從BMPs到GI(共16頁)

1、城市(chngsh)可持續(xù)雨洪管理(gunl)研究(ynji)綜述王政摘要：近年來，城市化進程的加速和經濟的發(fā)展帶來了一系列的環(huán)境向題與危機。城市不透水面積在逐漸加大，破壞了雨水的自然水文過程，阻礙了水的自然循環(huán)。城市雨洪問題嚴重影響了城巿的可持續(xù)發(fā)展。本文剖析了國內外的水資源危機和雨洪管理的現(xiàn)狀，重點闡述了最佳雨洪管理措施(BMPs)、低影響開發(fā)(LID)和綠色基礎設施(GI)的定義、歷史發(fā)展、核心理念和技術措施等。針對我國實際情況，為更好地應對城市雨洪問題，建議進一步加強基礎數(shù)據研究并結合國情對相關技術加以吸收改進。 關鍵詞：城市雨洪管理 BMPs LID GI前言我國水資源總量近年來波動

2、幅度大，且時空分布不均，特別是2011年全國水資源總量為23256.7億m3，比常年值偏少16.1%，為1956年以來最少的一年 ADDIN NE.Ref.DA85DB48-4211-4428-B874-942F9AFDC9971。隨著城市化進程的持續(xù)推進，我國眾多城市發(fā)展面臨著資源型和水質型缺水的嚴峻考驗 ADDIN NE.Ref.52015A41-F16C-4B2B-8B29-0F003B0ECC7F2， 3。對地表水而言，2011年我國全年水質中劣類的河長占總河長的35.8%，103個主要湖泊中均不同程度出現(xiàn)富營養(yǎng)化，其中劣類以上的湖泊占30.2% ADDIN NE.Ref.EB429B

3、7D-3DF0-4392-B30C-2FE461F8CCE11。目前全國地下水已普遍受到污染，部分地區(qū)水質超標嚴重，除傳統(tǒng)的無機污染之外，一些“三致”（致癌、致畸和致突變）污染物和持久性有機污染物（POPs）的污染在局部地區(qū)也有檢出 ADDIN NE.Ref.CE36AE43-3027-481E-9EF6-11A58C9FB9884， 5。2011年全國857 眼監(jiān)測井中不適合飲用的類監(jiān)測井占76.8% ADDIN NE.Ref.1DCC3787-C000-4577-A058-7801F0CD773A1。面對嚴重的水資源形勢，我國投入了大量的資金用于相關工程的建設，也制定了相關的政策法規(guī)。由于

4、社會氛圍和民眾認識，以及國內的水資源管理機構職能的相互交叉甚至掣肘，也影響了工程和政策實施的效果 ADDIN NE.Ref.1303CF75-8DDE-4397-AEC7-FF504E20579E6。我們把目光聚焦到城市區(qū)域的水問題時，發(fā)現(xiàn)了一些新的問題，同時也會啟發(fā)了研究人員和政府機構一種新的思路。近年來我國城市水問題有幾個方面引起了社會的極大關注。一、城市面源污染的問題開始顯現(xiàn)。長期以來，我國面臨著極其嚴重的工業(yè)廢水和城市污水的污染問題，主要工作放在了點源污染控制方面。隨著科技的發(fā)展、治理措施的改進和治理投入的增加，點源污染的治理效果迅速提高，點源對水體污染的貢獻率逐年下降，而非點源污染的

5、負荷比例逐年增加 ADDIN NE.Ref.A13D14A8-3DB8-4E4A-B409-684656A7CA907， 8。城市非點源污染已經成為城市水環(huán)境污染和生態(tài)退化的主要影響因素，特別對受納河流的下游以及近海區(qū)域而言，是水質惡化和生態(tài)功能退化的主要污染源 ADDIN NE.Ref.AF812CE7-28F7-4A2B-B282-25D602B1E7BC9， 10。住房建設部的公告顯示2010年，我國城市污水處理率82% ADDIN NE.Ref.E6DB634B-EA9F-4888-8EAE-A306F7C90D4211。對于面源污染，工作重點主要是針對農村耕作區(qū)水土流失等面源污染問題

6、，對于城市面源污染尚未給予足夠的重視 ADDIN NE.Ref.42BCBC35-85F5-46CB-BDBE-501EF77F763C12-15。美國、英國、荷蘭等發(fā)達國家在20 世紀70 年代就已對城市地表徑流開展了大量的測試及研究工作，其中比較典型的研究項目是美國環(huán)保署的國家城市徑流項目(Nationwide Urban Runoff Program：NURP)。該項目的研究表明城市徑流與重金屬（特別是銅、鉛和鋅）、大腸桿菌和懸浮顆粒物污染濃度較高 ADDIN NE.Ref.6F0B9A48-FB62-47B5-9C20-5A0CC57AFA9E16-18。我國城市地表水環(huán)境非點源污染的

7、研究起步較晚，20 世紀80 年代初開始對北京的城市徑流污染進行研究 ADDIN NE.Ref.646159B9-3E02-4F03-8AE6-D73B38F78E7519-22，隨后在上海、西安、蘇州等大中城市也逐漸開展起來，但目前缺少系統(tǒng)的城市面源污染監(jiān)測數(shù)據 ADDIN NE.Ref.25543DE0-DBC3-4695-B538-4F9D085AB4A423， 24。二、應對暴雨(boy)的能力亟待加強。近年來武漢、杭州、上海、成都、天津、揚州、深圳等地因暴雨不同程度積水，武漢、南昌等地甚至(shnzh)成為“辦公室看海，地鐵(dti)里看瀑布”的“水城” ADDIN NE.Ref.5

8、26C923D-F876-4C47-9235-6EE995FA765225， 26。2012年7月21日，北京遭遇特大暴雨，造成了重大的人員和財產損失 ADDIN NE.Ref.D0AED5DA-2BCE-452A-BDE0-2126867176B027。這一事件迅速引發(fā)了社會對城市應對暴雨能力的質疑。我國城市基礎建設歷史欠賬很多。地下排水管網系統(tǒng)因處在地下，監(jiān)管不易，城建重視不夠。新老城區(qū)和不具有市政排水設施的城中村交錯分布。老城市排水管網年久失修，滲漏和堵塞嚴重。在新城市雨水排放設計方面?zhèn)戎赜诳紤]洪水威脅，強調快排快泄，不考慮或很少考慮城市面源水污染問題和資源的利用 ADDIN NE.Re

9、f.D6A11B45-5A9E-4A22-947B-E2ADA9AFC1FF7。2013年3月，國務院明確要求2014年底前，要在摸清現(xiàn)狀基礎上，編制完成城市排水防澇設施建設規(guī)劃，力爭用5年時間完成排水管網的雨污分流改造，用10年左右的時間，建成較為完善的城市排水防澇工程體系 ADDIN NE.Ref.9B1FF656-437E-4129-976F-E64B109D114928。三、水環(huán)境承載能力制約了經濟社會的發(fā)展。據統(tǒng)計目前全國660多個城市中，有400多個城市缺水，其中100多個為嚴重缺水城市。北京、天津、河北、山東、上海等沿海省市，人均水資源擁有量更不足500m3 ADDIN NE.R

10、ef.C8E8B3CC-3CC9-4A4A-93D4-7AD459D4D40729， 30。水環(huán)境承載能力已經成為影響我國城市發(fā)展的一個重要制約因素，特別是在水資源缺乏的華北、西北和中部地區(qū) ADDIN NE.Ref.FF914257-0C1F-4079-BAF6-B57A4217D29931， 32。城市非點源污染城市非點源污染概念和污染物來源美國清潔水法修正案(1997)對非點源污染的定義為：污染物以廣域的、分散的、微量的形式進入地表及地下水體。國內學者的定義為，非點源污染也稱面源污染或分散源污染，是指溶解和固體的污染物從非特定的地點，在降水或融雪的沖刷作用下，通過徑流過程而匯入受納水體(

11、包括河流、湖泊、水庫和海灣等)并引起有機污染、水體富營養(yǎng)化或有毒有害等其他形式的污染，其與點源污染相比，面源污染起源于分散、多樣的區(qū)域，地理邊界和發(fā)生位置難以識別和確定，隨機性強、成因復雜、潛伏周期長，因而識別和防治十分困難 ADDIN NE.Ref.000C5EAD-8F22-4CA8-AF5B-ABC7035B205C33。根據美國環(huán)境保護署(US EPA，2000)的報告，美國江河湖海的污染負荷約2/3來自非點源。在2000年美國受污染水域的監(jiān)測結果中，河流、湖泊和濱海分別有12%、17%和55%的主要污染源是城市非點源污染。對城市非點源污染而言，城市暴雨徑流作為其污染物遷移轉化的主要驅

12、動力，是城市非點源污染的主要原因。城市非點源污染物晴天在城市表面積累，雨天時隨降雨徑流排放，具有非點源間歇式排放的特征。除了普遍的街道路面、屋頂和停車場徑流污染，國內城市有許多壅塞的河道，積聚大量的高濃度污水，會在暴雨期間泄流至下游水體，短時造成重大污染影響。城市(chngsh)非點源的污染物包括:懸浮物，特別(tbi)是懸浮(xunf)顆粒物(SS)。城市徑流中夾帶有大量的懸浮物，其主要來自交通工具銹蝕產生的碎屑物質、機動車的尾氣、大氣干濕沉降物、輪胎和剎車摩擦產生的物質以及煙塵等。富營養(yǎng)化物質。城市徑流中含有大量的富營養(yǎng)化物質，如氮、磷等。有毒有害物質。重金屬是城市徑流中一種最典型的無機有

13、毒污染物，主要來源于機動車。城市徑流中有機有毒污染物包括殺蟲劑、多氯聯(lián)苯(PCBs)和多環(huán)芳烴(PAHs) ，主要來源于園林綠地、菜地等施用的農藥、機動車輛排放的廢氣以及大氣的干濕沉降等。病原微生物。一般地，城市徑流中細菌的含量都超過公眾對水要求的健康標準。細菌的來源主要是下水道溢流、寵物以及城市中的野生生物等。污染形成過程城市非點源污染形成過程的核心同點源污染形成過程相比，在污染形成分布和匯流中有自己的特點。整個過程中可以分為：“污染物累積沖刷匯流（或溢流）”。城市建設使得城市的土地利用類型發(fā)生了很大變化，改變了污染物的種類和空間分布。城市建設深刻改變了下墊面，使得不透水表面積比例大幅增加，

14、改變了降雨徑流水文過程，從而使城市徑流來勢猛，水量大，水質差，面源污染具有突發(fā)性。屋面徑流和路面徑流是城市暴雨徑流的主要組成部分。城市屋面由于其材質、建筑時間、坡度、暴露程度和位置的不同而產生不同的非點源污染物。屋面徑流的典型污染物有Zn、Cu、Pb、Cd 等重金屬，主要是由于金屬屋頂和落水管處的腐蝕、沖刷形成的。路面徑流是城市非點源污染的重要部分，污染物包括油脂、重金屬、有機物、懸浮顆粒物、農藥殺蟲劑等，其來源是車輛及輪胎的磨損、汽車尾氣排放、人類活動、道路的磨損、綠化帶中農藥和殺蟲劑的使用等。城市非點源污染特征城市地面多為不透水地面，水文活動強烈。城市匯水面以建筑與道路(包括停車場、廣場等

15、)不透水面為主，也包括公園、綠地等相當比例的透水地面。由于中國城市化進程速度較快，城市化帶來城市不透水面積的增加，降低了下滲率，增加了暴雨徑流量，也縮短了徑流峰值形成的時間，從而加大了徑流對地表污染物的沖刷隨機性。受城市水文循環(huán)的影響和支配，城市降雨徑流具有隨機性，由此產生的非點源污染也具有隨機性。廣泛性。城市地面及上空等處滯留的污染物在隨降雨徑流進入水體前幾乎遍及城市廣大地域。復雜性。污染物的來源(liyun)復雜，排放(pi fn)不固定，檢測(jin c)、研究、控制和處理困難。滯后性。非點源污染對城市環(huán)境的影響有一個量的積累過程，在時間上表現(xiàn)出滯后效應，如一些化學污染物使用的量及頻率與

16、水體結合性質以及降水條件等都有相關性。時空性。污染負荷的時間變化(降雨徑流過程、年內不同季節(jié)及年際間)和空間(不同地點)變幅大。具有初期效應。城市不透水面不斷增加，洪峰流量提前，污染負荷在降雨初期量值較大，在時間上存在一個明顯的初期效應。非點源污染影響因素城市非點源污染的成因復雜，影響因素眾多。其主要影響因素可以概括為三大類：“天” 、“地”、“人”。“天”，即氣候狀況、降雨量、降雨強度、歷時、時空分布、干期長度、大氣污染狀況。“地”，即雨(污)水排放方式， 污染物特征、污染物的種類、膠體形態(tài)、屬性特征、污染物的采樣、測量方法?！叭恕保鞘胁煌杆娣e、土地利用類型、城市地表清掃頻率及效果、雨污

17、排放方式。城市氣候、水文特征，如降雨、城市水土流失等。降水是水土流失的重要因子，而水土流失和地表徑流又是非點源污染產生的主要條件。降水量大小及時空分布決定著地表徑流的大小及分布，從而影響城市水土流失量(其中也含有營養(yǎng)物)以及污染物的運輸和轉移過程。大氣污染狀況。大氣中的懸浮物，如煙塵、車輛廢氣等的干沉降或經降雨(溶雪)的淋溶和洗刷作用產生的濕沉降，不僅會增加水體氮、磷、重金屬等污染物的含量，還會直接對生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。濕沉降(酸雨)能通過改變土壤酸度影響重金屬活性，特別是Hg的生物有效性。雨(污)水排放方式。目前，我國城市雨(污)水的排放有直排式合流制、截流式合流制、完全分流制、截流式分流制和

18、不完全分流制等5種形式，不同的排放體制決定著其攔截城市地表徑流污染的數(shù)量與質量。城市衛(wèi)生狀況和城市地表的清掃頻率及效果決定污染物積累的數(shù)量，直接影響非點源的污染負荷。城市(chngsh)暴雨徑流城市(chngsh)暴雨徑流概況城市暴雨徑流作為污染物遷移轉化(zhunhu)的主要驅動力，是城市非點源污染的研究熱點和重點 ADDIN NE.Ref.B139F49F-D581-4D56-AD00-426A63230A6434。城市非點源污染具有明顯的時間尺度性。在年際降雨過程中，污染物表現(xiàn)為晴天累積，雨天排放。而在場次降雨過程中，城市非點源污染的產生和遷移過程隨著降雨特征及污染物累積狀況的不同而表現(xiàn)

19、出復雜的變化。不僅是不同降雨場次的污染物濃度不同，而且在同一場次降雨中不同的污染物排放情況也有較大差異，甚至同種污染物在降雨的不同時段內也有不同的濃度和排放速率。目前城市暴雨徑流研究主要集中在事件平均濃度(event mean concentration，EMC) 和初期沖刷效應(first flush，F(xiàn)F)。EMC 反映了場次降雨的污染物濃度差異，適用于不同降雨事件的橫向對比； 而FF 則是研究污染物在降雨不同階段的排放特征。事件平均濃度（EMC）事件平均濃度表示的是在一場完整降雨過程中，污染物相對于徑流量的平均濃度。其計算公式為：EMC = MV = 0TCtQtdt0TQtdt = C

20、tQttQtdtt式中，EMC為污染物事件平均濃度；M為污染物排放量；V為徑流量；T為總徑流時間；t為時刻；Ct為t時刻污染物濃度；Qt為t時刻徑流量；t為時間間隔。EMC 計算的是整場降雨歷時的污染物平均濃度，當T為某一時刻t1時，得到的就是t1之前的污染物平均濃度，稱為偏事件平均濃度(partial event mean concentration，PEMC)。事件平均濃度作為一種常用的定量評價場次降雨非點源污染水平的方法，能夠有效地表示出污染物的平均濃度，利于對不同場次或不同樣點的污染物濃度進行比較。國內外許多學者對不同下墊面的污染物EMC 狀況做了大量的研究 ADDIN NE.Ref.

21、37671B6B-BB9F-4E12-B9DE-5E81A40D03CF35-41，結果顯示，不同城市不同下墊面的污染物EMC 有很大不同?？傮w來說，重金屬的EMC 值是路面徑流和工業(yè)區(qū)較大，草地徑流和居住區(qū)較??； 氮磷等營養(yǎng)元素的EMC 值則一般是草地徑流和居民區(qū)較大。不同季節(jié)的氣溫、降雨特征及人類活動差異較大，所以污染物的EMC 值有明顯的季節(jié)差異 ADDIN NE.Ref.E54FDA10-FADF-4F25-9EF4-BBC738DAF73142。不同地區(qū)污染物的EMC 值也有較大差異，上海市城區(qū)地表徑流污染物的EMC 中值，發(fā)現(xiàn)各種污染物均明顯高于歐美發(fā)達國家 ADDIN NE.Re

22、f.8AEE2FC1-BA59-46EA-BD32-A232866D29AE43。不同的交通狀況和屋面材料對污染物的產生和分布有重要影響。金屬材料的屋面能導致暴雨徑流中重金屬含量升高。屋面徑流中，銅和鋅的EMC 值是最高的。路面徑流中，高速公路的BOD、COD、Cd、Pb、Ni 和Cr 濃度最高，主路的TSS、TP、NH4、NO3和Cu 的濃度最高，輔路的PAH 濃度最高，而在自行車道、人行道和路邊草地中的Zn 濃度最高。 ADDIN NE.Ref.EE5CA8B9-763B-47A7-9F12-DABD5689EE6E44， 45初期(chq)沖刷（FF）初期沖刷(chngshu)效應是指在

23、城市暴雨徑流的初始階段中會攜帶大量的污染物質。初期沖刷是污染物沖刷的重要和獨特的現(xiàn)象，會導致徑流初期產生一個較高的污染物濃度峰值，大量的污染物質會排放到受納水體，使城市水環(huán)境受到嚴重威脅 ADDIN NE.Ref.21698CC7-8645-4A3C-80C9-C175F883A9E446。長期以來，城市污水排放系統(tǒng)是基于初期沖刷(chngshu)現(xiàn)象對初期徑流采用截留措施，將其截流到污水處理廠處理。因此，初期沖刷現(xiàn)象對管理和治理城市暴雨徑流具有重要經濟意義和生態(tài)意義。初期沖刷受多種因素影響，如流域面積、降雨強度、不透水面積、干期長度和取樣方式等。眾多研究者對城市徑流的初期沖刷效應進行了研究，

24、發(fā)現(xiàn)不同的初期沖刷定義、采用不同的采樣與數(shù)據收集方法所得的結論也不盡相同 ADDIN NE.Ref.A2754DF7-6408-418B-8211-0DA6B7F8068847。最早由Geiger ADDIN NE.Ref.39E0C31C-0B02-4D67-8886-EE0655FE0DAB48根據污染物-徑流量積累曲線( M/V) 定義了初期沖刷現(xiàn)象：當曲線的初期階段大于對角線時，就發(fā)生了初期沖刷，而當曲線與對角線差值大于0.2 時就是發(fā)生了明顯的沖刷現(xiàn)象。該方法對初期沖刷效應的判定條件比較寬松。在Geiger 的基礎上根據污染物和徑流量積累率提出了積累率差值() 和初期沖刷系數(shù)(b)

25、兩個測度指標 ADDIN NE.Ref.A5B5193A-4624-43CF-A712-76DD480B52B749。積累率差值()的公式是：L= mtM；F= v(t)V；=L-F式中，為積累率差值；m(t) 為t 時刻的污染物量；M為總污染物量；v(t)為t時刻的徑流量；V 為總徑流量。當0.2時，就發(fā)生了初期沖刷，而越大表示初期沖刷越強烈，污染物的累積速率越快于徑流量的累積速度。所以用這種方法就需要選擇適當?shù)膖 時刻。初期沖刷系數(shù)(b)的定義是，對于某一場降雨的某種污染物，若b滿足L= Fb，則b就是該污染物的初期沖刷系數(shù)。當b1 時，污染物就發(fā)生了初期沖刷效應，b越小代表沖刷越強烈。但

26、是這種方法的缺點是沒有考慮積累率隨時間的變化，所以計算出的沖刷效應不一定發(fā)生在降雨的初期。FFn 也是被眾多研究者用來判定初期沖刷現(xiàn)象的方法。FF30表示前30%徑流量攜帶的污染物量，如果污染物量80%，就說明發(fā)生了初期沖刷。另外，也有人用FF25、FF50等方法判定初期沖刷現(xiàn)象。初期沖刷影響因素復雜，匯流區(qū)面積、降雨強度和干期長度對初期沖刷效應有顯著影響，但大約只有60%80%的降雨事件能產生初期沖刷現(xiàn)象。相同影響因素在不同研究區(qū)的影響效果是不同的。匯流區(qū)面積越小，干期長度越長，沖刷效應越強烈；而降雨強度對COD、SS、TKN和Fe 有顯著影響，但對P、HEM 和Pb的影響不顯著 ADDIN

27、 NE.Ref.51960196-FA7A-48C0-A739-51CBD71DB47D49。而且使用不同的評價方法，得出的結果是不同的，用累積率差值分析居住區(qū)和工業(yè)區(qū)初期沖刷效應最強的分別是SS 和PO4-P，而用初期沖刷系數(shù)得出都是TKN 的初期沖刷效應最強。合流制相對于分流制排水方式而言，排水管網里沉積了大量的底泥，在降雨徑流時能沖刷、釋放出更多的污染物，因而更容易發(fā)生初期沖刷現(xiàn)象。但有研究認為，合流制排水方式的影響因素更加復雜，生活污水的排放會使初期沖刷現(xiàn)象難以被發(fā)現(xiàn)。自動取樣和人工取樣方法對EMC 和FF 的計算有重要影響，人工取樣方法需要增加降雨初期的采樣頻率，才能有利于計算FF，

28、而自動取樣方法采集的樣品數(shù)量多且頻率高，能有效提高計算的精度。國內外應對(yngdu)思路以美國(mi u)為例 ADDIN NE.Ref.6715055D-7014-4B28-82AB-579127EF30AB50：第一階段是從城市建立(jinl)初期到20世紀30年代，伴隨著土地大規(guī)模的開發(fā)與城市的擴張運動，城市不透水面積不斷增加，改變了城巿地區(qū)降雨的產流特征。而這些對于天然水文過程的改變在某種程度上加劇了洪水災害、城市內澇、河道侵蝕、郊區(qū)山體泥石流等問題的發(fā)生。因此，在這一時期美國將雨洪管理的重點放在控制洪水泛濫、減少災害發(fā)生和疏通河道等水量調控方面，并立法促進當?shù)貙τ诤橄獮暮Φ目刂坪陀?/p>

29、洪資源的管理。第二階段是水質改善階段。美國城市雨洪管理的第一階段側重于水量的控制與調蓄，通過場地滯留和總體規(guī)劃來解決問題，主要還是源自城巿和居民對避免洪滯問題的現(xiàn)實需要和基本需求。20世紀30年代到80年代期間，美國在二戰(zhàn)后經濟迅速發(fā)展，但是同時也帶來了嚴重的環(huán)境污染和頻發(fā)的洪澇災害，這也促使了美國的雨洪管理轉向了水質改善階段，主要包括對于點源污染的控制、防治水土流失、濱水區(qū)環(huán)境的保護等等。美國關于雨洪管理方面的立法也在不斷的完善，如1936年和1944年的洪災控制法、1968年為建設有雨洪管理設施的地區(qū)提供財產保險的國家洪水保險法(National Flood Insurance Act o

30、f 1968 )等等。第三階段是可持續(xù)發(fā)展階段。進入20世紀80年代后，人們的環(huán)境保護意識提高，點源污染得到基本控制，非點源污染(即面源污染)的問題逐漸顯現(xiàn)出來，美國的雨洪管理開始進入對于面源污染的控制、雨水的綜合利用、健康福利等綜合性的、多方位的可持續(xù)發(fā)展的階段。發(fā)達國家早在20世紀70年代就開始對城市雨洪管理展開研究與應用工作，并逐步形成了各自系統(tǒng)的雨洪管理體系，除了美國的最佳雨洪管理措施(BMPs)之外，典型的還有低影響開發(fā)(Low Impact Development，LID)、澳大利亞的水敏感城市設計(Water Sensitive Urban Design，WSUD)、英國的可持續(xù)

31、的排水系統(tǒng)(SUDS)、新西蘭(Low Impact Urban Design and Development，LIUDD)、規(guī)劃設計中的綠色基礎設施(Green Infrastructure，GI)等，這些系統(tǒng)的核心都涉及到科學地管理城市雨水系統(tǒng)，達到資源保護與利用的目-的，它們的許多技術措施與BMPs是相通的。但是它們各自有著不同的側重點、應用范圍和管理方式。BMPsBMPs (Best Management Practices)即最佳雨洪管理措施，又稱為最佳管理措施，是美國20世紀80年代針對非點源污染控制而提出的雨洪管理技術體系，其核心是通過工程性措施與非工程性措施結合，在雨洪資源流經

32、路徑的源頭、輸送、終端等階段，采用各種高效、經濟、生態(tài)的措施對雨洪資源進行防洪排澇、非點源污染和雨水收集利用等方面的有效控制。BMPs最早是應用在城市降雨徑流的非點源污染控制方面，美國環(huán)保局(USEPA)把BMPs定義為“任何能夠減少或預防水體污染的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作和維護程序”。BMPs是一個系統(tǒng)(xtng)而完善的雨洪管理(gunl)技術體系，既包括暴雨徑流控制、土壤淤積控制、土壤侵蝕控制、雨水(y shu)徑流污染物處理和雨水的“排、滲、蓄、滯”等技術，也包括法律、法規(guī)和管理條例規(guī)定的管理決策；既包括項目施工期控制施工現(xiàn)場土壤侵蝕和徑流污染等措施，又包括項目

33、使用期采用的一些工程性和非工程性的措施。我們可以將BMPs理解為：在法律、政策、經濟等條件的保障或約束下，通過規(guī)劃、設計、工程、管理等途徑來減少或消除城市降雨徑流過程中潛在的洪水泛濫、城市內澇、河道侵蝕、非點源污染等問題，以及雨水資源化利用的一種系統(tǒng)化的雨洪管理方式 ADDIN NE.Ref.2C920FFD-C550-4859-BF53-85151896D08151。施工期的BMPs措施是指在項目建設的施工期采用的控制施工場地水土流失、土壤淤積、地表徑流的措施和良好的工地管理的措施。這些措施多為臨時性的，在施工結束后就會被拆除，但是也不排除一些在使用期也發(fā)揮作用的措施。使用期的BMPs措施是

34、指在項目建設完成并投入使用后，能夠長期發(fā)揮作用的雨洪管理措施。使用期的BMPs措施種類較多，常見的有以下兩種分類方法。第一種分類方式是按照BMPs措施的控制途徑來分，包括以下三類：源頭控制措施，在雨水徑流的來源區(qū)域，也就是雨水徑流傳輸?shù)钠鸲?，將雨水徑流就地滯留或消納，減少污染物的排放率，由于這類措施位于徑流產生的起端，所以源頭控制措施的效率是很高的。常見的措施有綠色屋頂、可滲透的樹池或花壇、下凹式綠地等；傳輸控制措施，是指在雨水徑流傳輸?shù)绞芗{水體或下一個控制措施的傳輸路徑中設置的具有傳輸徑流功能的措施，它可以在傳輸過程中減少或稀釋污染物，減慢徑流的速率，削減最高洪峰值，其中植草溝是最常見的傳輸

35、控制措施；末端控制措施，在雨水徑流進入受納水體或某個雨水路徑的末端前進行處理，削減洪峰值，保護下游河道，例如雨水濕地、滯留池和蓄水池都是經常用到措施。第二種分類方式是按照BMPs措施是否具有可見的結構體來分類，可分為工程性措施與非工程性措施兩大類。工程性措施主要涉及BMPs技術體系中通過工程材料和技術建筑而成的部分，它們雖有可見的結構體，但并非全是以硬性材質建造而成，既包括砂濾池、滲透設施和集水設施等傳統(tǒng)的工程措施，也包括如植草溝、雨水花園、草坡過濾帶等生態(tài)工程措施。非工程性措施主要是通過法律、法規(guī)、政策、科學管理和公眾教育的方式以達到減少污染輸出的目的，如常規(guī)的雨水管理、不透水區(qū)域的控制、提

36、高民眾環(huán)境保護意識和制定相關設計規(guī)范與標準等。LID美國在應對城市雨洪問題上首先提出了最佳雨洪管理措施(BMPs)，經過多年的理論積累和實踐，又發(fā)展出了低影響開發(fā)LID (Low Impact Development)。美國馬里蘭州喬治王子縣環(huán)境資源署在1990年首次提出LID的概念，它是一種基于BMPs創(chuàng)新的雨水控制利用的綜合技術體系。LID的基本原理是模擬雨水的自然水文過程。其核心概念就是在土地開發(fā)利用過程中對場地原有的自然水文過程的影響降到最低或無，通過一系列小型、微型的場地設計還原雨水的然水文過程，如滲透、過濾、蒸發(fā)、截留等，從而大大降低城市排水管網的負擔，同吋正面影響雨洪過程，產生良

37、好的生態(tài)效應，結合景觀設計還具有美學效果。LID是一種(y zhn)場地設計策略，是由BMPs發(fā)展(fzhn)而來的，與BMPs相比，它更側重于微觀(wigun)尺度的控制。LID應用在整個場地設計過程之中，主要體現(xiàn)一種場地開發(fā)模式，通過采用分散的、小型的雨水設施對雨水徑流進行就地處理和源頭控制，其目標是最大程度上減少和降低土地開發(fā)對于周圍生態(tài)環(huán)境的影響，建造出一個具有良好水文功能的場地。LID適合在居住區(qū)、停車場、商業(yè)區(qū)、廣場和濱水區(qū)使用，在城市新區(qū)建設或城市重建項目中也是十分適合應用的。LID 措施的主要類型有：生物滯留設施( Bioretention Facilities) 、綠色屋頂(

38、 Green Roof ) 、透水路面( Permeable Pavement ) 、植草溝( Grass Swales) 以及其他小型輔助設施。生物滯留設施( Bioretention Facilities)生物滯留( 或稱雨水花園，Rain Garden) 采用低于路面的小面積洼地， 種植當?shù)卦参锊⑴嘁愿良白o根覆蓋物等， 成為開發(fā)區(qū)園林景觀的一部分， 雨天則可成為貯留雨水的淺水洼. 一般建設在停車場或居民區(qū)附近， 通過入水口導引不透水面產生的降雨徑流進入生物滯留區(qū)， 由土壤、微生物、植物的一系列生物、物理、化學過程實現(xiàn)雨洪滯留和水質處理， 視實地情況還可鋪設底層導水設施和暗溝等。該系

39、統(tǒng)的每一個部分入水口的植草溝預處理過濾帶、洼地、植物、土壤、暗渠、溢流出水口等都可起到去除污染物、減弱雨水徑流的作用?？傮w設計結構依據當?shù)赝寥李愋汀h(huán)境狀況和土地利用方式而定. 總面積一般在0. 51 hm2 之間， 但是該設計尺寸標準仍有爭議， 美國New Jersey 甚至規(guī)定生物滯留區(qū)面積需達到8 hm2 以上 ADDIN NE.Ref.B9FB5927-B3E2-40EB-83DE-88F86B6B028852， 53。典型的基礎和增強后生物滯留池（圖片來源Http:/publications/PDFs/stormwaterbioretention.pdf）綠色屋頂( Green Ro

40、of )綠色屋頂通過在屋頂種植綠色植物實現(xiàn)滯留雨水，同時實現(xiàn)其他如降低室溫等功能以節(jié)約能源，是LID管理策略中主要措施之一。根據不同植物和介質層，綠色屋頂在夏天一般可滯留70%90% 的降雨，冬季可滯留25%40%的降雨量。降雨強度和綠色屋頂?shù)慕Y構對雨水滯留率有顯著影響，且滯留率隨降雨強度的增加而減少。同時，施肥、土壤、屋頂結構等原因造成綠色屋頂會釋放N、P以及重金屬等污染物。因此安裝綠色屋頂盡管能截流降雨， 但要注意總氮總磷的輸出。在大部分研究分析中認為，截留的降雨量可以彌補這一點缺陷，最好選擇不需要太多施肥的植物。綠色屋頂介質對污染物輸出的效能以及重金屬處理(chl)和輸出方面的研究還很匱

41、乏。屋頂(w dn)作為不透水面(shu min)可以達到城市不透水面總面積的40% 50%。因此，如果在土地緊張的城市中利用好這些屋頂，則會對雨水資源管理與利用產生非常顯著的效果，而減少的雨水徑流將極大減輕合流制污水管網的負擔. 這樣產生的效益可以彌補建設綠色屋頂?shù)某杀?。綠色屋頂?shù)姆謱咏Y構（圖片來源.uk/UserFiles/Image/newlandscape/green_roof_system.jpg）可滲透/ 漏路面鋪裝系統(tǒng)( Permeable / Porous Pavement System，PPS)PPS 可有效降低不透水面積，增加雨水滲透，同時對徑流水質具有一定的處理。目前有各

42、種產品可替代傳統(tǒng)瀝青、水泥鋪設路面，比如水泥孔磚或網格磚、塑料網格磚、透水瀝青、透水水泥等。不同類型的透水磚和不同的鋪設方法可產生不同的雨水滯留率和污染物去除率，包括對總石油類等污染物的生物降解。PPS 遇到的一些問題主要有路面的堵塞、冬季性能表現(xiàn)、下墊面土壤及地下水的污染等。透水路面最適合在交通流量較低如停車場、便道等區(qū)域使用，而海岸帶地區(qū)由于沙質土壤和平坦的坡度條件可最好地發(fā)揮透水路面性能。一種(y zhn)可滲透的路面鋪裝示意圖（圖片(tpin)來源 /VASWMBMPSpec7PERMEABLEPAVEMENT_clip_image006.jpg）植草溝(Grass Swales)植草

43、溝通常是作為疏導路面徑流的設施，可根據實際情況進行改良，一般沿居住區(qū)街道和公路(gngl)邊建設。植草溝可滯留雨水徑流中93 %以上的SS，同時減少有機污染物，去除Pb、Zn、Cu、Al 等部分金屬離子和油類物質。由于城市徑流中SS與COD、T、P、TN等污染指標存在良好的相關性，在SS 得到較高去除率的同時其他污染物也會得到相應的去除。植草溝可適應各種環(huán)境，設計變通性強，而且相對造價低。在小型具有緩坡的排水區(qū)域效果更佳。路旁的植草溝可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨水口和排水管網，由于植草溝中的污染物可見，因此植草溝代替?zhèn)鹘y(tǒng)地下排水系統(tǒng)，可以從根本上解決傳統(tǒng)雨水和污水管道混接和亂接的問題，有效控制及處理徑流傳輸

44、過程中以及進入受納水體前的污染物。植草溝的示例圖（圖片來源：/green_bldg_resources.html）其他措施除以上措施，LID 還包括干井(Dry Wells)、樹盒(Tree boxes)、過濾帶(Filter Strip)、植物緩沖區(qū)(Vegetated Buffers)、自然分流(Lever Spreaders)、雨水桶(Rain Barrels)、蓄水池(Cisterns)、滲濾溝( Infiltration Trenches)等各種小型措施，根據各地條件的不同而選用。它們之間相互聯(lián)系，通過減少不透水面積、增加雨水滲濾、利用雨水資源，實現(xiàn)可持續(xù)雨洪管理。綠色(l s)基礎

45、設施（Green Infrastructure）傳統(tǒng)(chuntng)的城市排水系統(tǒng)（“灰色基礎設施”）是雨水排得越快越好。根據這個理論，提高城市排水標準來增強城市應對暴雨的能力是再自然不過的事情。但是，大幅提高排水標準不僅需要巨額建設資金，而且在狹窄的地下(dxi)空間找到管位本身就是一件難事；同時，大量寶貴的城市水資源未經利用就排放，不能實現(xiàn)本地水資源的可持續(xù)利用，也無法進入本地的地表水和地下水的水文循環(huán)中，還造成城市水環(huán)境的污染?！熬G色基礎設施”是一種新的理念，應用于城市雨洪控制利用領域，通過一系列綠色雨水設施削減城市徑流和污染物的排放，能夠有效解決上述城市雨洪問題，實現(xiàn)環(huán)境、生態(tài)、景觀

46、等多種功能。場地尺度的綠色基礎設施實施途徑推動綠色基礎設施的廣泛應用，首先是各類場地尺度意義下的建造實踐，基于“生命支持”的生態(tài)系統(tǒng)服務價值目標，綠色基礎設施的實踐活動可以歸類為以下7種理念和途徑。 = 1 * GB3 生物滯留系統(tǒng)(Bioretention Systems)、 = 2 * GB3 人工濕地(Constructed Wetlands)、 = 3 * GB3 雨洪管理(Storm Water Management)和 = 4 * GB3 透水性鋪裝(Permeable Paving)在此不再繁述。 = 5 * GB3 綠色街道(Green Streets)。根據波特蘭市的實踐，綠

47、色街道是一種集合了透水表層、樹木覆蓋、景觀元素的相融街道。綠色街道的設計目的包括：減少雨水徑流和降低面源污染，緩解汽車尾氣帶來的空氣污染；將自然元素納入街道；為慢行交通系統(tǒng)的通行提供機會。 = 6 * GB3 屋頂與垂直綠化(Green Roofs and Green Walls)。生物屋頂是“被覆蓋了植被的屋頂，是用生長著的植物來代替裸露的合成屋頂、復合和木質屋面板瓦、黏土和水泥瓦，以及金屬板、拉膜等各種屋頂材料，其主要目的和重要功能是減少暴雨徑流。生物屋頂另一項比較明顯的附加利用價值是減少熱島效應，城市中心產生的熱浪將會增大城市污染的風險，而生物屋頂?shù)慕禍刈饔们『每梢詼p弱這一風險。生態(tài)綠墻

48、是建筑物或構筑物中的垂直綠化元素，即利用植物的部分覆蓋或全部覆蓋發(fā)揮效用。屋頂綠化主要有2種不同的技術類型：生態(tài)綠墻與綠色立面。生態(tài)綠墻是一種由固定在垂直墻體上的栽植面、垂直模塊和種植毯組成的墻面系統(tǒng)。綠色立面這種墻面系統(tǒng)則引導攀援植物與地被植物沿著經過特別設計的支撐結構生長。 = 7 * GB3 城市公園(Urban Parks)。目前的研究已經可以量化城市公園的效益，例如，城市公園的氣溫可以比未綠化地區(qū)低10左右 ADDIN NE.Ref.57C02C28-7D9E-41A5-9E72-D4E4093D023E54。此外，近期的研究正試圖在每一棵樹的基礎上量化城市森林的部分效益，包括縮減能

49、源需求、降低碳排放、提高空氣質量，滯留暴雨、減少高溫帶來的健康損害等。關于城市公園保健效益的研究也逐漸出現(xiàn)。城市尺度的綠色基礎設施實踐 = 1 * GB3 城市(chngsh)濱水區(qū)與河道(hdo)岸帶(Urban Waterfront and Riverside)。指以自然生態(tài)駁岸(b n)和綠化型岸帶為主的城市濱水區(qū)域河道景觀綠帶。城市濱水區(qū)與河道作為綠色基礎設施其所發(fā)揮的作用非常綜合。尤其當其規(guī)模尺度較為龐大，如長度在數(shù)千米、面積在數(shù)十公頃或數(shù)平方千米的河道濱水區(qū)，除了雨洪調節(jié)、還因其多樣化的濱水濕地陸地而兼具水體凈化、生物棲息、綠色廊道、游憩娛樂等多重功效 ADDIN NE.Ref.5

50、80F5D86-EFF4-4268-991E-50EA6A4C1B2D55。 = 2 * GB3 城市綠色廊道(Urban Green Corridor)。綠色廊道是線形的開放空間形式，根據結構具有生態(tài)、景觀、保健和其他社會功能，其主要作用是將分散的景觀元素構成一個獨特完整的體系，其中的基本元素是植被。綠色廊道是一個線性地帶，連接綠色空間，主要強調生態(tài)作用。但它們也有連接自然遺址、文化景觀和風景名勝的功能，其作用是多樣化的。他們對某些動植物種類提供了食物和一切必要的生活條件、動物的棲息環(huán)境和環(huán)境保護屏障。具有降低噪聲、過濾污染功能，也是提升周圍的環(huán)境質量的一種生態(tài)資源。 = 3 * GB3 城

51、市綠色斑塊 (Urban Green Patch)。城市綠色斑塊集合了在一個城市空間中的所有植被和動物棲息地的生態(tài)體系，它包括了私人用地、公園、保護區(qū)中的具有一定規(guī)模的樹林植被。城市綠色斑塊承載著多種功能：如創(chuàng)造適宜的微氣候，減弱城市“熱島效應”，碳匯作用，營造社交空間，凈化空氣(樹木及植被可過濾空氣中的污染物)，凈化水質(植被根系可阻止泥沙及污物隨水流排入當?shù)厮w中)，促進居民身體健康來減少醫(yī)療費用，提供更多在“戶外課堂”學習的機會，促進城市旅游業(yè)發(fā)展來增加財政稅收，通過公園產生的吸引力來增加商業(yè)活力，用優(yōu)美的自然風光使處于城市喧囂中的人們獲得喘息的機會，生物多樣性保護等。從城市擴展至鄉(xiāng)村及

52、特殊人居環(huán)境的綠色基礎設施隨著地球氣候變化的大范圍影響及全球化發(fā)展的蝴蝶效應，區(qū)域性的綠色基礎設施研究已逐漸被關注。綠色基礎設施的研究已不僅局限于基于城市系統(tǒng)的研究，進而轉至鄉(xiāng)村、流域、曠野等更豐富的景觀環(huán)境，尺度也由建成區(qū)、市區(qū)擴展為市域，進而轉向縣域、省域和以地貌特征為劃分的不同大范圍景觀地帶 ADDIN NE.Ref.DC63B7FD-BDE2-4DF1-B5B8-963EEE48A66D56?；诋?shù)厝司迎h(huán)境的特征，結合氣候轉型的機遇，把握聚居背景中人為建設與自然演替的耦合特征：在宏觀尺度，以景觀化的集水造綠活動為契機，開展網絡型的立體植被水域空間建設，形成區(qū)域型的綠道規(guī)劃，演變?yōu)椤熬G

53、色城市/城鎮(zhèn)/鄉(xiāng)村”；在中觀尺度，以生態(tài)化集水造綠活動為契機，在以綠道為框架的水綠立體網絡中重點建設關于水的綠色基礎設施與關于綠的綠色基礎設施，以鄉(xiāng)村尺度的雨水管理系統(tǒng)與功能性植被系統(tǒng)相結合，憑借有限的自然條件，形成具有促進作用的向原始植被發(fā)展的生態(tài)演替；在微觀尺度，以人居化集水造綠活動為契機，實現(xiàn)低影響開發(fā)，在半干旱區(qū)將雨水收集、就地入滲、庭院/屋頂綠化等綠色基礎設施相結合，形成“雨水收集與入滲低技術生態(tài)技術植被生長地域建設氣候調節(jié)農經作物種植旅游活動興起經濟收入增長人居環(huán)境改善”的良性發(fā)展模式。結語(jiy)未來(wili)城市雨洪管理(gunl)的研究應繼續(xù)加強污染物運動機理方面的研究，

54、研究污染物遷移轉化的規(guī)律，特別是懸浮顆粒物對其他污染物的吸附、運載作用，并且要提高實驗數(shù)據的準確性和加強數(shù)據的共享，便于城市非點源污染的定量化研究。雖然城市雨洪管理策略中所運用的部分技術并不陌生， 甚至在中國已有少量應用， 但相關的實驗數(shù)據少，不利推廣； 涉及的管理部門較多， 缺乏相應建設標準， 是管理層面應用的障礙。同時， 在城市建設中實施LID， 需要將城市規(guī)劃、水文、環(huán)境工程技術、土木建筑、景觀設計、環(huán)境經濟學與環(huán)境管理等多學科相融合，綜合宏觀策略分析和微觀工程管理， 才能實現(xiàn)美觀、有效、經濟可行的雨洪管理。中國是世界上13個最貧水的國家之一， 是大國中唯一真正面臨水危機的國家。所以，學

55、習國外的先進管理策略， 加快研究相關措施在我國應用的可行性， 將其在國外發(fā)展的經驗與我國實際國情相結合、加以改善， 這對于我國城市新區(qū)開發(fā)和舊城改造處理面源污染、提高生態(tài)環(huán)境質量具有很好的借鑒意義。 ADDIN NE.Bib參考文獻 1 中華人民共和國水利部. 2011年中國水資源公報Z. 2012. 2 Jiang Y. Chinas water scarcityJ. Journal of Environmental Management， 2009， 90(11): 3185-3196. 3 Liu J， Diamond J. Chinas environment in a globali

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