LID低影响开发理念在城区雨水径流控制管理中的运用

李 涵 耿晓明

(1.江苏九天工程项目管理有限公司，江苏南京 210013；2.南京市秦淮河河道管理处，江苏南京 210012)

1 LID低影响开发理念的意义

近年来，随着经济社会的不断发展，城镇化进程和城市开发建设的加快，城区内雨水径流的开发利用理应纳入到城市建设规划范围内。但由于目前传统的水资源调控手段和水污染治理措施相对滞后，使城区内相应的内涝和雨水径流所形成的污染成为当前城区面临的难题。城区内人类社会活动的频繁性和城市排水系统建设的不合理与滞后性，是导致大部分城区内涝的主要原因。另外，极端天气，城市雨岛、热岛和混浊岛效应加剧了城市雨洪灾害的频发。城区降雨所产生的径流中含有大量的污染物，尤其是初期雨水径流作为对地面污染物迁移转化的驱动力，具有明显时间上的尺度性，是整个降雨过程中径流污染的主要时间段，受污染的雨水径流一旦进入城区的水体，会对城区的水环境和生态系统形成一定危害。长期以来城区排水工程的重点单纯地集中在排水系统的建设上，但随着城区降雨量与下垫面的变化，一味地扩大排水管径，增加提升排水泵站的能力，被动应对城区降雨量变化的这种传统思维，只能暂时解决城区的积水灾害问题。着眼于城区雨水径流的全过程，从雨水径流的源头上着手进行减量化处理，是解决城区降雨径流所产生的内涝与水环境恶化的又一新途径。

解决城区降雨径流致使内涝与水环境恶化有两种途径：一是传统的灰色工程措施方式，即主要依靠城区管网及泵站排水，但一旦遭遇暴雨，城区雨水径流仅单纯地依靠其管网及泵站的排水方式是不可持续的；二是采用LID(Low Impact Development)低影响开发模式，即对城区雨水所产生的径流和污染给予有效地控制，使城区内的雨水径流尽量接近于自然的水文循环状态。这既可有效缓解城区雨水径流的污染，又可减少径流总量及峰值流量，从而改善城区及周边地区的生态环境条件，这将是城区雨水径流控制利用的发展方向。基于LID的主要绿色技术措施有植被浅沟、下凹绿地、雨水塘、透水下垫面等，旨在有效地解决好城区雨水径流所产生的城区排水压力与污染物的危害。

2 LID低影响开发理念

2.1 LID的内涵

LID的理念形成于20世纪90年代，其基本原理是通过分散的、小规模的源头控制设施来实现对降雨所产生的径流、污染的控制，使城区内开发建设后，尽量接近于原有的自然水文状态。LID不仅可有效提高城区内的防洪除涝能力，同时依据初期冲刷效应，即在通常情况下，初期雨水径流的污染含量在整个径流过程中是最高的，随着降雨的持续，雨水径流中的污染物浓度逐渐降低，最终维持在一个较低的浓度。这对改善城区降雨径流造成的城区面源污染具有很大的作用，也是生态文明建设在城区规划建设中绿色工程措施的具体体现。其关键在于采用对城区内雨水径流的原位收集、自然净化、就近利用或回补地下水等具体绿色措施，其主要技术措施有渗、滞、蓄、净、用、排。具体绿色工程措施包含生态植草沟、下凹式绿地、雨水花园、绿色屋顶、地下蓄渗、透水路面等。可形象地比喻为城市就像海绵一样对城区雨水径流具有良好的调蓄功能。LID的特点主要是维持雨水径流总量，消减峰值流量、延缓峰值时间、减少径流污染，其目标是“源头削减、末端控制”。传统的排水方式要求90%的水要外排，而有关专家认为LID理念下只有30%允许排出，70%要截留于城区中［1］。

2.2 “源头控制”与“末端控制”的互为性

LID强调城区开发过程中应减小对其环境的冲击，其核心是基于对雨水径流通过源头控制和延缓冲击负荷的理念，构建与自然相适应的城区降雨径流的蓄、排水系统。在合理利用自然景观空间的同时，首先应通过对城区雨水径流进行“源头控制”，减少雨水径流的后期压力和减少城区范围内的面源污染。而“末端控制”是对进入城区雨水管道雨水径流进行集中式的终端控制措施，即对来自城区雨水管道的雨水先行排入前置塘、雨水湿地等设施进行处理，使水质净化后再排入相应的城区专用排水河道。故“源头控制”与“末端控制”间的关系应为互为性，即雨水径流控制主要是通过雨水径流的“源头控制”来削减雨水径流的径流量和相应的污染，以此减少后续设施“末端控制”的压力和负担。从优先次序讲，对城区某一区域应优先考虑以LID设施进行雨水径流的源头分散控制；再由末端控制措施进行有一定规模的集中式控制，达到城区雨水径流的控制与管理的期望值。

3 LID低影响开发对城区雨水径流的控制与管理

LID对城区雨水径流控制与管理由两个组成部分，即“源头控制”与“末端控制”。“源头控制”是指雨水进入城区排水管道之前的分散过程控制，而“末端控制”则指雨水进入城区管道后对雨水量和污水量进行调节集中处理的过程。现阶段对“源头控制”与“末端控制”一般应遵循雨水就近处理和植被性处理的原则。其“源头控制”是关键，并能大大地减少“末端控制”的压力，可降低后续“末端控制”处理的成本。

3.1 “源头控制”

“源头控制”，即在雨水径流和污染源发生地采取相应的“绿色措施”将雨水径流及污染物截留下来，避免所携带的污染物在降雨径流输送过程中的溶解和扩散。该控制措施可降低水流的流动速度，对降雨径流起到拦截、消纳、渗透等作用，对进入城区管道的雨水量和面源污染负荷起到了一定的消减作用。有研究认为控制初期12～32mm的径流，可控制90%的径流污染［3］。其“源头控制”的主要技术措施包括下凹式绿地、透水铺装、缓冲带、生态护岸等。在技术措施选用时，可依据当地实际情况，单独使用或组合使用上述主要技术措施。

3.1.1 下凹式绿地设置

通过对城区现有的绿地进行改造，使绿地高程低于周围地面约10cm左右，以保证周边硬质路面雨水形成的径流能自流入绿地。下凹式绿地的下层天然土壤应选用渗透系数较大的土壤，以增加土壤的入渗率，即增加土壤的存储空间。相关资料表明：若特定城区绿化率达30%，相应下凹式绿地下凹10cm，对于较大的降雨量，能使70%的降雨量得到入渗［1］。

3.1.2 路面透水铺装设置

城区河道两侧的人行道和交通负荷较小路面，可通过对原硬质路面进行改造，改用透水层、透水表层砖等方法进行渗透铺装。对于局部不能采用透水铺装的地面，可考虑铺设坡度不小于0.5%的路面，倾向周围的下凹式绿地或透水路面，对于交通负荷量大的硬质路面，可考虑适当降低道路两侧的地面标高，并在道路两侧修建小型引水沟渠，对硬质路面表层的雨水径流可由两侧分流，进入最近的下凹式绿地。南京市的停车场，将全部沥青路面改为草皮砖和草坪格，雨水径流中的重金属铜、锌的平均浓度将分别从16kg、49kg降到4kg和12kg［1］。有关资料表明：铺设透水草皮砖对CODCr有很好的削减效果，主要原因是透水草皮砖中植物根系对有机物有很好的吸收作用［4］。有关资料表明：对于10hm2的居民小区，若将全部屋顶雨水收集利用和70%的铺装地面为不透水砖和下凹式绿地，可将5年一遇的降雨径流系数由0.56削减到0.2左右。多年平均可回用和下渗综合利用雨水约2.08万m3，其中屋顶雨水收集回用0.9万m3，下凹式绿地和透水地面下渗1.19万 m3，约回补地下水 1800m3，可减少COD、SS、总氮、总磷的排放量分别为 1283kg、984kg、126kg 和 4.0kg［5］。

3.1.3 植物生态缓冲带设置

设置植物生态缓冲带，可削减雨水径流的流速，从而加大雨水径流与草带的接触时间。在设计时应考虑当地的具体径流情况和路面情况，选择合适的植物，且坡度不宜大于5%，长度应不小于20m。深圳市茜坑水库，其缓冲草带从76m高程到74m高程的距离是41.1m，采用的坡度为4.6%，其横断面采用抛物线型，可将径流完全渗透［1］。

3.1.4 河岸生态护岸设置

传统的河岸防护工程的抗冲刷、抗侵蚀能力较弱。暴雨径流形成后，在移动过程中，携带着土壤和岸坡上的污染物、沉积物，沿岸坡一泻而下，或以地表漫流的形式毫无阻挡地进入受纳水体。通过固土护岸，增大土壤的渗透系数，重建和恢复水陆生态系统，尽可能地减少水土流失，提高岸坡抗冲刷、抗侵蚀能力，对降雨径流进行挡阻和消纳。桂林市的环城水系在生态保护工程建设中将岸坡与其功能相结合，并创新使用了介质筛、鱼鳞角和仿湿地生态护岸技术，将长度约为10.6km内湖生态岸线进行重修，通过这些技术措施，不仅提高了河湖防洪能力，同时也美化了该市的江河环境［1］。

3.2 “末端控制”

“末端控制”措施主要是对城区雨水径流通过前期“源头控制”相关措施的减排、蓄留，甚至净化后，使多余的水量进入城区市政管道最终排入自然水体。“末端控制”的主要技术措施包括雨污分流、生态小区雨水综合利用、雨水渗透及拦蓄和屋顶雨水收集等。

3.2.1 雨污分流设施的设计

许多城区的现状排水系统主要采用合流制，加重了排水系统的运行负荷，造成城市洪涝灾害。同时由于地面受雨水径流冲刷后，其污染物混入水体，既加重了城区的水体污染，也造成了大量雨水资源的浪费。凡有条件的城区应将合流制改造为分流制。在城区新建区雨水径流利用规划时应采用雨污分流制。在新建小区应统一设置雨水径流的收集系统，对城区的老小区排水管网进行统一处理和改造，使其满足雨水径流资源化的要求。

3.2.2 生态小区雨水综合利用技术

对于城市中新建的居民小区，应设置雨水综合利用系统，使中水回用系统和雨水综合利用系统同步规划设计和建设，使小区景观设计和雨水利用有效结合起来，通过人工湿地、屋顶花园、直接渗透、道路收集、屋顶收集等途径收集雨水，用于居民非饮用水和小区内绿化、景观用水，通过这种雨水综合利用系统，可净化空气，美化小区环境，减少雨水排放量，从而构建绿色生态型小区。

3.2.3 雨水渗透及拦蓄技术

雨水渗透及拦蓄技术主要通过建立雨水滞蓄池，将大量雨水径流经过溢流后注入设置沉淀物冲洗设备滞蓄池中，或将雨水径流引入拦蓄和渗透性能较高的开阔平整绿地或平地，使雨水自然下渗。并且可考虑在城区的停车场、人行道等路面采用透水性地面，使雨水径流通过草皮砖地面、透水砖地面、透水混凝土地面以及多孔沥青等逐渐下渗，及时补充地下水。设置雨水调节池，既可控制雨水径流量，又可通过雨水调节池内发生的物理、化学和生物过程来改善水质。2003年上海市对苏州河的环境整治中，通过在河流沿线建造河流污水调节池以节制雨水径流，建成后每年排入该河的COD负荷减少了53.2%，极大地改善了该河的水体环境质量［1］。

3.2.4 屋顶雨水收集技术

屋顶雨水收集系统主要包括沉淀、过滤、消毒等处理环节以及分配、储存、传输、集雨等基本过程，以水箱作为储存系统，落雨管和集雨槽作为收集系统，将城区大量的不透水屋面作为集流面，雨水流入蓄水池之前进行沉淀和过滤，水箱内对水进行消毒处理。城区屋顶面是较为适合和常用的雨水收集面，其所收集的雨水可用于企业、公共场所和家庭非饮用水，以及洗车、喷洒绿地、冲厕等用水，既可极大地减少外排水量，又可大幅度消减地表径流量，这对城区雨水径流资源化利用具有一定的环境效益和经济效益。屋顶面积占该园区总面积的20%～25%，通过对其屋顶进行绿化以滞留雨水，可使相应的排水强度降低70%左右［2］。

相比末端集中控制设施，源头分散生态设施在控制初期雨水径流污染上更具有优势，因此，城区新建区域应优先考虑通过源头分散控制的措施，老城区条件受限时，可考虑采取部分末端控制的调蓄等设施。在具体的实践中，应充分考虑城区的实际情况，解决和平衡绿色与灰色、地上与地下、分散与集中的关系，以达到效益最优。切忌绝对化地提出“透水铺装率”“下凹绿化率”“绿色屋顶率”等单项硬性指标，须统筹好多项指标落地的可操作性和经济合理性。

4 LID低影响开发相关事项研究

城区雨水径流利用是一项涉及多学科的系统工程，现阶段国内对城区雨水径流的资源化利用尚处于研究与开发利用的初级阶段。但随着城镇化进程的加快，城市人口的集聚，开展好城区雨水径流资源化利用，更好地解决城区现状所面临的内涝加剧与水生态环境恶化等问题，越来越得到重视。

4.1 基础性工作的必要性

首先需收集城区降雨、径流资料，尤其需对城区短历时的中、小强度的降雨进行分析，并核算城区内可收集利用的雨水径流资源。同时应针对城区自然地形地貌、河湖水系分布、林地湿地范围和自然山水格局等本底条件下的降雨径流产、汇流特点，分析不同尺度下区域内的年均下垫面的入渗特征，雨水径流的产、汇流特点，并通过对其河道常、枯、丰水位进行分析，为划定城区各个河道蓝、绿线，确定城区各个河道生态基流提供依据。同时需考虑“源头控制”与“末端控制”绿色设施的修建对周边生态环境、居民生活、生产的影响和经济上的可行性。雨水资源化利用需对城区雨水利用的水市场进行预测，对水市场的保证程度等进行分析。

4.2 设施落实的可操作性

在对城区雨水径流控制管理的具体设施方案遴选过程中，要慎重地面对城区各个区域内现场各种条件的差异性。在雨水径流控制管理设计过程中，应针对各个区域内的现场气候及降雨、下垫面、产汇流特点，以及区域内现有的给水排水系统设施等情况，在充分考虑各种设施的优缺点及适用性的条件下，通过对雨水径流的水量平衡分析、水力计算和技术经济分析，遴选出技术、经济可行的最佳方案。与城区居民生活密切相关的雨水径流控制管理设施需考虑具体设施的可操作性，还需充分考虑居民的可接受性，对居民生活有影响的设施，应提出相应的减荷或补偿措施。

4.3 机制构筑的长效性

建立健全相应的政策法规是保障雨水径流控制管理长效性的关键。城区雨水径流控制管理具有社会公益性，需落实相应政府职责，尤其应搭建起相应的投融资平台，广泛筹集建设资金，建立城区雨水径流资源化利用的水市场，以满足城区雨水径流供需双方的要求。城区雨水径流控制管理涉及多个部门，需由政府部门出面牵头，杜绝各部门各司其职的现象。构建城区良性的雨水径流资源化系统，不仅能有效地提高城区的防洪和供水保障能力，而且能进一步改善城区的水生态环境。

4.4 评价指标体系的科学性

为规范城区雨水径流控制管理和资源化利用工作，需建立相应的科学评价指标体系，现状城区雨水径流控制管理技术指标体系不完善，致使在具体工作中缺乏充分的科学评价指标体系，各种下垫面径流系数的确定、雨水径流水质与相应的降雨量关系、年径流控制率选用与城区尺度的具体条件、水资源市场的水价格、城区雨水径流控制管理评价体系(储水设施防渗、雨水处理收集与处理工艺)等亟待建立健全。同时应进一步完善城区雨水径流、下垫面和水质监测系统。只有建立健全科学的评价指标，城区雨水径流控制管理与资源化利用方能可持续发展。

5 结语

采用LID理念进行城区雨水径流控制管理，可使雨水得到资源化利用，不仅缓解了城区区域内用水的紧张状况，同时雨水下渗可增加浅层土壤的含水量，减轻城区由降雨径流引发的洪涝灾害程度，降低径流污染造成的城区水环境危害，缓解城区的防洪排涝体系建设的压力。故LID雨水径流控制管理是积极应对和防范雨水径流的重要举措。

积极开展城区LID雨水径流控制管理，“源头控制”和“末端控制”的减量减排措施，对城镇化进程中出现“热岛效应”将起到一定的缓解作用。开展城区雨水径流控制管理和资源化利用须坚持可持续利用和发展的原则，既要满足区域内对雨水径流的需求，又要充分考虑区域内雨水径流的承载力，达到经济、社会、环境效益的统一。