2015海綿城市建設(shè)指南解讀之基本概念與綜合目標(biāo)
車伍1,2,趙楊2,3,李俊奇1,王文亮1,2,王建龍1,王思思1,宮永偉1
(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(yàn)室,北京100044;2.北京建筑大學(xué)北京建筑節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,北京100044;3.北京雨人潤(rùn)科生態(tài)技術(shù)有限責(zé)任公司,北京100044)
摘要:《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》中涉及一系列新的基本概念、參數(shù)和方法,其控制目標(biāo)也與傳統(tǒng)排水系統(tǒng)有很大差異。對(duì)這些基礎(chǔ)問(wèn)題、關(guān)系與要點(diǎn)的透徹理解和把握,是落實(shí)海綿城市建設(shè)的重要基石。作為系列解讀文章的第一篇,結(jié)合編制過(guò)程中的深入思考及長(zhǎng)期研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),著重闡述海綿城市的基本概念與內(nèi)涵、狹義與廣義低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)與海綿城市的關(guān)系,以及綜合目標(biāo)的構(gòu)建與各子目標(biāo)之間的關(guān)系等基礎(chǔ)問(wèn)題,以期更清晰、科學(xué)地指導(dǎo)后續(xù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)工作的推進(jìn)。
十八大以來(lái),中央政府將發(fā)展生態(tài)文明作為國(guó)家戰(zhàn)略,超過(guò)200個(gè)地級(jí)以上城市提出了建設(shè)生態(tài)、低碳城市的發(fā)展目標(biāo)。但中國(guó)城市仍普遍面臨內(nèi)澇頻發(fā)、水環(huán)境污染嚴(yán)重、水資源短缺等生態(tài)災(zāi)害,傳統(tǒng)的城市雨水排放模式弊端顯現(xiàn),難以為繼。國(guó)務(wù)院辦公廳先后發(fā)布國(guó)辦發(fā)(2013)23號(hào)、國(guó)發(fā)(2013)36號(hào)政策文件,高度關(guān)注城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問(wèn)題,要求各地2014年底前編制完成排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃。這些舉措促進(jìn)了《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》、《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》、《城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范》等多部規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)新編或修編,引發(fā)業(yè)內(nèi)對(duì) “低影響開(kāi)發(fā)”、“排水防澇”、“調(diào)蓄隧道”、“海綿城市”等熱點(diǎn)問(wèn)題的廣泛關(guān)注與討論,也進(jìn)一步推動(dòng)了北京、上海、深圳、廣州、嘉興等城市雨水調(diào)蓄池、調(diào)蓄隧道等設(shè)施及低影響開(kāi)發(fā)示范區(qū)的積極建設(shè)。
為建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市,由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部組織,北京建筑大學(xué)主編,中國(guó)城市規(guī)劃研究院等9家規(guī)劃設(shè)計(jì)單位參加編制《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》(以下簡(jiǎn)稱《指南》)于2014年11月發(fā)布試行!吨改稀返陌l(fā)布產(chǎn)生了巨大反響,但對(duì)指南的理解和在推行過(guò)程中,還存在不少的困惑、疑問(wèn)和誤讀,對(duì)科學(xué)地理解《指南》和貫徹落實(shí)海綿城市形成阻礙。
1 海綿城市建設(shè)中可能遇到的問(wèn)題與挑戰(zhàn)
國(guó)內(nèi)對(duì)低影響開(kāi)發(fā)及綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施缺乏廣泛、長(zhǎng)期、深入的系統(tǒng)研究和實(shí)踐。面對(duì)新的理念、方法、技術(shù)和更高的要求,以及一系列復(fù)雜的城市雨洪問(wèn)題,在推行《指南》的過(guò)程中會(huì)面對(duì)許多的困惑:海綿城市與低影響開(kāi)發(fā)的基本概念、內(nèi)涵、內(nèi)在聯(lián)系是什么?綠色、生態(tài)的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施能否全面解決中國(guó)城市雨水系統(tǒng)問(wèn)題?如何制定海綿城市的控制目標(biāo),兼顧排水防澇、污染控制等綜合控制目標(biāo)?如何在既有條件下克服各種障礙,推進(jìn)低影響開(kāi)發(fā)和常規(guī)、超常規(guī)雨水蓄排系統(tǒng)(有時(shí)也分為城市雨水管渠系統(tǒng)及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng),或小排水和大排水雨水系統(tǒng))的提標(biāo)改造,為切實(shí)實(shí)現(xiàn)海綿城市提供必要條件?海綿城市建設(shè)必然涉及城市規(guī)劃、環(huán)保、給水排水、水利、園林景觀、建筑、道路等許多行業(yè)和專業(yè),如何取得共識(shí),并協(xié)調(diào)這些復(fù)雜的關(guān)系?
對(duì)上述問(wèn)題缺乏清晰、客觀的認(rèn)識(shí),不僅會(huì)妨礙對(duì)《指南》的透徹理解,也會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)它的貫徹落實(shí),甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的理解和決策,難以切實(shí)指導(dǎo)海綿城市的建設(shè)實(shí)施。
2 海綿城市重要概念與內(nèi)涵
低影響開(kāi)發(fā)(LID)是海綿城市建設(shè)的重要組成。目前,在國(guó)內(nèi)對(duì)低影響開(kāi)發(fā)(LID)有許多不同的理解和解讀,也包括“LID無(wú)用論”和 “LID萬(wàn)能論”兩種極端傾向。因此,有必要首先闡明本指南這一最核心的概念和內(nèi)容。
2.1 狹義與廣義的低影響開(kāi)發(fā)
1990年馬里蘭州喬治王子郡環(huán)境資源署首次提出LID的理念,旨在從源頭利用小型、分散措施恢復(fù)場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前的水文循環(huán),更經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定地解決徑流污染、徑流減排和CSO控制等綜合問(wèn)題。從近年低影響開(kāi)發(fā)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用情況看,多指進(jìn)入市政管道之前,在場(chǎng)地規(guī)模上應(yīng)用的一些源頭分散式小型設(shè)施,主要有生物滯留(雨水花園)、綠色屋頂、透水鋪裝、植草溝、雨水桶等,主要針對(duì)中小降雨事件進(jìn)行徑流總量和污染物的控制,以年徑流總量控制率及設(shè)計(jì)降雨量作為重要的控制目標(biāo)和設(shè)計(jì)依據(jù)。為了便于理解和闡明觀點(diǎn),筆者將源于美國(guó)的這種側(cè)重源頭控制,已經(jīng)形成一定體系,有明確的術(shù)語(yǔ)定義、技術(shù)手冊(cè)、指南、措施分類甚至相關(guān)產(chǎn)業(yè)的LID,界定為狹義的低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)。
然而,這類分散式的小型低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施對(duì)于應(yīng)對(duì)大流域、特大暴雨事件的能力不足,涵蓋措施也不夠全面,而任何一個(gè)中型城市和大城市都面臨徑流污染、排水防澇、防洪減災(zāi)、水資源短缺等錯(cuò)綜復(fù)雜的雨洪問(wèn)題和嚴(yán)峻挑戰(zhàn),并非上述典型的狹義低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施所能全部應(yīng)對(duì),必須將雨水塘、濕地、多功能調(diào)蓄、洪泛區(qū)等許多綠色基礎(chǔ)設(shè)施考慮進(jìn)去。另一方面,我國(guó)正處于城市化建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期,項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模較大,數(shù)百公頃的大型社區(qū)項(xiàng)目和開(kāi)發(fā)規(guī)模達(dá)到10 km2以上的新區(qū)也很常見(jiàn),所謂的“源頭控制”也是相對(duì)而言,許多時(shí)候需要小型設(shè)施和大型設(shè)施的組合應(yīng)用。即,這些具有綠色特征和生態(tài)功能的、符合低影響開(kāi)發(fā)理念的各種尺度和類型的設(shè)施整體,就是本指南所包含的廣義的低影響開(kāi)發(fā)概念和雨水系統(tǒng)。而且,在許多情況下甚至還必須有機(jī)地整合傳統(tǒng)的雨水管渠、泵站、調(diào)蓄水池等灰色基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)共同應(yīng)對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的城市雨洪問(wèn)題。因此,在理解《指南》和具體應(yīng)用時(shí),首先需要注意明確和加以區(qū)別。
近年來(lái),美國(guó)環(huán)保局(EPA)有用綠色基礎(chǔ)設(shè)施(Green Infrastructure,GI)或綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施(Green Stormwater Infrastructure,GSI)替代LID的趨勢(shì)。而澳大利亞水敏感性城市設(shè)計(jì)(Water Sustainable Urban Design, WSUD)是從城市規(guī)劃及城市設(shè)計(jì)角度,以頂層策略指導(dǎo)城市的發(fā)展,協(xié)調(diào)土地利用、多水循環(huán)與雨水系統(tǒng)的關(guān)系,來(lái)提高城市可持續(xù)性,同時(shí)提供和創(chuàng)造更有吸引力的宜居的城市環(huán)境。這種理念和方法,也被歐洲國(guó)家較為廣泛地采納。新西蘭奧克蘭在2014年最新發(fā)布的《基于雨洪管理構(gòu)建水敏感城市框架》中,也已明確用WSUD取代以前的LID。事實(shí)上,無(wú)論廣義的LID還是GSI、WSUD,或者筆者早先提出的雨水控制利用系統(tǒng),涵蓋的雨水設(shè)施的種類都比狹義的LID更為廣泛,目標(biāo)也更綜合而且一致。
寬泛而言,《指南》總的LID概念、思想、原則和技術(shù)體系與GSI、WSUD相當(dāng)一致或契合。但在《指南》的具體內(nèi)容中,兼顧廣義LID的同時(shí),特別闡述了狹義的LID,因?yàn)樵搭^控制子系統(tǒng)是客觀存在而且非常重要,在實(shí)施過(guò)程中一般是指在進(jìn)入市政管線之前的二級(jí)開(kāi)發(fā)地塊或進(jìn)入雨水管道之前道路廣場(chǎng)、停車場(chǎng)等匯水面的雨水徑流控制系統(tǒng)。注意在《指南》中,不少內(nèi)容和細(xì)節(jié)的描述,就是指狹義的LID。
2.2 海綿城市的內(nèi)涵與組成
截至2014年12月,筆者共檢索到30余篇與“海綿城市”相關(guān)的中文文獻(xiàn),但對(duì)于海綿城市的系統(tǒng)組成、建設(shè)途徑、建設(shè)模式等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行全面清晰闡述的文獻(xiàn)卻很少。對(duì)海綿城市的模糊認(rèn)識(shí)或隨意解讀,會(huì)影響對(duì)“海綿城市”的透徹理解和科學(xué)貫徹。結(jié)合編制過(guò)程中對(duì)海綿城市內(nèi)涵的深入認(rèn)識(shí),以及長(zhǎng)期研究和實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),《指南》中的“海綿城市”核心是實(shí)現(xiàn)控污、防災(zāi)、雨水資源化和城市生態(tài)修復(fù)等綜合目標(biāo),通過(guò)機(jī)制建設(shè)、規(guī)劃調(diào)控、設(shè)計(jì)落實(shí)、建設(shè)運(yùn)行管理等全過(guò)程、多專業(yè)協(xié)調(diào)與管控,保護(hù)和利用城市綠地、水系等空間,優(yōu)先利用綠色基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)結(jié)合灰色雨水基礎(chǔ)設(shè)施,共同構(gòu)建彈性的雨水基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)雨水徑流的“滲、滯、蓄、凈、用、排”,應(yīng)對(duì)極端暴雨和氣候變化,恢復(fù)城市良性水文循環(huán),保護(hù)或修復(fù)城市的生態(tài)系統(tǒng)。
海綿城市建設(shè)模式應(yīng)涵蓋以下幾方面內(nèi)容:①多職能部門與建設(shè)主體協(xié)調(diào)機(jī)制與工作銜接;②優(yōu)先推行綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施,涵蓋狹義和廣義的低影響開(kāi)發(fā)系統(tǒng),并科學(xué)地整合傳統(tǒng)的灰色雨水基礎(chǔ)設(shè)施;③實(shí)現(xiàn)徑流總量控制、排水防澇、徑流污染控制、雨水資源化、生態(tài)和景觀等綜合目標(biāo);④通過(guò)多層次、多專業(yè)規(guī)劃,協(xié)調(diào)、銜接控制目標(biāo)與土地利用、綠地景觀等專項(xiàng)規(guī)劃要求;⑤以給水排水工程專業(yè)為主體的多專業(yè)協(xié)調(diào)的新型雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì);⑥全壽命期的監(jiān)管、評(píng)估與調(diào)整;⑦科學(xué)的運(yùn)行與維護(hù)管理。
在《指南》中,對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)或者地塊開(kāi)發(fā)尺度,主要通過(guò)狹義的LID實(shí)現(xiàn)總量控制目標(biāo)(即年徑流總量控制率及設(shè)計(jì)降雨量)并結(jié)合地塊內(nèi)的排水管道系統(tǒng)達(dá)到新的排水標(biāo)準(zhǔn),在條件適合并通過(guò)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì),也可能用LID全部或部分取代管道。而對(duì)于城市總體規(guī)劃、排水防澇規(guī)劃、水系規(guī)劃、綠地系統(tǒng)規(guī)劃等,應(yīng)主要通過(guò)廣義LID設(shè)施,兼顧和銜接管渠及調(diào)蓄池,通過(guò)科學(xué)的“源頭-中途-終端”結(jié)合和“綠-灰”基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)合,才能很好地實(shí)現(xiàn)管渠、綠地、水系等灰-綠-藍(lán)空間協(xié)同作用,發(fā)揮凈化、調(diào)蓄和安全排放等多功能,實(shí)現(xiàn)排水防澇與海綿城市的綜合控制目標(biāo)。
圖1 海綿城市與低影響開(kāi)發(fā)等系統(tǒng)的關(guān)系
綜上所述,海綿城市需要依靠低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)、常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)以及超常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)共同構(gòu)建。狹義的LID主要控制高頻率的中、小降雨事件,以相對(duì)小型、分散的設(shè)施為主;常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)主要控制1~10年重現(xiàn)期的暴雨,包括傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的管渠、泵站等灰色雨水設(shè)施,而海綿城市需要結(jié)合GSI、BMP等新型雨水基礎(chǔ)設(shè)施,構(gòu)建綜合的蓄排系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的綜合控制,并結(jié)合狹義LID來(lái)進(jìn)一步提升排水能力。而針對(duì)10~100年重現(xiàn)期的暴雨徑流,則主要通過(guò)超常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)中的廣義LID、GSI,結(jié)合灰色雨水設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn),一般有自然或人工水體、道路和開(kāi)放空間的行泄通道和大型調(diào)蓄設(shè)施等,并疊加狹義LID與常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng),共同達(dá)到對(duì)20~50年一遇暴雨甚至更高的控制目標(biāo)。而且,這三個(gè)子系統(tǒng)并非截然的分割,需整體銜接、綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)。
必須明確的一個(gè)基本原則是,離開(kāi)了綠色基礎(chǔ)設(shè)施,不可能完全靠灰色基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)海綿城市(或者水敏感性城市)的功能,這也是國(guó)際上已經(jīng)取得的共識(shí)和寶貴經(jīng)驗(yàn);疑A(chǔ)設(shè)施除了投資高,還有一個(gè)軟肋,就是它們一般屬于高碳排放的設(shè)施。
3 綜合控制目標(biāo)與各目標(biāo)間的關(guān)系
海綿城市的建設(shè)目標(biāo)涵蓋雨水徑流總量和污染物控制、雨水資源利用、峰值流量控制-排水防澇等多個(gè)分目標(biāo)。這些分目標(biāo)之間存在一定的耦合關(guān)系(見(jiàn)圖2),既有區(qū)別,也有聯(lián)系,它們既各司其職,又相互貢獻(xiàn)。
圖2 海綿城市綜合目標(biāo)關(guān)系示意
通過(guò)這些綜合控制目標(biāo),才能有效地實(shí)現(xiàn)海綿城市更高層次的目標(biāo),即良性的水文循環(huán)、良好的生態(tài)系統(tǒng)、優(yōu)美的城市景觀等。掌握這些目標(biāo)和它們之間的關(guān)系,并通過(guò)它們的合理取值和綜合應(yīng)用,是透徹地理解城市雨洪綜合管理、LID/GSI、水敏感性城市和海綿城市的基礎(chǔ),也是更科學(xué)、更有效地開(kāi)展雨水控制利用專項(xiàng)規(guī)劃和建設(shè)實(shí)施的保障,需要專業(yè)人員下大力氣掌握。
鑒于排水防澇的控制目標(biāo)已在相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定,而徑流總量控制目標(biāo)具有創(chuàng)新性,徑流污染控制目標(biāo)、雨水資源化利用目標(biāo)又主要通過(guò)徑流總量控制來(lái)實(shí)現(xiàn),故《指南》全文重點(diǎn)對(duì)低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)的總量控制目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)闡述,通過(guò)全國(guó)186個(gè)城市地面國(guó)際交換站1983年—2012年的日降雨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,給出了全國(guó)不同的控制指標(biāo)分區(qū)圖,并根據(jù)各地情況,結(jié)合實(shí)際,分析了控制指標(biāo)的合理取值(詳見(jiàn)系列文章之降雨徑流總量控制目標(biāo)區(qū)域劃分)。
非常重要的是,這些目標(biāo)的確定都有一個(gè)科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)合理性的問(wèn)題,盲目的取大或取小都有可能違背自然規(guī)律、科學(xué)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)規(guī)律。例如,不顧下游排水系統(tǒng)和水環(huán)境的條件及標(biāo)準(zhǔn),過(guò)分增大源頭低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施規(guī)模,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)暴雨的控制目標(biāo)就不一定合理,甚至可能也不科學(xué)。因?yàn)檫@樣不僅會(huì)造成投資的浪費(fèi),顯著地影響整體方案的經(jīng)濟(jì)合理性,更可能因過(guò)量收集利用雨水而造成下游水文條件顯著變化甚至萎縮。當(dāng)然,在某些特殊地區(qū),如下游管道系統(tǒng)提標(biāo)改造十分困難和代價(jià)高昂的老舊城區(qū),經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后,可通過(guò)合理增大上游低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn),來(lái)實(shí)現(xiàn)下游的提標(biāo)改造,也可能成為一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)選方案;或者在一些地形條件較好的丘陵和坡度條件下,地下管道和地表排水條件的綜合已經(jīng)達(dá)到很高的排水防澇標(biāo)準(zhǔn)的城區(qū),就不一定非得盲目地全部重建管道系統(tǒng)。
因此,對(duì)于二級(jí)地塊開(kāi)發(fā)階段的狹義的低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng),一般選擇徑流總量控制作為重要的規(guī)劃控制目標(biāo)和設(shè)計(jì)依據(jù)(詳見(jiàn)系列文章之城市徑流總量控制規(guī)劃指標(biāo)),同時(shí)有效分擔(dān)下游排水防澇的壓力。而對(duì)于城市大市政尺度,考慮到峰值流量控制與總量控制銜接的復(fù)雜性, 一般需要通過(guò)科學(xué)的模型模擬,合理構(gòu)建狹義LID、常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)和超常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng),以及耦合雨洪調(diào)蓄系統(tǒng)(詳見(jiàn)系列文章之城市雨洪調(diào)蓄系統(tǒng)的合理構(gòu)建),并通過(guò)綜合性規(guī)劃,來(lái)實(shí)現(xiàn)上述綜合性目標(biāo)。
掌握了上述關(guān)系和要義,LID“無(wú)用論”和“萬(wàn)能論”也就不攻自破了。而如何通過(guò)量化參數(shù)與規(guī)劃設(shè)計(jì)途徑落實(shí)和分解綜合目標(biāo),將在系列文章中進(jìn)行更詳細(xì)的探討和闡述。
4 結(jié)語(yǔ)
上述基本概念與綜合目標(biāo)的全面理解和掌握,是推廣應(yīng)用LID和建設(shè)海綿城市的重要基礎(chǔ)條件和關(guān)鍵。實(shí)際上,規(guī)劃設(shè)計(jì)階段構(gòu)建綜合的指標(biāo)體系、應(yīng)用綠色與灰色基礎(chǔ)設(shè)施、合理選擇設(shè)施、組合系統(tǒng)、方案優(yōu)化等工作,都與概念和目標(biāo)緊密聯(lián)系,需要專業(yè)人員在清晰、全面的認(rèn)識(shí)下重點(diǎn)突破。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中,各地、各項(xiàng)目條件差異大,面臨問(wèn)題也有所不同,也特別需要在清晰的基本概念和綜合目標(biāo)的基礎(chǔ)上,科學(xué)、靈活地應(yīng)用新型雨水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。而了解國(guó)際潮流和動(dòng)態(tài),掌握不同概念和系統(tǒng)的內(nèi)涵和關(guān)系,則不會(huì)拘泥于名稱,也可避免誤解和誤讀,更好地、因地制宜地推廣現(xiàn)代雨洪管理體系,為建設(shè)海綿城市奠定基礎(chǔ)。
(本文發(fā)表于《中國(guó)給水排水》雜志2015年第8期“述評(píng)與討論”欄目)
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