低影响开发城市建设面临的挑战与对策

郑昭佩 朱晓艳 宋德香

低影响开发城市建设是指城区建设中，通过建设雨水收集、净化、蓄存、利用设施将城市雨水直接用于城市工业生产、居民生活和城市绿化等，或者通过渗水路面铺装、建设下沉式绿地等措施增加城区地下水的补给量，实现调节城市雨水径流的时空分布，改善城市水生态系统。

随着城市化的发展，城市缺水问题日益突出，全国有400余座城市供水不足，其中110余座城市严重缺水。但是在暴雨袭来时，城市内涝问题又十分突出。很多學者认为城市雨水利用是解决城市缺水和城市内涝最有效的方法之一，而城市雨水利用是一项复杂的系统工程。国外城市雨水利用研究和实践开展得较早，德国、日本、以色列等国城市雨水利用已进入产业化、综合化发展阶段。国内城市雨水利用多集中在工程技术领域，涉及蓄水池设计、节水潜力、典型案例分析等，对城市雨水利用在减少城市内涝方面的研究较少。事实上，不同地区，不同类型的城市，其雨水收集、蓄存、净化、利用、排放等环节都需要从经济、技术、社会、生态等角度深入分析其可行性。探索城市雨水利用面临的挑战及其对策，因地制宜地进行城市雨水资源利用，对于保障城市供水和防治城市内涝，保障城市化的健康发展具有重要意义。

城市雨水生态利用的必要性

传统的城市建设形成了大面积的不透水地面，导致地表径流增加，汇集时间缩短，给雨洪调蓄带来了巨大压力。而传统的城市雨洪管理理念是以排为主，要求雨水短时间内通过市政管网排入受纳水体，实现“使雨水尽快远离城市”的目标，这又导致雨水管道和雨水泵站等排水设施不堪重负的同时，雨水资源也得不到合理利用。造成水资源的大量流失。在城市水资源严重缺乏和城市雨水洪涝的双重压力下，进行低影响城市建设，促进雨水资源合理利用和减轻城市内涝是我国当前城市化的必然选择。

城市雨水是城市的重要水源

水资源是自然界水循环过程中能够被人类方便取用的水的存在形态，主要是以液态形式存在的陆地水。

传统意义上的陆地水包括陆地上的冰雪（冰川、冰盖），河流、湖泊中流动的水，地下水和土壤水等。它们都来源于大气降水。其中通常只有河流水、湖泊水和埋深小于400米的地下水被看作是水资源，而城市区域的降水在进入河流、湖泊之前形成的城区径流，由于其存在的时间短，不方便人类利用未被看成是水资源。

当今世界各国的城市普遍采用集中供水的方式，以保证供水的安全和稳定。其供水水源来自河流、湖泊、地下水，随着城市的发展这种供水水源的水量、水质越来越难以保证。而城市雨水利用能够降低人们对集中式供水系统的依赖，降低城市内涝风险，减少城市污水处理量。由于雨水在进入河流、湖泊之前所受的污染较轻，城市雨水利用对补充城市水资源、改善城市自然生态系统能发挥重要的作用，因而城市雨水是一种很有开发利用价值的水资源，城市雨水利用已成为国际发展趋势。

雨水生态利用是防治城市内涝的重要手段

随着城市化的发展，一些老城市原有的雨水管网的排水能力必然被超越，在暴雨时经常发生内涝，甚至逢雨必淹。而在快速城市化的进程中，水灾害的危险性与承灾体的脆弱性必将呈现增长的趋势。

城市建设形成大量不透水的硬化地面，雨水落地后只能从管道里集中快排。但在排出城区之前，雨水形成的地表径流在城中极易形成内涝。2015年6月17日，上海遭受暴雨袭击，多条街道积水严重变成河道；2015年7月23日，暴雨袭击武汉，多处路段渍水，网友纷纷晒“看海”图；2015年8月7日，北京遭遇暴雨后出现内涝，多处路段积水严重。

仅依靠提高排水管网的规格，不能完全解决城市化带来的内涝问题，必须结合其他方法综合解决。城市雨水利用能减缓城区径流汇集的速度，减少径流的汇集量，因而是从源头防治城市内涝的有效措施。

雨水生态利用能产生巨大效益

城市雨水利用能够产生巨大的经济效益、生态效益和社会效益。城市雨水利用能节约供水成本和排水设施建设费用，又能减轻城市洪水造成的经济损失，因而能产生明显的经济效益。在节约供水方面，维拉里尔（E.L.Villarreala）等分析了瑞典北雪平（Norrkoping）的居住区实行雨水收集利用的可能性，定量地分析了雨水利用的节水潜力，结果表明，修建40米。的蓄水池用于冲厕，每年可节水60%；同样容积的蓄水池用于洗衣，每年可节水40%；如果冲厕和洗衣机都用上雨水，同样大小的蓄水池每年可减少30%的用水需求。

城市雨水利用具有净化水质、补充地下水和美化环境三方面的生态效益。在雨水利用过程中，对雨水具有一定的自然净化作用，可使进入城市水体中的污染物大为减少。当城市雨水通过灌溉草坪、广场绿地、道路绿化等而下渗时能补充地下水，同时又改善了城区及周边自然生态系统的健康状况，美化景观，调节气温和改善气候，净化城市空气，降低城市热岛效应，进而改善了城市整体环境。

城市雨水利用还具有防洪排涝，保障社会安全和提高人们节水意识等方面的社会效益。城市雨水利用工程能够使居民在休闲、娱乐的同时，受到水资源和环境意识的教育，增强惜水、节水和利用雨水的意识。

国内外经验表明，城市雨水利用能改善当地环境，解决水资源缺乏的困境，使城市的知名度得到提升，促进当地房地产的升值，这是城市雨水利用的间接社会、经济效益。

城市雨水生态利用现状

我国对雨水资源的利用历史悠久，但主要应用于农业的集雨灌溉和人畜饮水方面，城市雨水的利用起步较晚，开发利用具有很大的潜力。

在城市雨水利用方面，国外较早开始了有关的理论研究和实践。根据城市地形地貌，利用城市现有设施，系统规划设计相关工程措施，将汛期雨水阻滞拦蓄，使雨水成为可供城市综合利用的水资源。借鉴国外经验，我国正在努力形成一套具有中国特色的雨水利用体系。一些学者从理论上分析了城市雨水利用的综合效益和可行性，提出了雨水集蓄利用，屋顶绿化，增加水体面积，建设下沉式绿地，与风景园林规划设计相结合，促进水环境与水景观的共同持续发展园林等措施。这些研究为我国城市雨水的合理有效利用提供了有力的支持，很大程度上推动了我国雨水利用的发展。

近年来，我国大中城市的雨水利用发展较快，2006年北京市水务局等八部门联合发布了《关于加强建设项目雨水利用工作的通知》，2007年北京城乡共收集利用雨水4500万米³，占当年供水总量的1.29%，其中城市已建雨水利用工程600余个，遍及18个区县，涉及政府机关、学校、公园、生产企业、工业园区等，年利用雨水能力接近1000万米³。但是，目前北京集雨利用量仍然十分有限。预计，到2020年北京30%的居住區可能实现雨水利用。除北京外，上海、天津、青岛、大连、南京、哈尔滨、西安、郑州等许多城市也结合自身的具体情况陆续开展了雨水利用实践。

我国近年来提出和正在进行的海绵城市建设足具有生态智慧的城市雨水利用理念。2014年3月，住建部城建司印发《2014年工作要点》，提出了建设“海绵型”城市的新理念，2014年11月，住房城乡建设部出台的《海绵城市建设技术指南》首次提出“雨水径流总量控制率指标”，指导各地建设海绵城市，根据技术指南，海绵城市建设应遵循“规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜、统筹建设”的基本原则。2015年4月，公布16个城市成为2015年海绵城市建设试点城市，标志着我国海绵城市正式进入实施阶段。

“海绵城市”建设是以修复城市水生态为抓手，解决城市水生态面临的水资源短缺和城市内涝问题。“海绵城市”是一种形象的表达，其学术术语为“低影响开发雨水系统构建”（low impact design or development，LID），即在降雨的时候，通过建设“吸收、存储、渗透、净化”系统来吸收雨水，在干旱时用来补充地下水.调节水循环的一种城市建设系统。

城市雨水利用面临的挑战

城市雨水利用建设是体现生态智慧的城市建设活动，是一个系统工程，面临着经济、社会、生态等多方面的挑战。

城市雨水资源的可利用量随着年降水量、降水强度等气象要素而变化，有些城市所在地区的降水量年际变化很大，这就给城市雨水资源的利用造成很大的困难。例如，在蓄水池容积的设计、下沉式绿地的设计等方面都要考虑雨水资源的可利用量，但是由于降水量的年际变化，必然造成有的年份设施的闲置，而有的年份设施的蓄存能力不足。

海绵城市建设需要进行道路、广场的透水铺装，下沉式绿地改造和新建，城市水体生态系统的修复，雨水收集、蓄存、净化、利用、排放设施建设等，需要投入大量的人力、物力、资金。同时，海绵城市建设从经济角度看投资周期长、见效慢，而且许多生态系统服务功能价值的提高又是隐性的，不容易直观地显现出来，这就限制了个人、社会资金投入的积极性。所以，海绵城市建设的资金筹措将会面临巨大的压力。

随着人口、经济的增长和城市化的发展，城市土地资源的稀缺性日益突出，城市建成区成为人口、建筑密集的空间，城市问题如交通堵塞、污染加剧、生态退化、人均空间减少等都与城市土地资源的稀缺有关。但是，海绵城市建设需要更多的绿地和雨水收集、蓄存、净化、回用设施，其对土地的需求将会进一步加剧城市土地资源稀缺的程度，因而面临巨大的建设用地需求压力。

城市雨水收集、蓄存、回用、排放的各环节，以及增加城市雨水补给地下水的措施均可能造成地表水、地下水的污染。例如，雨水对城市中的生活垃圾、工业原料场和固废堆放场、建筑垃圾堆放场等淋洗，使很多污染物进入到收集的雨水中；城市地面、建筑物表面的尘埃等颗粒物也会进入雨水中；使城市雨水（特别是降雨初期形成的径流）中污染物含量高，污染物种类复杂，成为较难净化的污水。这样的城市雨水进入地表水体或地下水中就会造成水环境污染。再如，城市建设的绿地施用的肥料过多，磷、氮等营养元素随着绿地中蓄存雨水渗入地下水，或排人市政管网，最后进入受纳水体成为新的面源污染，造成水体富营养化等。

海绵城市建设在老城区必然通过改建完成，这就存在破坏城市风貌的风险。将已经建成的城区街道、广场、排水系统等进行改造，若操作不当将会造成原来的城市风貌大为改观，甚至有可能破坏有较高审美价值的城区风貌。

城市雨水生态利用对策与建议

尽管城市雨水利用面临着众多的困难与挑战，但是在城市水资源日益缺乏、城市洪涝日益频繁和严重的情况下，体现生态智慧的城市雨水利用必将是城市未来发展的重要方向。未来的城市雨水利用需要从以下几方面努力。

因地制宜确定城市雨水资源的利用规模

尽管各地降水量均存在一定的年际变化，但是各地降水量的变化范围各自有其阈值；而且城市地区（现有城市和将要建设新城市的地区）人类活动历史悠久，拥有多年的气候观测资料可供参考。因此，根据不同地区降水和地质地貌特点，植被类型，以及经济社会发展情况等资料，可以在一定精度上确定各城市区域单位面积上的雨水资源可利用量，进而确定城市雨水资源的利用潜力，合理设计蓄水池的规模，下沉式绿地的下沉深度，城市绿地率等指标，为城市雨水资源利用提供科学依据。

多措并举降低城市建设的水文过程影响

城市雨水资源利用是在城市建设对城市区域水文过程影响日益增强，城市水资源短缺和城市洪涝损失等问题日益突出的情况下提出的。城市雨水资源利用主要是降低城市建设对区域水文过程的影响，包括减缓地表水汇集速度从而减轻洪涝灾害，增加雨水入渗从而增大地下水补给量等。进而修复城市水生态，补偿地下水超采造成的不利影响。

城市雨水利用需要采取多种措施，包括采用工程措施进行雨水收集利用，建设下沉式绿地增加雨水入渗，利用现有景观设施减缓径流速度等。其中进行雨水收集利用的工程设施可以建设大型的蓄水池，也可以利用小型的雨水收集桶等灵活多样的收集方式。

开阔视野增加城市雨水资源的利用范围

正如城市发展不能局限于城市建成区一样，城市雨水资源的利用也不应限于城市区域。在不造成生态破坏的前提下，可以将城市雨水资源利用的范围向城市周边地区适当扩展。包括为了破解城市雨水利用面临的土地需求压力，可以将部分雨水蓄存、净化设施建在城市外围；为了增加城市区域地下水的补给量，在城市地下水上游区域进行水源涵养林建设；为了增加城市区域水资源的可利用量，也可以在城市下游附近区域建设拦蓄径流的人工湿地等。

提高技术降低城市雨水利用的风险

城市雨水利用存在着污染城市水环境、破坏城市原有风貌等风险，因此，必须通过提高雨水利用技术，进行城市雨水资源污染防治、雨水资源利用设施、下沉式绿地、透水铺装的广场道路建设。

总之，对城市雨水进行利用，修复城市水生态。应改变城市水管理方面以排水为主的观念，通过多种途径建设海绵城市是现代城市发展的重要方向。尽管会面临众多经济、社会和生态方面的挑战，但通过水资源管理理念的改变，雨水收集、净化、蓄存、回用等技术的改进，城市雨水利用的经济、社会和生态效益将不断提高，雨水利用理论研究和实践的前景将十分广阔。