摘要:针对近年来我国城市化进程速度加快、环境恶化导致的天然水循环受阻以及城市雨洪管理模式滞后等问题,提出了城市雨洪管理转换的模式选择以及相配套的组织政策。结合国内外雨洪管理模式的现状和当前我国在雨洪管理方面的局限性,提出了适合我国城市雨洪管理的海绵城市建设的需求和方法,这对于减少城市地表径流量、减轻城市内涝引起的隐患、恢复天然水循环、提高城市调蓄能力等方面起到了积极作用。
关键词:城市;雨洪管理;模式转换;组织政策
我国是一个缺水严重的国家,水已经成为制约社会和经济发展的主要因素之一。但就在全国各地想方设法解决水资源短缺的同时,雨洪作为一种宝贵的资源,却未能得到有效利用而白白流走,造成雨洪资源的极大浪费,甚至还要承担防洪排涝的巨大成本。为此,雨洪资源化作为防洪和缓解水资源危机的一种措施被提了出来。适时转变治水观念,使雨洪管理由传统的废弃物排放管理转换为资源的收集利用管理,合理利用雨洪这种非常规资源,有着巨大的经济和社会效益。
1国内外城市雨洪管理现状
1.1国外城市雨洪管理现状
“海绵城市(The Sponge City)”,是新一代城市雨洪管理概念,是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水释放并加以利用,实现雨水在城市中自由迁移。“海绵城市”的建设在20世纪80年代就已经开始。
德国是水资源开发、利用、保护与管理非常到位的国家之一,其最早以联邦水法、建设法规和地区法规来规范水资源的可持续利用,之后德国开展了雨水收集利用的研究和应用,1989年德国出台了雨水利用设施标准(DIN1989),到1992年已出现“第二代”雨水利用技术,经过10几年的发展与完善,形成现在的“第三代”雨水利用技术,新的标准也正在审批中。德国制定了严格的法律,同时对城市雨水资源技术进行研究,成功开发了城市雨水截污与渗透系统、雨水屋顶花园利用系统、城市屋面雨水储蓄利用系统、生态小区雨水利用系统,各系统优化了德国城市雨水资源模式。
澳大利亚地处大洋洲这个全球水资源最为短缺的大陆,饮用水主要为自然降水,依靠大坝供水蓄水,不时还有厄尔尼诺现象发生导致降雨量大幅下降。由此,澳大利亚政府及联邦科工组织(CSIRO)等管理机构于二十世纪末提出了水敏性城市设计(Water Sensitive Urban Design,WSUD)。WSUD是综合考虑供水、污水、雨水、地下水管理和城市设计与环境保护的城市水循环综合设计,通过应用高效的水设备及装置,从供需两方面进行水资源管理,处理雨水再利用或使其达到排放水质目标;恢复或保持流域的自然水文特征;优化利用水资源,最大限度地提升水资源自给率,以此减弱水资源短缺,水体污染,水环境恶化,洪水和内涝频繁等现象。
日本作为一个岛国,天然淡水资源储备量少,所以日本政府对水资源的控制十分严格,出台了各项针对水资源利用的政策及法律,在上世纪八十年代就针对雨水的回收利用等推行了雨水贮留渗透计划,之后不断推出适应日本情况的城市雨洪管理相关的律法和优惠政策,规定新建和改建的大型城市公共建筑必须配备雨水下渗设施。日本对雨洪管理的特色之一是对城市调蓄设施的深入研究,多功能开发和建设,包括嵌入大中小学和建在底层架空的商业中心的雨洪溢流堤调节池;利用挖掘式调节池的景观池、花坛、公园和喷水池;碎石路面,渗透井等渗透性调蓄设施与非渗透性调蓄设施配合等等,不仅投资效益高,雨洪管理能力强,还具备美观,娱乐等功能。现在日本不但实现了水资源自给,更是将雨水作为战略性资源出口到阿拉伯国家,从水资源紧缺的国家转变为人均水资源占有量十分丰富的国家。
德、日、澳等国家通过建立对雨洪管理配套的法律硬性指标,发布雨水收集利用相关的优惠政策,研究雨洪管理设施相关的技术以及开发和应用模拟雨洪管理的智能模型来实现水资源的模式转换。
1.2国内城市雨洪管理现状
近年来因为内涝问题无法解决而在暴雨季节爆发城市洪水的城市不在少数,传统的工程管网状雨水处理系统已经不能解决城市内涝问题,从2007到2017年全国共超过360个城市遭受过城市内涝,单次内涝时长超过12小时的城市数量多达60个,并且受我国地理位置和季风气候影响,城市暴雨、洪涝等灾害频发,沿海城市内涝问题则更为严峻。[]即使在这种情况下,却又存在很多因水资源时空分布不均或气候干旱导致蒸发量升高而严重缺水的城市。
2012年4月,在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中,“海绵城市”概念首次被提出,城市雨洪管理模式转换的必要性越来越受到重视,我国于2015年开设海绵城市建设试点城市并选出厦门、济南、嘉兴等16个城市作为试点城市,于2016年新增海绵城市建设试点城市14个,在海绵城市建设的影响下,我国也产生了很多起到示范作用的案例,例如安徽科技学院通过对道路铺装、屋顶绿化、雨水花园、下沉式绿地、人工湖的优化和建设使整个校区构成一个“海绵体”,使校区增强了蓄水能力、净水能力和面对突发暴雨的耐受能力。
2.城市雨洪管理转换的模式选择
2.1绿色屋顶
绿色屋顶又称屋顶绿化,通过在建筑屋顶顺序铺设防水层、保护层、排水层、过滤层、基质层和绿色植被,并配套建设排水口和排水管道完成绿色屋顶的建设,根据绿色屋顶的基质深度和植被类型的复杂程度,分为简单式绿色屋顶和花园式绿色屋顶。
绿色屋顶的建设和应用是城市雨洪管理模式中的重要举措之一。市中心老建筑区和市郊的建筑屋顶普遍载荷能力弱,空间条件相对不足,可以采用基质深度小于150mm的简单式绿色屋顶;市中心新建筑群、开发区和城市扩张规划建筑的建筑屋顶普遍载荷能力强,可以采用基质深度超过600mm的花园式绿色屋顶,种植乔木等蓄水净水能力更强的植被。
绿色屋顶具有控制城市内涝,减少城市径流和净化空气的作用,并且可以补偿城市建筑占用的绿地。
2.2雨水蓄水模块
雨水蓄水模块用耐用性强,长期浸泡不发生反应和耐酸碱性强的再生PP聚丙烯材料制作,可以将雨水作为城市杂用水储存,作为一个雨水利用系统的组成成分可以和其他雨水利用设施组成系统性的雨水利用模式。例如绿色屋顶和雨水蓄水模块组成的雨水利用模式,可进一步提高对雨水径流的控制能力和城市内涝的调蓄能力。
2.3雨水花园
雨水花园是基于低影响开发理念的一项重要技术,它利用地势低洼的区域收集来自地面和屋面的雨水,通过植物和沙土的综合作用达到净化雨水的目的。
利用雨水花园本身净水蓄水的特点可以种植该地区本土植物,例如芦苇、香蒲等茎叶繁茂、根系发达、净化能力强的植物;例如蒲苇,马蹄金等耐涝能力强并有一定抗旱能力的植物;具有观赏性可以搭配种植的植物等等。城市原有绿色植被经过合理重新种植改造成雨水花园,同时配合雨水蓄水模块提高对雨水的蓄水量、净水量,达到减少地表径流量,减少非点源污染的目的并提高调蓄能力。
2.4 透水铺装
建设透水铺装可以提高雨水渗透速率从而减少地表径流量,并且渗透进地下的雨水可以促进天然水循环。透水铺装分为不透水型、半透水型和全透水型铺装,不透水型铺装抗压程度强,但排水方式为地表径流,适用于抗压要求高的车行道,例如市区车流量高的道路和高速公路;全透水型铺装抗压程度一般,其排水方式为下渗土壤基层,适用于人行道等抗压程度低的道路,例如花园小区和校园操场;半透水型铺装的渗透能力和抗压能力介于另外两种铺装之间,适用于另外两种铺装之间的过渡使用,例如非机动车道。透水铺装作为城市雨水资源利用的重要模式,可以连接其它雨水利用设施,起到“1+1>2”的效果,例如透水铺装和雨水花园组成的系统可以在加速雨水渗透的情况下净水蓄水,快速持续的将净化后的雨水还原大地;透水铺装、渗透井以及传统城市排水管道设施组成的系统可以提高整个系统面对突发暴雨的能力,从而降低暴发城市洪水的风险。
3我国雨洪管理模式转换的制约因素
3.1 雨洪管理相关法律法规不完善,激励机制缺乏
建立雨水资源管理相关的法律法规是保证城市雨水资源模式转换的基础。我国缺乏全国性法律以及因地适宜的地方性法律来明确雨水资源“渗、滞、蓄、净、用”等方面的达标量。缺乏具体到各个城市的对雨水资源利用的优惠政策以及惩罚制度。
3.2国民利用水资源的意识相对薄弱
我国是一个贫水国家,但国家对饮用水和生活用水资源政策的制定和实施使我国目前的缺水状况得到了很大改善,这也导致国民对雨水资源回收利用意识变弱,对雨洪管理相关政策的实施配合度和积极性不高。
3.3雨洪管理技术应用难度大
我国对海绵城市的建设起步较晚,但国际上的理论和体系已相对成熟,例如澳大利亚的水敏性城市设计(WSUD),美国的低影响开发技术(LID)和最佳管理措施(BMPs),欧盟的水框架指令(WFD)。我国可以借鉴却不能完全照搬,因为每套理论都与其国家的法律体系、组织政策、城市建设和规划、地理和气候特征相适应。我国地理因素错综复杂,水环境情况不同,对海绵城市的建设要求也就不同,这也就增加了难度。
4.城市雨洪管理模式转换的组织政策
4.1完善雨水管理体系,制定长期雨水管理规划
将城市雨洪管理模式转换和海绵城市建设的雨水管理理念融入城市管理体系中,国家制定长期雨水管理规划以带动地方政府制定和实施因地制宜的雨水管理规划。要以排水防涝、净水减污为首要目标,结合低影响开发理念的设计来规划城市改建、扩建和新建工程项目,雨水利用设施的建设要与工程建设同时进行,以此加速提高对雨水的管控程度。
4.2出台相关的鼓励或限制性政策
在雨水管理规划前期,各地需制定相关的激励政策。根据建设雨水利用设施的实用性强弱及影响面积,按照各地政策规定比例转换成绿色植被面积,对工程开发商进行补贴,以小区或街道为单位向住户收取部分补贴费用。
在雨水管理规划后期,各地需严格按照限制性政策对城市径流量进行控制,如果未达到规定标准,根据实际径流超标量向开发商收取雨水控制费用;建设城市雨洪管理评价体系,对为海绵城市建设作出突出贡献的开发商或住户进行相应的奖励,对阻碍海绵城市建设的开发商或住户进行相应处罚。
4.3建立雨洪管理多方参与的高效协同机制
由各级水务局协同生态环境部门、住建部门、国土资源部门和园林部门等相关部门,成立由各企业、开发商和人民代表组成的公众意向组,由生态专家、水文专家、风景园林师和建筑师等组成的专家工作组。由专家工作组协助相关部门和公众意向组开展工作,建立多方参与的高效协同机制,从机制上促进城市雨洪管理模式的转换。
4.4加大雨水利用宣传力度,强化公众雨水管理意识
公众的参与是解决雨洪利用问题的重要组成部分, 是雨洪项目方案能够得以实施的重要手段。实现公众雨洪管理理念,需要加大宣传力度,提高其雨水利用方面的意识,强化公众雨水管理意识、提高公众参与度。在全社会强化雨水收集利用的认识和重要意义、雨水管理设施建设的必要性等,对城市专门管理人员进行培训,对城市居民和各企事业单位加强教育,促使广大单位、企业和民众自发产生合理使用雨水资源的积极意识。
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作者简介:谭春华,博士,副教授,主要研究方向为农林产业组织与管理。
作者简介:王谭,本科生,主要研究方向为金融大数据
基金项目:2017年度山东省高等学校人文社科计划一般项目,J17RB142