鄧文華，蒲文鵬，婁永忠

（1.惠州學(xué)院建筑與土木工程學(xué)院，惠州 512007；2.中國光大水務(wù)有限公司，深圳 518033）

低影響開發(fā)設(shè)施在我國海綿城市建設(shè)中應(yīng)用的反思

鄧文華1，蒲文鵬2，婁永忠1

（1.惠州學(xué)院建筑與土木工程學(xué)院，惠州 512007；2.中國光大水務(wù)有限公司，深圳 518033）

本文分析了低影響開發(fā)概念產(chǎn)生的源頭以及與北美雨洪管理體系的關(guān)系，結(jié)合案例研究低影響開發(fā)設(shè)施對于雨洪控制的作用和景觀效果，提出了低影響開發(fā)設(shè)施在我國海綿城市建設(shè)中應(yīng)有的地位.

海綿城市；低影響開發(fā)；雨洪管理

1 前言

我國經(jīng)常把海綿城市建設(shè)的目標(biāo)解讀為解決城市看海的內(nèi)澇問題，它與北美實(shí)行的低影響開發(fā)策略存在較大的差異.1999年，美國馬里蘭州喬治王子郡的環(huán)境資源局推出了一本名為《低影響開發(fā)設(shè)計(jì)策略——一種綜合的的設(shè)計(jì)方法》的手冊，這本手冊被奉為低影響開發(fā)LID（Low Impact Development）的起源.

《手冊》的前言中寫道：“本書中所做提煉出的低影響開發(fā)原則，是基于過去三年，尤其是新建社區(qū)、商業(yè)設(shè)施和工業(yè)設(shè)施開發(fā)中的雨水徑流控制經(jīng)驗(yàn).”［1］這其中提到的“新建”兩個(gè)字很重要.因?yàn)橹挥行陆ǖ脑O(shè)施，才有開發(fā)前后的地塊水文特征的對比，而對于經(jīng)過歷史上長期開發(fā)形成的城市、老舊城區(qū)和建成區(qū)，由于歷史久遠(yuǎn)，回復(fù)到當(dāng)初的自然的地表徑流控制水平（地表水文特征），其操作性要差了許多.很難說這一概念提出時(shí)的本意涵蓋了所有發(fā)展類型城市社區(qū).

《手冊》中關(guān)于LID目標(biāo)的論述表明：LID更多的是在建立一種城市開發(fā)和環(huán)境景觀獲得和諧關(guān)系的策略和方法.它提到了低影響開發(fā)設(shè)施是對城市暴雨系統(tǒng)的一種重要的補(bǔ)充和新的理念，并且可以減少暴雨設(shè)施（雨洪管理設(shè)施）的投資和維護(hù)費(fèi)用，但是它并沒有提到低影響開發(fā)設(shè)施可以決定性地解決城市的洪澇災(zāi)害.

在《手冊》中，把基于生物滯留機(jī)制的設(shè)施被稱之為IMP（Integratedc Management Practices，綜合管理措施），并指出IMP（綜合管理措施）可以極大的減少BMP（最佳管理措施）的應(yīng)用.由于BMP中包含了部分灰色的內(nèi)容，因此IMP被認(rèn)為是更加生態(tài)化、更富有景觀效果的雨洪管理設(shè)施.

在這本《手冊》里，LlD與IMP是相對應(yīng)的，比如它指出：LID的設(shè)計(jì)能夠明顯的減少雨洪管理設(shè)施的投資，如減少透水鋪裝、路牙和排水溝的用量；減少暴雨排水管、雨水口的用量；減少一些暴雨調(diào)蓄塘的用量.

2 北美雨洪管理體系的框架

在中國海綿城市的實(shí)踐開始的時(shí)候，LID并沒有區(qū)分BMP和IMP，因此IMP中的各種生物滯留設(shè)施成為低影響開發(fā)乃至于海綿城市的代名詞.生物滯留設(shè)施在國內(nèi)一些以生態(tài)景觀研究為主的高校、研究單位和設(shè)計(jì)單位的推動(dòng)下，在中國的各個(gè)試點(diǎn)城市開展了廣泛的實(shí)踐、不論是新建成的開發(fā)區(qū)，還是建成區(qū)、老舊城區(qū)，都建設(shè)了大量的生物滯留設(shè)施.

另外一個(gè)需要注意的是，美國的雨洪控制是個(gè)多重制度體系構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，LID只是其中組成的一個(gè)部分.美國還有專門針對于市政項(xiàng)目的MS4（municipal separated stormwater sewer system permits），全稱是市政分流制雨水排放系統(tǒng)許可證制度；對于工業(yè)和建設(shè)項(xiàng)目的SWPPP（storm water pollution prevention plan）制度，全稱是雨水污染防治計(jì)劃；針對于雨水引起的合流制管渠溢流污染，每個(gè)城市還有獨(dú)自的五年、十年，以至于更長的溢流污染防治規(guī)劃.

我們今天在閱讀2000年之后的美國各大州的LID設(shè)計(jì)導(dǎo)則，會發(fā)現(xiàn)很多都在最顯眼的位置寫明，本導(dǎo)則是在執(zhí)行上述各制度的基礎(chǔ)之上來執(zhí)行的.所有這些綜合在一起，才構(gòu)成了北美完整的雨洪管理體系.

3 低影響開發(fā)設(shè)施與城市防洪排澇體系的關(guān)系

我國應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)建立北美這樣完整的雨洪管理體系來開展海綿城市建設(shè).

在2014年國家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部推出的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中做了特別的標(biāo)題注明——低影響開發(fā)體系的構(gòu)建.這在某種程度失去了建立這個(gè)大雨洪管理體系框架.盡管在《指南》中，對于室外排水規(guī)范的作用也作了相應(yīng)的說明，但是還是過于突出低影響開發(fā)設(shè)施.

如果我們從排水防澇系統(tǒng)來借鑒美國的一些先進(jìn)做法，不妨可以來審視一下所謂的美國排水防澇系統(tǒng)的十二條規(guī)劃設(shè)計(jì)原則.上海市政院張辰等在《美國城市排水防澇規(guī)劃設(shè)計(jì)12條原則的啟示》一文中，結(jié)合我國的具體情況分析了這十二條原則，在此不詳細(xì)贅述，單看其中的第三條：

“第三，每一個(gè)城市排水系統(tǒng)，都分為主要排水系統(tǒng)（Major Drainge System）和次要排水系統(tǒng)（Minor Drainge System）.次要排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮公眾日常生活的便利，并滿足較為頻繁的降雨事件的要求，當(dāng)?shù)乇韽搅鞒龃我潘到y(tǒng)的能力時(shí)，主要排水系統(tǒng)將被啟用.”［2］值得注意的是，主要排水系統(tǒng)的存在是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的，即使沒有人為的規(guī)劃設(shè)計(jì)，一個(gè)地區(qū)的主要排水系統(tǒng)仍然會自然形成，因此為了確保城市有序發(fā)展，減少居民生命和財(cái)產(chǎn)損失，兩套排水系統(tǒng)均應(yīng)被合理的規(guī)劃設(shè)計(jì).

這段話的論述應(yīng)該明確地指出了LID設(shè)施和城市防洪防澇體系的關(guān)系，LID設(shè)施可以應(yīng)對在設(shè)計(jì)雨量下，大約就是整個(gè)徑流總量75%的降雨，而城市的大排水體系，也就是防洪防澇體系，必須應(yīng)對三十年一遇以至更長時(shí)間一遇的洪水和暴雨峰值.

4 低影響開發(fā)設(shè)施對于洪澇的控制能力分析

低影響開發(fā)設(shè)施究竟對于防洪排澇的作用有多少呢?我們通過下面的模擬案例來分析一下.同濟(jì)大學(xué)的研究人員對于同濟(jì)大學(xué)附近1.13平方公里的A地塊做了低影響開發(fā)設(shè)施防澇能力的模擬.該地塊的現(xiàn)狀見表1.

表1 A地塊現(xiàn)狀

圖1 A地塊衛(wèi)星圖

由于地塊處于建成區(qū)，雨洪管理設(shè)施的選擇受到如下條件的限制：

（1）受到高地下水位影響，不能考慮下滲功能（必須設(shè)置防水底板）；

（2）土地高度緊缺，須優(yōu)先考慮不額外占用土地的技術(shù)；

（3）匯流坡度小，適合采用分散的小尺度源頭控制設(shè)施；

（4）雨水存儲、直接利用的費(fèi)用效益差，不予考慮.

他們最終選擇了適用的LID技術(shù)主要有生物滯留、綠色屋頂和滲透鋪裝.在該地塊中配置的LID設(shè)施的數(shù)量如表2所示.

表2 A地塊LID設(shè)施配置數(shù)量

最終模擬的結(jié)果是：A系統(tǒng)內(nèi)LID設(shè)施的總滯蓄容量約為1580m3（12.2mm）；

輸入以5年一遇24h模式雨型（總雨量143mm，1h峰值雨量約58mm），考察1h暴雨雨峰位置對設(shè)施運(yùn)行效果的影響，結(jié)果如表3所示.

表3 長歷時(shí)暴雨雨峰位置對LID設(shè)施運(yùn)行效果的影響

從表3中可以看出：隨著雨峰位置的推后，地面積水大量增加，LID設(shè)施提高排澇能力的效果下降.

實(shí)際操作中，還要面對配置方案可實(shí)現(xiàn)性的現(xiàn)實(shí)問題，對此，研究人員分析：

（1）A系統(tǒng)主要是上世紀(jì)80-90年代建造的5-7層舊公房；總體綠地比例40%（有同濟(jì)新村、松鶴公園）

（2）上述有關(guān)LID措施的討論，是在接近最大可能性條件下進(jìn)行的；

（3）60%舊公房的屋面改造為粗放型屋面，在政府出資的條件下有比較好的可操作性（已完成大量的平改坡項(xiàng)目）；

（4）40%的鋪面改為透水鋪裝，主要是小區(qū)內(nèi)的輕載、低污染路面/停車場，政府出資可能實(shí)施，江蘇鎮(zhèn)江市已有類似案例；

（5）33%的綠地改造為生物滯留，困難相對較大，因?yàn)樾^(qū)綠地分散，改造后景觀效果下降；市政道路沒有綠化帶.［5］

事實(shí)上，在建成區(qū)實(shí)現(xiàn)上述的工程方案，并不比對小區(qū)進(jìn)行排水系統(tǒng)改造來得容易.在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，即使在資金得到落實(shí)的條件下，社區(qū)民意也是難以逾越的障礙.

5 生物滯留設(shè)施的景觀效果分析

我國的海綿城市試點(diǎn)建設(shè)正在如火如荼地開展，從目前已經(jīng)建成的成果來看，低影響開發(fā)設(shè)施占據(jù)了相當(dāng)大的比重.由于中國最初的研究人員和工程師們大量地學(xué)習(xí)和應(yīng)用美國的低影響開發(fā)手冊，在我國也就建成了大量的生物滯留設(shè)施（bioretention）.它主要包括下凹式綠地、雨水花園、生態(tài)草溝等.

當(dāng)這些生物滯留設(shè)施建成之后，人們看到了不盡如人意的另外一面.那就是這些生物滯留設(shè)施的景觀效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于原有的社區(qū)綠化.其主要原因在于：這些生物滯留設(shè)施必須保證它的介質(zhì)快速滲透能力，因此在其組成成分之中含有超過60%的沙子.這些沙土比起原有的原土或是粘土，在營養(yǎng)成分密度上大為減少，難以支持高密度的植物生長.

低影響開發(fā)的滲透層一般設(shè)計(jì)為1.2米.在這個(gè)深度上，所有的滲透水被盲管（割縫管）所截留，高大的喬木也不能扎根.

圖2是典型的LID設(shè)施中下凹式綠地的剖面圖.從這張圖中我們可以看出.它能承載的植物根系的部分很小，并且在深度上被底層的粒石所限制.

圖2 下凹式綠地剖面圖

筆者所在中國光大水務(wù)有限公司在江蘇鎮(zhèn)江的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了這樣的顯著差異.圖3及圖4是一個(gè)社區(qū)的經(jīng)過LID改造和未經(jīng)過LID改造的兩個(gè)小區(qū)的對比效果.很明顯，我們可以看出未經(jīng)過低影響開發(fā)改造的小區(qū)的綠化效果要好于經(jīng)過改造的小區(qū)，主要是植物密度和高度上兩者存在明顯差異.

圖3 未經(jīng)過LID改造后的小區(qū)綠化景觀效果

圖4 經(jīng)過LID改造后的小區(qū)綠化景觀效果

6 生物滯留設(shè)施對于污染物的去除能力

再來看一看國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中列出的低影響開發(fā)設(shè)施對于面源污染的去除能力，如表4所示.

表4 低影響開發(fā)設(shè)施比選一覽表

從表中我們可以清楚地看到：生物滯留設(shè)施相對于透水鋪裝，對于地表徑流污染物的去除（主要以SS計(jì)）并沒有顯著優(yōu)勢，也就是說生物滯留設(shè)施透水層中植物根系的生物處理作用基本上可以忽略不計(jì)的.

4 結(jié)論

綜上所述，我們可以得到如下結(jié)論：

（1）如果把我國的海綿城市建設(shè)看作是建立一個(gè)雨洪管理的大體系的話，低影響開發(fā)并不能成為其代表，只是它作為源頭控制構(gòu)成的一個(gè)部分；

（2）低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)對于防澇標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，并不能解決降雨峰值變化所引起的城市內(nèi)澇；

（3）為了保證地塊綠化景觀效果，低影響開發(fā)設(shè)施中的生物滯留設(shè)施所產(chǎn)生的地表徑流和面源控制效果并不能成為不可取代的考慮因素.

從我國海綿城市建設(shè)的各地實(shí)踐來看，目前已經(jīng)普遍開始了對于低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)用的反思，反映到工程實(shí)踐中，就是灰色設(shè)施在不斷地增加.相信隨著試點(diǎn)工作的推進(jìn)，我國能夠逐步建立起真正完備的、世界先進(jìn)的雨洪管理大體系.

［1］GEDEON G.Low Impact Development Design Strategies［M］.Prince George's County，USA，Maryland Department of Environmental Resources Programs and Planning Division.1999（6）：Preface ix，Introduction 1-2.

［2］張辰等.美國城市排水防澇規(guī)劃設(shè)計(jì)12條原則的啟示［J］.中國市政工程.2013.168（10）：14-16.

［3］王建龍、車伍等.基于低影響開發(fā)的城市雨洪利用和控制方法［J］.中國給水排水.2009.25.14（7）：6-9.

［4］李強(qiáng).低影響開發(fā)理念與方法評述［J］.低碳生態(tài)城市.城市發(fā)展研究卷.2013（06）：30-35.

［5］韓松磊等.低影響開發(fā)設(shè)施提高上海建成區(qū)排澇能力的模型研究［J］.給水排水.2016.42（10）：52-55.

【責(zé)任編輯：吳躍新】

Introspection of Low Impact Development Used in Chinese Sponge City Construction

DENG Wen-hua1，PU Wen-peng2，LOU Yong-zhong1
（1.School of Architecture and Civil Engineering，Huizhou University，Huizhou 516007，Guangdong China；2.Water Environment Research Department，China Everbright Co.Ltd.Shenzhen 518033，Guangdong China）

The paper analyzes origin of the Low Impact Development（LID）concept and its relations with the North American Stormwater Management System，case-studies LID effect for prevention of urban waterlogging and LID’s landscape appearance of before and after，and puts forward LID’s due position in Chinese sponge city construction.

sponge city；low impact development；rain-flood management

TU984.11

A

1671-5934（2016）06-0086-05

2016-11-20

惠州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013B020015004）；惠州學(xué)院自然科學(xué)基金項(xiàng)目（C210.0223）

鄧文華（1972-），男，廣東汕頭人，高級工程師，研究方向?yàn)榻ㄖh(huán)境與技術(shù).