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我国排水防涝及海绵城市建设中若干问题分析

2016.05.03

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我国排水防涝及海绵城市建设中若干问题分析

□ 北京建筑大学 城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室 车伍 张鵾

□ 北京雨人润科生态技术有限责任公司 赵杨

注:本文原载于《建设科技》20151

摘要面对国家对排水防涝及海绵城市建设的高度重视,政府、相关职能部门以及规划设计单位肩负了巨大压力,但目前在具体落实过程中又面临着不少问题和障碍,许多矛盾是由于我国城市发展阶段客观存在的,但也有许多问题是由于研究不足、专业人员对一些重要概念、系统关系以及规划设计要点等把握不清造成。本文基于当前城市雨洪管理的大背景,分析排水防涝及海绵城市建设中的一些突出问题,并提出建议。

关键词排水防涝;海绵城市;城市雨洪管理;规划设计;落实

注:本文为国家“十二五”水体污染控制与治理科技重大专项子课题“河网城市雨水径流污染控制与生态利用关键技术研究与工程示范(2011ZX07301-004-01)”

针对空前严峻的内涝形势以及对传统城市排水系统建设思路的反思,中央出台了相关文件,业内在进行多个规范标准的新编和修编,住建部发布了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》(以下简称《指南》),与此同时,各城市也正在按要求积极开展《排水防涝综合规划》的编制工作,这一系列的举措将排水防涝以及海绵城市建设提升到相当的高度。

在此背景下,一些新理念、新技术及新要求对我国城市雨洪管理体系及专业人员的知识构架带来巨大冲击,在具体实施过程中,也遇到许多复杂的问题和瓶颈。因此,本文对几个关键问题进行分析,供业内探讨,为更好地推动和落实《排水防涝综合规划》和海绵城市建设扫除障碍。

1、我国城市雨洪管理面临的突出问题

传统的城市雨洪管理的主要目标和任务就是安全地排放雨水,技术措施较单一,责任主体与管控模式也相对明晰。但随着城市发展与生态环境之间的矛盾以及相关雨洪问题的复杂性日益凸显,为了应对如此突出的城市雨洪问题,努力实现海绵城市、生态城市及生态文明建设等国家战略目标,国家对城市雨洪管理提出了高标准和新要求,业内也涌现出许多新理念和新技术,城市雨洪管理领域既迎来难得的发展机遇,也面临前所未有的挑战和一系列重大问题。

近年来频繁的学术交流和大量的工程实践中已显露出不少问题。业内对城市现代雨洪管理一些基本概念、基础理论、系统构架和重大关系等理解不足、认识不清的问题突出,对如何贯彻落实新的理念、方法和更高的标准要求,并通过合理的规划设计来实施,也存在不少的困惑。如面对已建成区落后的管道系统的提标改造,究竟是采取“满城挖”式的整体重建方式,还是通过风险评估和技术经济分析,采取源头控制、路面改造、局部调蓄等或综合性措施来实现?在近期要求完成的《排水防涝综合规划》中如何科学合理地考虑径流污染控制?低影响开发(LID)和海绵城市究竟是什么关系,LID对实现海绵城市究竟有什么作用和局限,如何来落实?

未来中国城市雨洪管理究竟是走以灰色基础设施为主还是以LID等绿色基础设施为主、或“绿-灰结合”的路线,它们之间究竟是什么关系等等。对这些普遍困惑的重大问题缺乏清晰的认识和把握,不仅会导致规划设计科学性和可行性缺陷,实际工程项目的实施落入困难重重或低效的境地,而且还会对未来排水防涝工作及海绵城市建设的可持续进程造成严重阻碍。

事实上,许多发达国家及城市也正经历着从传统雨洪管理到现代雨洪综合管理的转型,同样也面临过甚至仍面临着与我国类似的一些问题,例如对新型雨水基础设施激励措施的不足、数据资料及技术知识的缺失、专业人员的抵触、规范标准的不足,包括设施设计是以洪涝安全还是以环境效益为最终目标的困惑,等等,这些问题在一些发达国家也同样存在[1-4]。但总体上,发达国家相对成熟的城市雨洪管理框架、法制体系、规划和技术体系对缓解这些问题发挥了重要作用[4],大量的设计手册及技术指南也为工程技术人员提供了有效工具[5]

2、排水防涝及海绵城市建设中几大关键

2.1 如何深刻认识海绵城市、排水防涝与低影响开发概念及相互关系

低影响开发(LID)、海绵城市及内涝防治已得到国家和政府部门的高度重视。

海绵城市是从城市雨洪综合管理角度来描述的一种城市形态和建设模式,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,以及应对气候变化和特大暴雨、保障城市安全、维持城市生态系统的能力。很大程度上与国际上流行的一些其它的雨洪管理理念和方法异曲同工,如绿色雨水基础设施(GSI)、水敏感性城市设计(WSUD)等[6],都是将雨洪管理理念与水资源可持续利用、生态环境、土地利用、城市建设及管理机制等紧密联系起来的一种顶层的城市建设和雨水管理模式。图1简明表示依据对水的主要依赖关系,城市的不同发展阶段。总体上,根据笔者对发达国家及城市雨洪管理发展状况的理解和资料分析,许多发达国家及城市都在顺应国际潮流,朝着水敏感性城市发展,如奥克兰、柏斯、鹿特丹、墨尔本和新加坡这几个城市或国家,虽然在雨洪管理方面较为先进,但实际现状距离水敏感性城市的目标,仍然有不同差距[7,8]。而纵观我国的城镇发展和水系统状况,由于发展的极不均衡,涵盖了图中的多个阶段,许多欠发达地区可能还处于供水和排水城市阶段,而北京、上海等发达城市已部分跨入水循环城市阶段,尤其污水处理及利用水平已达到相当高标准,但雨水管理仍然是一个短板,拖了城市整体发展水平的“后腿”。不过,我们发展的火车头(海绵城市和低影响开发),在某些方面和某种意义上,正在与国际接轨,朝“水敏感性城市”目标努力。因此,对解决我国城市(雨)水领域问题的长期性和艰巨性应该有一个清醒认识,如何实现跨越式发展也具有极重大的意义。(图1


毫无疑问,排水防涝不是海绵城市的最终目标,只是在历史欠账、严峻现状下,自然突显出的一个紧迫任务而已。换言之,排水防涝目标固然重要,径流排放总量控制、污染控制、良性的水循环以及生态系统修复等其它多重目标也同样不可忽视。值得注意的是,为了实现海绵城市建设的综合性目标,在《指南》中,LID理念已从狭义的源头分散措施的概念拓展为广义LID理念,涉及源头、中途及末端全过程及多尺度,类似美国近年来提倡的绿色雨水基础设施(GSI)。不过,尽管LID/GSI设施是海绵城市建设极为重要的一种理念、方法和一类措施,但并非全部,它们不可能完全取代传统的灰色基础设施。因为在高密度的城市化区域,“灰色与绿色”、“地上与地下”、“源头与末端”、“蓄与排”的有机结合才是海绵城市建设的关键。即使在低影响开发推行得十分成功的新西兰奥克兰,在他们的设计手册中也提到管道系统是支持水敏感设计的重要途径,有时甚至作为主要系统[9],这是一种务实和科学的态度。

2.2 排水(雨水)防涝综合规划的定位

根据《排水(雨水)防涝规划编制大纲》要求,各城市在2014年应完成《排水防涝综合规划》的编制,但从目前已经完成该规划的一些城市情况看,规划涉及的范围、主要内容、技术路线、关键措施、科学性和合理性以及与《指南》的要求符合程度等方面都参差不齐,甚至有很大的差距。而且,也有一些城市已经做过或正在编制《低影响开发规划》、《雨水利用规划》、《非点源污染规划》甚至《海绵城市规划》,这些密切相关的规划究竟应该如何定位?它们的关系如何处理?多年前,笔者就提出,应积极开展“城市雨洪控制利用专项规划”[10],来综合解决雨洪多方面的问题,而不是采取“头痛医头,脚痛医脚”的方式。另一方面,国家相关的规范标准体系尚未形成,因此,当务之急的《排水防涝综合规划》之内涵究竟如何?在原有整个规划体系中如何准确定位?如何响应《指南》之要求?这些都是业内急需面对及明确的重大问题。

澳大利亚昆士兰的相关规划体系可作为一个参照。在专项规划方面,除雨洪管理规划外,还有流域管理规划、城市雨洪水质管理规划、总体排水规划以及洪泛区管理规划等一系列雨洪相关规划,因此,在规划内容上也必然有重叠之处,落实过程中也会面临协调上的冲突。但有一点,他们各州有权根据当地已有研究及相关规划内容,对其中核心的雨洪管理规划目标及内容进行调整[11,12],使得雨洪管理规划更务实、更具针对性,并且也缓解了与相关规划的冲突。

许多发达国家和城市也多采用雨洪管理综合规划。但综合规划对管理体制、专业人员规划技术水平及各专业间的协调能力有更高的要求,并且规划前期需要长期的调查研究及数据信息积累。因此,应客观认识我国目前雨水规划存在的一些问题,逐步通过相关的规划规范编制和修编,对雨水规划的框架、目标和控制指标及其他具体内容进行完善。在具备条件的城市或一些新城规划时,在城市总体规划体系下开展雨洪管理综合规划是可行和必要的;而在已建成区进行改造规划时,可在传统排水规划中合理纳入防涝、LID及海绵城市建设相关的新内容,来进行补充和完善。

2.3 内涝防治综合系统如何落实

排水防涝综合规划的编制是一项重大举措,但更重要的还是如何落实。一个城市内涝防治综合系统的建立是一个异常复杂的过程,丹麦哥本哈根即使在较为完善的管道基础设施基础上(已达10年一遇的管道标准)编制的暴雨管理规划,仍然预计需要20年时间才能完成,实现100年一遇的洪涝控制标准[13]。我国城市发展水平差距大、管道建设落后、提标改造难度大,尤其大量已建成区涉及到拆迁、多部门协调、土地用途变更和协调等多方面复杂问题,在此情况下进行全城范围,甚至全国范围的大规模改造,带来的经济、社会及环境影响是无法想象的,要想在10年内建成较完善的城市排水防涝工程体系是有相当大的难度。

目前,《室外排水规范》已明确了管道小排水系统以及防涝大排水系统标准,同时《海绵城市建设技术指南》中又提出了径流总量控制率的建议性标准。研究表明,实现径流总量控制会对小排水系统标准甚至整体排涝标准产生影响,如何协调这两方面内容是对规划设计的一大挑战。一方面,面对规范对管道标准的明文要求;另一方面又面临着在已建成区大规模改造重建难以承受的高难度和社会影响,径流总量控制要求的落实过程中LID设施建设也涉及政策、激励机制和大量建筑、场地改造和用地协调困难等多重障碍,以及巨额资金需求对经济条件较差的许多二、三线城市的严重制约等等。摆在建设部门及政府面前的是多方压力以及“改与不改”、“局部改还是全面改”、“如何改”的艰难选择。

显然,在新建城区,需要按照2-5年国标进行管网的规划设计,还应通过合理规划,尽量保留天然沟渠、坑塘,合理规划设计道路和开放空间等大排水系统,合理预留绿地空间,在满足防涝标准要求基础上,尽量达到85%年径流总量控制率的海绵城市建设要求。但需要明确,按要求实现的源头控制系统叠加2-5年重现期的管道系统,实际上将能应对更高标准的暴雨。

而在已建成区,要想在10年内通过管道提标这一手段全面达到排水防涝标准对许多城市而言,几乎是不可能完成的任务。从许多城市内涝经验看,即使在大暴雨或特大暴雨期间,内涝往往还是发生在局部区域,而不是全城汪洋一片,这值得我们思考和重视。在奥克兰市TP10手册中提到,局部内涝往往是由上游来水速度及雨水排除速度决定,管网提标有时对局部水涝的缓解作用非常有限[5]。笔者通过分析研究发现,很多情况下,已有绿地空间、地表条件加上现有的管道就能达到3-5年甚至更高的标准,对这些经过评估实际已经能够达标的地方,是否还必须以高昂的代价、冒着巨大的改造风险进行管道翻改?至少从轻重缓急角度看,从资金利用效率、建设时序和社会影响等各方面来说,不分轻重地全面改建都不是最优方案。

笔者认为,已建成区管道的提标改造要避免盲目地全面翻挖,应结合各城市的实际情况,结合旧城改造、道路改扩建等规划逐步推进。首先制定清晰、可行的近期改造规划,加强模型模拟和对现有排水能力及内涝风险的评估分析,更高效地挖掘已有设施和地表的排涝能力,用好有限的资金,优先解决重点易涝点。通过科学的评估,在改造困难的区域,如果合理地利用现有管道系统、道路地表的排水能力,并结合一定的LID和调蓄措施,能达到排涝标准即可认为满足近期规划建设要求。仍以哥本哈根、芝加哥等发达城市为例,未来的排涝规划和雨水污染综合整治重点集中在城市空间预留和利用、绿色基础设施的广泛应用以及大排水系统的规划建设上[13,14],管道提标改造并非核心,这很大程度上是基于详细的投资效益分析和方案的科学论证,充分考虑了现有设施的能力挖掘空间和全部改建管道的艰难。当然,发达国家的经验也必须与我国城市基础设施现状和实情相结合。

2.4 雨水径流污染控制目标如何兼顾

除城市内涝外,雨水径流污染是我国海绵城市建设过程中必须面对的另一重大课题。研究表明,在污水处理程度已达到90%以上的城市,径流污染占城市水系污染总量比例已经非常之高。

必须看到,发达国家早已对雨水径流污染控制的重要性给予了高度重视,在过去的三十年间,已投入大量资金,且从法律法规、城市发展战略以及基础设施规划建设等多方面来实施径流污染控制[15,16]。然而,城市径流污染在我国还未引起政府及相关职能部门的足够重视,一些城市在水系治理中缺少对城市径流污染的考虑,在开展海绵城市建设和排水防涝规划建设时也未重视径流污染问题,这几方面的缺失给未来水环境生态治理以及城市可持续发展埋下了巨大隐患。

在未来海绵城市建设过程中,如何管控,何时管控以及谁来管控城市径流污染是最核心的三大问题。尽管在《指南》中对径流总量的控制要求实际上是隐含了对径流污染的部分控制,但缺乏更明确、更强有力的控制要求。首先,在国家水污染治理规划中应将城市径流考虑进去并纳入到相关的法律法规中是关键的一步。从美国、澳大利亚昆士兰等许多发达国家和城市经验看,径流污染立法管控事关全局,具有事半功倍之效。例如,美国《清洁水法》对联邦及各州非点源污染管理计划、每日最大污染负荷(TMDLs)计划以及全国污染物排放削减(NPDES)指标的制定流程、目标等都有详尽的法律约束,将地方非点源管理规划及流域整体规划相协同,水质标准、TMDLsNPDES控制指标相衔接[17],不仅明确了规划、设计、建设及评估全过程的管控框架,还对“联邦政府-州政府-区域办公室-地方政府”各级机构间职责划分及资金管理等都有详细规定[15];昆士兰的环境保护法及环境保护方针也对下位规划框架有顶层指导,并且其中对径流污染有严格的总量控制要求[18]

在此基础上,应通过规划使顶层设计和要求能够得到贯彻,尤其在污染严重区域可结合其他专项规划,因地制宜地开展径流污染控制专项规划,在其他地区尽量在现有规划中纳入径流污染控制目标,通过多方案比选,在雨水专项规划设计中尽量从源头、过程及终端全过程来考虑污染控制设施的类型、规模及分布,避免由于规划设计的不合理造成场地及设施在污染控制功能方面的不足或浪费。

资金缺口肯定是径流污染控制的一大问题,排水防涝及污水、污泥处理等工程建设会占用大量国投资金,最终能落到径流污染控制的资金可能已很有限。所以,更应该合理高效地利用现有资金,在排水防涝规划以及设施设计实施中科学地融入径流污染控制目标,尽量避免未来进行径流水质控制时再对基础设施进行艰难的改造,导致投资增加和效益低下,以及难以挽回的城市水环境污染损失。

3、结语

当前我国各级政府及业内对排水防涝及海绵城市建设给予了高度的重视,城市雨洪综合管理领域有了明确的发展方向,迎来了重大转折和新的机遇,但同时也面临巨大障碍和挑战。

面对当前我国城市雨洪管理存在的一些突出问题,首先应调整城市发展战略与基础设施建设的思路,在生态城市、智慧城市、绿色建筑的规划建设中纳入排水防涝及海绵城市建设要求,推行LIDGSIWSUD等理念和方法。并且因地制宜地开展新城雨洪综合管理规划和已建成区排水防涝规划,合理地兼顾径流污染控制,明确近远期目标,从系统的整体性、多目标等角度进行综合分析和多方案比选,提高规划方案的可行性和工程建设项目的投资效益。

参考文献:

[1] USEPA. Green Infrastructure Opportunities and Barriers in the Greater Los Angeles Region [M]. EPA, EPA 833-R-13- 001, 2013.

[2] Thurston County Water Resources. Low Impact Development Barriers Analysis [M]. Thurston County, Washington, 2011.

[3] Sarah A. Hammitt, A.B. Geosciences. Toward Sustainable Stormwater Management: Overcoming Barriers to Green Infrastructure [M]. Department of Urban Studies and Planning, 2010.

[4] Richard Ashley, Jeremy Jones, et al. Delivering more effective stormwater management in the UK and Europe Lessons from the Clean Water Act in America [J]. SESSION 8.3. NOVATECH 2007: 1697-1704.

[5] Auckland Regional Council (ARC). Stormwater treatment devices: Design guidelines manual: Technical Publication #10. 2003.

[6] 车伍,闫攀,赵杨,Frank Tian. 国际现代雨洪管理体系的发展及剖析[J]. 中国给水排水, 2014, 30(18):45-51.

[7] Jacqueline Hoyer, Wolfgang Dickhaut, Lukas Kronawitter. Water Sensitive Urban DesignPrinciples and Inspiration for Sustainable Stormwater Management in the City of the Future. SWITCH, 2011(3).

[8] Ferguson, B.C., Brown, R.R. and Werbeloff, L., 2014. Benchmarking Aucklands stormwater management practice against the Water Sensitive Cities framework. Prepared by the Cooperative Research Centre for Water Sensitive Cities for Auckland Council. Auckland Council technical report, TR2014/007

[9] Bob Rassell. Auckland Council Code of Practice for Land Development and Subdivision [M].Auckland Council, 2013.

[10] 车伍,马震,王思思,张琼,王建龙. 中国城市规划体系中的雨洪控制利用专项规划[J]. 中国给水排水,2013,29(2):8-12.

[11] Department of Environment and Heritage Protection. Urban Stormwater Quality Planning Guidelines [M]. The State of Queensland, 2010.

[12] Department of Energy and Water Supply. Queensland Urban Drainage Manual: Third edition 2013provisional [M]. Queensland Government, 2013.

[13] The City of Copenhagen. Cloudburst Management Plan 2012 [M]. Technical and Environmental Administration, 2012.

[14] Chris Lauzen. Kane County 2040 Green Infrastructure Plan, 4th Draft [M]. Kane County Board, 2013.

[15] EPA, Office of Water. National Management Measures to Control Nonpoint Source Pollution from Urban Areas[M]. Washington DC 20460(4503F): EPA- 841-B-05-004, 2005.

[16] USEPA. Nonpoint Source Program and Grants Guidelines for States and Territories: EPA. 2013.

[17] USEPA. TMDLs to Stormwater Permits Handbook: Draft [M]. Office of Water: Washington, D.C. 20460, 2008.

[18] EDAW. Urban stormwaterQueensland best practice environmental management guidelines 2009, Technical Note: Derivation of Design Objectives [M]. EDAW, Ecological Engineering Practice Area, 2009.

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