摘要：海綿城市的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、考核評估多以實(shí)現(xiàn)一系列關(guān)鍵的管控指標(biāo)為目標(biāo)，以保持“自然”特征，取得期望效果。本文對新西蘭水健康雨水管理實(shí)踐和核心指標(biāo)進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明,目前海綿城市建設(shè)存在困境的根源在于對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)理解不足，從而導(dǎo)致普遍的指標(biāo)分解依據(jù)不足，方案缺乏說服力，與專項(xiàng)規(guī)劃也不好銜接。本文希望引起業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)真思考。
1 水健康指標(biāo)理論背景
城市開發(fā)改變下墊面條件，引起微水系、產(chǎn)流、匯流、徑流污染特征的改變，從而損害水生態(tài)系統(tǒng)，破壞“水健康”。河道生態(tài)系統(tǒng)健康狀況采用塑造河道斷面特征的流量來評估，具體包括：生態(tài)流量、河道基流、造床流量、漫灘流量，各自的含義及意義如下：
生態(tài)流量：維持河道內(nèi)水生生物生存和生物多樣性，保持河道生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與功能所需的最小流量。
河道基流：河道常年能夠保持的最小流量。
造床流量：指多年水流與河道沖刷、淤積動態(tài)平衡過程，形成河道斷面形態(tài)的特征流量。由于河道自然斷面形態(tài)的復(fù)雜性，造床流量是一組特征流量，國際上用有效流量、漫灘流量和重現(xiàn)期流量組合表示。造床流量實(shí)際上是一些較大但又不是最大的洪水流量。
漫灘流量：河道水位達(dá)到河邊灘高度時的流量。是水流在河槽內(nèi)河道能夠承受的最大流量。
圖1‑1年徑流過程中不同特征流量分解示意圖
城市開發(fā)過程中雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的溪流、河道特征流量變化，將進(jìn)一步影響城市水生態(tài)多年形成的自然平衡關(guān)系。同時，城市雨水徑流在匯流過程中，會攜帶道路、廣場、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)等區(qū)域地面產(chǎn)生的多種懸浮物、泥沙，以及附著的微量金屬、營養(yǎng)物、油脂類、細(xì)菌等污染物進(jìn)入自然水體，損害河湖水健康。
綜上，河道特征流量和城市徑流污染是影響河流生態(tài)、自然健康的關(guān)鍵參數(shù)。其中，河道特征流量，從屬于降雨量，同時受流域水文水力條件的影響，為次生因子;城市徑流污染的控制也受降雨量的影響。
因此，降雨量的控制是獲得河道水生態(tài)和環(huán)境健康相應(yīng)特征流量指標(biāo)最有效，也是最容易理解和應(yīng)用的手段。國際上通常采用降雨量作為控制參數(shù)，通過控制頻發(fā)的小降雨事件，控制徑流污染，補(bǔ)充地下水，維持下游河道生態(tài)流量和河道基流，改善水質(zhì)條件;通過控制多種設(shè)計(jì)暴雨，保持河道造床流量，維護(hù)河道形態(tài)特征。
2 奧克蘭水健康雨水管理指標(biāo)定義
作為新西蘭最大的城市，奧克蘭經(jīng)過20多年的實(shí)踐、研究，規(guī)劃體系和技術(shù)導(dǎo)則的動態(tài)更新，已形成一套較為完整的管理體制和技術(shù)體系。
奧克蘭在清晰的法律法規(guī)框架、漸進(jìn)的科學(xué)規(guī)劃、合理的技術(shù)指標(biāo)體系建設(shè)及技術(shù)導(dǎo)則指導(dǎo)下，通過構(gòu)建多個核心水文參數(shù)指標(biāo)恢復(fù)開發(fā)前水文狀態(tài)，就地消減污染物，減少洪澇災(zāi)害頻率，緩解土地開發(fā)帶來的系列水環(huán)境問題，維持水健康。
圖2‑1奧克蘭水健康雨水管理體系
奧克蘭水健康管控的指標(biāo)體系將雨水管理目標(biāo)分解為水質(zhì)、生態(tài)、水量三個方面。通過對不同量級的24小時設(shè)計(jì)降雨量的控制，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)保護(hù)、生態(tài)緩排、徑流峰值控制的指標(biāo)。
(1)水質(zhì)保護(hù)指標(biāo)
水質(zhì)保護(hù)指標(biāo)是指為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)所需要控制的24小時設(shè)計(jì)雨量，設(shè)定為90%(某些區(qū)域95%)場次控制率相應(yīng)雨量產(chǎn)生的徑流，不同地區(qū)的該數(shù)值大約在24-34mm之間。按照此設(shè)計(jì)降雨，計(jì)算得出的調(diào)蓄容積稱為“水質(zhì)保護(hù)容積”。
(2)生態(tài)緩排指標(biāo)
生態(tài)緩排指標(biāo)是指為實(shí)現(xiàn)水生態(tài)保護(hù)需要控制場地雨水緩慢排出的24小時設(shè)計(jì)雨量，設(shè)定為95%場次控制率相應(yīng)雨量產(chǎn)生的徑流，大約在32-48mm之間。工程中一般利用雨水源頭調(diào)蓄設(shè)施，通過出口排水流量控制實(shí)現(xiàn)緩排，此功能所需要的調(diào)蓄容積，稱為“生態(tài)緩排容積”。
(3)峰值控制指標(biāo)
峰值控制指標(biāo)是指為實(shí)現(xiàn)場地設(shè)計(jì)暴雨徑流峰值不大于開發(fā)前的24小時設(shè)計(jì)雨量。規(guī)定控制2、10、100年(部分區(qū)域)一遇24小時設(shè)計(jì)暴雨外排流量峰值不大于開發(fā)前。
工程中一般利用雨水源頭調(diào)蓄設(shè)施，通過排水設(shè)施流量控制實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)頻率的峰值削減。實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)所需要的調(diào)蓄容積，稱為相應(yīng)設(shè)計(jì)頻率的“峰值控制容積”。
圖2‑2奧克蘭水健康管控指標(biāo)
3 徑流總量控制率與奧克蘭雨水管理指標(biāo)異同分析與啟發(fā)
3.1相似性比較
我國《指南》定義的年徑流總量控制率與奧克蘭年場次控制率的計(jì)算方法有諸多相似性，也存在一定差異。
對多個城市的30年逐日降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取各城市70%、75%、80%及85%雨水年徑流控制率對應(yīng)的年降雨場次控制率。
結(jié)果顯示，70%-85%的年徑流控制率對應(yīng)的降雨場次控制率大致在70%-88%之間。由此可見，我國采用的徑流總量控制率標(biāo)準(zhǔn)略低于奧克蘭采用的最基本的水質(zhì)保護(hù)指標(biāo)。
我國采用的徑流總量控制率與新西蘭的雨量場次控制率，雖然計(jì)算方法不同，結(jié)果略小，但能一一對應(yīng)，本質(zhì)一樣，都是為了管理大量小雨事件和大雨事件的初期降雨量而估算的一個指標(biāo)。
因此，筆者認(rèn)為我國《指南》定義的年徑流總量控制率本質(zhì)是為了高頻率的小降雨，或大雨的初期部分雨水產(chǎn)生的徑流，在技術(shù)上考慮了不同地域的氣象條件，其正確性和合理性無可爭議。
3.2關(guān)鍵指標(biāo)定義更新之必要性
年徑流總量控制率是一個非常關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，該指標(biāo)的準(zhǔn)確定義和理解需要水文學(xué)專業(yè)知識。同時，工程實(shí)踐又需要將復(fù)雜的技術(shù)概念通俗化。海綿城市需要全社會的積極參與，大多數(shù)人的誤解，或者對專業(yè)概念理解不清晰，將為海綿城市建設(shè)帶來許多質(zhì)疑，導(dǎo)致消極的態(tài)度及建設(shè)方向的偏離。
筆者認(rèn)為，一個比較合適的概念可能是“雨量控制率”，此概念沿用了徑流總量控制率的本質(zhì)含義，避免了“徑流”概念的干擾和爭議。
3.3需要額外指標(biāo)才能銜接相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃
奧克蘭水質(zhì)保護(hù)、生態(tài)緩排、峰值控制三位一體的指標(biāo)體系對設(shè)施規(guī)模、工程措施的選擇和組合起著關(guān)鍵作用。從以上不同等級雨量控制設(shè)計(jì)步驟可以看出，其指標(biāo)體系，涵蓋小雨至大雨多種影響生態(tài)環(huán)境的降雨特征，實(shí)現(xiàn)了控制雨水徑流污染、提供生態(tài)緩排、緩解內(nèi)澇風(fēng)險等多重目標(biāo)，從而在工程體系上與現(xiàn)有的水環(huán)境、水資源、水生態(tài)、水安全有效銜接。
我國徑流總量控制率僅為約2年一遇24h降雨量的1/4不到。因而僅用徑流總量控制率設(shè)計(jì)的海綿設(shè)施缺乏對較大雨量的控制，顯然沒有內(nèi)澇防治功能。而生態(tài)保護(hù)、水資源利用等海綿建設(shè)的相關(guān)指標(biāo)實(shí)際上是需要綜合流域范圍內(nèi)多種因素、多種工程體系才可能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)控制指標(biāo)。海綿設(shè)施建設(shè)中，除了源頭雨水水質(zhì)控制有徑流總量控制率為設(shè)計(jì)指標(biāo)，其他如生態(tài)保護(hù)、洪澇安全等目標(biāo)，缺乏相應(yīng)的海綿設(shè)施設(shè)計(jì)指標(biāo)，因而導(dǎo)致海綿設(shè)施的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有大的系統(tǒng)性的工程體系脫節(jié)較大，在技術(shù)體系上沒有銜接。
圖3‑1奧克蘭與我國雨水管理控制指標(biāo)對比
3.4監(jiān)測與評估方法需要反思
《指南》年徑流總量控制率描述中“場地內(nèi)累計(jì)全年得到控制(不外排)的雨量占全年總降雨量的百分比”，其中“不外排”應(yīng)該是指在利用日雨量設(shè)計(jì)海綿設(shè)施規(guī)模時不允許外排。這方法與新西蘭、美國、澳大利亞完全一致。它實(shí)際上允許次日后連續(xù)降雨事件發(fā)生時，超過設(shè)施下滲或滯蓄能力而外排降雨后期相對干凈的雨水。
另一方面，徑流計(jì)算涉及經(jīng)驗(yàn)水文模型、非線性的土壤下滲參數(shù)、微觀地形等復(fù)雜參數(shù)和隨機(jī)多變的降雨過程。即“徑流總量控制率或雨量控制率”75%，并非場地內(nèi)75%的年徑流量不可外排，或等效于徑流系數(shù)0.25，即并非存在徑流控制率=(1-徑流系數(shù))*100%的關(guān)系。
因此，通過累計(jì)外排水量估算徑流總量控制率的監(jiān)測方法在技術(shù)上需要思考其科學(xué)性，況且流量監(jiān)測邊界閉合困難，動態(tài)的建設(shè)狀態(tài)和監(jiān)測歷時很短等也將為評估帶來挑戰(zhàn)。
圖3‑2年徑流總量控制率解讀
3.5海綿建設(shè)宜定位于城市建設(shè)用地變化和銜接
奧克蘭雨水管理指標(biāo)，主要應(yīng)用于雨水管控單元內(nèi)新建地塊、舊城改造或民宅改建時的水敏型雨水設(shè)計(jì)，與我國的海綿設(shè)計(jì)類似，其目標(biāo)是管理好城市建設(shè)土地利用變化對水系統(tǒng)的影響，這其中涉及到一個非常關(guān)鍵的概念--“開發(fā)前”。奧克蘭對“開發(fā)前”的定義是“在提交擬建或改建計(jì)劃之前的場地條件，包括現(xiàn)狀建筑物、道路。”我國對“開發(fā)前”的定義不是很清晰，通常大家以完全自然作為開發(fā)前設(shè)計(jì)條件，導(dǎo)致海綿設(shè)計(jì)的規(guī)模、要求相差很大，尤其對建成區(qū)，以至于設(shè)施規(guī)模大、落地難。
奧克蘭盡管雨水控制指標(biāo)比我們多，要求高，但其應(yīng)用條件和“開發(fā)前”的基本概念清晰，類似海綿建設(shè)的水敏型城市設(shè)計(jì)推動相對容易、可行、有權(quán)威。
我國有些城市承諾2020年20%，2030年80%建成區(qū)達(dá)到海綿城市建設(shè)要求，這目標(biāo)實(shí)際上將新的城市建設(shè)帶來的水問題，與城市現(xiàn)有水系統(tǒng)問題混在一起，導(dǎo)致海綿規(guī)劃與各專項(xiàng)規(guī)劃有諸多交集，過多涉及本該其它專項(xiàng)規(guī)劃完成的事項(xiàng)，“越位”又不專業(yè)，目標(biāo)虛高，不易實(shí)現(xiàn)。
圖3‑3奧克蘭與我國海綿建設(shè)實(shí)踐對比
4 結(jié)論與建議
我國海綿城市大規(guī)模實(shí)踐后，更需要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。奧克蘭的可持續(xù)發(fā)展理念、清晰的法律法規(guī)、持久漸進(jìn)的科學(xué)研究以及合理的技術(shù)指標(biāo)體系建設(shè)，為水健康管控提供了重要基礎(chǔ)。奧克蘭的水健康管控指標(biāo)及技術(shù)體系發(fā)展為我國提供了可借鑒之路。筆者在參與了近年國內(nèi)不少城市海綿城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、研究等項(xiàng)目過程中，深深感悟到關(guān)鍵參數(shù)理解和指標(biāo)體系突破的重要性和迫切性。為此筆者提出兩點(diǎn)建議：一，將“年徑流總量控制率”更新為“雨量控制率”，并作為控制新區(qū)開發(fā)或舊城改造的海綿建設(shè)基本要求;二，引導(dǎo)各地因地制宜地、科學(xué)合理地采納生態(tài)緩排、峰值控制指標(biāo)。只有這樣，才能讓海綿城市規(guī)劃和建設(shè)體系真正銜接并反饋各專項(xiàng)規(guī)劃，工程效果客觀而有效。
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