LID低影響開發(fā)理念在城區(qū)雨水徑流控制管理中的運用

李 涵 耿曉明

(1.江蘇九天工程項目管理有限公司，江蘇南京 210013；2.南京市秦淮河河道管理處，江蘇南京 210012)

1 LID低影響開發(fā)理念的意義

近年來，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程和城市開發(fā)建設的加快，城區(qū)內雨水徑流的開發(fā)利用理應納入到城市建設規(guī)劃范圍內。但由于目前傳統(tǒng)的水資源調控手段和水污染治理措施相對滯后，使城區(qū)內相應的內澇和雨水徑流所形成的污染成為當前城區(qū)面臨的難題。城區(qū)內人類社會活動的頻繁性和城市排水系統(tǒng)建設的不合理與滯后性，是導致大部分城區(qū)內澇的主要原因。另外，極端天氣，城市雨島、熱島和混濁島效應加劇了城市雨洪災害的頻發(fā)。城區(qū)降雨所產(chǎn)生的徑流中含有大量的污染物，尤其是初期雨水徑流作為對地面污染物遷移轉化的驅動力，具有明顯時間上的尺度性，是整個降雨過程中徑流污染的主要時間段，受污染的雨水徑流一旦進入城區(qū)的水體，會對城區(qū)的水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)形成一定危害。長期以來城區(qū)排水工程的重點單純地集中在排水系統(tǒng)的建設上，但隨著城區(qū)降雨量與下墊面的變化，一味地擴大排水管徑，增加提升排水泵站的能力，被動應對城區(qū)降雨量變化的這種傳統(tǒng)思維，只能暫時解決城區(qū)的積水災害問題。著眼于城區(qū)雨水徑流的全過程，從雨水徑流的源頭上著手進行減量化處理，是解決城區(qū)降雨徑流所產(chǎn)生的內澇與水環(huán)境惡化的又一新途徑。

解決城區(qū)降雨徑流致使內澇與水環(huán)境惡化有兩種途徑：一是傳統(tǒng)的灰色工程措施方式，即主要依靠城區(qū)管網(wǎng)及泵站排水，但一旦遭遇暴雨，城區(qū)雨水徑流僅單純地依靠其管網(wǎng)及泵站的排水方式是不可持續(xù)的；二是采用LID(Low Impact Development)低影響開發(fā)模式，即對城區(qū)雨水所產(chǎn)生的徑流和污染給予有效地控制，使城區(qū)內的雨水徑流盡量接近于自然的水文循環(huán)狀態(tài)。這既可有效緩解城區(qū)雨水徑流的污染，又可減少徑流總量及峰值流量，從而改善城區(qū)及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境條件，這將是城區(qū)雨水徑流控制利用的發(fā)展方向?；贚ID的主要綠色技術措施有植被淺溝、下凹綠地、雨水塘、透水下墊面等，旨在有效地解決好城區(qū)雨水徑流所產(chǎn)生的城區(qū)排水壓力與污染物的危害。

2 LID低影響開發(fā)理念

2.1 LID的內涵

LID的理念形成于20世紀90年代，其基本原理是通過分散的、小規(guī)模的源頭控制設施來實現(xiàn)對降雨所產(chǎn)生的徑流、污染的控制，使城區(qū)內開發(fā)建設后，盡量接近于原有的自然水文狀態(tài)。LID不僅可有效提高城區(qū)內的防洪除澇能力，同時依據(jù)初期沖刷效應，即在通常情況下，初期雨水徑流的污染含量在整個徑流過程中是最高的，隨著降雨的持續(xù)，雨水徑流中的污染物濃度逐漸降低，最終維持在一個較低的濃度。這對改善城區(qū)降雨徑流造成的城區(qū)面源污染具有很大的作用，也是生態(tài)文明建設在城區(qū)規(guī)劃建設中綠色工程措施的具體體現(xiàn)。其關鍵在于采用對城區(qū)內雨水徑流的原位收集、自然凈化、就近利用或回補地下水等具體綠色措施，其主要技術措施有滲、滯、蓄、凈、用、排。具體綠色工程措施包含生態(tài)植草溝、下凹式綠地、雨水花園、綠色屋頂、地下蓄滲、透水路面等?？尚蜗蟮乇扔鳛槌鞘芯拖窈＞d一樣對城區(qū)雨水徑流具有良好的調蓄功能。LID的特點主要是維持雨水徑流總量，消減峰值流量、延緩峰值時間、減少徑流污染，其目標是“源頭削減、末端控制”。傳統(tǒng)的排水方式要求90%的水要外排，而有關專家認為LID理念下只有30%允許排出，70%要截留于城區(qū)中［1］。

2.2 “源頭控制”與“末端控制”的互為性

LID強調城區(qū)開發(fā)過程中應減小對其環(huán)境的沖擊，其核心是基于對雨水徑流通過源頭控制和延緩沖擊負荷的理念，構建與自然相適應的城區(qū)降雨徑流的蓄、排水系統(tǒng)。在合理利用自然景觀空間的同時，首先應通過對城區(qū)雨水徑流進行“源頭控制”，減少雨水徑流的后期壓力和減少城區(qū)范圍內的面源污染。而“末端控制”是對進入城區(qū)雨水管道雨水徑流進行集中式的終端控制措施，即對來自城區(qū)雨水管道的雨水先行排入前置塘、雨水濕地等設施進行處理，使水質凈化后再排入相應的城區(qū)專用排水河道。故“源頭控制”與“末端控制”間的關系應為互為性，即雨水徑流控制主要是通過雨水徑流的“源頭控制”來削減雨水徑流的徑流量和相應的污染，以此減少后續(xù)設施“末端控制”的壓力和負擔。從優(yōu)先次序講，對城區(qū)某一區(qū)域應優(yōu)先考慮以LID設施進行雨水徑流的源頭分散控制；再由末端控制措施進行有一定規(guī)模的集中式控制，達到城區(qū)雨水徑流的控制與管理的期望值。

3 LID低影響開發(fā)對城區(qū)雨水徑流的控制與管理

LID對城區(qū)雨水徑流控制與管理由兩個組成部分，即“源頭控制”與“末端控制”?！霸搭^控制”是指雨水進入城區(qū)排水管道之前的分散過程控制，而“末端控制”則指雨水進入城區(qū)管道后對雨水量和污水量進行調節(jié)集中處理的過程。現(xiàn)階段對“源頭控制”與“末端控制”一般應遵循雨水就近處理和植被性處理的原則。其“源頭控制”是關鍵，并能大大地減少“末端控制”的壓力，可降低后續(xù)“末端控制”處理的成本。

3.1 “源頭控制”

“源頭控制”，即在雨水徑流和污染源發(fā)生地采取相應的“綠色措施”將雨水徑流及污染物截留下來，避免所攜帶的污染物在降雨徑流輸送過程中的溶解和擴散。該控制措施可降低水流的流動速度，對降雨徑流起到攔截、消納、滲透等作用，對進入城區(qū)管道的雨水量和面源污染負荷起到了一定的消減作用。有研究認為控制初期12～32mm的徑流，可控制90%的徑流污染［3］。其“源頭控制”的主要技術措施包括下凹式綠地、透水鋪裝、緩沖帶、生態(tài)護岸等。在技術措施選用時，可依據(jù)當?shù)貙嶋H情況，單獨使用或組合使用上述主要技術措施。

3.1.1 下凹式綠地設置

通過對城區(qū)現(xiàn)有的綠地進行改造，使綠地高程低于周圍地面約10cm左右，以保證周邊硬質路面雨水形成的徑流能自流入綠地。下凹式綠地的下層天然土壤應選用滲透系數(shù)較大的土壤，以增加土壤的入滲率，即增加土壤的存儲空間。相關資料表明：若特定城區(qū)綠化率達30%，相應下凹式綠地下凹10cm，對于較大的降雨量，能使70%的降雨量得到入滲［1］。

3.1.2 路面透水鋪裝設置

城區(qū)河道兩側的人行道和交通負荷較小路面，可通過對原硬質路面進行改造，改用透水層、透水表層磚等方法進行滲透鋪裝。對于局部不能采用透水鋪裝的地面，可考慮鋪設坡度不小于0.5%的路面，傾向周圍的下凹式綠地或透水路面，對于交通負荷量大的硬質路面，可考慮適當降低道路兩側的地面標高，并在道路兩側修建小型引水溝渠，對硬質路面表層的雨水徑流可由兩側分流，進入最近的下凹式綠地。南京市的停車場，將全部瀝青路面改為草皮磚和草坪格，雨水徑流中的重金屬銅、鋅的平均濃度將分別從16kg、49kg降到4kg和12kg［1］。有關資料表明：鋪設透水草皮磚對CODCr有很好的削減效果，主要原因是透水草皮磚中植物根系對有機物有很好的吸收作用［4］。有關資料表明：對于10hm2的居民小區(qū)，若將全部屋頂雨水收集利用和70%的鋪裝地面為不透水磚和下凹式綠地，可將5年一遇的降雨徑流系數(shù)由0.56削減到0.2左右。多年平均可回用和下滲綜合利用雨水約2.08萬m3，其中屋頂雨水收集回用0.9萬m3，下凹式綠地和透水地面下滲1.19萬 m3，約回補地下水 1800m3，可減少COD、SS、總氮、總磷的排放量分別為 1283kg、984kg、126kg 和 4.0kg［5］。

3.1.3 植物生態(tài)緩沖帶設置

設置植物生態(tài)緩沖帶，可削減雨水徑流的流速，從而加大雨水徑流與草帶的接觸時間。在設計時應考慮當?shù)氐木唧w徑流情況和路面情況，選擇合適的植物，且坡度不宜大于5%，長度應不小于20m。深圳市茜坑水庫，其緩沖草帶從76m高程到74m高程的距離是41.1m，采用的坡度為4.6%，其橫斷面采用拋物線型，可將徑流完全滲透［1］。

3.1.4 河岸生態(tài)護岸設置

傳統(tǒng)的河岸防護工程的抗沖刷、抗侵蝕能力較弱。暴雨徑流形成后，在移動過程中，攜帶著土壤和岸坡上的污染物、沉積物，沿岸坡一瀉而下，或以地表漫流的形式毫無阻擋地進入受納水體。通過固土護岸，增大土壤的滲透系數(shù)，重建和恢復水陸生態(tài)系統(tǒng)，盡可能地減少水土流失，提高岸坡抗沖刷、抗侵蝕能力，對降雨徑流進行擋阻和消納。桂林市的環(huán)城水系在生態(tài)保護工程建設中將岸坡與其功能相結合，并創(chuàng)新使用了介質篩、魚鱗角和仿濕地生態(tài)護岸技術，將長度約為10.6km內湖生態(tài)岸線進行重修，通過這些技術措施，不僅提高了河湖防洪能力，同時也美化了該市的江河環(huán)境［1］。

3.2 “末端控制”

“末端控制”措施主要是對城區(qū)雨水徑流通過前期“源頭控制”相關措施的減排、蓄留，甚至凈化后，使多余的水量進入城區(qū)市政管道最終排入自然水體?！澳┒丝刂啤钡闹饕夹g措施包括雨污分流、生態(tài)小區(qū)雨水綜合利用、雨水滲透及攔蓄和屋頂雨水收集等。

3.2.1 雨污分流設施的設計

許多城區(qū)的現(xiàn)狀排水系統(tǒng)主要采用合流制，加重了排水系統(tǒng)的運行負荷，造成城市洪澇災害。同時由于地面受雨水徑流沖刷后，其污染物混入水體，既加重了城區(qū)的水體污染，也造成了大量雨水資源的浪費。凡有條件的城區(qū)應將合流制改造為分流制。在城區(qū)新建區(qū)雨水徑流利用規(guī)劃時應采用雨污分流制。在新建小區(qū)應統(tǒng)一設置雨水徑流的收集系統(tǒng)，對城區(qū)的老小區(qū)排水管網(wǎng)進行統(tǒng)一處理和改造，使其滿足雨水徑流資源化的要求。

3.2.2 生態(tài)小區(qū)雨水綜合利用技術

對于城市中新建的居民小區(qū)，應設置雨水綜合利用系統(tǒng)，使中水回用系統(tǒng)和雨水綜合利用系統(tǒng)同步規(guī)劃設計和建設，使小區(qū)景觀設計和雨水利用有效結合起來，通過人工濕地、屋頂花園、直接滲透、道路收集、屋頂收集等途徑收集雨水，用于居民非飲用水和小區(qū)內綠化、景觀用水，通過這種雨水綜合利用系統(tǒng)，可凈化空氣，美化小區(qū)環(huán)境，減少雨水排放量，從而構建綠色生態(tài)型小區(qū)。

3.2.3 雨水滲透及攔蓄技術

雨水滲透及攔蓄技術主要通過建立雨水滯蓄池，將大量雨水徑流經(jīng)過溢流后注入設置沉淀物沖洗設備滯蓄池中，或將雨水徑流引入攔蓄和滲透性能較高的開闊平整綠地或平地，使雨水自然下滲。并且可考慮在城區(qū)的停車場、人行道等路面采用透水性地面，使雨水徑流通過草皮磚地面、透水磚地面、透水混凝土地面以及多孔瀝青等逐漸下滲，及時補充地下水。設置雨水調節(jié)池，既可控制雨水徑流量，又可通過雨水調節(jié)池內發(fā)生的物理、化學和生物過程來改善水質。2003年上海市對蘇州河的環(huán)境整治中，通過在河流沿線建造河流污水調節(jié)池以節(jié)制雨水徑流，建成后每年排入該河的COD負荷減少了53.2%，極大地改善了該河的水體環(huán)境質量［1］。

3.2.4 屋頂雨水收集技術

屋頂雨水收集系統(tǒng)主要包括沉淀、過濾、消毒等處理環(huán)節(jié)以及分配、儲存、傳輸、集雨等基本過程，以水箱作為儲存系統(tǒng)，落雨管和集雨槽作為收集系統(tǒng)，將城區(qū)大量的不透水屋面作為集流面，雨水流入蓄水池之前進行沉淀和過濾，水箱內對水進行消毒處理。城區(qū)屋頂面是較為適合和常用的雨水收集面，其所收集的雨水可用于企業(yè)、公共場所和家庭非飲用水，以及洗車、噴灑綠地、沖廁等用水，既可極大地減少外排水量，又可大幅度消減地表徑流量，這對城區(qū)雨水徑流資源化利用具有一定的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。屋頂面積占該園區(qū)總面積的20%～25%，通過對其屋頂進行綠化以滯留雨水，可使相應的排水強度降低70%左右［2］。

相比末端集中控制設施，源頭分散生態(tài)設施在控制初期雨水徑流污染上更具有優(yōu)勢，因此，城區(qū)新建區(qū)域應優(yōu)先考慮通過源頭分散控制的措施，老城區(qū)條件受限時，可考慮采取部分末端控制的調蓄等設施。在具體的實踐中，應充分考慮城區(qū)的實際情況，解決和平衡綠色與灰色、地上與地下、分散與集中的關系，以達到效益最優(yōu)。切忌絕對化地提出“透水鋪裝率”“下凹綠化率”“綠色屋頂率”等單項硬性指標，須統(tǒng)籌好多項指標落地的可操作性和經(jīng)濟合理性。

4 LID低影響開發(fā)相關事項研究

城區(qū)雨水徑流利用是一項涉及多學科的系統(tǒng)工程，現(xiàn)階段國內對城區(qū)雨水徑流的資源化利用尚處于研究與開發(fā)利用的初級階段。但隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，城市人口的集聚，開展好城區(qū)雨水徑流資源化利用，更好地解決城區(qū)現(xiàn)狀所面臨的內澇加劇與水生態(tài)環(huán)境惡化等問題，越來越得到重視。

4.1 基礎性工作的必要性

首先需收集城區(qū)降雨、徑流資料，尤其需對城區(qū)短歷時的中、小強度的降雨進行分析，并核算城區(qū)內可收集利用的雨水徑流資源。同時應針對城區(qū)自然地形地貌、河湖水系分布、林地濕地范圍和自然山水格局等本底條件下的降雨徑流產(chǎn)、匯流特點，分析不同尺度下區(qū)域內的年均下墊面的入滲特征，雨水徑流的產(chǎn)、匯流特點，并通過對其河道常、枯、豐水位進行分析，為劃定城區(qū)各個河道藍、綠線，確定城區(qū)各個河道生態(tài)基流提供依據(jù)。同時需考慮“源頭控制”與“末端控制”綠色設施的修建對周邊生態(tài)環(huán)境、居民生活、生產(chǎn)的影響和經(jīng)濟上的可行性。雨水資源化利用需對城區(qū)雨水利用的水市場進行預測，對水市場的保證程度等進行分析。

4.2 設施落實的可操作性

在對城區(qū)雨水徑流控制管理的具體設施方案遴選過程中，要慎重地面對城區(qū)各個區(qū)域內現(xiàn)場各種條件的差異性。在雨水徑流控制管理設計過程中，應針對各個區(qū)域內的現(xiàn)場氣候及降雨、下墊面、產(chǎn)匯流特點，以及區(qū)域內現(xiàn)有的給水排水系統(tǒng)設施等情況，在充分考慮各種設施的優(yōu)缺點及適用性的條件下，通過對雨水徑流的水量平衡分析、水力計算和技術經(jīng)濟分析，遴選出技術、經(jīng)濟可行的最佳方案。與城區(qū)居民生活密切相關的雨水徑流控制管理設施需考慮具體設施的可操作性，還需充分考慮居民的可接受性，對居民生活有影響的設施，應提出相應的減荷或補償措施。

4.3 機制構筑的長效性

建立健全相應的政策法規(guī)是保障雨水徑流控制管理長效性的關鍵。城區(qū)雨水徑流控制管理具有社會公益性，需落實相應政府職責，尤其應搭建起相應的投融資平臺，廣泛籌集建設資金，建立城區(qū)雨水徑流資源化利用的水市場，以滿足城區(qū)雨水徑流供需雙方的要求。城區(qū)雨水徑流控制管理涉及多個部門，需由政府部門出面牽頭，杜絕各部門各司其職的現(xiàn)象。構建城區(qū)良性的雨水徑流資源化系統(tǒng)，不僅能有效地提高城區(qū)的防洪和供水保障能力，而且能進一步改善城區(qū)的水生態(tài)環(huán)境。

4.4 評價指標體系的科學性

為規(guī)范城區(qū)雨水徑流控制管理和資源化利用工作，需建立相應的科學評價指標體系，現(xiàn)狀城區(qū)雨水徑流控制管理技術指標體系不完善，致使在具體工作中缺乏充分的科學評價指標體系，各種下墊面徑流系數(shù)的確定、雨水徑流水質與相應的降雨量關系、年徑流控制率選用與城區(qū)尺度的具體條件、水資源市場的水價格、城區(qū)雨水徑流控制管理評價體系(儲水設施防滲、雨水處理收集與處理工藝)等亟待建立健全。同時應進一步完善城區(qū)雨水徑流、下墊面和水質監(jiān)測系統(tǒng)。只有建立健全科學的評價指標，城區(qū)雨水徑流控制管理與資源化利用方能可持續(xù)發(fā)展。

5 結語

采用LID理念進行城區(qū)雨水徑流控制管理，可使雨水得到資源化利用，不僅緩解了城區(qū)區(qū)域內用水的緊張狀況，同時雨水下滲可增加淺層土壤的含水量，減輕城區(qū)由降雨徑流引發(fā)的洪澇災害程度，降低徑流污染造成的城區(qū)水環(huán)境危害，緩解城區(qū)的防洪排澇體系建設的壓力。故LID雨水徑流控制管理是積極應對和防范雨水徑流的重要舉措。

積極開展城區(qū)LID雨水徑流控制管理，“源頭控制”和“末端控制”的減量減排措施，對城鎮(zhèn)化進程中出現(xiàn)“熱島效應”將起到一定的緩解作用。開展城區(qū)雨水徑流控制管理和資源化利用須堅持可持續(xù)利用和發(fā)展的原則，既要滿足區(qū)域內對雨水徑流的需求，又要充分考慮區(qū)域內雨水徑流的承載力，達到經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益的統(tǒng)一。