城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室  李俊奇  王文亮

 

      海绵城市建设为中国城市现代雨水控制利用与管理系统的快速发展提供了非常好的机遇，但同时也带来了极大的挑战与困惑。必须认识到，城市雨水问题是涉及水安全、水资源、水环境及水生态的综合问题，是一个系统工程，复杂且艰巨，在建设过程中不能故此失彼。海绵城市建设及低影响开发雨水系统构建无法一蹴而就，应根据地区及项目的自然、环境等条件和城市建设的总体要求，统筹兼顾，合理确定雨水系统的控制目标。本文将阐述多目标城市雨水系统构建的必要性、基本思路、主要途径及发展方向。

1.1我国城市雨水系统的发展及存在的问题

      我国城市传统雨水系统多以末端快速排放这一单一目标为核心。自20世纪80年代末，我国在城市雨水管理领域开展了大量的科研和工程实践。但无论从国家还是地方政府层面，最初关注点多集中在雨水集蓄利用方面。近几年，由于各地内涝频发，排水防涝成为国家及地方工作的重点，国务院和住建部密集出台了以排水防涝为核心的多部重要政策法规，多部规范标准也在编制或修编。但仅关注雨水资源化和排水防涝还远远不够。

      过去的5~10年，我国对基于“低影响开发（LID）”与“绿色雨水基础设施（GSI）”理念的城市雨水系统开展了较为深入的研究和工程示范。2010年启动了“低影响开发城市雨水系统研究与示范”国家重大水专项，低影响开发的理念与方法也相继被国家及地方的相关政策法规及规范标准所采纳，2014年10月发布了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》（以下简称《指南》）。

      由于不同时期对城市雨水问题的认识程度及面临的突出问题不同，我国雨水管理重点经历了由雨水排放向雨水资源化利用及内涝防治能力提高的转变。尽管部分法规、规范标准对径流污染控制、生态环境保护有所涉及，《指南》也提出了“径流总量控制-径流峰值控制-径流污染控制-雨水资源化利用”的多重目标，但不可否认，在当前重点解决城市内涝问题的大背景下，排水防涝仍是当前城市雨水管理的核心，2015年海绵城市建设试点城市申报指南中，也将“城市发展对排水防涝基础设施建设、调蓄雨洪和应急管理能力需求强烈”作为申报的主要资格审核条件。

      但必须正视的是，城市径流污染、合流制溢流（CSO）污染、生态破坏等城市雨水问题日益凸显并已成为重大的民生问题。我国径流污染占城市水系污染总量比例已经非常高，以北京为例，研究表明，北京城市年径流雨水COD排放量占市政雨污水COD排放总量的比例超过1/3，随着污水处理率和达标率的不断提高，城市径流污染将成为城市水污染治理的一大瓶颈。径流雨水带来的污染问题、水文条件改变造成的地下水得不到补充、河道枯竭、水土流失等生态问题等会给城市可持续发展带来更大、更长远的影响。

1.2发达国家城市雨水系统的发展及其借鉴

      美国于1987年对《清洁水法》进行了修订，将城市雨水纳入环保局（EPA）提出的“国家污染排放许可制度（NPDES）”，同时提出的最佳管理措施（BMPs）成为美国城市雨水管理体系的核心内容。随后，1990年马里兰州乔治王子郡环境资源局提出“LID”、2003年美国西雅图公共事业局提出“GSI”、2007年EPA提出“绿色基础设施（GI）”，经过了30多年的发展，美国的雨水管理目标也从最初的快速排放转变为包括径流污染、体积、峰值及汇流时间等在内的综合控制。澳大利亚的水敏感性城市设计（WUSD）和新西兰的低影响开发城市设计（LIDD）等，也都更加注重保护水生态敏感区、保护水质、整合雨水管理和景观设计，并通过顶层设计和综合规划来构建城市的良性水循环系统。

      整体来看，发达国家城市雨水管理理念及体系发展的过程，也经历了“管渠排水→防涝→水质控制→多目标控制以恢复自然水文循环”的转变过程。多目标雨水系统具有绿色生态、多尺度、多目标、追求良性水文循环的共同特征，这源于对城市雨水问题根源的准确把握，即传统单一排放模式对“降水-渗透-径流-蒸（腾）发”自然水文循环过程的破坏。此外，发达国家的经验还表明，水质与水量统筹管理、法律法规先行、涉水部门协同管理对城市雨水管理的作用至关重要。城市雨水系统涉及水环境、排水防涝、防洪等各个方面，应明确职责划分，建立相关职能部门协同管理机制，有条件的，可采取集中统筹管理的模式，提高城市雨水管理的效率和效果。

      多目标城市雨水系统可以概括为：为了实现缓解城市内涝、削减城市径流污染、节约水资源、保护和改善城市生态环境、使城市开发过程中水文影响最小等目标，通过自然和人工方式进行的“渗、滞、蓄、净、用、排”等工程性措施与非工程性措施组合的城市雨水综合控制利用与管理系统，是城市水系统的重要子系统，也是城市基础设施建设的重要组成。多目标城市雨水系统的内涵与基本思路包括：

2.1从单一目标要求向多目标要求转变

      城市雨水系统应从传统的单一排放目标向径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、径流雨水资源化等多目标转变。各地和具体项目的控制目标应根据当地降雨特征、水文地质条件、径流污染状况和水环境突出问题、内涝风险控制以及雨水资源化利用需求等，有所侧重地确定雨水系统的控制目标。面临多种需求的地区，应结合空间条件、经济合理性等因素，统筹考虑多目标的综合实现。

2.2从单一控制途径向多层次控制途径转变

      现代城市雨水系统的技术措施应改变以往产流后再采用终端管渠系统转输这种单一的作法，将源头、汇流、终端等多层次技术措施相结合。在上游场地或各子流域内，首先应采取分散式源头减排措施，增大就地入渗和蓄存回用量，延长径流排放时间；在转输过程中可对雨水进行截污、调蓄、滞留、净化、渗透或将雨水调蓄处理后再排放或利用；在雨水系统的终端，可采取转输、多功能调蓄或根据情况采用必要的净化措施，去除雨水中的污染物，再排放水体或进行回用。

2.3从单一雨水排放系统向融合共生的多系统转变

      不同的设计目标就会构成不同的雨水控制利用与管理子系统。根据应对暴雨事件的大小，可分为低影响开发雨水系统（微排水系统）、城市管渠系统（小排水系统）及超标雨水径流排放系统（大排水系统）。根据控制原理，可将其分为水量控制系统和水质控制系统。根据其系统目标，又可分为排水防涝系统、径流污染控制系统、雨水集蓄回用系统、综合管理系统等。根据管理手段的不同，雨水系统可分为工程性措施和非工程性措施两类。具体城市、区域或项目的雨水控制利用系统方案制定时，一定要结合城市水资源和水环境特征，综合考虑多个子系统之间的关系和优先次序。这样才能使城市雨水控制利用系统作为水环境保障和生态保护的重大战略发挥作用。

3.1统筹建设灰色与绿色雨水基础设施

      传统雨水管渠等灰色基础设施的弊端已毋容置疑，而LID、GSI通过“蓄、滞、渗、净、用、排”等各类措施的综合应用，弥补了灰色雨水基础设施的缺陷，尤其以地上或半地上的分散式雨水生态设施，对于投资与社会影响巨大的老旧城区地下管网提标改造与CSO污染控制工程，其经济效益和社会效益更加显著。当然，对于开发强度大、绿地空间不足的部分老旧城区及新建区域，GSI的应用受到一定的局限，但通过合理的雨落管“断接”、不透水汇水面“切割”等方式，低影响开发系统依然可以成为雨水管渠系统的有效补充。

      需注意的是，由于狭义的LID一般指二级开发地块、道路、绿地广场等自身径流雨水的控制，以小型分散的源头控制设施为主，主要控制高频率的中小降雨事件，应对大流域、特大暴雨事件的能力不足，很多时候需要红线内与红线外、源头与末端、小型与大型设施的综合控制，因此，《指南》将LID拓展为广义的LID雨水系统，即符合LID理念的各种尺度和类型的设施的整体。广义的LID雨水系统是城市内涝防治系统的重要组成部分，也是海绵城市建设的核心内容。

      现代城市雨水系统应统筹考虑源头减排-中途转输-末端调蓄、地上-地下、蓄-排的有效结合与整体衔接。在总体规划阶段应协调各相关专项（专业）规划，兼顾径流总量减排、径流污染控制及内涝防治等综合目标；详细规划应通过各地块的单位面积控制容积、下沉式绿地率、透水铺装率、绿色屋顶率等控制指标，落实各类LID设施，合理组织地表径流，并与超标雨水径流排放系统相衔接，有效分担下游的排水防涝压力。

3.2完善相关法律法规，建立雨水排放许可制度

      1979年，我国的《环境保护法》试行并确立了排污收费制度；1984年，《水污染防治法》实施并初步形成行业水污染物排放标准体系；1996年，我国污染控制从“浓度控制”转向“总量控制”，并在全国基本实行了污废水的排污许可证制度；2015年，新《环境保护法》开始实施，住建部发布实施了《城镇污水排入排水管网许可管理办法》，环保部也即将发布《水污染防治行动计划》。纵观我国的水污染防治相关政策法规的发展，城市水污染物排放许可、排放收费制度及相关标准体系的建立对水环境保护与治理的作用重大。

     但对照发达国家的水污染防治之路，我国的相关政策法规仍停留在污水及工业废水的点源管理上，且水污染物排放标准体系以限排/排放许可为基础，而非基于水体的耐受度和生态影响最小，导致水环境质量未得到有效改善，我国亟待完善包含城市径流污染、CSO污染及径流总量在内的相关法律法规，以开发过程中生态影响最小或末端水体的水环境质量为目标导向，建立雨水排放许可制度。

3.3完善水量水质标准体系，水量水质统筹管理

      随着城市雨水管理理念由峰值控制向LID源头减排转变，雨水管理标准体系也应由峰值流量向污染物和径流体积控制转变，基于径流体积的水文方法（Volume Based Hydrology，VBH）应是多目标城市雨水系统的核心。究其根源，一方面是由于LID技术设施的设计规模便于用体积表达，另一方面是由于城市开发带来的峰值流量、污染物总量及汇流时间的变化，本质是由于径流体积的增加引起的，通过体积控制可实现其他指标的控制目标。

      2014年版《室外排水设计规范》（GB 50014-2006,2014年版）明确了排水系统及内涝防治系统设计标准，低影响开发雨水系统的设计标准主要为“设计降雨量”，其与年径流总量控制率或年降雨场次控制率为对应关系，我国的《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014）、《指南》及北京《雨水控制与利用工程设计规范（DB11/685-2013）》均提出了年径流总量控制率指标，迈出了雨水总量减排与控制的第一步。

      设计降雨量/年场次控制率物理意义明确，具有明确的统计学基础，旨在通过控制高的中小降雨事件来有效控制径流污染，目前已成为美国径流污染总量控制设施重要的设计参数，33个州的雨水排放许可中以此作为新建项目和改建项目的雨水减排指标。对我国今后，可进一步探讨水质控制体积、地下水回补体积和源头滞蓄体积、河道保护体积、漫滩洪水体积和极端洪水体积等径流体积控制指标在工程中的应用，以适应新型雨水系统多重目标的不同要求。

3.4科学编制雨水控制利用专项规划或规划专篇

      《指南》中对低影响开发雨水系统的规划控制目标、指标、落实要点及技术路线等进行了详细阐述，并提出有条件的城市宜编制基于低影响开发理念的“雨水控制利用专项规划”。根据2014年各城市《排水防涝综合规划》的完成情况来看，涉及的主要内容、技术路线、关键措施的科学性和合理性以及与《指南》要求的衔接程度等方面参差不齐，甚至有很大的差距。无论是雨水控制利用专项规划、排水防涝综合规划还是一些城市已经编制或正在编制的《低影响开发规划》、《雨水利用规划》等相关规划，都应以解决复杂的雨洪综合问题为出发点，这对规划编制技术人员的综合素质、各部门各专业的统筹协调能力及相关数据信息的积累等有更高的要求。以上规划虽然不是法定规划，但可有效弥补既有法定规划在规划编制深度、广度上的不足，在既有规划体系下编制雨水控制利用专项规划是必要的，也是可行的。

3.5积极推广“PPP”模式

      海绵城市涉及面广，建设时间紧、任务重且投资巨大，合理引入社会资本开展PPP模式是加快海绵城市建设的重要措施，充分挖掘低影响开发雨水系统建设带来的经济和社会效益，对于保障社会资本的投资收益、减少政府财政支付建设与维护费用的压力非常重要。事实上，雨水排放许可制度的建立也在一定程度上缓解了政府资金不足的问题。

      雨水集蓄利用、多功能调蓄公园、生态停车场等项目可提供新增水资源供给量、门票、停车收益等，此类项目可通过授予社会资本特许经营权的方式按照BOT模式推进。沙坑、河湖水系的雨水功能性景观提升及生态修复工程，虽然不具备使用者付费基础，但此类改造工程可带动周边地价升值，政府可通过土地出让金收入逐年偿还社会资本金，并与社会资本共享土地增值收益。建筑与小区低影响开发建设与改造工程、城市绿色道路建设与改造工程等非经营性项目可通过政府购买服务，采用建设BOO、委托运营等方式推进。此外，通过出台雨水排放收费政策，建立科学的绩效考评与激励政策，可极大推动PPP模式在新型城市雨水系统的建设领域的应用。

3.6强化建设与运营管理，注重公众参与

       绿色雨水基础设施主要通过提供调蓄空间、为雨水回补地下水提供渗透路径等方式实现径流总量、峰值及污染控制，粗糙的施工及运行过程中沉积物的累积等不仅会造成设施调蓄空间、渗透能力大打折扣，而且也会影响设施的景观效果、水质净化能力和公众接受度，因此施工质量与运营维护非常重要。保障施工质量，除应建立针对低影响开发雨水系统的质量控制与检验制度外，雨水产品与设施的产业化发展也是重要的方面，可一定程度上弥补施工水平的不足。对于低影响开发设施的运营管理，除强化政府监管外，加强绿色雨水基础设施信息公开与宣传，提高公众参与监督是发达国家雨水管理的宝贵经验。

3.7正确认识海绵城市与低影响开发，避免认识误区

      在新型雨水系统构建过程中，要正确理解海绵城市的内涵与低影响开发的实质，避免认识误区。海绵城市不等于排水防涝，不等于雨水集蓄回用，不等于水利工程建设，海绵城市也不等同于低影响开发。从城市雨洪管理角度来看，海绵城市是一种可持续的城市建设模式，是城市建设的目标之一，其内涵是：现代城市应该具有像海绵一样吸纳、净化和利用雨水的功能，以及应对气候变化、极端降雨的防灾减灾、维持生态功能的弹性能力。很大程度上，海绵城市与国际上流行的城市雨洪管理理念与方法非常契合，如LID、GSI、WSUD及弹性城市等，都是将水资源可持续利用、良性水循环、内涝防治、水污染防治、生态友好等作为综合目标。从这个角度讲，低影响开发雨水系统构建是海绵城市建设的重要途径，海绵城市是低影响开发的目标。当然，LID作为一种重要的城市建设理念与方法，其涉及的领域可以更加广泛，不仅涵盖城市雨洪管理领域，还涉及节能减排、生态城市/园林城市建设等领域，从这个角度讲，LID则可认为是海绵城市建设的重要指导思想。事实上，LID既是雨水系统的技术体系，更是城市规划设计与建设的理念与方法，可以适用于任何气候与土壤条件，可以适用于任何地区的城市规划与建设。但应注意，“低影响开发不是万能的”，低影响开发雨水系统的建立不等于排水防涝能力的构建；另一方面，也要避免“低影响开发无用论”，即认为低影响开发对排水防涝能力的提高或城市生态系统构建是无益的。

      建设多目标的现代城市雨水系统是我国雨水管理的必然发展方向，从国内外雨水管理的发展历程来看，按照我国建设生态文明和可持续发展的国家战略，综合解决城市雨水问题，应在海绵城市建设过程中科学地融入内涝防治、径流污染控制、水环境保护与修复、资源化利用等目标，水质与水量统筹管理。城市雨水系统是一个巨大的系统工程，需要依靠完善的法律法规体系保障，可持续的技术与标准体系支撑，多专业的协同配合以及全社会的广泛参与，应坚持因地制宜、生态优先、规划引领的原则，明确目标、理清思路、做好计划、统筹协作，逐步构建我国可持续的城市雨水系统。