国外基于低影响开发的雨洪管理对我国海绵城市建设的启示

吴园园，操家顺，薛朝霞,，赵昌爽

(1.河海大学环境学院，南京 210098；2河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，南京 210098；3.江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213147)

1 低影响开发(LID)的理念内涵

低影响开发(Low Impact Development)技术是20世纪90年代末从美国Maryland州发展起的暴雨管理和面源污染处理技术，该技术最初的目的在于通过一种植被滞留与吸收下渗的雨水处理方式来代替传统的雨水最优管理模式(BMPS:best managements practices)。和传统的技术如湿地、滞留塘、草沟等不同的是LID技术是通过分散的，小规模的源头控制来达到对暴雨所产生的径流和污染的控制，使开发地区尽量接近于自然的水文循环[1]。

LID技术在减少雨水径流产生的同时可以达到控制径流污染、消减洪峰、减少径流体积的目的，使得区域开发后的水文特性与开发前一致，尽量减少场地开发对环境带来的影响,并使之恢复至开发前自然水文状态[2]。LID模式无需大面积的土地资源即能将大部分雨水径流滞留在原地，既可补给地下水又可减轻雨水引发的城市洪涝灾害，同时，还能结合景观设计对雨水径流进行处理，从而控制面源污染。

我国的海绵城市建设，是在政府的支持下，充分发挥所在城市、社区的主导作用，运用成熟的技术进行城市生态环境修复或再造。许多城市已进行了一定的探索，取得了一些成功经验，但海绵城市建设这项工作在我国历时短、理念新、经验少，因此在建设过程中主要存在以下问题：(1)统筹协调欠系统，规划不合理；(2)技术支撑不足，缺乏先进且适宜的技术理念；(3)后续维护管理不到位，“海绵”效果难持久；(4)没有明确的法规政策支持与引导。许多发达国家及城市也正经历着从传统雨洪管理到现代雨洪综合管理的转型，同样也面临过甚至仍面临着与我国类似的一些问题，但总体上，发达国家相对成熟的LID框架、法制体系、规划和技术体系值得我们深入地学习和借鉴[3-4]。

2 国外LID建设经验

总结而言，国外LID建设主要分为工程措施和非工程措施两种。

2.1 工程措施

所谓工程措施,主要指通过小型落地辅助设施对雨水加以回收利用,其包含湿地、生物滞留池、绿色屋顶、透水路面、植草沟以及其他设施。结构性措施的主要特点为滞留、渗透和净化收集。

2.1.1 建筑与小区

德国的雨水利用技术发展已经相当成熟，其中最基本的雨水利用单元是居民住宅，且多为单门独户，其多是先将屋顶雨水通过雨漏管进行收集处理后用于厕所马桶的冲洗和绿化用水。这样的方式称屋面雨水集蓄系统。此外，绿色屋顶也比较普遍，它是“海绵城市”建设中屋顶雨水集蓄系统的重要措施。在1867年的巴黎的世界博览会上，建筑师拉比兹·卡尔展出了由他创作的“屋顶花园”模型。近年来，德国绿色屋顶技术得到了迅速的发展，考虑到种植屋面具体的形式，包括屋顶草坪(简单式)、空中花园(花园式)、草坪与花园混合的种植屋面(混合型)三种类型[5]，同时选择的植物与土壤厚度的关系也有讲究，还开发出了轻质的基质材料来降低屋顶荷载。德国的屋顶绿化技术使用时间长，节省浇灌水量，在削减城市暴雨径流量、控制非点源污染和美化城市起到重要作用。

近年来，新的应用和研究结果推动了绿色屋顶的发展。混合光电池-绿色屋顶是一个新的趋势，不仅可以发挥绿色屋顶的优势，也提高光电池的发电率[6]。光电池组件的效率取决于模块的温度和周围环境的空气温度[7]，即温度越低光电池性能越好。相比于其他传统的屋顶，绿色屋顶的蒸腾潜力将屋顶表面冷却从而提高光电池的性能。光电池板也通过遮蔽部分的表面，使得绿色屋顶减少阳光照射和降低高蒸发率。在西班牙，Chemisana和Lamnatou[8]采用中试规模的光电池屋顶绿化实验，发现混合光电池-菊属植物绿色屋顶和混合光电池-景天属植物绿色屋顶的发电效率比砾石屋顶分别提高了1.29%和3.33%。另外，Virginia Stovin[9]和Luca Locatelli[10]采用模型分别对英国和丹麦的绿色屋顶进行模拟，对绿色屋顶最佳环境和潜力的评估，来实现其可持续发展和最大化利用。

生态小区雨水利用系统是1990年代开始在德国兴起的一种综合性雨水利用技术。其中一个典型的例子是曼海姆居民小区。曼海姆居民小区的雨水通过具有一定造型的地面宽浅式沟道流入明渠。明渠模仿天然河流修建，局部地段建有涌泉或造型建筑物，渠边种植水生植物。明渠底部采用防渗处理，以保持稳定的水面，若水量过大，会自动溢过防渗层补给地下水。生态小区建设是依赖水生植物系统或土壤的自然净化作用，将雨水利用与景观设计相结合，以屋顶花园、水景、渗透、中水回用等形式来实现小区内部雨水的控制和利用。

建筑屋面和小区路面径流雨水应通过有组织的汇流与转输，经截污等预处理后引入绿地内的以雨水渗透、储存、调节等为主要功能的低影响开发设施[11]。做好建筑与小区的雨水控制和利用，要引进先进的LID技术和理念，因地制宜选用低影响开发设施。就今年我国的暴雨事件，许多建筑与小区都有不同程度的淹水情况，严重影响大家的出行。建设绿色屋顶，生态小区等都是有效的雨水利用方法。再配以创新的研究应用和模型模拟方法等，可以更高效和长久的对雨水进行控制和利用。

2.1.2 道路

在日本海绵城市的建设中，雨水截污与渗透系统是重要组成部分。日本注重地面的呼吸性能，很多马路用大粒石子和透水沥青铺就，便道也普遍使用透水砖，大大提高了其透水性。

在德国，城市街道雨洪管道口均设有截污挂篮，以拦截雨洪径流携带的污染物，在排水收集的初始位置对污染物进行拦截可以防止由于堵塞而造成的城市内涝。

美国的绿色街道是城市道路生态排水系统中典型的例子，它巧妙地将道路绿化融入到街道雨水的管理中，其核心在于对暴雨径流的管理和利用。美国的许多城市都有绿色街道，如波特兰市西南第十二大道绿色街道项目、洛杉矶奥若斯该市的第一条绿色街道项目、加利福尼亚州圣马特奥县的绿色街道与停车场计划[12]等。绿色街道项目将街道上一部分的停车位改为一种集雨水收集、调蓄和处理为一体的生态处理系统，在实际运行过程中，街道几乎全年的径流量都可以通过该生态系统控制[13]。

目前我国城市道路低影响开发雨水系统可以说普及程度低，发展水平也相对落后，所以经常会出现道路被雨水淹没，且径流水质差等现象。建立城市道路生态排水系统是将生态理念落实到道路排水的各个环节，我国应该积极采用透水材料；道路横断面设计应优化道路横坡坡向、路面与道路绿化带的竖向关系等，便于径流雨水汇入低影响开发设施；提倡建设绿色街道等，极大限度的保证雨水资源的可持续利用与发展。

2.1.3 绿地与广场

澳大利亚围绕其城市LID的技术核心进行过大量前沿研究和跨学科讨论，其水敏感城市的设计不仅解决了当地水资源不足和水污染的问题，而且对维持水的生态平衡有重要作用[14]。其中墨尔本爱丁堡雨水花园有效的解决了当地多年的干旱难题。雨水花园作为一种结构简单，成本低，维护方便和对雨水净化效果好的低影响开发设施[15]，其成功的应用案例也十分广泛，如美国俄勒冈州的波特兰雨水花园、玛丽伍德雨水花园、伯顿森林雨水花园等[16]。

日本的雨水利用最具特色的技术手段是建设多功能雨水调节池。在传统的、功能单一的雨水调节池的基础上发展了多功能调蓄设施，具有设计标准高、规模大、效益投资高的特点。在非雨季或没有大暴雨时，多功能调蓄设施还可以全部或部分地发挥城市景观、停车场、运动场和娱乐场所等多种功能。

美国波士顿塞勒姆州立大学湿地走廊由525小块湿地组成，将校园景观与毗邻的湿地滩涂重新连于一体，将现代化的气息融于设计中。校园中央公共空间的土壤经过扩增、加强空气流通以及层阶式划分处理后，种植上绿草，形成一块斜坡式草坪。这样便有效改进了地面排水系统，并使得土壤得以松化，改善其透气性，充分吸收水分与养分，也平添了许多视觉趣味。在这里，雨水中的淤泥和杂质都能得以有效过滤，可为特大暴雨提供额外的雨水蓄存空间，这一点已在项目竣工后不久后塞勒姆经历的一场狂风暴雨中得到了充分的证实。

德国的柏林波茨坦广场设计理念是用蓄积在地下雨水收集罐中的雨水来供给景观用水。占总面积19%的用地被规划为水面，可收纳周边屋面和地面的雨水约1.5万m3。雨水在注入广场水体之前，要经过机械过滤设施和生物群落净化，无需添加任何化学剂[17]。

绿地和广场的低影响开发设施主要是用于消纳自身径流雨水，低影响开发设施的选择应因地制宜、经济有效、方便易行[11]。雨水花园、湿地、调蓄池等一些小型低影响开发设施不仅可以方便实现对雨水的收集，净化和回用，还能美化城市环境，提高人民生活质量。我国的城市绿地和广场很多，但不能很好的实现雨水控制和利用功能，对现有的资源进行改造，将是未来海绵城市建设的重点。

2.2 非工程措施

非工程性措施,既包括政策措施,也包括场地规划设计措施,即通过与景观设计、城市规划等学科结合,将街道、建筑、绿地等进行合理的规划布局。

2.2.1 综合规划

德国的联邦水法、建设法规和地区法规以法律条文或规定的形式，对自然环境的保护和水的可持续利用提出明晰的要求。联邦水法以优化生态环境，保持生态平衡为政策导向，成为各州制定相关法规的基本依据[18]。在此背景下，德国建设规划导则规定：“在建设项目的用地规划中，要确保雨水下渗用地，并通过法规进一步落实”。此外为了控制排污量，德国采用经济手段，在国家法律法规和技术导则的指引下，各城市根据生态法、水法、地方行政费用管理等相关法规，制定了各自的雨水费用(也称为管道使用费)征收标准。雨水费用的征收有力地促进了雨水处置和利用方式的转变，对雨水管理理念的贯彻有重要意义。

1987年，在美国国会的要求下，在《清洁水法》(The Clean Water Act)的修订案中，要求美国环保部(EPA)就雨洪污染实施措施。在此背景下，上世纪90年代，EPA在国家排放污染物消除项目(NPDES)中加入了雨洪排放的许可制度，分别针对分流制和合流制排水系统各自的问题，相应地对雨洪排放的质和量进行控制。美国在城市雨水利用处理技术应用上，强调非工程的生态技术开发与综合运用。在城市雨水资源管理和雨水径流污染控制第二代“最佳管理方案 (BMP) ”中强调与植物、绿地、水体等自然条件和景观结合的生态设计，如植被缓冲带、植物浅沟、湿地等， 大量应用由屋顶蓄水或入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统，以获得环境、生态、景观等多重效益。

2.2.2 水资源管理

德国水资源相对丰沛，其受欧盟《水框架指令》的影响，德国水法从联邦与州的职责分工、流域管理、协调机制以及管理过程中多方参与等方面来促进有效协调[19]。德国的水管理制度主要体现水经营，水管理和水体保护，其重视对水管理的一切社会活动。在1957年通过的《水平衡管理法》和1976年通过的《污水征费法》实现了水管理领域联邦范围内统一的法律框架，此框架性法规在随后逐步得到了发展与完善。这也铸就了其为之称道的治水理念。

2.2.3 激励政策

美国联邦和各州通过总税收控制、发行义务债券、联邦和州给予补贴与贷款等一系列的经济手段来鼓励雨水的合理处理及资源化利用，从政策上激励国民对雨水合理利用的积极性和意识，大大提高了国家雨洪管理的能力。

日本对雨水利用实行补助金制度，各个地区和城市的补助政策不一。例如东京都墨田区1996年开始建立促进雨水利用补助金制度，对地下储雨装置、中型储雨装置和小型储雨装置给予一定的补助，水池每立方米补40～120美元,雨水净化器补1/3～2/3的设备价，以此促进雨水利用技术的应用以及雨水资源化。

2.2.4 小结

德国、日本和美国这些国家在法律、法规和政策上都在保证和促进城市低影响开发设施对雨水的控制和利用，水资源的管理也促进了多方的协调。我国海绵城市建设不仅仅要靠先进技术的支撑，必要的法律法规的约束可以提供保障力，相对完善的水资源管理体系，同时一定的激励政策可以调动企业的积极性，起到推动作用。

3 对我国海绵城市建设的启示

海绵城市要通过科学的规划与切实可行的建设，使城市在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”[20]。海绵城市建设技术指南提出，LID技术作为海绵城市建设的重要途径之一，规划设计优化要以建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”为目标，将透水型城市发展理念融入规划全过程，将低影响开发、精明增长、生态网络、生态补偿等理论内化到城市规划的各个层面[11]。在中国城市化进程加快导致不透水面积增加，雨水得不到有效控制和利用，水环境进一步恶化的背景下，就目前我国海绵城市建设过程中存在的一系列问题，上述发达国家低影响开发雨水系统的成功经验对我国海绵城市的建设有以下启示。

英国的可持续排水系统(SUDS),新西兰的低影响城市设计与开发(LIUDD)、墨尔本提出的水敏性城市(WSUD)等城市排水系统，虽然都是有不同的侧重点和名称，但都是针对本地区的特点从宏观的角度制定雨水管理方案，发展的目标都是实现水资源可持续的发展[21]。我国海绵城市的建设已经很大程度的缓解了城市内涝问题，例如浙江省宁波杭州湾新区“绿色水城”[22]，福州市基于海绵城市目标下公园绿地的规划[23]，基于海绵城市对我国城市道路系统的设计等[24]，但是在总体规划等一些环节仍存在短板。

3.1 缺乏以海绵城市建设为理念的系统性规划。例如在城市防洪规划中布局的蓄滞洪区成为下一阶段城市开发的重点区域；绿地建设的地坪控制高于周边道路、甚至小区地坪高程，造成暴雨期间道路受淹中断，往往采取“亡羊补牢”的解决办法。这些都是源于未能将城市总体规划和专项规划进行系统的整合，没有依据城市这个大框架进行建设。建设海绵城市首先需转变城市规划和建设理念，编制城市大“海绵”规划。推进由灾害管理向资源化、生态化管理的转变，将城市开发建设的各个环节、各个方面有效结合，发挥综合效益，实现内涝治理、雨洪利用、生态修复的综合效益，突破试点区域建设的局限性和专项规划的单一性，建设真正意义上的海绵城市。

3.2 我国对如何通过“海绵体”的建设，实现雨洪利用，目前在各项城市建设标准中还未被纳入。开展建设标准修订，指导海绵城市建设。海绵城市规划建设总体方案的基础上，分解和明确各地块低影响开发的主要控制指标。按照控制指标的要求，积极开展各类建设标准和导则的修订工作(如绿地、道路、建筑与小区等雨水系统导则)，将海绵城市的建设理念和要求纳入建设标准体系内，全面指导海绵城市建设。

3.3 海绵城市的技术内涵在工程上表现为LID设施、市政雨水管网系统和末端调蓄设施的有效结合。先进的LID设施是建设海绵城市的关键。国外LID技术种类很多，也有一大批成功的经验供我们参考。我们在引进国外先进技术的同时，更应该先考虑城市自身的概况，包括：区位条件、自然地理条件、经济社会状况等情况。综合考虑水环境、水资源、水生态、水安全等方面的现状问题和建设需求，提出本地海绵城市建设要重点解决的问题。据此选择具有水质、水量等综合作用的生物滞留设施、雨水花园等LID技术设施，并综合考虑性价比和景观效果。

3.4 我国的城市总容积和人口密度都远远超过西方国家，单凭LID设施并不能实质性解决雨水系统存在的全部问题。我国在建设海绵城市中往往忽略了自然大循环的重要作用。城市中的湖泊水系是城市天然的“海绵体”，是建成海绵城市重要的组成部分，因此首要的任务是保护和修复城市水系。在此基础上积极构建城市中新的“海绵体”，参考城市总体规划的规划范围，考虑雨水汇水区和山水林田湖等自然生态要素的完整性，创造各类低影响开发的新模式、新技术，新材料等，旨在借助自然基础设施和人工基础设施共同作用，解决城市雨水问题的海绵城市理念，具有很强的适用性和针对性。

3.5 中国海绵城市的建设并非只是简单的基础设施建设，而是新的城市开发建设和运营模式，它不仅需要在城镇化过程中建立生态治理的理念，同时也需要一系列规划，制度和政策保障生态理念的执行，绿色基础设施的建设的全社会投入以及长期的维护和升级。对于我国来说，区域发展水平参差不齐，法规政策也需要根据地域作出相应调整，并且实施过程中要监管到位，保证项目严格达标。

4 结 语

中国海绵城市建设的主要实施手段是LID技术，我们还处于初级阶段，国外成功的经验对我们有很好的指导意义，他山之石可以攻玉，了解国外LID技术的形成、发展到成功的路可使我们少走弯路。但由于我国的实际情况跟国外不一样，照搬照抄不但不能解决当下问题，还会使严重性加剧。全面深入的对我国现有情况的分析，采用与实际相结合的LID技术，完善法规政策和管理将会形成中国海绵城市的有效解决方案。

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