關(guān)于城市雨洪控制體系的研究

于紅

（煙臺(tái)市勘察設(shè)計(jì)審查服務(wù)中心有限責(zé)任公司，山東煙臺(tái) 264000）

在可持續(xù)發(fā)展的背景下，各個(gè)國家都在城市雨水控制方面進(jìn)行著積極的探索和實(shí)踐，提出了如“綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）”、“低影響開發(fā)(LID)”、“最佳控制措施（BPMs）”、“海綿城市”等概念，為城市內(nèi)澇問題的解決提供了新的方式和方法。新理念依據(jù)分散化雨水控制、增加雨水滲透、分流理論、城市徑流控制等方面研究成果，通過在適當(dāng)?shù)膱鏊藿?、雨水花園和改建已有設(shè)施來減少暴雨給城市帶來的損失、降低城市熱島效應(yīng)、增加地下水補(bǔ)給，同時(shí)起到美化城市景觀，提升市民生活品質(zhì)的目的。

1 相關(guān)理論的闡述

有關(guān)分散化城市雨水控制的理論數(shù)量多，種類豐富，由西方國家首先提出。由于其正處在一個(gè)逐漸發(fā)展的過程中，理論沒有明顯的邊界，且許多理論之間有相互重疊的部分，包含與被包含的關(guān)系。本文按照理論提出的先后順序?qū)δ壳氨容^主流的分散化城市雨水控制理論其進(jìn)行介紹。

1.1 綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）

綠色基礎(chǔ)設(shè)施的根源可以追溯到過去一個(gè)半世紀(jì)在西方規(guī)劃中出現(xiàn)的理論和實(shí)踐，現(xiàn)在這個(gè)詞有很多定義，因?yàn)椴煌睦嫒后w賦予其不同的意義和效益。例如，一些學(xué)者認(rèn)為美國的文獻(xiàn)傾向于關(guān)注環(huán)境，而英國關(guān)于綠色基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的政策撰寫側(cè)重于社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能和利益。

許多學(xué)者和從業(yè)者認(rèn)為綠色基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)張是促進(jìn)城市可持續(xù)性發(fā)展的一種手段，并且指出了綠色基礎(chǔ)設(shè)施在環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面對(duì)可持續(xù)發(fā)展推動(dòng)具有很大潛力。例如，綠色基礎(chǔ)設(shè)施可以為野生動(dòng)物的遷徙增加景觀連通性、保護(hù)生物多樣性、維持或增強(qiáng)自然生態(tài)系統(tǒng)功能、促進(jìn)適應(yīng)氣候變化并協(xié)助雨水控制減輕洪水。

1.2 分流理論

分流理論通過結(jié)合傳送、截留和容納理論的要素，創(chuàng)建分散的控制系統(tǒng)，更加生態(tài)地將雨水控制與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合。分流設(shè)計(jì)的目的是創(chuàng)建一個(gè)綜合的雨水控制系統(tǒng)，可用于模擬蒸發(fā)、滲透和排放的自然過程，從而模擬地區(qū)雨天的發(fā)生率、質(zhì)量、頻率、持續(xù)時(shí)間和暴雨量。

當(dāng)與更常規(guī)的雨水控制方法相比時(shí)，分流理論的基本優(yōu)點(diǎn)是其將過量徑流導(dǎo)入三個(gè)精密系統(tǒng)：蒸發(fā)、滲透和排放。通過這個(gè)過程，蒸發(fā)量是固定的，而滲透和排放量是有自我調(diào)整的比例。

1.3 低影響開發(fā)（LID）

低影響開發(fā)是一個(gè)全面的土地使用規(guī)劃和設(shè)計(jì)方法，目的是在子流域?qū)用鏈p輕都市化對(duì)環(huán)境的影響。低影響開發(fā)技術(shù)通過從局部不可滲透的源頭減少徑流實(shí)現(xiàn)，還可在地表徑流到達(dá)主要水網(wǎng)之前，減緩徑流并過濾泥沙和污染物，另外，在主要水網(wǎng)或毗鄰主要水網(wǎng)放緩并過濾徑流也是一種常用的手段。LID 技術(shù)的有效實(shí)施受幾個(gè)變量的影響，如位置、技術(shù)選擇、設(shè)計(jì)、建設(shè)和維護(hù)等。

圖1 城市流域的定義（圖片來源：作者自繪）

圖2 雨水敏感的城市流域設(shè)計(jì)方法（圖片來源：作者自繪）

1.4 最佳流域控制措施（BMPs）

BMPs 作為LID 的一部分，是用于預(yù)防、控制和處理雨水的小規(guī)模分散的“綠色技術(shù)”。這些雨水控制設(shè)施在城市地塊或住宅區(qū)（例如洼地、儲(chǔ)水池、多孔路面或綠色屋頂）規(guī)模上的目標(biāo)，在某種程度上模擬了流域在城市化之前的行為。BMPs 可以根據(jù)關(guān)于土地利用特性、地點(diǎn)特征、流域特征、數(shù)量和質(zhì)量性能要求以及舒適性、環(huán)境社區(qū)和參與要求的廣泛標(biāo)準(zhǔn)來選擇。

1.5 水敏感城市設(shè)計(jì)（WSUD）

該理論試圖將自然的水文循環(huán)過程與現(xiàn)有的城市水循環(huán)方式相結(jié)合，希望盡可能地使城市水循環(huán)恢復(fù)到平衡的狀態(tài)。在目前的實(shí)踐中，自然滲透過程受到阻礙，因?yàn)槲覀兪褂没炷僚潘趶?fù)合排水通道中容納和快速處置雨水。這種方式阻止了自然滲透過程，在城市化與人工化的景觀中體現(xiàn)的尤為明顯。

2 流域整體角度分析

由于雨水循環(huán)是一個(gè)包括蒸發(fā)、滲透、徑流等步驟的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及范圍廣，研究方向多，所以只單個(gè)綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)意義不明顯。當(dāng)設(shè)計(jì)具有最佳流域控制（BMPs）實(shí)踐的雨水控制計(jì)劃時(shí)，與城市水文相關(guān)的流域尺度方法總是被忽略。

2.1 流域的定義

流域是水文學(xué)的空間參考單位。它被定義為由河流排水并以流域線為界的領(lǐng)土范圍。城市流域是一種由水構(gòu)成的景觀，是根據(jù)城市社會(huì)發(fā)展協(xié)定所規(guī)定的城市肌理。因此，被認(rèn)為是領(lǐng)土單位的城市流域?qū)⒕坝^、城市結(jié)構(gòu)和領(lǐng)土開發(fā)協(xié)議（公約）這三個(gè)項(xiàng)目結(jié)合在一起，產(chǎn)生相互作用。

2.2 面向設(shè)計(jì)的五個(gè)步驟

為了減少暴雨洪水風(fēng)險(xiǎn)并在城市流域中維持可持續(xù)的雨水控制，必須研究和調(diào)整流域的配置。事實(shí)上，惡劣天氣對(duì)城市地區(qū)的影響取決于流域的形態(tài)和流域內(nèi)的人類活動(dòng)。在此，圖2 中總結(jié)出的五步驟方法。這五個(gè)步驟突出了一個(gè)研究城市流域形態(tài)的過程，其重點(diǎn)是雨水敏感設(shè)計(jì)。

2.3 實(shí)施策略和方法

通過對(duì)城市景觀、城市結(jié)構(gòu)、城市規(guī)劃和法規(guī)的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查分析和評(píng)估，能夠提出合理的適合該城市的雨水控制建設(shè)方法和策略。

2.3.1 增加生物多樣性

通過地域發(fā)展綠色和藍(lán)色網(wǎng)絡(luò)的連接和組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的分散控制，在城市流域增加生物多樣性。為此，可以在道路系統(tǒng)和流域的地塊中實(shí)施各種控制策略。

2.3.2 雨水方向控制

通過對(duì)地形起伏和藍(lán)色網(wǎng)絡(luò)的考慮，減少常規(guī)管道承擔(dān)的排水量。藍(lán)色網(wǎng)絡(luò)可以用作來自周圍區(qū)域的徑流雨水的自由表面出口，在該周圍區(qū)域，斜坡將水排向網(wǎng)絡(luò)中。該策略根據(jù)地區(qū)的局部地形起伏將雨水連接到最接近的藍(lán)色網(wǎng)絡(luò)中，并且將徑流水排入該網(wǎng)絡(luò)。

2.3.3 整合環(huán)境規(guī)模

城市肌理的營造環(huán)境由建筑、地塊和城市街區(qū)三大尺度組成。每個(gè)規(guī)模在分散的雨水控制方面都有特定的效益。建筑規(guī)模上的效益是促進(jìn)雨水的使用。在結(jié)構(gòu)規(guī)模上，樁的重量是用來補(bǔ)償建筑造成的土壤防水。在城市規(guī)模中，效益是發(fā)展藍(lán)色網(wǎng)絡(luò)。

3 最佳安置點(diǎn)的選取

結(jié)合土地利用和土地覆蓋數(shù)據(jù)來為低影響開發(fā)（LID）選定最優(yōu)的位置

3.1 局部尺度LID 的選擇

為了確定局部尺度LID 的優(yōu)先位置（雨桶、綠化的屋頂和多孔路面），我們可推導(dǎo)會(huì)橫穿源頭水流的每一個(gè)的排水區(qū)。在排水區(qū)中的每個(gè)不滲水區(qū)域，當(dāng)裝有LID 時(shí)，都有可能減少徑流以及水壓。

3.2 中間尺度集水區(qū)尺度的LID 選擇

中間尺度（雨水花園和長草的洼地）和集水區(qū)尺度（集水的池塘）的LID 的最佳位置是通過分析土地覆蓋物和土地利用類型進(jìn)行確定?；谫Y源的可用性、現(xiàn)有土地覆蓋和土地用途分析，不適合LID 的土地覆蓋物和土地使用是依賴集水區(qū)尺度的。

4 具體技術(shù)手段與實(shí)施方式

主要介紹分散化城市雨水控制實(shí)施的載體。主要包括干滯水池、雨水花園、綠色巷道、綠色屋頂?shù)染唧w實(shí)施方式。

圖3 堤岸旁的滯水池（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

4.1 干滯水池

目前存在許多類型的干滯水池。 每種類型可能有不同的設(shè)計(jì)，但大多數(shù)的設(shè)計(jì)都是為了相同的目的服務(wù)的。干滯水池可利用地形的斜坡。凹陷處的設(shè)計(jì)是為了在降水期間滯留一些水。因此在降雨后的短暫的一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)有一個(gè)可見的水池，后來逐漸減少，因?yàn)樗畷?huì)逐漸滲透進(jìn)入地面。 如果水超過了滯水池的容納能力，有一個(gè)出口允許多余的水流通過管道排放至附近的水道（圖3）。

4.2 雨水花園

雨水花園可以在許多種類的地點(diǎn)建造，如預(yù)先存在的綠地、溪流區(qū)、廣場、停車位、圍場、建筑物的開放空間，學(xué)校和教堂場地和街道等。雨水花園還必須連接到傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)。雨水花園像其他綠色基礎(chǔ)設(shè)施一樣需要維護(hù)工作，最頻繁的維護(hù)是對(duì)下雨天流到雨水花園的“垃圾”進(jìn)行處理。而且，垃圾可以滯留超過36 小時(shí)的雨水，水環(huán)境會(huì)成為一個(gè)蚊子幼蟲的棲息地（圖4）。

圖4 不同類型雨水排水口花園（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

5 局限性與總結(jié)

本文回顧了分散化城市雨水控制理論的發(fā)展過程與相互之間的關(guān)系，形成了整體的理論框架。同時(shí)通過案例闡述了從流域整體角度來進(jìn)行規(guī)劃分析的具體五步驟方法，LID-BMPs 建設(shè)選址的方法和評(píng)估，分散化雨水控制具體的技術(shù)手段與實(shí)施方式如雨水花園、滯水池等。對(duì)分散化城市雨水控制進(jìn)行了較為全面地介紹和說明。運(yùn)用已有的理論知識(shí)，從流域整體角度分析和評(píng)估，選取合適的場地和技術(shù)手段進(jìn)行建設(shè)，并且注意后期的使用和維護(hù)，實(shí)施低影響開發(fā)，來降低暴雨造成的損失，提升生態(tài)環(huán)境，美化城市景觀，達(dá)到對(duì)城市的雨水控制起到積極的作用的效果。