國外雨水管理對我國海綿城市建設(shè)的啟示

廖朝軒, 高愛國, 黃恩浩

(1.臺灣海洋大學(xué)河海工程學(xué)系,臺灣 基隆　20224; 2.廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院,福建 廈門　361102)

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國外雨水管理對我國海綿城市建設(shè)的啟示

廖朝軒1, 高愛國2, 黃恩浩1

(1.臺灣海洋大學(xué)河海工程學(xué)系,臺灣 基隆20224; 2.廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院,福建 廈門361102)

摘要：介紹我國海綿城市建設(shè)的背景，分析海綿城市建設(shè)的必要性，討論海綿城市建設(shè)與雨水管理之間的關(guān)系，認(rèn)為可借鑒日本、美國、澳大利亞以及歐洲一些國家的“低影響開發(fā)技術(shù)”、“水敏性城市設(shè)計”、“綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”等理念和技術(shù)，以及一些雨水管理法規(guī)與獎勵政策，因地制宜地進(jìn)行城市排水系統(tǒng)改造、雨水管理信息系統(tǒng)建設(shè)等，推進(jìn)我國海綿城市的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：海綿城市;低影響開發(fā)技術(shù);水敏性城市設(shè)計;雨水管理;綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

1海綿城市建設(shè)的背景

美國加利福尼亞大學(xué)Kahn教授[1]在2010年出版了《氣候城市》一書,探討未來氣候變暖過程中,城市如何健康發(fā)展。Kahn特別提出“城市競爭”的概念,即城市之間為了健康發(fā)展,將推行各種政策和措施,以改善環(huán)境與設(shè)施,讓城市更為宜居和更具吸引力。在氣候變暖的趨勢下,關(guān)鍵是能否提出在氣候變化背景下本地區(qū)應(yīng)對極端氣候?yàn)?zāi)難的策略。水資源不足和污水治理是目前大多數(shù)城市發(fā)展中面臨的問題。隨著城市化進(jìn)程的加速,大量農(nóng)村人口入城,使得本已缺水的城市更難以為繼。資源型缺水和水質(zhì)型缺水的交互作用,使原來的生態(tài)平衡被打破,形成了更為復(fù)雜的生態(tài)型缺水狀態(tài),水成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素。

在城市化的大背景下,我國新建成的建筑相當(dāng)于世界建筑總量的一半[2]。隨著城市化進(jìn)程的加快,城市的不透水面積逐步增加,城市正演變?yōu)殇摻钏嘀傻摹坝矚こ鞘小? 雨水資源得不到有效利用,給民眾生活帶來不便甚至災(zāi)難,城市水循環(huán)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步惡化[3]。在過去3年中,我國有360多個城市遭遇內(nèi)澇,其中60余個城市單次內(nèi)澇時間超過12h,水深大于0.5m,北京、濟(jì)南等城市的嚴(yán)重內(nèi)澇甚至導(dǎo)致人員傷亡發(fā)生[4]。

為了解決城市缺水問題,把有限的雨水留下來,改善城市生態(tài)環(huán)境,消除城市內(nèi)澇隱患,杜絕市內(nèi)“看?！爆F(xiàn)象,建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市被提到國家戰(zhàn)略層面。2014年10月,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)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(試用)》[5]。2015年1月,啟動了鎮(zhèn)江、嘉興、廈門、濟(jì)南、武漢、常德、南寧等16個試點(diǎn)城市的海綿城市建設(shè)。2015年9月29日,李克強(qiáng)總理在國務(wù)院常務(wù)會議上,部署加快海綿城市建設(shè),首批海綿城市建設(shè)總投資額超過300億元。在全國范圍內(nèi),海綿城市建設(shè)已成為城市建設(shè)和改造的重頭戲,一場以改善城市生態(tài)環(huán)境和水循環(huán)的建設(shè)熱潮已經(jīng)掀起。

表1　雨水管理設(shè)施儲存及滲透的評估項(xiàng)目、功能及效益

2海綿城市建設(shè)與雨水管理

為了克服伴隨城市發(fā)展、城市地表徑流量大幅增加而引發(fā)的洪澇積水、河流水系生態(tài)惡化、水污染加劇等問題,我國政府吸取歐美發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn),將低影響開發(fā)技術(shù)(LID)雨水系統(tǒng)的理念由小區(qū)推廣到整個城市,將保護(hù)原有水生態(tài)系統(tǒng)和恢復(fù)被破壞的水生態(tài)與推行低影響開發(fā)技術(shù)結(jié)合,建設(shè)海綿城市,構(gòu)建良好城市生態(tài)系統(tǒng)[6]。

海綿城市是指通過科學(xué)的規(guī)劃與切實(shí)可行的建設(shè),使城市在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”。在海綿城市建設(shè)中,將自然途徑與人工措施相結(jié)合,通過統(tǒng)籌處理降水、地表水、地下水和人工給排水,最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城區(qū)的積存、滲透、凈化和利用,協(xié)調(diào)給水排水等水循環(huán)利用環(huán)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)城市和水生態(tài)環(huán)境的完美結(jié)合[7]。海綿城市是一個從快排、及時排、就近排、速排干的工程排水時代,跨入 “滲、滯、蓄、凈、用、排”六位一體的綜合排水、生態(tài)排水時代的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變,其核心就是雨水的有效管理。

我國的海綿城市建設(shè),是在政府的支持下,充分發(fā)揮所在城市、社區(qū)的主導(dǎo)作用,運(yùn)用成熟的技術(shù)進(jìn)行的城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)或再造。許多城市已進(jìn)行了一定的探索,取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。但是,這項(xiàng)工作在我國歷時短,對海綿城市建設(shè)內(nèi)涵及外延掌握并不到位,而且海綿城市的理念和建設(shè)內(nèi)容仍在不斷發(fā)展、創(chuàng)新和完善中。

美國、日本、澳大利亞以及歐洲等國的城市水資源利用管理的實(shí)踐起步較早,他們提出的“低影響開發(fā)技術(shù)”、“水敏性城市設(shè)計”、“水資源綜合管理”等理念,在城市規(guī)劃設(shè)計中得到了很好的應(yīng)用,可以為我國提供很好的借鑒。筆者擬通過分析海綿城市與雨水管理之間的關(guān)系,參考美國、日本、澳大利亞、歐洲各國城市不同降雨條件下的雨水管理措施,提出降低城市排水系統(tǒng)負(fù)荷和伴隨城市開發(fā)出現(xiàn)的相關(guān)影響的解決方案,為推動海綿城市建設(shè)提供參考。

氣候變化造成暴雨頻發(fā),以及快速發(fā)展的城市化建設(shè)對城市水循環(huán)系統(tǒng)造成巨大的沖擊,使得兼顧水循環(huán)的持續(xù)性雨水管理顯得日益重要。海綿城市的建設(shè)指標(biāo)涵括了雨水徑流和非點(diǎn)源污染物的控制、雨水資源利用、洪峰流量控制等,目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)健全的水文循環(huán)、健康的生態(tài)系統(tǒng)、可持續(xù)的城市景觀等。掌握這些指標(biāo)及其相互間的關(guān)系,建設(shè)城市雨水綜合管理體系,是海綿城市建設(shè)的主要內(nèi)容[7-8]。所謂持續(xù)性雨水管理,是指城市雨水管理中，通過屋頂綠化、透水性鋪面及草溝等方法,抑制雨水排放,延滯流速,促進(jìn)雨水滲透和蒸發(fā),恢復(fù)因城市化而喪失的自然水循環(huán)[6]。雨水管理設(shè)施儲存及滲透的評估項(xiàng)目、功能和效益見表1。

3國外雨水管理的理念與技術(shù)介紹

3.1　美國的最佳管理措施和低影響開發(fā)技術(shù)

最佳管理措施(best management practice,BMP) 最初關(guān)注的焦點(diǎn)是非點(diǎn)源污染源的削減與控制。美國1987年修訂了《聯(lián)邦清潔水法案》,公布了《清潔水法案的修正案》,制訂了非點(diǎn)源污染源控制的條款,將雨水徑流污染的控制要求納入國家污染排放許可制度。1997年通過的《聯(lián)邦水污染控制法修正案》(Federal Water Pollution Control Act Amendment, FWPCA),首次將BMP理念納入立法層次。2003年將BMP目標(biāo)擴(kuò)大為涵蓋雨洪控制、土壤沖蝕控制及非點(diǎn)源污染源的削減與控制等雨水綜合管理決策體系,更強(qiáng)調(diào)與自然生態(tài)結(jié)合的生態(tài)設(shè)計和非工程性管理措施[4]。

低影響開發(fā)技術(shù)(low impact development, LID)是在BMP的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的城市雨水管理新概念。由于BMP在實(shí)施中具有占地面積較大,建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用較高,處理效率較低,以及可能產(chǎn)生的洪峰迭加負(fù)面效應(yīng)[9],故1990年美國馬里蘭州喬治王子縣推出了一種微觀尺度的LID理念與技術(shù)體系,作為宏觀尺度BMP的補(bǔ)充。與BMP相比,LID強(qiáng)調(diào)在降雨時盡可能通過儲存、滲透、蒸發(fā)、過濾、凈化及滯留等多種雨水控制技術(shù),將城市開發(fā)后的雨水排出狀態(tài)恢復(fù)接近城市開發(fā)前的狀態(tài)[3]。

3.2　日本的健全水循環(huán)體系

依據(jù)1992年制訂的《環(huán)境基本法》和1994年制訂的環(huán)境基本計劃,日本從環(huán)境保護(hù)層面明確健全水循環(huán)體系的重要性。1998年8月日本召開“建構(gòu)完善水循環(huán)系統(tǒng)的相關(guān)部門聯(lián)絡(luò)會議”,以協(xié)調(diào)相關(guān)部門的工作。2000年在修訂《環(huán)境基本計劃》時,日本強(qiáng)調(diào)以流域?yàn)閱挝唤⒔∪乃h(huán)體系,流域內(nèi)的都道府縣、國家辦事處等所轄行政機(jī)關(guān),應(yīng)就有關(guān)流域的水循環(huán)體系開展現(xiàn)狀評價,制訂健全的水循環(huán)計劃。2003年10月日本完成“建構(gòu)完善的水循環(huán)體系之實(shí)施計劃”,明確指出水循環(huán)系統(tǒng)的問題所在和解決方案。該計劃綜觀整個流域,描述在城市范圍內(nèi)如何儲存雨水、滲透雨水和培養(yǎng)城市保水性功能,提高水資源利用效率。2014年7月1日起,《日本水循環(huán)基本法》生效,其主要目的是采取推動水循環(huán)的措施,恢復(fù)、維持健全的水循環(huán)系統(tǒng),以發(fā)展健全的經(jīng)濟(jì)社會,提升國民生活的安定性[6]。

3.3　澳大利亞的水敏性城市設(shè)計

澳大利亞在20世紀(jì)90年代末提出水敏性城市設(shè)計(water sensitivity urban design,WSUD)。WSUD是針對傳統(tǒng)排水體制所產(chǎn)生的問題而提出的一種雨水管理模式與方法,其核心觀點(diǎn)是從城市規(guī)劃與設(shè)施設(shè)計的角度來呈現(xiàn)雨水管理的重要性,并把城市水循環(huán)視為一個整體,將自來水、污水、雨水排放作為城市水循環(huán)的構(gòu)成要素來綜合考慮和管理。

3.4　英國的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)

為解決傳統(tǒng)城市排水體制所產(chǎn)生的問題,英國國家可持續(xù)城市排水系統(tǒng)工作小組于2004年發(fā)布了《可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(sustainable urban drainage system,SUDS)的過渡期實(shí)踐規(guī)范》,提出了實(shí)施可持續(xù)城市排水系統(tǒng)的思路方法及技術(shù)規(guī)范。SUDS將環(huán)境與社會因素納入城市排水體制及排水系統(tǒng)中,綜合考慮水量、水質(zhì)、污廢水及回收再利用、小區(qū)參與、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、自然生態(tài)保育、景觀設(shè)計及生態(tài)價值,通過綜合措施來改善城市整體水循環(huán)[9-10]。

3.5　歐美的綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

從20世紀(jì)90年代起,綠色基礎(chǔ)設(shè)施概念在歐美擴(kuò)展開來。雖然不同的國家和領(lǐng)域,綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)含義并不相同,但從廣義看,均指有效利用綠地、濕地及雨水貯存滲透設(shè)施等。具體而言,在城市開發(fā)和土地利用中,利用自然環(huán)境中植被等的防災(zāi)和水質(zhì)凈化等功能,致力于雨水貯存滲透設(shè)施、低洼地、人工濕地等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)[9]。

4國外雨水管理法規(guī)及獎勵政策

國外就雨水管理推出了一系列法規(guī)及獎勵政策,下面就美國和德國的相關(guān)案例進(jìn)行說明[6,8]。

4.1　實(shí)施雨水排放許可證制度

20世紀(jì)90年代,美國聯(lián)邦政府制定了《國家污染物排放削減許可制度》(national pollutant discharge elimination System, NPDES),要求市政府對分流制雨水下水道系統(tǒng)的所有者或經(jīng)營者必須采取相應(yīng)的污染源控制措施,并獲取NPDES雨水排放許可證。各州基于此相繼制定了各州的法律與法規(guī)[9]。除了制定雨水排放許可證制度外,美國聯(lián)邦政府及各州政府還采取了稅收控制、政府補(bǔ)貼貸款、獎勵等一系列經(jīng)濟(jì)手段,引導(dǎo)住戶增加透水性面積及雨水貯存滲透設(shè)施,以削減雨水排放量。

4.2　推行征收雨水費(fèi)制度

美國華盛頓特區(qū)的“華盛頓都會區(qū)政府理事會”(Metropolitan Washington Council of Governments, MWCOG),其成員包括由哥倫比亞特區(qū)、弗吉尼亞與馬里蘭兩個州的21個縣、市、鎮(zhèn)組成的政府組織。據(jù)理事會2011年的調(diào)查,大部分地區(qū)都要征收雨水費(fèi)。征收雨水費(fèi)的計費(fèi)方式各有不同,大多數(shù)采取“等效住宅單位”(Equivalent Residential Unit, ERU)的方法。這種方法基于房產(chǎn)的建筑面積,包括占用的土地中因被夯實(shí)而雨水難以下滲的部分進(jìn)行計費(fèi)收費(fèi)。以哥倫比亞特區(qū)為例,先計算住戶的ERU值,然后按當(dāng)年度的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)收取雨水費(fèi),2010年的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為每月每個ERU要繳2.57美元,全年30.84美元。2014年調(diào)整到每月每個ERU要繳2.67美元的雨水費(fèi),全年32.04美元。

美國明尼亞波利斯市對于市內(nèi)全部不動產(chǎn)(包含住宅、學(xué)校、公共設(shè)施等)在綜合考慮徑流系數(shù)、不透水面積后,每月每142.1 m2收取雨水排放費(fèi)9.77美元。同時,又依照削減雨水排放量及污染負(fù)荷的情況,讓住戶享有不同的折扣。所收的費(fèi)用用于雨水處理系統(tǒng)的建設(shè)與維護(hù)管理。

美國馬里蘭州威廉王子縣則按照房屋類型收費(fèi),現(xiàn)在的年收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是獨(dú)戶住宅36.10美元,連排屋、活動房與公寓樓單元房都是27.10美元,其他非居住的商業(yè)或辦公建筑每1 000平方英尺(92.9 m2)年度雨水費(fèi)為17.54美元。在威廉王子縣,因?yàn)樽≌晁M(fèi)不按所占用的綠地面積計算,所以對住家車庫前的車道寬窄有所限制,要求車道只能是一輛車的寬度,以保留更多的可透水土地。

德國柏林推行“雨水費(fèi)”制度,無論是私人房屋還是工廠企業(yè),直接向下水道排放雨水必須按房屋的不滲水面積交納1.84歐元/m2的費(fèi)用。而在科隆,則以建筑面積為基準(zhǔn),每年雨水排放費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)為1.1歐元/m2,如采用屋頂綠化或雨水貯存及入滲設(shè)施等來減少雨水排放量,則可獲得雨水管理折扣制度的優(yōu)惠。

4.3　綠色屋頂專項(xiàng)基金及優(yōu)惠

美國華盛頓特區(qū)在征收雨水費(fèi)的同時,還設(shè)立了綠色屋頂專項(xiàng)基金,鼓勵開發(fā)商將房頂建成綠地,每1平方英尺新建或改造的屋頂綠地可以獲得5美元的補(bǔ)貼(折合53.82美元/m2),這筆費(fèi)用由市政府從征收的雨水費(fèi)中支出。

5對我國海綿城市建設(shè)的啟示

我國城市分布范圍跨度大,各地自然條件差別大,城市的規(guī)劃、建設(shè)與管理體制,自然地理環(huán)境,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展各有特點(diǎn),因此,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況,借鑒國外雨水管理技術(shù)和手段,建立一套具有當(dāng)?shù)靥厣某鞘杏晁芾眢w系、理論及方法。

5.1　因地制宜,引進(jìn)國外先進(jìn)理念和技術(shù)

將BMP、LID、SUDS和WSUD及健全水循環(huán)體系等概念和技術(shù)引入國內(nèi)時,因?yàn)榈乩項(xiàng)l件、水文情況改變,應(yīng)根據(jù)本地降雨量、城市住宅密度和人口密度、有無空間和土地利用的變遷等情況,找出適合本區(qū)域的海綿城市建設(shè)方案。在實(shí)施時,參照國外雨水管理的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù),結(jié)合既有的雨水收集、輸送及儲存設(shè)施等的建設(shè)方案,科學(xué)規(guī)劃,積極推進(jìn),如采取一系列雨水利用和滯蓄措施,要求新建、改建的大型公共建筑物設(shè)置雨水下滲或滯蓄設(shè)施,利用公園、綠地、停車場等開放空間來調(diào)蓄暴雨徑流。

5.2　改造建成環(huán)境,突破傳統(tǒng)城市排水框架

制訂健全國土規(guī)劃和城市規(guī)劃,盡量避免開發(fā)易淹水的土地,以避免水患風(fēng)險。但是,這并不意味著要把目前住在河岸的龐大人口全部遷走,還可通過環(huán)境設(shè)計幫助改造現(xiàn)有環(huán)境,包括改造建筑物、開放空間、基礎(chǔ)設(shè)施等,實(shí)現(xiàn)從“不能淹水”到“不怕水淹”的環(huán)境轉(zhuǎn)化。從“治水”轉(zhuǎn)到“改造建成環(huán)境”,是責(zé)任的重新分配。

5.3　更新觀念,調(diào)動各方的積極性

過去減輕突發(fā)雨洪損失,主要是靠河流和排水管網(wǎng)的協(xié)調(diào),編制城市雨洪應(yīng)對措施。面對城市化進(jìn)程的加快及氣候變化,這種傳統(tǒng)做法收效極其有限,必須尋找更多更緊密的行業(yè)合作方式。借鑒WSUD所呈現(xiàn)的城市規(guī)劃和城市設(shè)計的雨水管理方向,結(jié)合整個流域的綜合性雨水管理規(guī)劃，重視當(dāng)?shù)貥I(yè)主在雨洪管理方案決策中所起的作用，充分調(diào)動業(yè)主的積極性。

5.4　完善城市雨水管理信息建設(shè)

城市給排水行業(yè)的發(fā)展已從建設(shè)轉(zhuǎn)變到維護(hù)管理的時代,雨水管理也到了一個新時代。今后不僅要搜集既有的城市雨洪管理的各項(xiàng)措施和設(shè)施信息,也必須搜集包含其他行業(yè)的設(shè)施信息和觀測信息,綜合已有各規(guī)劃和已建成的信息系統(tǒng),查漏補(bǔ)缺,完善城市雨水管理信息建設(shè),將各類信息進(jìn)行儲存、分析,并做最大限度的利用,提供超規(guī)劃的降雨量、突發(fā)事件的應(yīng)對方案,以減輕突發(fā)事件造成的損失。

6結(jié)語

在進(jìn)行城市雨洪管理中,最重要的是保證城市可持續(xù)發(fā)展,而城市可持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)在提升產(chǎn)業(yè)競爭力、確保高質(zhì)量的生活、抵御災(zāi)害的城市建設(shè)、降低環(huán)境負(fù)荷和與自然共生等。在城市可持續(xù)發(fā)展中,一方面要以先前的雨洪治理經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),另一方面積極引進(jìn)國外的新技術(shù)和新方法,落實(shí)培養(yǎng)推動雨洪管理人才等工作，推進(jìn)我國海綿城市的建設(shè)。

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Enlightenment of rainwater management in foreign countries to sponge city construction in China

LIAW Chaohsien1, GAO Aiguo2, HUANG Enhao

(1.DeparmentofHarbor&RiverEngineering,TaiwanOceanUniversity,Keelung20224,China;

2.CollegeofOceanandEarthScience,XiamenUniversity,Xiamen361102,China;)

Abstract：The background of sponge cities construction in China is introduced, and the necessity of construction of sponge city is analyzed. The relationship between the construction of sponge city and rain water management was discussed. Based on that, ideals and technologies including low impact development (LID), water sensitivity urban design (WSUD) and green infrastructure construction (GIC) from Japan, U.S., Australia and European countries and some rainwater management laws and inspirations are recommended to transform the city drainage system and construct rainwater management information system according to local conditions, helping promot the construction of sponge city in China.

Key words：sponge city; low impact development (LID); water sensitivity urban design (WSUD); rainwater management; green infrastructure construction (GIC).

(收稿日期：2015-10-08編輯：彭桃英)

中圖分類號：TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)01-0042-04

作者簡介:廖朝軒(1955—), 男,教授, 博士, 主要從事雨水利用、暴雨徑流管理及水利經(jīng)濟(jì)研究。E-mail: chliaw@ms41.hinet.net通信作者:高愛國,教授。E-mail: aggao@xmu.edu.cn

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(41376050)

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.006 10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.008