国际上生态防洪理念及其对上海的启示

陈和谦，吕永鹏

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092）

1 国际上防洪理念的转变

随着全球城市化进程的加快，世界城市雨洪灾害比历史发生频率明显增加，城市防洪压力增大，城市生态系统和生物多样性受到极大威胁。究其原因：首先，快速的城市化使得城市化区域下垫面结构发生显著变化，不透水面积显著增加，从而导致径流系数明显增大；其次，目前许多城市的防洪理念仍以工程型防洪为主，而城市防洪设施的兴建速度明显滞后于城市化速度，每逢暴雨，城市将面临极大的防洪压力，也给城市管理者带来了极大的挑战；再者，出于防洪的需要，城市河道往往被人为截弯取直，河岸湿地逐渐消失，从而导致生物多样性受到极大威胁[1,2]。

面对城市防洪压力的日益增大和城市生物多样性的显著降低，国际上许多城市的防洪理念逐步由传统的工程防洪向生态防洪转变，呈现如下特点。

1.1 河流的再自然化与生态修复理念

河流再自然化与生态修复的理念最早被欧美等发达国家所接受。1968年，美国制定的《国家洪水保险计划》中提出了非工程的洪泛区管理概念；1976年，美国开始开展河流生态恢复项目，1995年出台了全国洪泛区综合管理计划；1997年，欧洲的法国、荷兰、比利时等国成立了合作组织，以开展下莱茵河地区开展河流恢复项目IRMA（International Rhine-Meuse Activities）[3]；1991年 ，瑞士在综合防洪政策法规中提出河流生态化相关的非工程性保障措施[4]；20世纪90年代以来，日本和韩国也进行了大规模的河川环境治理和河流生态修复[5]。上述国家均倡导恢复河流的自然样貌、融入自然设计、河流再自然化等生态防洪理念，提倡将刚性防汛墙后移或弃用而建设生态河滨缓冲带，能够有效地降低暴雨引起的洪涝灾害，能够提升河流滨岸带的生态系统服务功能，提供居民亲水平台[3]（见表1）。

表1 生态防洪理念在河流生态修复中的应用一览表

1.2 径流系数零增长理念

在城市规划和场地设计中，许多发达国家通过土地利用结构调控，以及径流消纳措施，减少城市和场地开发引起的雨水径流量，削减洪峰流量，从而降低城市雨洪灾害风险。德国是最早提出城市和场地开发“径流零增长”理念的国家之一[9,10]，并利用其开发的洼地-渗渠系统（Mulden Rigolen System,MR）来试图达到该理念[11]。几十年来，MR系统已经被证明是行之有效的暴雨径流就地消纳和净化的措施，目前已经在全球范围尤其是欧洲被广泛利用[12]。

1.3 雨洪资源化利用理念

城市雨洪作为资源已经被许多国家所认可，不仅可以源头削减径流量，也可以起到补充地下水、节约优质水资源等作用。德国在其联邦和地区的相关法规中，明确了雨水排放费征收标准和雨水利用设施标准；美国在其联邦水污染控制法、清洁水法、水质法案和雨水利用条例等法规中，明确提出雨水利用；日本对雨水利用实施补助金制度；英国对径流系数较大的新建项目提出雨水集蓄利用要求；新西兰制订了相关的雨水利用规划和政策；澳大利亚亦开展了大规模的雨水利用项目[12,13]。

1.4 城市防洪与非点源污染控制的耦合理念

20世纪70年代以来，发达国家已经基本对工业和生活污染源等点污染源进行了有效控制，非点源污染已成为城市水环境污染的关键因素。许多发达国家从系统观出发，提出了将城市防洪与非点源污染控制的耦合理念，并开发了一系列的耦合模式，包括美国的最佳管理措施模式（Best Management Practice，BMP）和低影响发展模式（Low Impact Development，LID）、英国的可持续城市排水系统模式 (Sustainable Urban Drainage System,SUDS）、新西兰的低影响城市设计和发展模式（Low impact urban design and development,LIUDD）、澳大利亚的水敏感城市设计模式（Water Sensitive Urban Design,WSUD）等[9-11,14-16]。

2 上海城市防洪的压力

上海是中国城市化速度最快的区域之一，且上海地区降雨存在短历时、高强度的显著特征(见图1)。然而，上海暴雨设计重现期仅为1 a（少数为3～5 a），远远落后于国外平均5～10 a的标准，在梅雨季节和台风等汛期，上海面临极大的城市防洪压力，也造成了极大的经济损失。

图1 汛期降水量统计图

如图2所示，1998-2009年间，因城市雨洪所导致的年平均经济损失达3.98亿元，年平均受灾人口数达18.6万人。仅2005年的“麦莎”台风期间，暴雨造成市区200余条马路积水，5万余户居民家中进水，受灾人口达到94.60万人，直接经济损失13.58亿元。利用Spearman非参数检验表明，城市洪灾严重程度（受灾人数和直接经济损失）与汛期降水量相关性不显著（p>0.05，two-tailed），而与汛期台风频次和台风影响程度关联较大。台风是一种破坏性极强的灾害性天气系统，其发生和经过路径难以判断，一般在台风经过的地区，能产生150 mm至300 mm的降雨，同时引起风暴潮，提升上海地区感潮河流的水位。降雨径流和泄洪的双重压力，导致上海市现有的排水系统难以满足城市防洪要求。因此，基于水安全的角度，发展生态防洪理念势在必行。

图2 汛期经济损失统计图

3 生态防洪理念对上海的启示

目前，上海解决城市排水压力的措施主要是增加泵站数量和增大排水管径，以提高泵站和排水系统的排水能力。实践证明，仅仅依靠此种工程性强排水模式难以完全保障上海城市防汛安全，且对上海城市生态系统和水文系统影响较大。结合国际生态防洪理念，根据上海城市实际情况，建议从以下几方面来开展上海城市生态防洪工作。

3.1 源头规划：加强土地利用调控与雨水利用

笔者认为，城市土地利用调控主要包括水面调控、透水下垫面调控和建筑容积率调控三个方面。水面调控，主要是指维持和提高城市水面率，保证湖泊和河流等天然水体对暴雨径流的阻滞作用，降低城市降雨产流速度，延长峰现时间。透水下垫面调控，主要是提高透水下垫面的比例，扩大城市绿地面积，铺设透水性路面，逐步恢复近自然的径流过程，提高水份入渗和地下水补给比例，使土壤对降雨的缓冲作用得以体现，削减产生城市降雨径流的水量，延长汇流时间。建筑容积率调控，主要是指提高建筑容积率，逐渐置换低容积率建筑，从而提高区域绿化率，发挥绿地对降雨的阻截、吸收和透水作用[1,2,17]。

国内外实践证明，通过设立雨水调蓄池，建立屋面和路面雨水收集回用系统，提高雨水收集率，经处理后用作绿化、市政用水或进行地下水回灌[2,13]，可在一定程度上削减径流产生量和洪峰流量[1,2]。

3.2 过程滞纳：加快绿地低势化改造与河岸带生态化改造

上海现有绝大多数城市绿地高程略高于路面，加之路牙的存在，阻碍了路面径流汇入绿地的途径，使得绿地对径流的滞纳功能难以体现。建议借鉴国外常用做法，对现有绿地进行低势化改造，并将部分路牙开口，以便径流汇入绿地[12]，不仅可以有效削减暴雨径流量，还可以在一定程度上削减非点源污染物。

由于土地利用空间的限制加之城市防洪的需要，上海城市河岸带基本以水泥挡墙为主，自然滨岸带的结构消失，其对暴雨径流的滞纳功能也随之严重退化。建议在保障城市防洪安全的基础上，采用后挡墙方式，将刚性防汛墙后移而建设生态型河流滨岸缓冲带，不仅可以滞纳雨洪径流，还可以提高生物多样性，并为公众提供游憩空间。

3.3 末端修复：恢复河流自然结构与生态修复

上海城市河流经过疏浚整治后，河流蜿蜒曲折的自然形态和结构遭到一定破坏，河网结构对雨洪径流的缓冲作用降低，使城市化区域降雨汇流历时更短、峰值更高。另外，由于部分河段要接纳排水系统出水，河槽流速增大，致使径流流速和径流量增加，峰值提前。通过恢复河流蜿蜒曲折的自然结构并进行河流生态修复，增大河网水系对洪峰流量的阻滞作用，使暴雨径流在河道中的滞留时间延长，能够分散洪峰流量，推迟峰现时间，可在较大程度上降低城市雨洪灾害风险，并对城市生物多样性保护起到积极作用。

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