低影响开发雨水系统及其应用

万耀强韦学玉申粤

（1.南水北调中线干线工程建设管理局，河南郑州 450018；2.安徽工程大学，安徽芜湖 241000）

低影响开发雨水系统及其应用

万耀强1韦学玉2申粤1

（1.南水北调中线干线工程建设管理局，河南郑州 450018；2.安徽工程大学，安徽芜湖 241000）

在充分总结、剖析低影响开发雨水系统内涵、现有成熟技术及其应用的基础上，分析其技术和理念的可行性、可靠性及其应用前景，对今后在城镇雨洪管理中引入低影响开发雨水系统提出有益的建议。

低影响开发；雨水管理；透水铺装；生物滞留；绿色屋顶

随着城市的快速发展和城市化水平的提高，城市不透水面积不断增加，一方面改变了城市原有的水生态过程和水文循环状态，降低土壤渗透、植物吸收和地面调蓄能力，导致地表径流量和峰值增加，地下水补给量减少；另一方面引起城市环境、生态和气候特性变化，导致城市发生不同程度内涝灾害和“热岛”效应。在暴雨过程中，不透水地表上的降雨形成了地表汇流时间缩短，增加了城市内涝灾害发生的频率和强度，给人民生活和生产带来极大影响。因此，在城市雨洪管理中引入低影响开发（Low Impact Development，LID）模式，是解决城镇洪涝灾害的重要措施之一。

1 低影响开发雨水系统

LID是在城市建设和开发过程中，模拟自然水文循环状态，采用源头分散式控制理念维护城市开发前的水文特性。其核心理念是在城市规划、设计和建设中，引入低影响开发模式和绿色基础设施理念，模拟城市开发前的自然水文条件，采用分散式源头调控为主的低影响开发策略和技术措施，使开发建设后的城市保持良好的水文功能，最大限度降低和减少土地开发导致城市水文变化和对生态环境的影响［1］。通过建设城市低影响开发雨水系统，利用土地下渗，绿地、景观水体和洼地的滞留，雨水在土壤下渗过程的净化，雨水通过管道和天然河道排放等多种技术，减少和消减雨水径流量排放，提升径流水质，实现城市雨水的良性水文循环，提高城市开发区域对雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放功能，维持或恢复城市的“海绵”功能。

目前，我国雨洪管理采用传统的以排为主的雨洪设计和管理理念，大部分城市通过城市雨水管网系统将雨水收集后排放到城市河流、湖泊等受纳水体，由于城市快速扩张，城市地形、地貌发生变化，改变原有排水体系和水循环系统，原来的河道、湖泊、水塘也演变为城区内河和景观水体，吸纳和排放雨水能力减弱，造成雨水径流不能及时排放，加剧城市内涝灾害发生频率。因此，在城市规划和开发建设中引入低影响开发雨水系统，根据城市气象、水文、地形、地质等现状条件，充分考虑城市雨洪调蓄、水质保护、资源化利用等技术和措施，运用生态和近自然的雨洪生态管理“软排水”模式，改变单纯依赖管网工程设施的传统雨洪管理理念［2］。在城市规划、设计、建设及后期运行维护过程中，采用低影响城市设计和开发模式，充分发挥城市自然生态系统涵养水源、调蓄雨洪、水质保护、雨水资源化利用等方面的功能。

2 低影响雨水开发技术措施

低影响开发采用源头分散式控制理念实现城市雨洪生态管理的软排水模式，按照功能划分，主要包括渗透、储存、调节、传输和净化等功能，按照技术措施划分，主要包括透水铺装、绿色屋顶、生物滞留、植草沟、雨水花园、雨水桶和渗透池等技术措施。

2.1 透水铺装

透水铺装采用透水材料，能够有效降低城市不透水面积，增加雨水下渗，减少对硬化铺装区的冲刷，消减地面雨水径流总量。透水铺装下渗过程，土壤基质对雨水冲涮的污染物进行物理、化学和生物作用，起到净化雨水的作用，减少对受纳水体的负面影响。铺装一般采用具有透水性的材料，如透水砖、透水水泥混凝土等。另外，采用草坪砖、碎石和卵石等大孔隙材料，促进雨水下渗。透水铺装主要用于广场、停车场、人行道以及车流量和荷载较小的道路。

Collins对Kinston停车场透水铺装的监测研究表明，与沥青路面停车场对比，在降雨强度13～25mm/h时，透水铺装停车场对降雨峰值消减率为42%～68%［3］。Hunt等对透水铺装停车场的研究表明，透水铺装的多孔介质截留75%降雨量，另外25%形成径流［4］。

通过对城市广场、停车场、道路和人行道等进行透水铺装改造，增加雨水下渗功能，从源头上消减地面径流总量和峰值，延缓雨水对下游受纳水体的冲击和负面影响，减少城市道路积水和内涝灾害发生频率，逐渐恢复城市开发前的自然水文循环条件，重建渗透、调蓄、滞留、排放等新型雨水管理体系，实现开发后水文特征接近开发前的目标。

2.2 绿色屋顶

绿色屋顶是在屋顶上种植绿色植物，也称种植屋面、屋顶绿化等，由植被层、介质、土壤、排水层及防水层等多层材料构成。绿色屋顶上的土壤、植物叶部和根茎可以吸收、滞留部分雨水，消减径流量，通过土壤的吸附、微生物降解等作用去除雨水中的污染物，还对建筑物起到降温、净化空气、降低“热岛”效应等效果。主要适用于在设计和建设时考虑防水、荷载和坡度等方面的平屋顶建筑和坡度小于15%坡面屋顶建筑。

Mentens等人对绿色屋顶与其他屋顶滞留雨水能力进行对比研究表明，在降雨过程中，降雨量的91%通过传统非绿色屋顶排放，而对于花园型绿色屋顶，仅有降雨量的15%排放［5］。Katherine Alfredo等人研究表明，不同基层厚度和屋顶坡度对雨水的滞留能力有一定的影响，在降雨范围和降雨量一定的情况下，土壤厚度越厚，绿色屋顶对雨水的截留能力越强，降雨产生的径流量占总降雨量的比例越小，平均填料深度89～400mm，平均径流消减率为45%～87%［6］。Getter等人对4块不同坡度（2%、7%、15%、25%）的简单性绿色屋顶在不同降雨事件中径流消减效益的研究结果表明，坡度为25%时，径流平均消减率为76.4%；坡度为2%时，径流平均消减率为85.6%，径流消减率随着坡度增加而减小［7］。

2.3 生物滞留设施

在城市规划和建设过程中，利用城市地势较低的区域，建设生物滞留设施，主要包括雨水花园、生物滞留带、植草沟、生态树池和下沉式绿地等，一般由硕石层、沙层、种植土壤层和蓄水层等组成。适用于建筑与小区内建筑、道路及停车场的周边绿地等场所。

降雨时，不透水路面雨水流入生物滞留设施，经植物吸收、土壤过滤、微生物分解等物理、化学和生物作用，减少和缓解雨水径流量和峰值，去除雨水中部分污染物，实现雨洪滞留、蓄存和水质处理的作用。Dietz和Clausen等［8］对某雨水花园进出水口径流量监测表明，雨水花园能消减径流峰值流速和延长峰值滞后时间。Chapman等研究发现，雨水进入生物滞留系统，通过渗透、吸收和蒸发等作用，可以减少48%～74%的径流量。Sansalone等对雨水花园的进出口水质进行采样分析表明，雨水花园对TSS的去除率为82.1%～95.7%，对COD的去除率为75.4%和90.3%。

生物滞留设施能有效消减雨水径流量和峰值，并通过土壤基质、植物及微生物的过滤、吸附和降解等作用，有效地去除雨水中的污染物。因此，在城市规划和建设过程中，根据城市地形、地质、景观和水系等条件，生物滞留设施应与城市绿地、景观和城市水系设计相结合，在减少雨水径流的同时，又可以提升城市绿化和景观。

2.4 其他

除以上低影响开发技术之外，还有植被缓冲带、渗透塘、渗透沟渠、渗透井、雨水罐和调节塘等技术设施，一般都是利用雨水下渗、滞留和过滤等作用，达到消减地面径流峰值和净化雨水的作用。根据城市地理条件、地质条件、气象条件、降雨特点和地面污染情况等因素，因地制宜地采用一种或多种低影响雨水开发技术措施。

3 低影响开发雨水系统的实施现状

目前，我国大部分城市采用传统的以管网工程为主的硬排水模式，较少考虑城市雨洪调蓄、水质保护和水资源高效利用等低影响雨水开发技术措施，由于城市快速扩张，导致大部分城市排水设施相对滞后，降雨造成我国大部分城市道路积水和内涝频发，严重影响城市安全和人民生活。因此，我国急需制定相关政策、技术措施和先进的雨洪管理理念，解决严峻的城市积水和内涝问题。在借鉴国外先进的雨洪管理理念的基础上，如美国创立最佳管理措施（Best Management Practices，BMPs）模式、低影响开发（Low Impact Development，LID）模式等，英国推行可持续城市排水系统模式（Sustainable Drainage sys⁃tem，SUDS），澳大利亚提倡水感城市设计模式（Water Sen⁃sitive Urban Design），新西兰制定了低影响城市设计和开发策略（Low Impact Urban Design and Development，LI⁃UDD）。住房城乡建设部颁布了《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》，为我国雨洪管理和低影响开发雨水系统建设提供可靠的依据。在城市总体规划、建设用地审批和建设工程规划审批等环节，政府部门应以海绵城市建设技术指南为导向，引导在城市设计和建设过程中融入低影响雨水开发系统的雨洪管理新理念，同时也应加强对低影响开发雨水系统建设的审查和监督力度，推动我国低影响开发雨水系统建设。

低影响开发雨水系统实施过程，政府需要统筹协调城市规划设计、开发建设和运行管理等相关部门，在城市开发建设的各个环节，严格遵循低影响开发理念，并依据海绵城市建设技术指南制定的基本原则、控制指标和建设内容等，因地制宜地制定符合我国城市发展的低影响开发模式，如海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建。在实施过程，也可以借鉴国外经验，制定相应的法律法规与经济激励政策，监督和促进我国城市低影响雨水系统的建设，如可以依据美国经验制定雨水排放许可制度，采用税收优惠、政府补贴和贷款免息等经济激励手段，鼓励建设单位在建设过程融入低影响开发理念，采用新的雨水处理与利用方式。

4 结语

在一些发达国家，已形成相对完善、适合本国的低影响开发模式，而在我国城市化进程中，单纯依赖管网工程设施的传统雨洪管理理念的弊端已经凸显，降雨容易导致城市道路积水和内涝灾害发生，严重影响人民生产和生活，急需采取相应技术措施解决降雨造成城市积水和内涝问题。在此背景下，我国在借鉴国外先进的雨洪管理经验，并结合国内现状制定了海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建。该指南作为我国创立的低影响开发建设模式，指导我国城镇化建设过程中，推广和应用低影响开发雨水系统模式，并依据构建的基本原则、规划控制目标及其构建的内容、要求和方法等方面的规定建立适合我国的雨洪管理措施，为建设具有我国特色的城市雨水自然积存、调蓄、渗透和净化功能的海绵城市提供保障。

［1］中华人民共和国住房城乡建设部.海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建［S］.北京：中国建筑工业出版社，2014.

［2］徐海顺，蔡永立.城市新区生态雨水基础设施规划理论、方法与应用研究［D］.上海：华东师范大学，2014.

［3］KA Collins，WF Hunt，JM Hathaway.A Field Evaluation of For Types of Permeable Pavement With Respect to Water Quali⁃ty Improvement and Flood Control［J］.American Society of Civil En⁃gineers，2014：275-289.

［4］Hunt W F，Stephens S，Mayes D，et al.Permeable pave⁃ment effectiveness in Easter North［A］//Proceedings of 9th Interna⁃tional coference on Urban Dramage［C］.Portland：ASCE，2002.

［5］J Mentens，D Raes，M Hermy.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21st century?［J］.Landscape and urban planning，2006（3）：217-226.

［6］K Alfredo，F Montalto，A Goldstein.Observed and Mod⁃eled Performances of Prototype Green Roof Test Plots Subjected to Simulated Low-and High-Intensity Precipitations in a Laboratory Experiment［J］.Journal of Hydrologic Engineering，2010（6）：444-457.

［7］KL Getter，DB Rowe，JA Andresen.Quantifying the effect of slope on extensive green roof stormwater retention［J］.Ecological Engineering，2007（31）：225-331.

［8］ME Dietz，JC Clausen.A Field Evaluation of Rain Garden Flow and Pollutant Treatment［J］.Water，air，&Soil Pollution，2005（1）：123-138.

Design and Implementation of Low Impact Development Stormwater System and Its Application

Wan Yaoqiang1Wei Xueyu2Shen Yue1
（1.Construction and Administation Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Zhengzhou Henan 450018；2.Anhui Polytechnic University，Wuhu Anhui 241000）

Based on the fully summary and analysis of the connotation of the low impact development stormwater sys⁃tem,the existing mature technology and its application,the feasibility and reliability of the technology and concept and its application prospect were analysed.Some useful suggestions were put forward for low impact development stormwater system in urban stormwater management in the future.

low impact development；stormwater management；permeable pavement；biological retention；green roof

TV213.9

A

1003-5168（2016）12-0155-03

2016-11-16

万耀强（1976-），男，博士，高级工程师，研究方向：生态水利学。