低影响开发设施在我国海绵城市建设中应用的反思

邓文华，蒲文鹏，娄永忠

（1.惠州学院建筑与土木工程学院，惠州 512007；2.中国光大水务有限公司，深圳 518033）

低影响开发设施在我国海绵城市建设中应用的反思

邓文华1，蒲文鹏2，娄永忠1

（1.惠州学院建筑与土木工程学院，惠州 512007；2.中国光大水务有限公司，深圳 518033）

本文分析了低影响开发概念产生的源头以及与北美雨洪管理体系的关系，结合案例研究低影响开发设施对于雨洪控制的作用和景观效果，提出了低影响开发设施在我国海绵城市建设中应有的地位.

海绵城市；低影响开发；雨洪管理

1 前言

我国经常把海绵城市建设的目标解读为解决城市看海的内涝问题，它与北美实行的低影响开发策略存在较大的差异.1999年，美国马里兰州乔治王子郡的环境资源局推出了一本名为《低影响开发设计策略——一种综合的的设计方法》的手册，这本手册被奉为低影响开发LID（Low Impact Development）的起源.

《手册》的前言中写道：“本书中所做提炼出的低影响开发原则，是基于过去三年，尤其是新建社区、商业设施和工业设施开发中的雨水径流控制经验.”［1］这其中提到的“新建”两个字很重要.因为只有新建的设施，才有开发前后的地块水文特征的对比，而对于经过历史上长期开发形成的城市、老旧城区和建成区，由于历史久远，回复到当初的自然的地表径流控制水平（地表水文特征），其操作性要差了许多.很难说这一概念提出时的本意涵盖了所有发展类型城市社区.

《手册》中关于LID目标的论述表明：LID更多的是在建立一种城市开发和环境景观获得和谐关系的策略和方法.它提到了低影响开发设施是对城市暴雨系统的一种重要的补充和新的理念，并且可以减少暴雨设施（雨洪管理设施）的投资和维护费用，但是它并没有提到低影响开发设施可以决定性地解决城市的洪涝灾害.

在《手册》中，把基于生物滞留机制的设施被称之为IMP（Integratedc Management Practices，综合管理措施），并指出IMP（综合管理措施）可以极大的减少BMP（最佳管理措施）的应用.由于BMP中包含了部分灰色的内容，因此IMP被认为是更加生态化、更富有景观效果的雨洪管理设施.

在这本《手册》里，LlD与IMP是相对应的，比如它指出：LID的设计能够明显的减少雨洪管理设施的投资，如减少透水铺装、路牙和排水沟的用量；减少暴雨排水管、雨水口的用量；减少一些暴雨调蓄塘的用量.

2 北美雨洪管理体系的框架

在中国海绵城市的实践开始的时候，LID并没有区分BMP和IMP，因此IMP中的各种生物滞留设施成为低影响开发乃至于海绵城市的代名词.生物滞留设施在国内一些以生态景观研究为主的高校、研究单位和设计单位的推动下，在中国的各个试点城市开展了广泛的实践、不论是新建成的开发区，还是建成区、老旧城区，都建设了大量的生物滞留设施.

另外一个需要注意的是，美国的雨洪控制是个多重制度体系构成的复杂系统，LID只是其中组成的一个部分.美国还有专门针对于市政项目的MS4（municipal separated stormwater sewer system permits），全称是市政分流制雨水排放系统许可证制度；对于工业和建设项目的SWPPP（storm water pollution prevention plan）制度，全称是雨水污染防治计划；针对于雨水引起的合流制管渠溢流污染，每个城市还有独自的五年、十年，以至于更长的溢流污染防治规划.

我们今天在阅读2000年之后的美国各大州的LID设计导则，会发现很多都在最显眼的位置写明，本导则是在执行上述各制度的基础之上来执行的.所有这些综合在一起，才构成了北美完整的雨洪管理体系.

3 低影响开发设施与城市防洪排涝体系的关系

我国应当学习建立北美这样完整的雨洪管理体系来开展海绵城市建设.

在2014年国家住房与城乡建设部推出的《海绵城市建设技术指南》中做了特别的标题注明——低影响开发体系的构建.这在某种程度失去了建立这个大雨洪管理体系框架.尽管在《指南》中，对于室外排水规范的作用也作了相应的说明，但是还是过于突出低影响开发设施.

如果我们从排水防涝系统来借鉴美国的一些先进做法，不妨可以来审视一下所谓的美国排水防涝系统的十二条规划设计原则.上海市政院张辰等在《美国城市排水防涝规划设计12条原则的启示》一文中，结合我国的具体情况分析了这十二条原则，在此不详细赘述，单看其中的第三条：

“第三，每一个城市排水系统，都分为主要排水系统（Major Drainge System）和次要排水系统（Minor Drainge System）.次要排水系统的规划设计，应考虑公众日常生活的便利，并满足较为频繁的降雨事件的要求，当地表径流超出次要排水系统的能力时，主要排水系统将被启用.”［2］值得注意的是，主要排水系统的存在是不以人的意志为转移的，即使没有人为的规划设计，一个地区的主要排水系统仍然会自然形成，因此为了确保城市有序发展，减少居民生命和财产损失，两套排水系统均应被合理的规划设计.

这段话的论述应该明确地指出了LID设施和城市防洪防涝体系的关系，LID设施可以应对在设计雨量下，大约就是整个径流总量75%的降雨，而城市的大排水体系，也就是防洪防涝体系，必须应对三十年一遇以至更长时间一遇的洪水和暴雨峰值.

4 低影响开发设施对于洪涝的控制能力分析

低影响开发设施究竟对于防洪排涝的作用有多少呢?我们通过下面的模拟案例来分析一下.同济大学的研究人员对于同济大学附近1.13平方公里的A地块做了低影响开发设施防涝能力的模拟.该地块的现状见表1.

表1 A地块现状

图1 A地块卫星图

由于地块处于建成区，雨洪管理设施的选择受到如下条件的限制：

（1）受到高地下水位影响，不能考虑下渗功能（必须设置防水底板）；

（2）土地高度紧缺，须优先考虑不额外占用土地的技术；

（3）汇流坡度小，适合采用分散的小尺度源头控制设施；

（4）雨水存储、直接利用的费用效益差，不予考虑.

他们最终选择了适用的LID技术主要有生物滞留、绿色屋顶和渗透铺装.在该地块中配置的LID设施的数量如表2所示.

表2 A地块LID设施配置数量

最终模拟的结果是：A系统内LID设施的总滞蓄容量约为1580m3（12.2mm）；

输入以5年一遇24h模式雨型（总雨量143mm，1h峰值雨量约58mm），考察1h暴雨雨峰位置对设施运行效果的影响，结果如表3所示.

表3 长历时暴雨雨峰位置对LID设施运行效果的影响

从表3中可以看出：随着雨峰位置的推后，地面积水大量增加，LID设施提高排涝能力的效果下降.

实际操作中，还要面对配置方案可实现性的现实问题，对此，研究人员分析：

（1）A系统主要是上世纪80-90年代建造的5-7层旧公房；总体绿地比例40%（有同济新村、松鹤公园）

（2）上述有关LID措施的讨论，是在接近最大可能性条件下进行的；

（3）60%旧公房的屋面改造为粗放型屋面，在政府出资的条件下有比较好的可操作性（已完成大量的平改坡项目）；

（4）40%的铺面改为透水铺装，主要是小区内的轻载、低污染路面/停车场，政府出资可能实施，江苏镇江市已有类似案例；

（5）33%的绿地改造为生物滞留，困难相对较大，因为小区绿地分散，改造后景观效果下降；市政道路没有绿化带.［5］

事实上，在建成区实现上述的工程方案，并不比对小区进行排水系统改造来得容易.在现实环境下，即使在资金得到落实的条件下，社区民意也是难以逾越的障碍.

5 生物滞留设施的景观效果分析

我国的海绵城市试点建设正在如火如荼地开展，从目前已经建成的成果来看，低影响开发设施占据了相当大的比重.由于中国最初的研究人员和工程师们大量地学习和应用美国的低影响开发手册，在我国也就建成了大量的生物滞留设施（bioretention）.它主要包括下凹式绿地、雨水花园、生态草沟等.

当这些生物滞留设施建成之后，人们看到了不尽如人意的另外一面.那就是这些生物滞留设施的景观效果远远差于原有的社区绿化.其主要原因在于：这些生物滞留设施必须保证它的介质快速渗透能力，因此在其组成成分之中含有超过60%的沙子.这些沙土比起原有的原土或是粘土，在营养成分密度上大为减少，难以支持高密度的植物生长.

低影响开发的渗透层一般设计为1.2米.在这个深度上，所有的渗透水被盲管（割缝管）所截留，高大的乔木也不能扎根.

图2是典型的LID设施中下凹式绿地的剖面图.从这张图中我们可以看出.它能承载的植物根系的部分很小，并且在深度上被底层的粒石所限制.

图2 下凹式绿地剖面图

笔者所在中国光大水务有限公司在江苏镇江的实践中发现了这样的显著差异.图3及图4是一个社区的经过LID改造和未经过LID改造的两个小区的对比效果.很明显，我们可以看出未经过低影响开发改造的小区的绿化效果要好于经过改造的小区，主要是植物密度和高度上两者存在明显差异.

图3 未经过LID改造后的小区绿化景观效果

图4 经过LID改造后的小区绿化景观效果

6 生物滞留设施对于污染物的去除能力

再来看一看国家住房和城乡建设部《海绵城市建设技术指南》中列出的低影响开发设施对于面源污染的去除能力，如表4所示.

表4 低影响开发设施比选一览表

从表中我们可以清楚地看到：生物滞留设施相对于透水铺装，对于地表径流污染物的去除（主要以SS计）并没有显著优势，也就是说生物滞留设施透水层中植物根系的生物处理作用基本上可以忽略不计的.

4 结论

综上所述，我们可以得到如下结论：

（1）如果把我国的海绵城市建设看作是建立一个雨洪管理的大体系的话，低影响开发并不能成为其代表，只是它作为源头控制构成的一个部分；

（2）低影响开发设施应对于防涝标准的设计，并不能解决降雨峰值变化所引起的城市内涝；

（3）为了保证地块绿化景观效果，低影响开发设施中的生物滞留设施所产生的地表径流和面源控制效果并不能成为不可取代的考虑因素.

从我国海绵城市建设的各地实践来看，目前已经普遍开始了对于低影响开发设施应用的反思，反映到工程实践中，就是灰色设施在不断地增加.相信随着试点工作的推进，我国能够逐步建立起真正完备的、世界先进的雨洪管理大体系.

［1］GEDEON G.Low Impact Development Design Strategies［M］.Prince George's County，USA，Maryland Department of Environmental Resources Programs and Planning Division.1999（6）：Preface ix，Introduction 1-2.

［2］张辰等.美国城市排水防涝规划设计12条原则的启示［J］.中国市政工程.2013.168（10）：14-16.

［3］王建龙、车伍等.基于低影响开发的城市雨洪利用和控制方法［J］.中国给水排水.2009.25.14（7）：6-9.

［4］李强.低影响开发理念与方法评述［J］.低碳生态城市.城市发展研究卷.2013（06）：30-35.

［5］韩松磊等.低影响开发设施提高上海建成区排涝能力的模型研究［J］.给水排水.2016.42（10）：52-55.

【责任编辑：吴跃新】

Introspection of Low Impact Development Used in Chinese Sponge City Construction

DENG Wen-hua1，PU Wen-peng2，LOU Yong-zhong1
（1.School of Architecture and Civil Engineering，Huizhou University，Huizhou 516007，Guangdong China；2.Water Environment Research Department，China Everbright Co.Ltd.Shenzhen 518033，Guangdong China）

The paper analyzes origin of the Low Impact Development（LID）concept and its relations with the North American Stormwater Management System，case-studies LID effect for prevention of urban waterlogging and LID’s landscape appearance of before and after，and puts forward LID’s due position in Chinese sponge city construction.

sponge city；low impact development；rain-flood management

TU984.11

A

1671-5934（2016）06-0086-05

2016-11-20

惠州市科技计划项目（2013B020015004）；惠州学院自然科学基金项目（C210.0223）

邓文华（1972-），男，广东汕头人，高级工程师，研究方向为建筑环境与技术.