均水资源可利用总量为 0.85×108 m3。人均占有水资源量仅为750 m3，为全国平均水平的30%，为水资源严重缺乏的区域。国际公认，维持某地区经济社会发展所必须的人均水资源量为1000 m3，由于研究区低于这个临界值，所以属于严重缺水地区。据水文观测资料，全区多年平均降水量747.5 mm，降水的特点是：降水年内分配不均，年降水量的70%集中在汛期6~9月份；降水量年际变化大，最大年降水量为1964年1528.9 mm，比均值偏大 78%，最小年降水量为1981年414.0 mm，比均值偏小 52%。且丰水年、枯水年往往连续出现；地域分布不均，由于受地形和气候的影响，区内降水分布不均，东部山区多年平均降水量在900 mm以上，西部丘陵区多年平均降水量为700 mm左右。
（2）对水资源开发利用的优化配置不协调。研究区是资源性缺水与工程性缺水共存的地区，因缺乏资金很多水资源开发利用的配置工程难以实施，并且因管理养护困难经常导致供水工程无法正常运行。
（3）用水管水方式不合理。未彻底形成水资源管理体制，并且存在城乡交叉、权责混乱的现象，难以对水资源进行统一的规划、开发、配置、利用、节约和保护措施，这在很大程度上制约了建设资源节约型社会和环境友好型社会快速、顺利的实施。尽管崂山区节水总体水平领先，但目前仍有部分区域不同地程度沿袭使用大水漫灌等传统农业用水方式。不少工企业生产技术落后，导致单位总体耗水量大，并且水的重复利用率很低。推广普及城市生活以及公共用水节水器的程度不够，说明节水还有相当的潜力。
3 数据处理 ........................16
3.1 数据源................16
3.2 数据处理...........................19
3.2.1 影像预处理....................19
3.2.2 地貌形态特征的提取........................20
4 研究区雨水资源化潜力计算 ..................28
4.1 降水量分析 ................28
4.2 山丘区雨水资源化理论潜力计算 ......................30
4.2.1 山丘区土地利用类型分类.............30
4.2.2 降雨径流系数的确定...................31
5 研究区雨水资源的利用研究 ..................37
5.1 山丘区雨水资源的利用研究 .............37
5.1.1 山丘区雨水资源利用分析............37
5.1.2 拦坝建水库的研究分析....................38
5 研究区雨水资源的利用研究
在第3章的数据处理部分已经进行了研究区域分类，分成：山丘区、平原农业区和建成区三部分，接下来分别进行雨水资源的利用研究。
5.1 山丘区雨水资源的利用研究
山丘区地形地貌复杂，根据不同的地形地貌和流域信息合理选择雨水的集蓄利用方式，能更好的提高雨水资源的利用率。地形地貌结合第 3章的水文分析成为各种方案选择的关键。研究区总面积为 389.34 km2，海拔超过200m的山丘区有 155.83 km2，占据了研究区的 40.02%，以崂山为中心，平原农业区和建成区分布在崂山的周围。首先分析的是山丘区雨水资源的利用研究。
5.1.1 山丘区雨水资源利用分析
山丘区因坡度大从而比平原地带产生的径流速度高，降水停止后在坡面上的滞留水比较少，降水入渗较有限，所以山丘区的雨水资源天然利用率很低。要提高山丘区雨水的利用率，就必须从改变流水方向和山坡坡长寻找途径。
根据相关研究和资料，山丘区降水资源的利用方式可以总结为拦坝建水库、雨水就地拦蓄入渗、雨水叠加利用以及雨水资源异地利用四种方式。
（1）拦坝建水库可以调节季节降水不均匀引起的旱涝，对农业灌溉和城市居民非饮用水的其他用水提供保障，是山丘区雨水利用的关键方式，故下面会详细分析。
（2）雨水就地拦蓄入渗利用方式，顾名思义就是把雨水就地拦截下来蓄存、入渗，是指利用雨水资源的可储性，通过改变地表微地形用以增加地表土壤的入渗能力，使雨水最大限度地入渗到土壤中并且保存下来，减少雨水径流的流失，从而达到提高坡面雨水资源利用率的目的。
6 结论与建议
6.1 结论
目前，水资源短缺、旱涝灾害频繁和地下水资源超量开采等问题正严重影响着我国社会经济和生态环境的可持续发展，而合理开发利用雨水资源成为诸多解决水资源矛盾和困扰的有效途径之一。滨海地区作为陆地和海洋交互作用的过渡地区，其特殊的地理位置决定了特殊的雨水资源化利用模式，一方面，由于受到海洋动力的影响，降水频率和降水量突出，几乎每年都会有大量的雨水资源因为没有利用而白白流失，可供开发的潜力很大；另一方面，随着经济社会的发展和人类活动的加剧，如果对地下水的开采过度，就会引起严重的海水入侵，导致进一步威胁淡水资源。因此，合理的实施利用雨水资源，不仅可以增加可用水资源量，达到减少径流污染、防洪减灾、改善生态环境的效果，而且还能形成雨水利用产业，从而带来丰富的社会、经济和生态效益。
本文在中德科技合作与交流项目（2007DFB70200）、国家自然科学基金资助项目（41371395）、国家科技支撑计划项目（2012BAB11B01）、山东省水利厅资助项目（鲁水财字【2012】49 号-2）和青岛市水利科技项目（青 201002）的资助下，以山东省青岛市崂山区为研究对象，以RS和GIS为技术依据，在调查研究及查阅大量资料的基础上，对崂山区雨水资源化潜力进行理论探讨和计算，并且对崂山区进行分类：山丘区、平原农业区和建成区，然后分别进行了雨水资源利用的分析和研究。本文的主要研究内容和结果如下：
（1）分析研究了国内外雨水资源化的现状，重点分析了日本、美国、德国、英国等国家在雨水资源利用研究和实践中的成果，并且探讨了我国在雨水资源利用方面取得的成就，为崂山区雨水资源化潜力计算和利用研究奠定基础。
（2）通过对崂山区自然地理和社会经济的概况分析，揭示了崂山区社会经济发展的演变规律和发展趋势，分析了崂山区的水资源利用历史和雨水资源化利用现状，并且提出了水资源开发利用中问题。
（3）选择崂山区0.25 m分辨率航空相片为数据源，进行了遥感图像的解译；根据1：10000崂山区地形图，矢量化等高线然后进行内插可以做出分辨率为5 m的数字高程模型（DEM）图件；做出了基于 RS、GIS 的坡度、坡向和土地利用等图件；通过GIS技术和雨水资源化潜力计算方法，计算出崂山区的丰水年、平水年和枯水年的雨水资源化潜力，其计算结果分别为：111.122×107 m3、9.068×107 m3和 7.27 ×107 m3，为兴建雨水利用工程提供了依据。
（4）根据地形、地貌的特点，将崂山区划分为山丘区、平原农业区和建成区，进行了基于RS和 GIS的塘坝、水库和工程规划方案研究，对不同类型下垫面的雨水利用建设用地进行了分析，提出了不同类型区的雨水利用方式和措施，为滨海山区不同类型区的雨水利用规划方案的制定设计提供了方法和依据。
参考文献（略）