城市化背景下的雨洪管理途径——基于低影响发展的视角

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城市化背景下的雨洪管理途径城市瞭望低影响发展与传统雨水管网及最佳管理实践的主要区别传统雨水管网最佳管理实践低影响发展目标将场地径流以最快速度排走减少峰值流量保持场地原始的水文特征控制方式直接排入管网部分为场地末端控制场地源头控制流量控制无法控制峰值流量自然水过程遭到破坏虽然很好地控制了流量但与自然过程略有出入不但控制了流量水过程与自然过程相似水质控制可以净化水质可以净化水质模式管网集中的大型的分散的小型的所需空间较大较小对场地的干扰中度干扰或高度干扰中度干扰或低干扰无干扰或低干扰与景观的结合较低较高对自然资源的保护中等较高维护需要专业的维护需要专业的维护一部分可以作为日常的景观管理来维护成本较高较高较低水文特征曲线项目背景自然排水系统规划项目是西雅图雨水管理的一系列举措其中道路边缘改造streetedgealternaivesseastreet是一个重要的组成部分
第三 , 源头控制 , 在径流产生的地方控制它们 , 以消除由于径流将污染物汇聚到下游的风险 。
第四 , 整合非结构性系统 , 用最简单的方法处理 问题 , 低影响发展设计认可自然系统去除污染物的 潜力 , 要充分利用土壤中的生物和化学过程 。 比起 人为的设施 , 自然系统更容易被设计和保持 。 将场 地中的自然要素纳入到雨洪管理体系既节省开支又 能带来额外的 收益 。 因此自 然资源的保持 和恢复 (例如植被和土壤的修复 )就显得尤为重要 。
二 低影响发展典型案例分析
低影响发展技术在美国已经有了很多成功的案 例 , 其中比较著名的是马里兰州乔治王子县 , 华盛顿 州西雅图市的自然排水系统规划 (NaturalDrainage SystemProgram, NDS), 以及俄勒冈州的波特兰市 。 这些地区的典范作用使越来越多的人注意到低影响 发展技术所带来的各方面效益 [ 25] 。 本节将以西雅 图的自然排水系统规划项目为例 , 介绍低影响发展 规划的具体应用 。
DOI :10.13239/j .bjsshkxy.cswt .2011.09.001 总第 194期
〔文章编号 〕 1002 -2031(2011)09 -0095 -07
城市问题
城市化背景下的雨洪管理途径
———基于低影响发展的视角
赵 晶 李迪华
2011 年第 9期
〔摘 要 〕 基于城市对雨洪管理的需求 , 综述了低影响发展的发展历程 、设计理念 、技术手段 等与其相 关的各个方 面 , 并 对典型案例进行了描 述 , 旨在让低影响发展这种可持续 的雨洪 管理途 径能够 被更广泛 地理解 、接 受和应 用 , 以 实现城 市化过 程中生态效益 、经济效益 、社会 效益三者的共同发展 。
2.低影响发展的目标及设计理念 低影响发展取代流域末端价格昂贵的雨水收集 设施, 通常借助场地中的景观要素来解决雨水问 题 [ 11 -12] 。它的最根本目标是通过贮存 、过滤 、蒸发 、 蓄积暴雨径流等技术 , 保持场地开发前的原始水文 特征, 营造具有功能的水景观 。其具体的目标包 括 [ 10] : 第一 , 提供水资源节约与保护的新技术 ; 第二 , 通过低成本的技术刺激和鼓励基于环境 敏感性的开发 ; 第三 , 发展充分考虑环境敏感性的场地规划和 设计 ; 第四 , 通过低影响发展的模式 , 使公众受到环境 教育并参与到环境保护中来 ; 第五 , 降低雨水基础设施的建设和维护费用 ; 第六 , 在雨洪管理中引入新观念 、新技术 、新目 标 , 例如场地微管理和具有复合功能的景观要素 ; 第七 , 模拟自然水文过程 , 维护流域生态系统的 完整性 ; 第八 , 鼓励管理的灵活性 , 鼓励可以实现 “精明 增长 ”的工程技术和场地规划 ;
1.低影响发展的概念及发展历程 美国环境保护署对低影响发展的定义是 :低影
响发展是一种可持续的景观途径 , 以模拟自然水文 状态并维持自然水过 程[ 8] 。 它是一 种创新的综合 雨洪管理战略 。 通过运用规划和设计手段模拟自然 的水文过程 , 创造具有功能性的水景观 [ 9] 。 低影响 发展这个概念产生于 20世纪 90年代 , 1999年马里 兰乔治王子县 (PrinceGeorge' sCounty)在 《低影响 发展设计战略 》[ 10] 中 首次提出了低影 响发展的概 念 、目标 、具体原则以及技术手段 , 并将其付诸实践 , 取得了很大成功 。 在随后的一段时间里 , 美国开始 推广用低影响发展理念进行场地设计 。制定了技术 手册 、规范 , 并对已建 成的低影响发 展项目进行评 估 。波特兰 、西雅图 、旧金山等许多城市的低影响发 展场地设计都已经成为典范 。 随着对城市水文状况 认识和研究的日益深入 , 低影响发展理念很快在世 界范围内发展起来 , 得到了广泛应用 。 低影响发展 国际研讨会定期在美国召开 , 会议吸引了来自世界 各地的学者 、工程师 、决策人员 , 大家共同探讨与低 影响发展相关的问题 。
3.低影响发展途径中主要的技术方法 低影响发 展遵 循一 种分 散式 的途径 , 在径 流 产生的地点将其分散管理 。如何将理念落到实 地 , 这就是低影响发展中具体技术要解 决的问题 。 低影响发展 体系中 有许 多技术 已经十 分成 熟 , 它 们可以减缓 暴雨 径流速 度 、蓄 滞径 流 、促进 下渗 、 去除径流 中的污 染物 等作用 。 具 体操 作时 , 要 根 据地方的雨洪管理条例和 资源保护的要求因地 制 宜地选择不同的 技术方法 。 并且 考虑各种技术 间 的组合 , 使之 产生协 同作 用 。 表 1中 所列 出的 是 低影响发展中常用的技术 方法以及它们的主要 作 用 。 [ 13 -22]
〔基金项目 〕 国家自然科学基金项目 (51078004)——— 全球气候变化背景下中国城市水适应能力建设的影响途径。 〔收稿日期 〕 2011 -03 -26 〔修回日期 〕 2011 -06 -09
城市瞭望
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城市化背景下的雨洪管理途径
一 低影响发展雨洪管理途径综述
代了自然地表覆盖 , 减少了雨水的下渗 ;超采地下水 导致地下水位不断降低 , 对农林业产生不利影响 , 减 小了河流的基流 , 加剧了污染问题 ;改变了城市中的 小气候 ;城市化使各种废弃物增加 , 而处理废弃物的 空间却在变小 , 这使水质问题变得更加复杂[ 6] 。
为了解决 这些 城市 化带 来的 水环境 问 题 , 多 样化的雨洪管理技术应运而生 [ 7] 。 它们都着力 寻 找一种 适 合特 定场 地 或区 域 的雨 水 管理 解 决 途
低影响发展是在最佳管理实践基础上发展起来 的新型的雨洪管理措施 。 在具体操作中 , 两者并不 彼此独立 , 低影响发展中也会利用到最佳管理实践 技术 。 两者都试图解决由于城市地区不透水面积的 增加引起的额外径流和峰值流量的猛增 。 但最佳管 理实践的首要目标是减少暴雨峰值流量 , 而低影响 发展的首要目标是维持或模拟场地开发前的水文特 征 , 使自然水循环不会因开发受到影响 。 最佳管理 实践通常会在场地的末端位置设计较大型的集水设 施 , 以解决对场地外流域的影响 。 低影响发展是通 过分散的 、小型的设施采用源头控制的手段将雨水 吸纳在产生的地点 。 并且要求尽量多地利用场地中 现有的景观 , 使景观具有多功能性 [ 24] 。 对于景观的 利用 , 在很大程度上也保持了场地中的自然资源和
需要专业的维护
较高
最佳管理实践 减少峰值流量 部分为场地末端控制 虽然很好地控制了 流量 , 但与自 然 过程略有出入 可以净化水质 集中的 、大型的 较大 中度干扰或低干扰 较低 中等
第五 , 利用多功 能 的景 观 、建 筑和 基 础设 施 。 在规划和设计中有许多具 体的低影响发展技术 手 段可供选择 , 首 要的选 择标准 之一是 既要 满足 设 计需求又要实现 调控的目标 。低 影响发展技术 经 常会是多 功能的 , 可 以满 足很多 需求 。 屋 顶花 园 就是一个很 好的例 子 , 既能实 现雨洪 的调 控又 能 提供宜人的环境 。
生态环境 。另外低影响发展技术中的很大部分不需 要专业人员的维护 , 它们可以作为日常的景观维护 来处理 , 这样社区居民都可以参与其中 。
低影响发展技术属于低成本和低能耗的技术 。 马里兰一个 270个单元房的小区规划因为采用了低 影响发展技术 , 节省了 72%的雨洪管理开支 。 而最 佳管理实践的成本与之相比相对略高 。
径 。本文将介绍目前在世界范围 内被广泛推广 的 低影响发展策略 , 就其目的 、原理及技术展开重 点 讨论和研究 。由于低影响发展在 雨洪管理方面 的 有效性和实 用性 , 它已 成为国 际雨洪 管理 领域 的 新热点 。
〔作者简介 〕 赵 晶 (1983— ), 女 , 汉族 , 黑龙江哈尔滨人 , 北京大学城市与环境学院 、建筑与景观设计学院博士研究生 , 研究 方向为景观 设计与城市规划 ;李迪华 (1967— ), 男 , 汉族 , 湖南湘潭人 , 北京大学景观设计学研究院副院长 , 中国生态学会城市 生态学专业委员 会委员兼秘 书长 , 研究方向为城市生态学及景观设计 。
第一 , 设计中水文过程应该被视为一个整体来 加以考虑 , 雨洪管理系统应该模拟自然水文过程 , 达 到水量 、水质以及自然资源保护的需求 。
第二 , 通过微管理实现分散式控制 。 为了模拟 自然过程 , 整个场地的管理应该被视为是由一系列 相互连接和作用的小尺度设计组成的 。 这样的结构 有助于为管理和控制提供灵活性 , 并形成自下而上 的管理链条 。
城市瞭望
《城市问题 》 2011 年第 9期
城市化背景下的雨洪管理途径
城市瞭望
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城市化背景下的雨洪管理途径
4 低影响发展与传统雨水管网及最佳管理实践 的区别与联系
传统方 式 是将 雨 水 尽可 能 快 地 排 入雨 水 管 网 , 之后进 入附近 的水 体 。 这 样做 虽然 解决 了场 地的雨水问题 , 但是给下游水体的行洪带来了压 力 。另外, 由于径流中大量的污染物导致了下游 水体的污染 。
场地开发前的自然水文状态是一个流量逐渐上 升到达峰值后缓慢下降的过程 。 而传统的雨水管网 处理中 , 汇流时间很短 , 径流很快到达峰值 , 且峰值 流量急剧增加 。采用了最佳管理实践后 , 尽管峰值 流量与自然状态相当 , 但是与自然状态下的水文过 程略有出入 。 而与之相比 , 低影响发展最接近自然 水文状态 , 峰值流量 、径流总量都与自然状态相似 。 这也是低影响发展的最终目标 :模拟自然的水过程 (表 2)。
〔关键词 〕 低影响发展 ;雨洪管理 ;水过程 ;城市化 〔中图分类号 〕 TV213.4 〔文献标识码 〕 A
在城市化的过程中 , 人口和城市规模不断扩张 。
城市化地表覆盖变化的一个重要特征是不透水地面
取代了透水良好的林地 、农田 , 导致自然水过程受到 影响 , 水生态系统退化严重 [ 1] 。不透水地面的增加 导致城市地表径 流量增加 , 汇流时间缩短 , 水质恶 化 [ 2 -4] 。而在雨洪灾害的同时 , 城市却又面临着水 资源的短缺 [ 5] 。早在 1974年 , 联合国教科文组织的 报告中就系统地指出了城市化对水文过程的影响 , 具体包括七个方面 :伴随着人口和工业的不断聚集 , 人们对水的需求大大增加 , 需求程度往往超过一个 地区的自然水资源量 ;废水的增加对湖泊河流造成了 巨大的负担 , 威胁水生态健康 ;自然集水区面积的减 少导致了洪峰流量的增加 ;城市地区的不透水地面取
兴起于上世 纪 70 年代 的最佳 管理实 践 (Best ManagementPractices, BMPs)同样是雨洪管理的重 要途径 。最佳管理实践是通过收集 、短时地储存或 引导雨水按照设计流速渗透进土壤和下游的雨水设 施 , 以达到减少径流 、污染物及降低流速的目的 [ 23] 。 它相对于传统的雨水管网系统有着明显的优势 。
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城市瞭望
《城市问题 》 2011 年第 9期
城市化背景下的雨洪管理途径
表 2
目标 控制方式
流量控制
水质控制 模式 所需空间 对场地的干扰 与景观的结合 对自然资源的保护
维护
成本
低影响发展与传统雨水管网及最佳管理实践 的主要区别
传统雨水管网 将场地径流以最快速度排走 直接排入管网 无法控制峰值流量 , 自然 水过程遭 到破坏 无 管网 小 中度干扰或高度干扰 无 无
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第九 , 鼓励对当前雨洪管理措施经济 、环境以及 技术上的辩论和适当的替代方案 。
低影响设计在满足城市发展 、保证场地活力的 同时 , 减少了城市发展过程中对自然水文过程的影 响 , 并保持或恢复场地的生态功能 。 低影响发展设 计过程是连续的 , 并且是可重复的 , 它既可以应用于 新场地开发 , 也可以用于对建成场地的调整 。 其主 要包括以下五种理念[ 10] :
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