萬耀強(qiáng)韋學(xué)玉申粵

（1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，河南鄭州 450018；2.安徽工程大學(xué)，安徽蕪湖 241000）

低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)及其應(yīng)用

萬耀強(qiáng)1韋學(xué)玉2申粵1

（1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，河南鄭州 450018；2.安徽工程大學(xué)，安徽蕪湖 241000）

在充分總結(jié)、剖析低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)內(nèi)涵、現(xiàn)有成熟技術(shù)及其應(yīng)用的基礎(chǔ)上，分析其技術(shù)和理念的可行性、可靠性及其應(yīng)用前景，對(duì)今后在城鎮(zhèn)雨洪管理中引入低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)提出有益的建議。

低影響開發(fā)；雨水管理；透水鋪裝；生物滯留；綠色屋頂

隨著城市的快速發(fā)展和城市化水平的提高，城市不透水面積不斷增加，一方面改變了城市原有的水生態(tài)過程和水文循環(huán)狀態(tài)，降低土壤滲透、植物吸收和地面調(diào)蓄能力，導(dǎo)致地表徑流量和峰值增加，地下水補(bǔ)給量減少；另一方面引起城市環(huán)境、生態(tài)和氣候特性變化，導(dǎo)致城市發(fā)生不同程度內(nèi)澇災(zāi)害和“熱島”效應(yīng)。在暴雨過程中，不透水地表上的降雨形成了地表匯流時(shí)間縮短，增加了城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度，給人民生活和生產(chǎn)帶來極大影響。因此，在城市雨洪管理中引入低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）模式，是解決城鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害的重要措施之一。

1 低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)

LID是在城市建設(shè)和開發(fā)過程中，模擬自然水文循環(huán)狀態(tài)，采用源頭分散式控制理念維護(hù)城市開發(fā)前的水文特性。其核心理念是在城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)中，引入低影響開發(fā)模式和綠色基礎(chǔ)設(shè)施理念，模擬城市開發(fā)前的自然水文條件，采用分散式源頭調(diào)控為主的低影響開發(fā)策略和技術(shù)措施，使開發(fā)建設(shè)后的城市保持良好的水文功能，最大限度降低和減少土地開發(fā)導(dǎo)致城市水文變化和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響［1］。通過建設(shè)城市低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，利用土地下滲，綠地、景觀水體和洼地的滯留，雨水在土壤下滲過程的凈化，雨水通過管道和天然河道排放等多種技術(shù)，減少和消減雨水徑流量排放，提升徑流水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)城市雨水的良性水文循環(huán)，提高城市開發(fā)區(qū)域?qū)τ晁臐B透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放功能，維持或恢復(fù)城市的“海綿”功能。

目前，我國雨洪管理采用傳統(tǒng)的以排為主的雨洪設(shè)計(jì)和管理理念，大部分城市通過城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)將雨水收集后排放到城市河流、湖泊等受納水體，由于城市快速擴(kuò)張，城市地形、地貌發(fā)生變化，改變?cè)信潘w系和水循環(huán)系統(tǒng)，原來的河道、湖泊、水塘也演變?yōu)槌菂^(qū)內(nèi)河和景觀水體，吸納和排放雨水能力減弱，造成雨水徑流不能及時(shí)排放，加劇城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生頻率。因此，在城市規(guī)劃和開發(fā)建設(shè)中引入低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，根據(jù)城市氣象、水文、地形、地質(zhì)等現(xiàn)狀條件，充分考慮城市雨洪調(diào)蓄、水質(zhì)保護(hù)、資源化利用等技術(shù)和措施，運(yùn)用生態(tài)和近自然的雨洪生態(tài)管理“軟排水”模式，改變單純依賴管網(wǎng)工程設(shè)施的傳統(tǒng)雨洪管理理念［2］。在城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及后期運(yùn)行維護(hù)過程中，采用低影響城市設(shè)計(jì)和開發(fā)模式，充分發(fā)揮城市自然生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、調(diào)蓄雨洪、水質(zhì)保護(hù)、雨水資源化利用等方面的功能。

2 低影響雨水開發(fā)技術(shù)措施

低影響開發(fā)采用源頭分散式控制理念實(shí)現(xiàn)城市雨洪生態(tài)管理的軟排水模式，按照功能劃分，主要包括滲透、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)、傳輸和凈化等功能，按照技術(shù)措施劃分，主要包括透水鋪裝、綠色屋頂、生物滯留、植草溝、雨水花園、雨水桶和滲透池等技術(shù)措施。

2.1 透水鋪裝

透水鋪裝采用透水材料，能夠有效降低城市不透水面積，增加雨水下滲，減少對(duì)硬化鋪裝區(qū)的沖刷，消減地面雨水徑流總量。透水鋪裝下滲過程，土壤基質(zhì)對(duì)雨水沖涮的污染物進(jìn)行物理、化學(xué)和生物作用，起到凈化雨水的作用，減少對(duì)受納水體的負(fù)面影響。鋪裝一般采用具有透水性的材料，如透水磚、透水水泥混凝土等。另外，采用草坪磚、碎石和卵石等大孔隙材料，促進(jìn)雨水下滲。透水鋪裝主要用于廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、人行道以及車流量和荷載較小的道路。

Collins對(duì)Kinston停車場(chǎng)透水鋪裝的監(jiān)測(cè)研究表明，與瀝青路面停車場(chǎng)對(duì)比，在降雨強(qiáng)度13～25mm/h時(shí)，透水鋪裝停車場(chǎng)對(duì)降雨峰值消減率為42%～68%［3］。Hunt等對(duì)透水鋪裝停車場(chǎng)的研究表明，透水鋪裝的多孔介質(zhì)截留75%降雨量，另外25%形成徑流［4］。

通過對(duì)城市廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、道路和人行道等進(jìn)行透水鋪裝改造，增加雨水下滲功能，從源頭上消減地面徑流總量和峰值，延緩雨水對(duì)下游受納水體的沖擊和負(fù)面影響，減少城市道路積水和內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生頻率，逐漸恢復(fù)城市開發(fā)前的自然水文循環(huán)條件，重建滲透、調(diào)蓄、滯留、排放等新型雨水管理體系，實(shí)現(xiàn)開發(fā)后水文特征接近開發(fā)前的目標(biāo)。

2.2 綠色屋頂

綠色屋頂是在屋頂上種植綠色植物，也稱種植屋面、屋頂綠化等，由植被層、介質(zhì)、土壤、排水層及防水層等多層材料構(gòu)成。綠色屋頂上的土壤、植物葉部和根莖可以吸收、滯留部分雨水，消減徑流量，通過土壤的吸附、微生物降解等作用去除雨水中的污染物，還對(duì)建筑物起到降溫、凈化空氣、降低“熱島”效應(yīng)等效果。主要適用于在設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)考慮防水、荷載和坡度等方面的平屋頂建筑和坡度小于15%坡面屋頂建筑。

Mentens等人對(duì)綠色屋頂與其他屋頂滯留雨水能力進(jìn)行對(duì)比研究表明，在降雨過程中，降雨量的91%通過傳統(tǒng)非綠色屋頂排放，而對(duì)于花園型綠色屋頂，僅有降雨量的15%排放［5］。Katherine Alfredo等人研究表明，不同基層厚度和屋頂坡度對(duì)雨水的滯留能力有一定的影響，在降雨范圍和降雨量一定的情況下，土壤厚度越厚，綠色屋頂對(duì)雨水的截留能力越強(qiáng)，降雨產(chǎn)生的徑流量占總降雨量的比例越小，平均填料深度89～400mm，平均徑流消減率為45%～87%［6］。Getter等人對(duì)4塊不同坡度（2%、7%、15%、25%）的簡單性綠色屋頂在不同降雨事件中徑流消減效益的研究結(jié)果表明，坡度為25%時(shí)，徑流平均消減率為76.4%；坡度為2%時(shí)，徑流平均消減率為85.6%，徑流消減率隨著坡度增加而減小［7］。

2.3 生物滯留設(shè)施

在城市規(guī)劃和建設(shè)過程中，利用城市地勢(shì)較低的區(qū)域，建設(shè)生物滯留設(shè)施，主要包括雨水花園、生物滯留帶、植草溝、生態(tài)樹池和下沉式綠地等，一般由碩石層、沙層、種植土壤層和蓄水層等組成。適用于建筑與小區(qū)內(nèi)建筑、道路及停車場(chǎng)的周邊綠地等場(chǎng)所。

降雨時(shí)，不透水路面雨水流入生物滯留設(shè)施，經(jīng)植物吸收、土壤過濾、微生物分解等物理、化學(xué)和生物作用，減少和緩解雨水徑流量和峰值，去除雨水中部分污染物，實(shí)現(xiàn)雨洪滯留、蓄存和水質(zhì)處理的作用。Dietz和Clausen等［8］對(duì)某雨水花園進(jìn)出水口徑流量監(jiān)測(cè)表明，雨水花園能消減徑流峰值流速和延長峰值滯后時(shí)間。Chapman等研究發(fā)現(xiàn)，雨水進(jìn)入生物滯留系統(tǒng)，通過滲透、吸收和蒸發(fā)等作用，可以減少48%～74%的徑流量。Sansalone等對(duì)雨水花園的進(jìn)出口水質(zhì)進(jìn)行采樣分析表明，雨水花園對(duì)TSS的去除率為82.1%～95.7%，對(duì)COD的去除率為75.4%和90.3%。

生物滯留設(shè)施能有效消減雨水徑流量和峰值，并通過土壤基質(zhì)、植物及微生物的過濾、吸附和降解等作用，有效地去除雨水中的污染物。因此，在城市規(guī)劃和建設(shè)過程中，根據(jù)城市地形、地質(zhì)、景觀和水系等條件，生物滯留設(shè)施應(yīng)與城市綠地、景觀和城市水系設(shè)計(jì)相結(jié)合，在減少雨水徑流的同時(shí)，又可以提升城市綠化和景觀。

2.4 其他

除以上低影響開發(fā)技術(shù)之外，還有植被緩沖帶、滲透塘、滲透溝渠、滲透井、雨水罐和調(diào)節(jié)塘等技術(shù)設(shè)施，一般都是利用雨水下滲、滯留和過濾等作用，達(dá)到消減地面徑流峰值和凈化雨水的作用。根據(jù)城市地理?xiàng)l件、地質(zhì)條件、氣象條件、降雨特點(diǎn)和地面污染情況等因素，因地制宜地采用一種或多種低影響雨水開發(fā)技術(shù)措施。

3 低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的實(shí)施現(xiàn)狀

目前，我國大部分城市采用傳統(tǒng)的以管網(wǎng)工程為主的硬排水模式，較少考慮城市雨洪調(diào)蓄、水質(zhì)保護(hù)和水資源高效利用等低影響雨水開發(fā)技術(shù)措施，由于城市快速擴(kuò)張，導(dǎo)致大部分城市排水設(shè)施相對(duì)滯后，降雨造成我國大部分城市道路積水和內(nèi)澇頻發(fā)，嚴(yán)重影響城市安全和人民生活。因此，我國急需制定相關(guān)政策、技術(shù)措施和先進(jìn)的雨洪管理理念，解決嚴(yán)峻的城市積水和內(nèi)澇問題。在借鑒國外先進(jìn)的雨洪管理理念的基礎(chǔ)上，如美國創(chuàng)立最佳管理措施（Best Management Practices，BMPs）模式、低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）模式等，英國推行可持續(xù)城市排水系統(tǒng)模式（Sustainable Drainage sys?tem，SUDS），澳大利亞提倡水感城市設(shè)計(jì)模式（Water Sen?sitive Urban Design），新西蘭制定了低影響城市設(shè)計(jì)和開發(fā)策略（Low Impact Urban Design and Development，LI?UDD）。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》，為我國雨洪管理和低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)建設(shè)提供可靠的依據(jù)。在城市總體規(guī)劃、建設(shè)用地審批和建設(shè)工程規(guī)劃審批等環(huán)節(jié)，政府部門應(yīng)以海綿城市建設(shè)技術(shù)指南為導(dǎo)向，引導(dǎo)在城市設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中融入低影響雨水開發(fā)系統(tǒng)的雨洪管理新理念，同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)建設(shè)的審查和監(jiān)督力度，推動(dòng)我國低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)建設(shè)。

低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)實(shí)施過程，政府需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、開發(fā)建設(shè)和運(yùn)行管理等相關(guān)部門，在城市開發(fā)建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格遵循低影響開發(fā)理念，并依據(jù)海綿城市建設(shè)技術(shù)指南制定的基本原則、控制指標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容等，因地制宜地制定符合我國城市發(fā)展的低影響開發(fā)模式，如海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建。在實(shí)施過程，也可以借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，制定相應(yīng)的法律法規(guī)與經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策，監(jiān)督和促進(jìn)我國城市低影響雨水系統(tǒng)的建設(shè)，如可以依據(jù)美國經(jīng)驗(yàn)制定雨水排放許可制度，采用稅收優(yōu)惠、政府補(bǔ)貼和貸款免息等經(jīng)濟(jì)激勵(lì)手段，鼓勵(lì)建設(shè)單位在建設(shè)過程融入低影響開發(fā)理念，采用新的雨水處理與利用方式。

4 結(jié)語

在一些發(fā)達(dá)國家，已形成相對(duì)完善、適合本國的低影響開發(fā)模式，而在我國城市化進(jìn)程中，單純依賴管網(wǎng)工程設(shè)施的傳統(tǒng)雨洪管理理念的弊端已經(jīng)凸顯，降雨容易導(dǎo)致城市道路積水和內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生，嚴(yán)重影響人民生產(chǎn)和生活，急需采取相應(yīng)技術(shù)措施解決降雨造成城市積水和內(nèi)澇問題。在此背景下，我國在借鑒國外先進(jìn)的雨洪管理經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)狀制定了海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建。該指南作為我國創(chuàng)立的低影響開發(fā)建設(shè)模式，指導(dǎo)我國城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，推廣和應(yīng)用低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)模式，并依據(jù)構(gòu)建的基本原則、規(guī)劃控制目標(biāo)及其構(gòu)建的內(nèi)容、要求和方法等方面的規(guī)定建立適合我國的雨洪管理措施，為建設(shè)具有我國特色的城市雨水自然積存、調(diào)蓄、滲透和凈化功能的海綿城市提供保障。

［1］中華人民共和國住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［2］徐海順，蔡永立.城市新區(qū)生態(tài)雨水基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃理論、方法與應(yīng)用研究［D］.上海：華東師范大學(xué)，2014.

［3］KA Collins，WF Hunt，JM Hathaway.A Field Evaluation of For Types of Permeable Pavement With Respect to Water Quali?ty Improvement and Flood Control［J］.American Society of Civil En?gineers，2014：275-289.

［4］Hunt W F，Stephens S，Mayes D，et al.Permeable pave?ment effectiveness in Easter North［A］//Proceedings of 9th Interna?tional coference on Urban Dramage［C］.Portland：ASCE，2002.

［5］J Mentens，D Raes，M Hermy.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21st century?［J］.Landscape and urban planning，2006（3）：217-226.

［6］K Alfredo，F(xiàn) Montalto，A Goldstein.Observed and Mod?eled Performances of Prototype Green Roof Test Plots Subjected to Simulated Low-and High-Intensity Precipitations in a Laboratory Experiment［J］.Journal of Hydrologic Engineering，2010（6）：444-457.

［7］KL Getter，DB Rowe，JA Andresen.Quantifying the effect of slope on extensive green roof stormwater retention［J］.Ecological Engineering，2007（31）：225-331.

［8］ME Dietz，JC Clausen.A Field Evaluation of Rain Garden Flow and Pollutant Treatment［J］.Water，air，&Soil Pollution，2005（1）：123-138.

Design and Implementation of Low Impact Development Stormwater System and Its Application

Wan Yaoqiang1Wei Xueyu2Shen Yue1
（1.Construction and Administation Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Zhengzhou Henan 450018；2.Anhui Polytechnic University，Wuhu Anhui 241000）

Based on the fully summary and analysis of the connotation of the low impact development stormwater sys?tem,the existing mature technology and its application,the feasibility and reliability of the technology and concept and its application prospect were analysed.Some useful suggestions were put forward for low impact development stormwater system in urban stormwater management in the future.

low impact development；stormwater management；permeable pavement；biological retention；green roof

TV213.9

A

1003-5168（2016）12-0155-03

2016-11-16

萬耀強(qiáng)（1976-），男，博士，高級(jí)工程師，研究方向：生態(tài)水利學(xué)。