【題記】

我國城市雨洪問題日益突出，國家及地方相繼出臺了基于低影響開發(fā)和綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施理念的城市雨水控制利用法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。然而，與許多發(fā)達(dá)國家相比，我國城市雨水管理技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)仍不完善。應(yīng)該如何解決這一重要問題呢？請看此文：在闡述美國城市雨水管理發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對城市雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)成、控制指標(biāo)、制定原因、相互關(guān)系進(jìn)行了剖析，提出我國多目標(biāo)、多層次的雨水控制利用標(biāo)準(zhǔn)制定的幾點(diǎn)建議。

美國雨水管理標(biāo)準(zhǔn)剖析及其對我國的啟示

李小靜¹ 李俊奇¹ 王文亮^1,2

(1北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，北京1000441；2 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

城市化過程中原有水文循環(huán)遭到破壞，自然滯蓄能力銳減，導(dǎo)致雨水資源流失、徑流污染增加及內(nèi)澇頻發(fā)等問題凸顯，僅靠傳統(tǒng)雨水管渠排水系統(tǒng)難以應(yīng)對復(fù)雜的城市雨水問題。發(fā)達(dá)國家城市雨水管理的經(jīng)驗表明，應(yīng)建立由源頭滯蓄減排、傳統(tǒng)排水管渠及開放空間調(diào)蓄等共同組成的多目標(biāo)多層次的城市雨洪管理體系，因此需要制定相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。本文將重點(diǎn)闡述美國區(qū)別于傳統(tǒng)雨水排水系統(tǒng)的城市雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系，以期為我國城市雨水控制利用標(biāo)準(zhǔn)體系的建立提供借鑒。

1 美國城市雨水管理的發(fā)展過程

1.1雨水管理理念

從美國城市雨水管理的發(fā)展歷程看，雨水管理的理念也經(jīng)歷了從排放到水量控制、水質(zhì)控制、生態(tài)保護(hù)等過程。20世紀(jì)50年代末，美國城市雨水的管理理念同樣是“排放”，20世紀(jì)70年代，開始意識到“以排為主”的方式不足以解決城市雨水造成受納水體污染、城市洪澇等一系列問題，為了更好地保護(hù)水環(huán)境，美國開始運(yùn)用雨水調(diào)節(jié)、滯留等最佳管理實(shí)踐（BMPs）削減城市徑流污染總量和峰值流量，但更注重依靠管道末端設(shè)施如調(diào)節(jié)塘（detentionpond）等集中管理雨水；20世紀(jì)90年代至今，美國各州意識到“雨水源頭管理的價值遠(yuǎn)大于后期治理”，雨水管理理念和技術(shù)的重點(diǎn)逐漸由BMPs末端向低影響開發(fā)（LID）源頭控制轉(zhuǎn)變，利用綜合的綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施（GSI），逐步構(gòu)建徑流污染、峰值流量與徑流體積削減相結(jié)合的多目標(biāo)控制體系。

總結(jié)美國城市雨水管理理念發(fā)展的過程，經(jīng)歷了“管渠排水→防澇與水質(zhì)控制→多目標(biāo)控制以恢復(fù)自然水文循環(huán)”的轉(zhuǎn)變過程，這一由單一排放到回歸自然的演變過程值得我國借鑒，指導(dǎo)我們在構(gòu)建城市可持續(xù)雨水管理系統(tǒng)的道路上少走彎路。

1.2雨水標(biāo)準(zhǔn)體系

隨著城市雨水管理理念由峰值控制向LID源頭減排轉(zhuǎn)變，美國雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系經(jīng)歷了由峰值流量到污染物再到徑流體積的發(fā)展過程，基于徑流體積的水文方法（Volume BasedHydrology，VBH）在美國得到了迅速發(fā)展。究其根源，一方面是由于LID技術(shù)設(shè)施的設(shè)計規(guī)模便于用體積表達(dá)，另一方面是由于城市開發(fā)帶來的峰值流量、污染物總量及匯流時間的變化，本質(zhì)是由于徑流體積的增加引起的，通過體積控制可實(shí)現(xiàn)其他指標(biāo)的控制目標(biāo)。

美國基于徑流體積控制的城市雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系（Stormwater SizingCriteria）包括源頭減排體積、河道保護(hù)體積、漫灘洪水控制體積和極端洪水控制體積，下面將對這些標(biāo)準(zhǔn)的大小、制定依據(jù)及目標(biāo)等進(jìn)行匯總和分析，并探討對我國城市雨水控制利用標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建的啟示。

2基于徑流體積控制指標(biāo)的美國城市雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系

2.1源頭減排體積控制標(biāo)準(zhǔn)

美國各州的源頭減排體積標(biāo)準(zhǔn)包含水質(zhì)控制體積、地下水回補(bǔ)體積和源頭滯蓄體積3種方法，目的在于通過有效控制中小降雨事件以維持開發(fā)前自然水文循環(huán)，緩解城市開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境破壞，區(qū)別在于技術(shù)體系不同、標(biāo)準(zhǔn)大小不同。

2.1.1水質(zhì)控制體積標(biāo)準(zhǔn)

水質(zhì)控制體積（Water Quality Volume，WQ_V）標(biāo)準(zhǔn)主要通過控制高頻率的中小降雨事件來有效控制徑流污染。在BMPs雨水管理理念時期，側(cè)重于通過BMPs技術(shù)的管道末端控制技術(shù)如滯留塘、濕地等實(shí)現(xiàn)WQ_V標(biāo)準(zhǔn)。LID理念推行以來，WQ_V標(biāo)準(zhǔn)則優(yōu)先通過源頭滯蓄技術(shù)（Retention）及凈化（Treatment）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。從而引出了源頭滯蓄體積標(biāo)準(zhǔn)（Runoff ReductionVolume / On-Site Retention Volume，RRv），即通過LID雨水源頭滯蓄技術(shù)（下滲、蒸發(fā)、收集回用）維持開發(fā)前的徑流體積。

當(dāng)?shù)亟涤晏卣鳌?span style="max-width: 100%; word-wrap: break-word !important; box-sizing: border-box !important;">土壤滲透性能、受納水體水環(huán)境容量、項目屬性（新建或改建）不同，WQ_V標(biāo)準(zhǔn)的大小存在差異，美國典型州的WQ_V標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，出現(xiàn)了四個標(biāo)準(zhǔn)等級，即控制年均80%、85%、90%、95%降雨場次。位于美國中西部地區(qū)的年均降雨量不足400mm的18個州則沒有州級別的控制標(biāo)準(zhǔn)。

85%年降雨場次控制標(biāo)準(zhǔn)的制定最早來自Guo對延時滯留塘的徑流污染物控制效果與降雨資料統(tǒng)計規(guī)律的研究中，為實(shí)現(xiàn)徑流污染物總量控制效益最大化，推薦年降雨場次控制率應(yīng)為82%-88%，該研究結(jié)果作為確定WQ_V的技術(shù)報告，于1998年被《城市徑流水質(zhì)管理》引用后，廣泛出現(xiàn)于一些州的雨水管理手冊中。80%年降雨場次控制標(biāo)準(zhǔn)則源自2003年加利福尼亞州的《新建改建雨水最佳管理手冊》中，制定依據(jù)同樣也是污染控制與效益最大化。

90%年降雨場次控制標(biāo)準(zhǔn)在美國東北部地區(qū)大致相當(dāng)于控制降雨初期0.8-1.2 inch的降雨量，部分州則直接稱為初期1inch降雨量，該標(biāo)準(zhǔn)的制定源自“初期沖刷（first flush）”概念，認(rèn)為大部分徑流污染物存在于初期0.5inch-1.0inch降雨產(chǎn)生的徑流中，控制90%年降雨場次對應(yīng)徑流體積即可控制約90%的年徑流污染物負(fù)荷。西弗吉尼亞州則出于考慮開發(fā)前自然地貌下約10%的年均降雨量會產(chǎn)生徑流，而制定源頭滯留體積標(biāo)準(zhǔn)為控制90%的年降雨總量。

95%年降雨場次控制標(biāo)準(zhǔn)是在2009年美國環(huán)保局頒布的“雨水徑流減排技術(shù)導(dǎo)則”中首次提出，認(rèn)為95%降雨場次控制率所對應(yīng)的年徑流體積與未開發(fā)前自然狀態(tài)下的年均下滲量一致。隨后出現(xiàn)于2010年《切薩皮克灣流域聯(lián)邦政府土地管理導(dǎo)則》及2013年《哥倫比亞雨水管理導(dǎo)則》。

2.1.2地下水回補(bǔ)體積標(biāo)準(zhǔn)

地下水回補(bǔ)體積（GroundwaterRecharge Volume, GR_V）是水質(zhì)控制體積中的一部分，有些州明確要求場地內(nèi)的雨水進(jìn)行地下水回補(bǔ)。GR_V標(biāo)準(zhǔn)的制定目的在于通過生物滯留、透水鋪裝、滲透塘等雨水下滲技術(shù)維持地下水水位及基流量，防止河道與濕地萎縮。GRv的制定基于LID理念，即綜合考慮具體場地的土壤類型、氣候特點(diǎn)等因素，最大程度維持開發(fā)前自然下滲量。美國部分州GR_V標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2.2河道保護(hù)體積

河道保護(hù)體積標(biāo)準(zhǔn)（ChannelProtection Volume，CP_V）制定的目的在于保護(hù)自然河道、濕地等免受徑流引起的侵蝕及生物棲息地破壞，CP_V主要利用雨水調(diào)節(jié)設(shè)施如調(diào)節(jié)塘（detention pond）等末端設(shè)施進(jìn)行峰值流量控制。

河道保護(hù)體積標(biāo)準(zhǔn)主要分兩類：一類是1年一遇24h降雨延時調(diào)節(jié)（extendeddetention）24h（如馬里蘭州等），另一類認(rèn)為此標(biāo)準(zhǔn)較低，需采取“超標(biāo)控制”（over-control），即2年一遇降雨事件的峰值流量，如明尼蘇達(dá)州、康涅狄格州及新罕布什爾州等，具體為：維持開發(fā)前后2年一遇24h降雨事件的峰值流量不變；控制開發(fā)后2年一遇24h降雨事件的峰值流量為開發(fā)前的50%或與開發(fā)前1年一遇24h降雨事件的峰值流量相同。河道保護(hù)控制體積的制定依據(jù)為美國多數(shù)自然河道在1-2年一遇的降雨事件下會出現(xiàn)滿流或接近滿流的狀態(tài)。

在流域保護(hù)中心的雨水管理手冊中對CP_v標(biāo)準(zhǔn)的適用條件進(jìn)行了分級規(guī)定，若場地匯水區(qū)的面積小于受納渠道或水體的總匯水面積的10%，可僅采取消能措施和河岸緩沖帶以減小徑流流速和控制水質(zhì)；若匯水區(qū)的面積大于總匯水面積的10%或場地開發(fā)面積大于4ha時，還需通過水文水力分析評價場地開發(fā)對下游受納河道、水體或雨水管網(wǎng)造成的影響，并采取以下措施：1）通過場地規(guī)劃降低徑流體積和峰值；2）經(jīng)許可后采取下游河道修復(fù)或渠道穩(wěn)定措施；3）開發(fā)后1年一遇24h降雨徑流體積放空時間大于24h。

部分州則規(guī)定當(dāng)場地外排峰值流量較小或受納水體規(guī)模較大時CP_V不作要求：1）若外排峰值流量不大于200m³/h, 只滿足水質(zhì)控制體積和地下水回補(bǔ)體積標(biāo)準(zhǔn)即可；2）源頭滯蓄措施已控制CP_V；3）場地不透水面積小于1acre；4）雨水排放于較大河流、湖泊、河口或潮汐水域等受納水體，且場地面積占其上游流域面積的比例不足5%，當(dāng)存在徑流污染問題時仍作要求。

2.3漫灘洪水體積和極端洪水體積

美國雨水管理系統(tǒng)下的洪水控制標(biāo)準(zhǔn)（Flood Control）目標(biāo)為控制上游城市開發(fā)造成的下游洪水發(fā)生頻率的增加及河道洪泛區(qū)范圍的擴(kuò)大。洪水控制標(biāo)準(zhǔn)包括漫灘洪水控制體積標(biāo)準(zhǔn)和極端洪水控制體積標(biāo)準(zhǔn)兩個級別。

Qp標(biāo)準(zhǔn)與市政管網(wǎng)、涵洞和敞開式明渠的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相銜接，普遍為維持開發(fā)前后10年一遇24h（多為美國市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)）降雨事件的外排峰值流量不變。Qp根據(jù)各州的條件不同而有差異，一般為2-10年，也有個別地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)較高，如哥倫比亞特區(qū)為15年，喬治亞州為25年。Qp標(biāo)準(zhǔn)不適用于以下情況：1）受納水體能夠承載Qp標(biāo)準(zhǔn)；2）場地占地面積小于5acre（2ha）；3）條件不允許的改建項目。

極端洪水標(biāo)準(zhǔn)（Extreme Flood Volume，Q_f）的目標(biāo)為減少極端暴雨事件（Majorstorm flood control events）造成的生命財產(chǎn)損失，防止開發(fā)前100年一遇洪泛區(qū)范圍的擴(kuò)大。

Q_f標(biāo)準(zhǔn)為維持開發(fā)前后100年一遇24h降雨事件的外排峰值流量不變，該標(biāo)準(zhǔn)的制定基于聯(lián)邦應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)（FEMA）在全國洪水保險計劃中確定的100年一遇洪泛區(qū)界限，通常開發(fā)場地不在100年一遇洪泛區(qū)范圍之內(nèi)時無須執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。

哥倫比亞特區(qū)Q_f的適用條件為：1）增加了洪水風(fēng)險區(qū)（Special FloodHazard Area，SFHA）的范圍；2）無市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)且開發(fā)后100年一遇的降雨事件會造成建筑淹水。

3 美國城市雨水綜合管理標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍與相互之間的關(guān)系

3.1 雨水管理標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍

1987年，美國將非點(diǎn)源污染控制納入到“國家污染排放許可證制度（National PollutantDischarge Elimination System, NPDES）”時，90%的州規(guī)定占地面積超過1英畝（約4000平方米）的建設(shè)項目需獲得雨水排放許可，多數(shù)州級別的NPDES許可（由國家EPA授權(quán)執(zhí)行）及相關(guān)雨水法規(guī)規(guī)定的適用范圍與國家層面的NPDES許可相同，但華盛頓州市政雨水許可、福羅里達(dá)州環(huán)境資源許可、馬里蘭州雨水法規(guī)、特拉華州的沉淀物及雨水法規(guī)和哥倫比亞特區(qū)市政法規(guī)制定了更為嚴(yán)格的要求。通常選擇控制標(biāo)準(zhǔn)時在滿足聯(lián)邦政府、州、地方法律和條例要求下，執(zhí)行各州或地區(qū)更為嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)。各州雨水管理標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍見表3。

3.2新建項目和改建項目標(biāo)準(zhǔn)有何不同

在美國，需申請建設(shè)許可的項目都需要實(shí)施雨水管理并達(dá)到相應(yīng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。新建、改建項目皆應(yīng)根據(jù)場地條件，通過技術(shù)可行性分析，在場地內(nèi)和場地外因地制宜地最大程度實(shí)施雨水控制，仍不能達(dá)標(biāo)的還可申請交納相應(yīng)的雨水排放費(fèi)，提供了多種途徑實(shí)現(xiàn)雨水管理標(biāo)準(zhǔn)。

改建項目實(shí)施雨水管理有助于提高排水標(biāo)準(zhǔn)并改善徑流水質(zhì)，但與新建項目相比，改建項目往往開發(fā)強(qiáng)度大、不透水面積比例高、地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜、可利用空間少，因此美國一些州改建項目的雨水管理標(biāo)準(zhǔn)具有一定的靈活性，圖表4所示。

3.3標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)體系之間的關(guān)系

城市雨水管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)排水系統(tǒng)為兩套系統(tǒng)，前者是后者的重要補(bǔ)充，因此以上所述美國城市雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系區(qū)別于傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，分別為LID及BMPs等GSI現(xiàn)代雨水管理技術(shù)和傳統(tǒng)管渠的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

在雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系中，雨水源頭減排體積針對高頻率的中小降雨事件，而河道保護(hù)和洪水控制體積則針對低頻率的強(qiáng)降雨事件，高、低體積控制標(biāo)準(zhǔn)之間是逐級包含的關(guān)系，即雨水源頭減排是城市排水及洪澇系統(tǒng)的重要組成部分。各標(biāo)準(zhǔn)及對應(yīng)的技術(shù)體系之間關(guān)系如圖1所示。

4 對我國雨水控制利用標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建的啟示

近些年，為減輕城市內(nèi)澇及雨水徑流污染、合理利用雨水資源，國家和地方相繼發(fā)布了多項法規(guī)條例，同時新編和修訂了多部相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對指導(dǎo)和推動我國雨水控制利用系統(tǒng)的實(shí)施意義重大，但與美國雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系相比，我國雨水控制利用標(biāo)準(zhǔn)體系需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化。

（1）標(biāo)準(zhǔn)制定的原則。從美國雨水管理體系的發(fā)展歷程可以看出，美國雨水管理逐漸向多目標(biāo)、回歸自然的方向發(fā)展，因為城市雨水不僅是排水的問題，而是包含徑流污染控制、雨水資源化利用、排水防澇的系統(tǒng)工程，城市雨水管理應(yīng)尊重自然、順應(yīng)自然并保護(hù)自然，以構(gòu)建自然水循環(huán)為最終目標(biāo)�；�于此，城市雨水控制利用標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)是多目標(biāo)、分層次的，應(yīng)注重標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)體系在城市規(guī)劃與實(shí)施階段的可操作性。

（2）標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性和銜接性。綜上分析，美國雨水管理標(biāo)準(zhǔn)體系及技術(shù)體系涉及源頭減排、自然河道保護(hù)、城市排水防澇及城市防洪，標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)之間相互補(bǔ)充、相互銜接，利于從流域角度系統(tǒng)性的保護(hù)城市水環(huán)境及水安全。美國以徑流體積作為計算指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)體系框架有助于理清各控制目標(biāo)之間的銜接關(guān)系，值得我國借鑒。

（3）標(biāo)準(zhǔn)的合理性和可實(shí)施性。美國城市雨水管理針對不同控制目標(biāo)分別制定不同的體積控制標(biāo)準(zhǔn)，注重水文地質(zhì)特征及新建、改建項目的具體條件的分析，按照經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)應(yīng)用最大化的原則，合理制定雨水管理標(biāo)準(zhǔn)，靈活選用雨水技術(shù)，有利于城市雨水控制利用系統(tǒng)的規(guī)劃和實(shí)施。