國際上生態(tài)防洪理念及其對上海的啟示

陳和謙，呂永鵬

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

1 國際上防洪理念的轉(zhuǎn)變

隨著全球城市化進(jìn)程的加快，世界城市雨洪災(zāi)害比歷史發(fā)生頻率明顯增加，城市防洪壓力增大，城市生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性受到極大威脅。究其原因：首先，快速的城市化使得城市化區(qū)域下墊面結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，不透水面積顯著增加，從而導(dǎo)致徑流系數(shù)明顯增大；其次，目前許多城市的防洪理念仍以工程型防洪為主，而城市防洪設(shè)施的興建速度明顯滯后于城市化速度，每逢暴雨，城市將面臨極大的防洪壓力，也給城市管理者帶來了極大的挑戰(zhàn)；再者，出于防洪的需要，城市河道往往被人為截彎取直，河岸濕地逐漸消失，從而導(dǎo)致生物多樣性受到極大威脅[1,2]。

面對城市防洪壓力的日益增大和城市生物多樣性的顯著降低，國際上許多城市的防洪理念逐步由傳統(tǒng)的工程防洪向生態(tài)防洪轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)如下特點。

1.1 河流的再自然化與生態(tài)修復(fù)理念

河流再自然化與生態(tài)修復(fù)的理念最早被歐美等發(fā)達(dá)國家所接受。1968年，美國制定的《國家洪水保險計劃》中提出了非工程的洪泛區(qū)管理概念；1976年，美國開始開展河流生態(tài)恢復(fù)項目，1995年出臺了全國洪泛區(qū)綜合管理計劃；1997年，歐洲的法國、荷蘭、比利時等國成立了合作組織，以開展下萊茵河地區(qū)開展河流恢復(fù)項目IRMA（International Rhine-Meuse Activities）[3]；1991年 ，瑞士在綜合防洪政策法規(guī)中提出河流生態(tài)化相關(guān)的非工程性保障措施[4]；20世紀(jì)90年代以來，日本和韓國也進(jìn)行了大規(guī)模的河川環(huán)境治理和河流生態(tài)修復(fù)[5]。上述國家均倡導(dǎo)恢復(fù)河流的自然樣貌、融入自然設(shè)計、河流再自然化等生態(tài)防洪理念，提倡將剛性防汛墻后移或棄用而建設(shè)生態(tài)河濱緩沖帶，能夠有效地降低暴雨引起的洪澇災(zāi)害，能夠提升河流濱岸帶的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，提供居民親水平臺[3]（見表1）。

表1 生態(tài)防洪理念在河流生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用一覽表

1.2 徑流系數(shù)零增長理念

在城市規(guī)劃和場地設(shè)計中，許多發(fā)達(dá)國家通過土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)控，以及徑流消納措施，減少城市和場地開發(fā)引起的雨水徑流量，削減洪峰流量，從而降低城市雨洪災(zāi)害風(fēng)險。德國是最早提出城市和場地開發(fā)“徑流零增長”理念的國家之一[9,10]，并利用其開發(fā)的洼地-滲渠系統(tǒng)（Mulden Rigolen System,MR）來試圖達(dá)到該理念[11]。幾十年來，MR系統(tǒng)已經(jīng)被證明是行之有效的暴雨徑流就地消納和凈化的措施，目前已經(jīng)在全球范圍尤其是歐洲被廣泛利用[12]。

1.3 雨洪資源化利用理念

城市雨洪作為資源已經(jīng)被許多國家所認(rèn)可，不僅可以源頭削減徑流量，也可以起到補(bǔ)充地下水、節(jié)約優(yōu)質(zhì)水資源等作用。德國在其聯(lián)邦和地區(qū)的相關(guān)法規(guī)中，明確了雨水排放費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)和雨水利用設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)；美國在其聯(lián)邦水污染控制法、清潔水法、水質(zhì)法案和雨水利用條例等法規(guī)中，明確提出雨水利用；日本對雨水利用實施補(bǔ)助金制度；英國對徑流系數(shù)較大的新建項目提出雨水集蓄利用要求；新西蘭制訂了相關(guān)的雨水利用規(guī)劃和政策；澳大利亞亦開展了大規(guī)模的雨水利用項目[12,13]。

1.4 城市防洪與非點源污染控制的耦合理念

20世紀(jì)70年代以來，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)基本對工業(yè)和生活污染源等點污染源進(jìn)行了有效控制，非點源污染已成為城市水環(huán)境污染的關(guān)鍵因素。許多發(fā)達(dá)國家從系統(tǒng)觀出發(fā)，提出了將城市防洪與非點源污染控制的耦合理念，并開發(fā)了一系列的耦合模式，包括美國的最佳管理措施模式（Best Management Practice，BMP）和低影響發(fā)展模式（Low Impact Development，LID）、英國的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)模式 (Sustainable Urban Drainage System,SUDS）、新西蘭的低影響城市設(shè)計和發(fā)展模式（Low impact urban design and development,LIUDD）、澳大利亞的水敏感城市設(shè)計模式（Water Sensitive Urban Design,WSUD）等[9-11,14-16]。

2 上海城市防洪的壓力

上海是中國城市化速度最快的區(qū)域之一，且上海地區(qū)降雨存在短歷時、高強(qiáng)度的顯著特征(見圖1)。然而，上海暴雨設(shè)計重現(xiàn)期僅為1 a（少數(shù)為3～5 a），遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外平均5～10 a的標(biāo)準(zhǔn)，在梅雨季節(jié)和臺風(fēng)等汛期，上海面臨極大的城市防洪壓力，也造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 汛期降水量統(tǒng)計圖

如圖2所示，1998-2009年間，因城市雨洪所導(dǎo)致的年平均經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.98億元，年平均受災(zāi)人口數(shù)達(dá)18.6萬人。僅2005年的“麥莎”臺風(fēng)期間，暴雨造成市區(qū)200余條馬路積水，5萬余戶居民家中進(jìn)水，受災(zāi)人口達(dá)到94.60萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失13.58億元。利用Spearman非參數(shù)檢驗表明，城市洪災(zāi)嚴(yán)重程度（受災(zāi)人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失）與汛期降水量相關(guān)性不顯著（p>0.05，two-tailed），而與汛期臺風(fēng)頻次和臺風(fēng)影響程度關(guān)聯(lián)較大。臺風(fēng)是一種破壞性極強(qiáng)的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)，其發(fā)生和經(jīng)過路徑難以判斷，一般在臺風(fēng)經(jīng)過的地區(qū)，能產(chǎn)生150 mm至300 mm的降雨，同時引起風(fēng)暴潮，提升上海地區(qū)感潮河流的水位。降雨徑流和泄洪的雙重壓力，導(dǎo)致上海市現(xiàn)有的排水系統(tǒng)難以滿足城市防洪要求。因此，基于水安全的角度，發(fā)展生態(tài)防洪理念勢在必行。

圖2 汛期經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計圖

3 生態(tài)防洪理念對上海的啟示

目前，上海解決城市排水壓力的措施主要是增加泵站數(shù)量和增大排水管徑，以提高泵站和排水系統(tǒng)的排水能力。實踐證明，僅僅依靠此種工程性強(qiáng)排水模式難以完全保障上海城市防汛安全，且對上海城市生態(tài)系統(tǒng)和水文系統(tǒng)影響較大。結(jié)合國際生態(tài)防洪理念，根據(jù)上海城市實際情況，建議從以下幾方面來開展上海城市生態(tài)防洪工作。

3.1 源頭規(guī)劃：加強(qiáng)土地利用調(diào)控與雨水利用

筆者認(rèn)為，城市土地利用調(diào)控主要包括水面調(diào)控、透水下墊面調(diào)控和建筑容積率調(diào)控三個方面。水面調(diào)控，主要是指維持和提高城市水面率，保證湖泊和河流等天然水體對暴雨徑流的阻滯作用，降低城市降雨產(chǎn)流速度，延長峰現(xiàn)時間。透水下墊面調(diào)控，主要是提高透水下墊面的比例，擴(kuò)大城市綠地面積，鋪設(shè)透水性路面，逐步恢復(fù)近自然的徑流過程，提高水份入滲和地下水補(bǔ)給比例，使土壤對降雨的緩沖作用得以體現(xiàn)，削減產(chǎn)生城市降雨徑流的水量，延長匯流時間。建筑容積率調(diào)控，主要是指提高建筑容積率，逐漸置換低容積率建筑，從而提高區(qū)域綠化率，發(fā)揮綠地對降雨的阻截、吸收和透水作用[1,2,17]。

國內(nèi)外實踐證明，通過設(shè)立雨水調(diào)蓄池，建立屋面和路面雨水收集回用系統(tǒng)，提高雨水收集率，經(jīng)處理后用作綠化、市政用水或進(jìn)行地下水回灌[2,13]，可在一定程度上削減徑流產(chǎn)生量和洪峰流量[1,2]。

3.2 過程滯納：加快綠地低勢化改造與河岸帶生態(tài)化改造

上海現(xiàn)有絕大多數(shù)城市綠地高程略高于路面，加之路牙的存在，阻礙了路面徑流匯入綠地的途徑，使得綠地對徑流的滯納功能難以體現(xiàn)。建議借鑒國外常用做法，對現(xiàn)有綠地進(jìn)行低勢化改造，并將部分路牙開口，以便徑流匯入綠地[12]，不僅可以有效削減暴雨徑流量，還可以在一定程度上削減非點源污染物。

由于土地利用空間的限制加之城市防洪的需要，上海城市河岸帶基本以水泥擋墻為主，自然濱岸帶的結(jié)構(gòu)消失，其對暴雨徑流的滯納功能也隨之嚴(yán)重退化。建議在保障城市防洪安全的基礎(chǔ)上，采用后擋墻方式，將剛性防汛墻后移而建設(shè)生態(tài)型河流濱岸緩沖帶，不僅可以滯納雨洪徑流，還可以提高生物多樣性，并為公眾提供游憩空間。

3.3 末端修復(fù)：恢復(fù)河流自然結(jié)構(gòu)與生態(tài)修復(fù)

上海城市河流經(jīng)過疏浚整治后，河流蜿蜒曲折的自然形態(tài)和結(jié)構(gòu)遭到一定破壞，河網(wǎng)結(jié)構(gòu)對雨洪徑流的緩沖作用降低，使城市化區(qū)域降雨匯流歷時更短、峰值更高。另外，由于部分河段要接納排水系統(tǒng)出水，河槽流速增大，致使徑流流速和徑流量增加，峰值提前。通過恢復(fù)河流蜿蜒曲折的自然結(jié)構(gòu)并進(jìn)行河流生態(tài)修復(fù)，增大河網(wǎng)水系對洪峰流量的阻滯作用，使暴雨徑流在河道中的滯留時間延長，能夠分散洪峰流量，推遲峰現(xiàn)時間，可在較大程度上降低城市雨洪災(zāi)害風(fēng)險，并對城市生物多樣性保護(hù)起到積極作用。

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