低影響開發雨水系統及其應用

萬耀強韋學玉申粵

（1.南水北調中線干線工程建設管理局，河南鄭州 450018；2.安徽工程大學，安徽蕪湖 241000）

低影響開發雨水系統及其應用

萬耀強1韋學玉2申粵1

（1.南水北調中線干線工程建設管理局，河南鄭州 450018；2.安徽工程大學，安徽蕪湖 241000）

在充分總結、剖析低影響開發雨水系統內涵、現有成熟技術及其應用的基礎上，分析其技術和理念的可行性、可靠性及其應用前景，對今后在城鎮雨洪管理中引入低影響開發雨水系統提出有益的建議。

低影響開發；雨水管理；透水鋪裝；生物滯留；綠色屋頂

隨著城市的快速發展和城市化水平的提高，城市不透水面積不斷增加，一方面改變了城市原有的水生態過程和水文循環狀態，降低土壤滲透、植物吸收和地面調蓄能力，導致地表徑流量和峰值增加，地下水補給量減少；另一方面引起城市環境、生態和氣候特性變化，導致城市發生不同程度內澇災害和“熱島”效應。在暴雨過程中，不透水地表上的降雨形成了地表匯流時間縮短，增加了城市內澇災害發生的頻率和強度，給人民生活和生產帶來極大影響。因此，在城市雨洪管理中引入低影響開發（Low Impact Development，LID）模式，是解決城鎮洪澇災害的重要措施之一。

1 低影響開發雨水系統

LID是在城市建設和開發過程中，模擬自然水文循環狀態，采用源頭分散式控制理念維護城市開發前的水文特性。其核心理念是在城市規劃、設計和建設中，引入低影響開發模式和綠色基礎設施理念，模擬城市開發前的自然水文條件，采用分散式源頭調控為主的低影響開發策略和技術措施，使開發建設后的城市保持良好的水文功能，最大限度降低和減少土地開發導致城市水文變化和對生態環境的影響［1］。通過建設城市低影響開發雨水系統，利用土地下滲，綠地、景觀水體和洼地的滯留，雨水在土壤下滲過程的凈化，雨水通過管道和天然河道排放等多種技術，減少和消減雨水徑流量排放，提升徑流水質，實現城市雨水的良性水文循環，提高城市開發區域對雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放功能，維持或恢復城市的“海綿”功能。

目前，我國雨洪管理采用傳統的以排為主的雨洪設計和管理理念，大部分城市通過城市雨水管網系統將雨水收集后排放到城市河流、湖泊等受納水體，由于城市快速擴張，城市地形、地貌發生變化，改變原有排水體系和水循環系統，原來的河道、湖泊、水塘也演變為城區內河和景觀水體，吸納和排放雨水能力減弱，造成雨水徑流不能及時排放，加劇城市內澇災害發生頻率。因此，在城市規劃和開發建設中引入低影響開發雨水系統，根據城市氣象、水文、地形、地質等現狀條件，充分考慮城市雨洪調蓄、水質保護、資源化利用等技術和措施，運用生態和近自然的雨洪生態管理“軟排水”模式，改變單純依賴管網工程設施的傳統雨洪管理理念［2］。在城市規劃、設計、建設及后期運行維護過程中，采用低影響城市設計和開發模式，充分發揮城市自然生態系統涵養水源、調蓄雨洪、水質保護、雨水資源化利用等方面的功能。

2 低影響雨水開發技術措施

低影響開發采用源頭分散式控制理念實現城市雨洪生態管理的軟排水模式，按照功能劃分，主要包括滲透、儲存、調節、傳輸和凈化等功能，按照技術措施劃分，主要包括透水鋪裝、綠色屋頂、生物滯留、植草溝、雨水花園、雨水桶和滲透池等技術措施。

2.1 透水鋪裝

透水鋪裝采用透水材料，能夠有效降低城市不透水面積，增加雨水下滲，減少對硬化鋪裝區的沖刷，消減地面雨水徑流總量。透水鋪裝下滲過程，土壤基質對雨水沖涮的污染物進行物理、化學和生物作用，起到凈化雨水的作用，減少對受納水體的負面影響。鋪裝一般采用具有透水性的材料，如透水磚、透水水泥混凝土等。另外，采用草坪磚、碎石和卵石等大孔隙材料，促進雨水下滲。透水鋪裝主要用于廣場、停車場、人行道以及車流量和荷載較小的道路。

Collins對Kinston停車場透水鋪裝的監測研究表明，與瀝青路面停車場對比，在降雨強度13～25mm/h時，透水鋪裝停車場對降雨峰值消減率為42%～68%［3］。Hunt等對透水鋪裝停車場的研究表明，透水鋪裝的多孔介質截留75%降雨量，另外25%形成徑流［4］。

通過對城市廣場、停車場、道路和人行道等進行透水鋪裝改造，增加雨水下滲功能，從源頭上消減地面徑流總量和峰值，延緩雨水對下游受納水體的沖擊和負面影響，減少城市道路積水和內澇災害發生頻率，逐漸恢復城市開發前的自然水文循環條件，重建滲透、調蓄、滯留、排放等新型雨水管理體系，實現開發后水文特征接近開發前的目標。

2.2 綠色屋頂

綠色屋頂是在屋頂上種植綠色植物，也稱種植屋面、屋頂綠化等，由植被層、介質、土壤、排水層及防水層等多層材料構成。綠色屋頂上的土壤、植物葉部和根莖可以吸收、滯留部分雨水，消減徑流量，通過土壤的吸附、微生物降解等作用去除雨水中的污染物，還對建筑物起到降溫、凈化空氣、降低“熱島”效應等效果。主要適用于在設計和建設時考慮防水、荷載和坡度等方面的平屋頂建筑和坡度小于15%坡面屋頂建筑。

Mentens等人對綠色屋頂與其他屋頂滯留雨水能力進行對比研究表明，在降雨過程中，降雨量的91%通過傳統非綠色屋頂排放，而對于花園型綠色屋頂，僅有降雨量的15%排放［5］。Katherine Alfredo等人研究表明，不同基層厚度和屋頂坡度對雨水的滯留能力有一定的影響，在降雨范圍和降雨量一定的情況下，土壤厚度越厚，綠色屋頂對雨水的截留能力越強，降雨產生的徑流量占總降雨量的比例越小，平均填料深度89～400mm，平均徑流消減率為45%～87%［6］。Getter等人對4塊不同坡度（2%、7%、15%、25%）的簡單性綠色屋頂在不同降雨事件中徑流消減效益的研究結果表明，坡度為25%時，徑流平均消減率為76.4%；坡度為2%時，徑流平均消減率為85.6%，徑流消減率隨著坡度增加而減小［7］。

2.3 生物滯留設施

在城市規劃和建設過程中，利用城市地勢較低的區域，建設生物滯留設施，主要包括雨水花園、生物滯留帶、植草溝、生態樹池和下沉式綠地等，一般由碩石層、沙層、種植土壤層和蓄水層等組成。適用于建筑與小區內建筑、道路及停車場的周邊綠地等場所。

降雨時，不透水路面雨水流入生物滯留設施，經植物吸收、土壤過濾、微生物分解等物理、化學和生物作用，減少和緩解雨水徑流量和峰值，去除雨水中部分污染物，實現雨洪滯留、蓄存和水質處理的作用。Dietz和Clausen等［8］對某雨水花園進出水口徑流量監測表明，雨水花園能消減徑流峰值流速和延長峰值滯后時間。Chapman等研究發現，雨水進入生物滯留系統，通過滲透、吸收和蒸發等作用，可以減少48%～74%的徑流量。Sansalone等對雨水花園的進出口水質進行采樣分析表明，雨水花園對TSS的去除率為82.1%～95.7%，對COD的去除率為75.4%和90.3%。

生物滯留設施能有效消減雨水徑流量和峰值，并通過土壤基質、植物及微生物的過濾、吸附和降解等作用，有效地去除雨水中的污染物。因此，在城市規劃和建設過程中，根據城市地形、地質、景觀和水系等條件，生物滯留設施應與城市綠地、景觀和城市水系設計相結合，在減少雨水徑流的同時，又可以提升城市綠化和景觀。

2.4 其他

除以上低影響開發技術之外，還有植被緩沖帶、滲透塘、滲透溝渠、滲透井、雨水罐和調節塘等技術設施，一般都是利用雨水下滲、滯留和過濾等作用，達到消減地面徑流峰值和凈化雨水的作用。根據城市地理條件、地質條件、氣象條件、降雨特點和地面污染情況等因素，因地制宜地采用一種或多種低影響雨水開發技術措施。

3 低影響開發雨水系統的實施現狀

目前，我國大部分城市采用傳統的以管網工程為主的硬排水模式，較少考慮城市雨洪調蓄、水質保護和水資源高效利用等低影響雨水開發技術措施，由于城市快速擴張，導致大部分城市排水設施相對滯后，降雨造成我國大部分城市道路積水和內澇頻發，嚴重影響城市安全和人民生活。因此，我國急需制定相關政策、技術措施和先進的雨洪管理理念，解決嚴峻的城市積水和內澇問題。在借鑒國外先進的雨洪管理理念的基礎上，如美國創立最佳管理措施（Best Management Practices，BMPs）模式、低影響開發（Low Impact Development，LID）模式等，英國推行可持續城市排水系統模式（Sustainable Drainage sys?tem，SUDS），澳大利亞提倡水感城市設計模式（Water Sen?sitive Urban Design），新西蘭制定了低影響城市設計和開發策略（Low Impact Urban Design and Development，LI?UDD）。住房城鄉建設部頒布了《海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建》，為我國雨洪管理和低影響開發雨水系統建設提供可靠的依據。在城市總體規劃、建設用地審批和建設工程規劃審批等環節，政府部門應以海綿城市建設技術指南為導向，引導在城市設計和建設過程中融入低影響雨水開發系統的雨洪管理新理念，同時也應加強對低影響開發雨水系統建設的審查和監督力度，推動我國低影響開發雨水系統建設。

低影響開發雨水系統實施過程，政府需要統籌協調城市規劃設計、開發建設和運行管理等相關部門，在城市開發建設的各個環節，嚴格遵循低影響開發理念，并依據海綿城市建設技術指南制定的基本原則、控制指標和建設內容等，因地制宜地制定符合我國城市發展的低影響開發模式，如海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建。在實施過程，也可以借鑒國外經驗，制定相應的法律法規與經濟激勵政策，監督和促進我國城市低影響雨水系統的建設，如可以依據美國經驗制定雨水排放許可制度，采用稅收優惠、政府補貼和貸款免息等經濟激勵手段，鼓勵建設單位在建設過程融入低影響開發理念，采用新的雨水處理與利用方式。

4 結語

在一些發達國家，已形成相對完善、適合本國的低影響開發模式，而在我國城市化進程中，單純依賴管網工程設施的傳統雨洪管理理念的弊端已經凸顯，降雨容易導致城市道路積水和內澇災害發生，嚴重影響人民生產和生活，急需采取相應技術措施解決降雨造成城市積水和內澇問題。在此背景下，我國在借鑒國外先進的雨洪管理經驗，并結合國內現狀制定了海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建。該指南作為我國創立的低影響開發建設模式，指導我國城鎮化建設過程中，推廣和應用低影響開發雨水系統模式，并依據構建的基本原則、規劃控制目標及其構建的內容、要求和方法等方面的規定建立適合我國的雨洪管理措施，為建設具有我國特色的城市雨水自然積存、調蓄、滲透和凈化功能的海綿城市提供保障。

［1］中華人民共和國住房城鄉建設部.海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建［S］.北京：中國建筑工業出版社，2014.

［2］徐海順，蔡永立.城市新區生態雨水基礎設施規劃理論、方法與應用研究［D］.上海：華東師范大學，2014.

［3］KA Collins，WF Hunt，JM Hathaway.A Field Evaluation of For Types of Permeable Pavement With Respect to Water Quali?ty Improvement and Flood Control［J］.American Society of Civil En?gineers，2014：275-289.

［4］Hunt W F，Stephens S，Mayes D，et al.Permeable pave?ment effectiveness in Easter North［A］//Proceedings of 9th Interna?tional coference on Urban Dramage［C］.Portland：ASCE，2002.

［5］J Mentens，D Raes，M Hermy.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21st century?［J］.Landscape and urban planning，2006（3）：217-226.

［6］K Alfredo，F Montalto，A Goldstein.Observed and Mod?eled Performances of Prototype Green Roof Test Plots Subjected to Simulated Low-and High-Intensity Precipitations in a Laboratory Experiment［J］.Journal of Hydrologic Engineering，2010（6）：444-457.

［7］KL Getter，DB Rowe，JA Andresen.Quantifying the effect of slope on extensive green roof stormwater retention［J］.Ecological Engineering，2007（31）：225-331.

［8］ME Dietz，JC Clausen.A Field Evaluation of Rain Garden Flow and Pollutant Treatment［J］.Water，air，&Soil Pollution，2005（1）：123-138.

Design and Implementation of Low Impact Development Stormwater System and Its Application

Wan Yaoqiang1Wei Xueyu2Shen Yue1
（1.Construction and Administation Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Zhengzhou Henan 450018；2.Anhui Polytechnic University，Wuhu Anhui 241000）

Based on the fully summary and analysis of the connotation of the low impact development stormwater sys?tem,the existing mature technology and its application,the feasibility and reliability of the technology and concept and its application prospect were analysed.Some useful suggestions were put forward for low impact development stormwater system in urban stormwater management in the future.

low impact development；stormwater management；permeable pavement；biological retention；green roof

TV213.9

A

1003-5168（2016）12-0155-03

2016-11-16

萬耀強（1976-），男，博士，高級工程師，研究方向：生態水利學。