馮嫻慧

(美)李明翰

近年來，中國大部分城市，頻繁遭遇雨水內澇的災害。暴雨內澇造成人員傷亡，交通癱瘓，大量財產(chǎn)損失等嚴重后果。城市雨水排水的問題日益引起政府和民眾的關注。城市內澇的頻發(fā)，暴露了我國城市飛速發(fā)展建設過程中，對待雨水管理系統(tǒng)的規(guī)劃設計、建設管理等方面存在巨大的缺陷。在諸多的原因中，有文獻研究表明，城市內澇的主因還是城市擴張，無法透水的地面導致城市徑流激增[1]。雨水管理是世界各國都面臨的一個綜合性問題，解決問題的關鍵在于了解其發(fā)生的原因，因地制宜采取適合當?shù)氐慕鉀Q方法。不同國家針對自己的國情，提出了各不相同的城市雨水管理體系和方法。近年來比較有影響力的理念有：美國的LID、澳大利亞的WSUD、英國的SUDS、新西蘭的LIUDD。在不同理念的指引下，其城市雨水管理(USM)的常用術語、實施策略和技術方法又各有不同。當前，如何科學合理借鑒城市雨水管理的他山之石，并結合我國國情，科學實施雨水管理最佳途徑，有效防控頻發(fā)的嚴重城市內澇，已經(jīng)是我國城市面臨的緊迫任務。

由于美國的LID理念和技術方法對當前我國城市內澇防治乃至海綿城市的建設都有比較深刻的影響，故筆者研究、梳理并詳細回顧了美國城市雨水管理理念產(chǎn)生的歷史背景以及管理實踐發(fā)展過程。

1 早期的美國雨水管理行動(20世紀70年代前)

美國在很長一段城市發(fā)展和建設的歷史時期內，暴雨和特大暴雨導致河流泛濫，淹沒城市道路、建筑，降雨一直被視為造成城市洪水災害的首因。所以早期的美國雨水管理理念是必須通過人為的土木工程設施干預來使洪水泛濫得以控制。20世紀70年代以前的雨水管理措施(Stormwater Management，SM)是從河流流域的防洪工程建設開始的。1927年，密西西比河流域(Mississippi River)由于連日暴雨，造成洪水暴發(fā)。基于此洪澇事件，美國政府從國家層面上提出防治洪水是聯(lián)邦政府的職責所在，并頒布了1936年的防洪法案(The Flood Control Act)。據(jù)文獻記載[2]，為減少洪澇災害，美國陸軍工程隊(The U.S. Army Corps of Engineers)開始進行防洪工程的建設，主要開展了3個方面的防洪措施：1)河流渠道改善工程(channel Improvement)；2)通過水庫(reservoirs)的建設來減輕暴雨后河流泛濫淹沒下游城市的危害；3)建設水利設施，包括堤壩(levees)、防洪壩(flood walls)和溝渠排水管(conduit)。

接下來的雨水管理行動大致始于1935年，美國土壤保護局(Soil Conservation Service，SCS)成立，現(xiàn)更名為美國農業(yè)部資源保護局(Nature Resource Conservation Service of US Department Agriculture)。該政府部門實施了土壤調查和雨水對土壤的沖刷侵蝕治理工作，并為從事該項工作的個人和機構提供經(jīng)濟資助和技術指導，為相關的水利設施爭取建設用地。在566號公共法規(guī)(The Public Law 566)和1954年集水區(qū)流域保護和洪澇預防法案(Watershed Protection and Flood Prevention Act)頒布之后，美國土壤保護局依法參與洪澇防控的建設管理工作，在易發(fā)生洪泛的地區(qū)開展小流域范圍的水利工程項目，并在美國境內主要河流源頭建設了數(shù)量眾多的小型防洪土壩，同一時期的陸軍工程隊更多地處理河流下游的水庫建設項目。

早期美國雨水管理行動主要是宏觀層面政府主導的流域范圍建設防洪水利工程建設，用以防護城鎮(zhèn)的洪澇災害的發(fā)生。

2 雨水管理的變革：國家洪水險的實施與城市雨水管理設施建設

20世紀70年代是美國雨水管理理念轉變和設施建設的關鍵階段。防治洪澇災害的設施建設從宏觀層面的堤壩、水庫等大型土木工程轉向了城市社區(qū)微觀層面的小型雨水防澇基礎設施。這一轉變的核心推力就是“洪水險”政策和法規(guī)的頒布。1968年，美國成立了國家洪水險項目(National Flood Insurance Program，NFIP)，洪水險是一項專門用于補償城市洪澇受害人生命財產(chǎn)損失的國家政策[3]。該項目由聯(lián)邦應急管理機構(Federal Emergency Management Agency, FEMA)管理，規(guī)定該項保險由城市社區(qū)(communities)購買，用于保障其區(qū)內業(yè)主(property owners)遭受雨洪災害時得到補償。國家洪水險項目的本質是政府提供的財政保護性經(jīng)濟援助。要獲得該援助，社區(qū)必須采納和強制執(zhí)行新的防洪措施，即每一社區(qū)都要建設自己的雨水排澇設施，以減少未來可預見的洪水災害。在社區(qū)的建設過程中，通過建設一系列工程構筑物(structural measures)，即防洪堤壩、管道、小型水池和非工程構筑物(non-structural measures)，即地面排水溝渠、滯水洼地、滯洪池等，來對雨水進行全方位的管理。該項政策的頒布，使得政府全權負責的“自上而下”防洪設施建設變成了與社區(qū)居民人人相關的“自下而上”的雨水基礎設施建設。1973年，政府為強化該項政策，進一步頒布洪水災害保護法案(Flood Disaster Protection Act of 1973)，在1973法規(guī)的立法支持下，洪水險政策的內容與措施得以在美國全境內廣泛實施[4]。1973洪災保護法案在1994年進一步得以強化和修編，成為國家洪水保險改革法案(The National Flood Insurance Reform Act of 1994)。

政策和法規(guī)頒布后，城市雨水管理進入一個重要的變革時期。1973法案明確提出了2個方面的要求：一是政府在城市雨水內澇災害的防治上應當擔負起主要責任；二是社區(qū)和居民同樣擔負重要責任。強制要求每個社區(qū)必須積極構思、規(guī)劃、設計和建設社區(qū)尺度的雨水排放設施，以求解決暴雨排放的難題(drainage problem)。從70年代開始，在政府積極倡導下，美國各地的居住區(qū)紛紛建設社區(qū)尺度的、形式各異的雨水內澇防治基礎設施。這些基礎設施主要包括道路的排水溝渠(curb, gutter)，居住區(qū)的雨水滯洪/蓄洪池(detention/retention ponds)和房前屋后的地面排水溝渠(detention/retention system)。這些都是新型的雨水設施，從73法規(guī)頒布之后才開始正式出現(xiàn)，并迅速成為美國社區(qū)法定暴雨防澇基礎設施。

這是一個非常重要的階段，因為在美國20世紀70年代之前的雨水管理理念中都是由國家來主導防洪工程的建設。一方面不涉及城市社區(qū)如此小的尺度，另一方面是沒有針對城市雨水內澇來建設專用的社區(qū)級基礎設施。例如滯洪池(Detention Ponds)的概念在70年代之前的文獻中并未出現(xiàn)過。1968年，美國著名地理和水利學家魯納·利奧波德(Luna B.Leopold)在他的著作《城市規(guī)劃中的水工程》(Hydrology for Urban Land Planning)中，提出了他設想的城市雨水管理關鍵措施，包括建設蓄積池(storage ponds)和開放式的低洼濕地體系(open drainage swales)。他仍然使用的是“storage ponds”這一名詞，而不是“detention basins”[5]。他的設想在接下來的時間里變成了美國城市社區(qū)雨水管理基礎設施建設的標準方法之一。

在國家洪水險政策和1973法規(guī)的促進下，20世紀70年代以后，美國各個城市社區(qū)紛紛因地制宜，建設各種形式的以滯洪池(detention ponds)或蓄洪池(retention ponds)為主，結合道路或地面排水溝渠所形成的雨水排放管理設施系統(tǒng)(detention/retention system)，detention ponds是指暴雨時蓄水，其他時間不蓄水的工程設施；retention ponds是指以水池或湖泊形式蓄積雨水的設施。該體系逐漸成為美國城市社區(qū)建設必須配套的基礎設施之一，每一社區(qū)均有相應的專用建設土地用來建設雨水管理設施系統(tǒng)，一是用于防治暴雨可能為居民區(qū)帶來的洪澇災害；二是確保不因為一些社區(qū)的雨水過量排放而導致周邊地區(qū)徑流增大和洪澇危險增加(圖1～3)。這也是后期LID理念中提倡的“地面徑流零排放”理念的主要歷史根源和背景。

但是，伴隨社會經(jīng)濟的發(fā)展，這一階段雨水管理基礎設施的建設理念和技術方法很快就要發(fā)生變革，這場變革首先是從水污染問題的出現(xiàn)和凈水法規(guī)的頒布開始的。

3 雨水管理理念的發(fā)展與變革：凈水法案與城市雨水凈化

20世紀70年代之前，雨水管理的關鍵思路集中在水量的排放控制。1972年，聯(lián)邦水污染控制法案(Clear Water Act, CWA)頒布，在這個法案中，并未涉及雨水的問題，雨水仍被視為較為清潔的水源。由于20世紀廣泛使用的化學肥料和殺蟲劑等物質導致的土壤污染，以及雨水對大氣污染物的沖刷，導致雨水地表徑流的污染狀況已經(jīng)相當嚴重。很多研究表明，雨水并不是清潔的水，地面徑流已經(jīng)被嚴重污染[6-7]。70年代以后，雨水污染狀況在美國已經(jīng)是一個非常嚴峻的問題。

因此，1987年聯(lián)邦水污染控制法案進行修訂，修訂為聯(lián)邦水質法案(The Federal Water Quantity Act of 1987)。在修訂的1987法規(guī)中，美國政府明確規(guī)定了非農業(yè)來源的暴雨排放，主要是城市地區(qū)的暴雨排放，必須要同時解決水質的問題[8]。法規(guī)頒布以后，美國政府雨水管理思路開始轉向強調水量排放的同時要進行水質的控制，即水量與水質的問題都要解決。隨后，各州政府和市政府開始廣泛推行國家污染排放削減系統(tǒng)建設措施(The National Pollutant Discharge Elimination System，NPDES)[9]，該措施規(guī)定，全面廣泛檢查已經(jīng)建設的城市雨水管理基礎設施，在符合條件的地方改裝加建雨水污染物過濾凈化設施(圖4)。

城市雨水管理思路在早期是關注迅速排放，短期內未能排放的雨水就暫時滯留蓄積在特定設計的洼地或池中，相應的策略就是通過豎向設計，建設相關基礎設施，如排水溝渠和滯洪池等來解決問題。土木工程師、風景園林師等均參與這項場地開發(fā)的工作。隨后，雨水管理的思路發(fā)展為解決排放問題的同時，需要改善雨水的污染狀況，因此相應的建設策略是發(fā)展雨水凈化和過濾設施，由于要研究雨水中污染物的類型以及如何通過排水設施來進行污染凈化的方法、過程和效果評估是一項非常復雜的工作，許多相關的科學研究也隨之展開[10-11]。

4 承上啟下的創(chuàng)新雨水治理策略：低影響開發(fā)(LID)

在前期發(fā)展建設的基礎上，美國在雨水管理領域又迎來了一個創(chuàng)新的發(fā)展時期，這個新時期就是Low Impact Development理念出現(xiàn)和發(fā)展的時期。該理念形成于20世紀90年代初期馬里蘭州的普林斯喬治縣(Prince George's County,Maryland)。該縣是最早開始實施LID的建設的地區(qū)。

從20世紀70—90年代，美國絕大部分區(qū)域的城市已經(jīng)廣泛建設了主體為detention/retention ponds的社區(qū)級雨水管理基礎設施。然而，事與愿違的是，這種設施也長期受到質疑，公眾對這種雨水設施抱有負面的感知，并認為其形態(tài)不佳，在雨水管理上是無效的。據(jù)在喬治亞都市區(qū)域的調研表明，所有參與訪談的工程師們都認為detention-retention ponds只是按照規(guī)范和建設要求建設起來的，但是實際的效果未必如建設初期的設想一樣有效[2]。此外，滯洪池在公眾的感知認識里是不受歡迎的，因為形態(tài)和后期維護的問題，使得社區(qū)居民認為該設施在健康和安全方面影響他們的生活質量，藝術性和視覺效果也是令人不愉快的[12-13]。正是基于這些問題的出現(xiàn)，才促成美國雨水管理的LID理念的產(chǎn)生與發(fā)展。

圖1 美國居住區(qū)滯洪池(1-1、1-2 李明翰攝，1-3、1-4 馮嫻慧攝)

圖2 美國居住區(qū)蓄洪池(李明翰攝)

LID的理念和方式強調在場地開發(fā)的過程中，對雨水的管理盡可能模擬自然界的雨水循環(huán)過程。根據(jù)美國環(huán)境保護局(United States Environmental Protection Agency，USEPA)的定義，LID是一種能保存和再現(xiàn)場地自然特征的場地設計策略，對雨水的循環(huán)管理中，應盡可能減少硬質鋪裝造成的不透水影響，通過對雨水的全方位管理，使得雨水的排放是自然資源循環(huán)的過程，而不是單純的廢水排放[14]。根據(jù)其理念，低影響開發(fā)是一種創(chuàng)新的地面徑流的雨水管理策略，其管理目標是在城市的建設過程中，使城市雨水通過滯留(detain)、蓄留(retain)、過濾滲透(percolate)和蒸發(fā)(evaporate)，使整個過程盡可能還原未開發(fā)原生態(tài)土地上的自然水文過程[15]。在城市或區(qū)域等大尺度的場地建設時，LID強調在土地規(guī)劃中要保留和維護流域內的水文生態(tài)特征。

低影響開發(fā)的理念和建設策略與前期的城市雨水管理設施建設相比，實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。在理念上，它不再只強調雨水內澇的防控，而是在更高的角度提出仿擬自然水文過程的建設目標；在建設策略上，將目標定位于同時實現(xiàn)水量排放和水質控制。但是，該理念的出現(xiàn)并不是橫空出世的，而是在前期雨水管理措施和建設發(fā)展奠定的基礎上提升的，是承上啟下的發(fā)展階段，是為了讓20世紀70年代后建設的城市雨水基礎設施向生態(tài)化轉變，為新建設施如何實現(xiàn)生態(tài)化技術而發(fā)展起來的。LID技術與傳統(tǒng)的雨水管理技術相比，是為了通過種植，改善景觀美學效果、增加其生態(tài)建設、改善地面排水設施的雨水管理效率，并希望通過LID的雨水管理措施和基礎設施建設來力求實現(xiàn)城市的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

圖3 美國商業(yè)區(qū)滯洪池(馮嫻慧攝)

圖4 通過鋪砂措施來凈化雨水的滯洪池改造(李明翰攝)

5 對美國雨水管理發(fā)展歷程的思考以及對我國的反思

綜上所述，梳理美國雨水管理的理念和與之相適應的地面雨水管理基礎設施建設發(fā)展歷程，20世紀70年代是一個非常關鍵的時期，在洪水險政策和1973法規(guī)的指導下，美國廣泛開展了“自下而上”的社區(qū)級地面排水基礎設施體系建設。這一體系是以水量管理為主要目標，強調快排，以免造成內澇。伴隨時代的發(fā)展，美國越來越意識到城市里縱橫分布著大量混凝土構造的地面排水溝渠和滯洪池，即便有草皮生長，也不能形成有效生境小環(huán)境，對城市生態(tài)系統(tǒng)無益(圖3)。同時，民眾也對其美觀和實用表示質疑。在城市發(fā)展的密集地區(qū)，這種建設方式既不美觀，也很浪費土地。因此，LID技術登上了歷史的舞臺。LID是一種生態(tài)技術，提出在傳統(tǒng)的地面排水設施中增加了植物美化和凈化部分，使用填充土壤介質凈化水質等構造組成部分，以期同時實現(xiàn)景觀和生態(tài)凈化功能，所以指導雨水管理設施建設不僅僅只是建設排水溝渠和滯留池，而必須向以“生態(tài)集雨凈化池”(bioretention)和雨水花園(rain garden)等為代表的LID理念設施發(fā)展[16]，既能增加凈化水質的功能，又能把這些地面排水基礎設施建設的像“綠地”(green space)一樣具有良好的視覺觀賞性。

LID策略產(chǎn)生的目的之一就是力求將美國歷史前期挖下去的各種地面排水設施通過填充凈水功能的土壤類介質，種上植被改善其形態(tài)，使其變成美觀的、具有排水凈水功能性的花園式場地來解決城市生態(tài)問題。所以，當前美國面臨的一個重要問題是如何將已經(jīng)建成的數(shù)量眾多的滯洪池設施改造轉化為LID設施。從LID的形成背景和發(fā)展由來可見，其本質是符合美國國情的，因為其前期已經(jīng)完善地面排水設施，正是因為存在很多問題，所以期望通過LID理念來改造或者指導新的建設。

當前我國不少城市都遭遇了內澇之困，內澇問題如何決解決？這是一個復雜的系統(tǒng)工程。借鑒美國經(jīng)驗，首先我們應當正視我國在過去城市飛速發(fā)展歷程中對于地面排水基礎設施建設的缺失和不完善現(xiàn)狀，實事求是、因地制宜地解決問題。我國必須正確看待自身內澇問題產(chǎn)生的癥結點，察其來由，切不可在不知其所以然的情況下，盲目學習西方所謂的高技術。特別要反思不顧實際情況，本末倒置，反而要將優(yōu)質的綠地挖為排水洼地的情況，要特別謹慎處理毀損綠地以及樹木來建設排水溝渠和蓄洪池的建設方式。

雖然在業(yè)界對LID理念非常推崇，但是對LID措施和技術的研究和建設仍然面臨許多需要研究和探索的問題[17-18]。首先，在植物的栽培選種方面，普林斯喬治指南中(Prince George's County Bioretention Manual，2002)推薦池內蓄積的水量要在12h內排放完畢，最佳為6h[19]。為確保這一要求的排放速率，土壤的滲透速率要保持在25mm/h-1(1inchs/h-1)，砂質土壤(sandy soils)具有這樣的特性，可以滿足其要求。砂質土壤的使用是為了確保雨水的排放速率，但是這種土壤并不保水，因此，符合設施要求的植物要能夠耐受水淹，又要忍受長期的干旱，這類適宜植物的選種和研究工作非常困難，也非常關鍵。其次，在該設施的工程建設方面，包括生態(tài)池的深度問題(最大深度、適宜深度等)，土壤介質的厚度(最小厚度、適宜厚度等)，介質的構成和結構，地下排水的結構，預處理設施以及水污染的去除效果等都需要大量和深入的研究。最后，發(fā)展LID理念的設施均需要土地保障以及較為昂貴的維護費用。在這些問題的制約下，LID理念所倡導的建設在美國國內的發(fā)展也是面臨各種實際困難和進展緩慢的。

綜上所述，因為城市內澇的爆發(fā)，引發(fā)我國管理者對“城市暴雨內澇”的關注，用生態(tài)的、自然的手段來解決城市問題，使得風景園林行業(yè)得以越來越多地介入城市雨水管理基礎設施的研究、規(guī)劃設計和建設。展望未來的發(fā)展，相關植物的栽培選種，生態(tài)池的建設方式方法等領域的研究和實踐都需要喚起我國風景園林從業(yè)人員更多的思考和探索，更多地實踐以推進我國雨水管理領域的發(fā)展，切實解決我國城市內澇的問題。