城市雨洪利用研究进展

朱伟伟，郑国全

（浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 临安311300）

城市雨洪利用研究进展

朱伟伟，郑国全

（浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 临安311300）

从辨析 “雨洪”和 “城市雨洪利用”的概念及内涵入手，分国际和国内2个方面，对城市雨洪利用的理论体系和工程实践进行评述并作对比分析。研究得出：中国在全面统筹考虑雨洪资源管理、径流污染控制、雨洪模型应用等方面均存在不足。建立以城市水文学为基础的理论框架和定量评价指标体系，结合地理信息学，拓展雨洪利用方法将是城市雨洪利用的未来研究要点。参47

雨洪；雨洪利用；城市；综述

城市用地逐年增多，不透水面积急剧增加，洪泛区和天然排水道被占用堵塞，不规范开发引起的回水阻碍使绝大多数城市面临着雨洪灾害的风险［1-2］。2012年北京发生7·21特大暴雨事件、2014年华中地区出现山洪泥石流暴发，种种险情严重阻碍了中国城市化进程。住房与城乡建设部针对现状发布了基于低影响开发、雨洪系统规划的《海绵城市建设技术指南》。可以预期，城市雨洪利用作为缓解水资源匮乏、控制水环境污染和防止洪涝灾害加剧的重要技术手段必将成为未来的热点研究领域。国际上的城市雨洪利用已从19世纪初采用开挖明渠、坑塘等措施延缓水量的排放时间发展到20世纪80年代，政府颁布法律、法规对水质加以监管再到现今利用绿地、水系对雨洪进行调蓄和净化处理的生态雨洪管理模式［3-6］。以德、日、美为代表，多侧重于雨洪资源的多角度调控与多重利用，以控制非点源污染，减轻城市排水负担，修复和保护城市水文生态为目的，以法律法规、经济技术为手段构建城市雨洪利用框架体系。在此背景下，本研究希望通过归纳雨洪和城市雨洪利用的定义，对比分析国内外城市雨洪利用理论建构和工程实践并提出未来的研究要点，以期有助于推动中国城市雨洪利用研究的进一步发展。

1 城市雨洪利用理论研究

1.1 概念辨析

1.1.1 雨洪 学术界关于雨洪一词暂无准确完整而相对统一的定义。宋云等［7］认为雨洪是未被城市地面消纳吸收，以地表径流的形式而存在的大气降水。陈玉恒［8］将雨洪界定为有充足数量和可用质量，不能为满足某种用途而被使用的自然水。潘安君等［9］认为雨洪是降水产流、管网汇流与河流行洪的径流的统称。《辞海》中亦无 “雨洪”的明确定义，按 “雨水”和 “洪水”的概念，可将 “雨洪”理解为强降雨导致超出地表纳蓄能力的洪水，具有资源性和灾难性等特点［10］。Faulkner［11］强调雨洪是地域的人为分隔致使城市水文系统产生生化和物化变化，由此而带来的强降水。综合学者对雨洪所下的定义可得出：雨洪不同于雨水，它是骤雨突降引发城市内涝并伴随江河水位快速上涨的征象，表述要点为高强度、大径流量、超出城市蓄纳能力，是一种致灾因子。

1.1.2 城市雨洪利用 城市雨洪利用是由城市雨水利用、城市排水和防洪中衍生出，并兼有上述词汇内涵特性的新概念［12］。国外称城市雨洪管理（urban storm water management），其内涵可解释为在法律、政策、经济等前提的保障或管制下，通过规划设计、工程管理等途径来缓解或消除城市降雨过程中潜在的城市内涝、河道侵蚀、雨水污染等问题，并在特定条件下进行收集利用的一种系统化的管理方式［13-15］。中国可持续水资源战略研究报告中将雨洪利用界定为对集雨面流出的雨洪水进行收集、积聚和储存，从水文循环中获取水资源为人类所用的一种方式［16］。当被视为可利用资源时，也称雨洪资源化，单从字面上表述包括雨水利用和洪水利用。闫科［17］认为前者是山区集雨工程和城市集雨设施对雨水的收集利用；后者为水坝、河系、蓄滞洪区对洪流的拦蓄调节、分流下渗。两者合称雨洪利用。周玉文等［18］将城市雨洪利用的概念简述为采用一系列工程措施对城区降水实行全面管理。笔者以为国内外在定义 “城市雨洪利用”存在差异的原因有二：一是发达国家经过长期的研究与实践，已形成独立完整的科学体系并取得良好成效，在宏观政策、技术研发、工程实践中均涉及雨洪的管理调控。而中国的雨洪利用事业处于起始阶段，定义的角度多聚焦于利用的技术手段，未准确区分现代意义上的城市雨洪利用与简单的雨水利用的差别。

1.2 国外城市雨洪利用理论体系概述

1972年，美国为控制非点源污染而提出非点源污染最佳管理处理措施（BMPs-best management practices）［19］。BMPs的侧重点在于采取洪峰流量与污染物控制；地下水补给与储存水体保护；生态敏感性管理等综合性措施。以景观控制为基础的暴雨管理和面源污染处理技术低影响开发（LID,low impact development,）是BMPs的延续，主要采用分散性的小规模设施对雨洪初期径流进行源头控制。LID以合理的场地开发为中心主旨，集水文分析、沉淀控制、综合治理于一体［20-21］。绿色基础设施（GI,green infrastructure）提出于20世纪90年代，解释为由绿道、湿地、公园、森林保护区等开放空间组成的网络，以自然的方式管理城市径流、削减洪涝灾害。这种非人工网络可通过雨水花园、绿色屋顶、植被种植、透水敷装等要素遍布城市角落［22］，是关于开放空间规划和土地保护的新理念。20世纪末，英国以解决传统排水问题产生的洪涝多发和生态污染为目的而建立了可持续排水系统（SUSD,sustainable urban drainage system）。SUDS由过去的 “水排放”变更为 “水循环”，由优化单一的排水设施升级为优化区域排水系统，在设计和建设的过程中综合考虑水质、水量［23］。澳大利亚水敏感性城市设计（WSUD,water sensitive urban design）的中心思想是将雨洪管理与城市景观相交融，实现水环境和城市建设的协调发展。以保持水环境原始状态为目标［24-26］，严格控制和管理水循环系统，减少污水排放，削减径流。新西兰的低影响城市开发设计（LIUDD,low impact urban design and development）是LID和WSUD的进一步强化和改进［27］，控制雨洪的潜在流势，利用现存降雨的自然过程及其附属体系滞留蓄存雨洪水以达到减少流失量的目的。除了关注雨洪控制利用外，更侧重于减轻对天然水体的影响［28-29］。上述规划设计理念相较于传统的排水策略，优先考虑自然水循环。在暴雨产生的源头——降雨的过程——雨水汇集形成地表径流这些环节中采用人工和非人工措施进行控制管理［30］，最大程度地利用雨洪资源。

1.3 国内城市雨洪利用相关理论概述

一是从景观生态学的角度研究如何将城市雨洪利用融入景观环境建设。俞孔坚等［31］、赵晶等［32］将景观生态安全格局的构建与城市雨洪利用相结合，提出城市绿地应设计为可滞留、净化雨洪，回补地下水的 “绿色海绵”系统。李宏等［33］分析了国外城市雨洪利用的景观营造方法，如 “雨水花园” “绿色街道”，为深入研究雨洪蓄滞的景观途径提供了参考。高元［34］以城市雨洪的调蓄、排放、净化等方式为基础，分别介绍了城市雨洪利用中的景观设计思路与模式。姬锐锐［35］将绿色基础设施与水体景观相融合，提出了由生物滞留系统、渗透系统和调蓄系统组成的生态化城市雨洪控制利用体系。

二是从环境工程学的角度研究城市雨洪利用的模式与途径。车伍等［36］以城市雨洪利用系统中常用的技术措施为基础单元，构建了中国城市雨洪控制利用综合系统的优选模式。宫永伟等［37］以地理信息系统为操作平台来预测城市雨洪调控措施的效果，结合优化算法设计最优城市雨洪利用方案。

三是从城乡规划学的角度研究城市雨洪专项规划的设立。董蕾等［38］认为唯有进行城市雨洪专项规划才能使城市雨洪利用与城市基础设施建设、径流污染控制、洪涝灾害预防相结合，促使城市开发与水环境保护相统一。周正楠等［39］通过分析城市地表水系形态、地表类型和空间节点，提出了有利于减小城市洪涝灾害的城市滨水空间规划。

2 城市雨洪利用实践研究

2.1 国外实践

2.1.1 德国 “标准产业化” 德国在城市雨洪利用方面居世界前列，目前已形成完整的雨洪收集、处理、控制和渗透等技术手段和相应法规体系。从1989年至今，已出台3代管理条例，分别对商住、公用等领域的雨洪利用设施的设计、施工、运行等方面制定严格标准［40］。在汉诺威，由雨水滞滤沟、坡道绿地、蓄水湖、输水沟构成的雨洪滞蓄下渗系统使城区建成后的径流量接近未自然状态的14 mm·a-1，远低于传统住区高达165 mm·a-1［41］。

2.1.2日本 “小国大业”日本于1980年推行雨水储存渗透计划。基于地少人多的国情，政府采用渗井、渗沟等占地面积小，可修建于楼前屋后的设施对城市雨洪进行调控利用，1992年颁布的《城市地下水总体规划》正式将雨水渗沟、渗塘作为城市建设的组成部分，并要求大型公共建筑必须设有雨洪就地下渗设施［42］。现今，岛内已有大量的雨洪利用工程。大阪和名古屋的大型雨洪利用系统，集水面达35 000 m2,可蓄水2 000 m3，年利用水量3 000 m3。东京建有的连接市内长达15 700 km的下水道的首都圈外围排水系统，其末端设有高25.4 m，长177.0 m，宽78.0 m的大型蓄水池，可在城市洪涝期以200 m3·s-1的速度将洪水排出。

2.1.3 新加坡 “集水区”计划 新加坡在城市水体管治方面成绩斐然，占国土面积2/3的集水区的建设受全球瞩目。全岛被划分为 “受保护区” “河道蓄水区” “骤雨收集区”三大集水区域［43］。 “受保护区”为自然保护区，其土地仅作雨洪消纳吸收所用； “河道蓄水区”则是利用河道出口和海滨堤坝修建的大型雨洪集蓄设施满足城市供水需求。以居住区的绿色屋顶为集雨面，流经的雨水通过专用管道输送至水库储存则形成了 “城市骤雨收集系统”。

2.1.4 美国 “渗蓄回灌” 美国是世界上较早开始城市雨洪利用的国家之一。1972年，芝加哥就开始在未进行雨污分流式的下水道的地区强制实施雨洪储留计划，解决了集水面积971 km2地区的水质和水量调控问题。而后，由屋顶蓄水和入渗池（井、草地、透水地面）组成的地表回灌技术得到了大量的应用。弗雷斯诺市将入渗池和回灌井相结合，在地表土下1.5 m处铺设末端与入渗池相连的多孔波纹塑料管，使雨洪经土壤过滤自动注入回灌井中［44］,年雨洪利用量占总用水量的20%。

2.2 国内实践

2.2.1 北京奥林匹克公园 奥林匹克公园是国内最大的雨洪利用示范工程。园中应用了透水铺装、渗滤沟渠、集水池、坡形蓄水绿地等多种雨洪处理技术和设施。在收集水量的同时对其进行净化处理，蓄水池水质达到浇灌用水标准，省去繁琐的水质净化步骤［45］。现今，公园可集蓄5 a一遇的暴雨量、平水年下渗、收集雨洪150万m3，地表径流就地下渗、净化、回用的综合利用率达80%以上。

2.2.2 深圳光明小区 深圳的光明住区在全国率先展开基于LID理念的雨洪综合利用工程。首先，小区通过控制径流系数以达到新区开发建设后雨洪外排量小于开发建设前水平，并以规划用地分类及雨洪利用特点为依据划出9类区块，结合水体进行综合设计［46］。其次，将山区水库、水厂纳入小区的再生水系统，作水量补充调蓄所用。最后，编制光明新区建设管理法规以保障雨洪利用工程的顺利实施。

2.2.3 天津桥园 桥园原为一城市废弃盐碱地，经生态恢复和绿地建设后已成为具有雨洪蓄留、生物多样性保护、提供游憩服务的多功能生态型公园。改造后的园区建有21个高低不等，有水有旱，种有多样乡土植物的坑塘，可在城市雨季来临之时收集蓄滞雨洪。

2.3 国内外城市雨洪利用研究比较

发达国家的城市雨洪利用已形成一套完整实用的理论和技术体系，并为此颁布相关法律法规作为后盾。不仅考虑了资源的重复利用，还与城市景观生态相结合，创造出了诸如绿色街道、雨水花园以使得雨洪利用技术更具生命力［47］。国内北京、上海、深圳等地已进行城市雨洪利用示范工程的建设，也取得了一定成果，但与发达国家相比尚有较大差距。首先，未设立法律法规。虽有部分省市的规章政策涉及有关内容，但是在国家层面上缺乏全面性的政策体系加以保障；其次，缺乏制度协调和管理，直接影响到城市排水系统的可持续高效运行。制度问题影响雨洪利用的运行实施，在相关法规确立后，亦无管理部门实施监控；然后，未开展雨洪利用专项规划。编制城市总体规划时未考虑城市雨水利用和城市防洪防涝，涉及面过于狭窄；最后，未采用专项设施。雨洪利用设施未进行规模生产，实践应用中缺乏独立设计。

3 展望

通过对比分析国内外城市雨洪利用的进展，中国在全面统筹考虑雨洪资源管理、径流污染控制、雨洪模型应用等方面均存在不足。 城市雨洪利用研究需先从以下3个方面深入。

一是强化城市雨洪利用的理论研究。现阶段城市雨洪利用的概念多出于经验性，系统性不足，尚未形成完整的概念体系和理论框架。从城市水文学角度综合研究城市雨洪利用理论，建立城市雨洪利用的理论框架，完善其概念及内涵等内容的研究十分迫切。

二是创新城市雨洪利用的研究方法。现有的城市雨洪利用方法多就某理论体系或工程实践进行分析总结后得出，具有普遍性意义。但雨洪作为一种可变化的非连续性水资源，在其利用上有一定的特殊性。例如不同的降水强度和降水时间、空间会导致城市雨洪利用出现季节性和地域性问题。不同的地形地貌和地质水文会直接影响可集蓄回用的雨洪径流量。今后可结合地理信息科学，利用地理信息系统（GIS），暴雨模型等数字化技术，对城市雨洪利用方法的适用性进行可视化模拟研究。

三是完善城市雨洪利用的管理制度。有关城市雨洪利用标准及评价指标建立的研究尚属空白。雨洪径流污染控制作为城市雨洪利用的核心内容可直接影响收集回用的水质的使用范围。不同水质的雨洪有不同的利用途径。因此，建立相关评价指标不仅可以为城市雨洪的用途做出规范，还可以为利用的效益评价提供定量依据。

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Research progress on urban storm and flood utilization

ZHU Weiwei,ZHENG Guoquan
（School of Landscape Architecture,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China）

This paper reviewed the concepts and connotations of“storm and flood” and “storm and flood utilization” to analyze and compare the theoretical system and engineering practices internationally and domestically.The research findings indicated that there were defects in comprehensive storm and flood resources management,runoff pollution control,storm and flood model application in China.The research established a theoretical framework and quantitative estimation index system on the basis of urban hydrology;the utilizing method combining geographic information science shall be highlights for the further study of urban storm and flood utilization.［Ch,47 ref.］

storm and flood;storm and flood utilization;urban;review

S7-05；X143；TU984

A

2095-0756（2015）06-0976-07

浙 江 农 林 大 学 学 报，2015，32（6）：976-982

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.06.022

2014-10-27；

2015-04-29

浙江省自然科学基金资助项目（LY12D01003）；浙江省大学生科技创新活动计划项目（2015R412035）

朱伟伟，从事城乡规划学等研究。E-mail：347658024@qq.com。通信作者：郑国全，副教授，博士，从事景观规划设计与乡村旅游规划设计、低碳城市等研究。E-mail：zhenggq@zafu.edu.cn