摘要：海綿城市的規劃、設計、考核評估多以實(shí)現一系列關(guān)鍵的管控指標為目標，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)踐和核心指標進(jìn)行了深入研究。結果表明,目前海綿城市建設存在困境的根源在于對關(guān)鍵技術(shù)參數理解不足，從而導致普遍的指標分解依據不足，方案缺乏說(shuō)服力，與專(zhuān)項規劃也不好銜接。本文希望引起業(yè)內人士的認真思考。
1 水健康指標理論背景
城市開(kāi)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，破壞“水健康”。河道生態(tài)系統健康狀況采用塑造河道斷面特征的流量來(lái)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：維持河道內水生生物生存和生物多樣性，保持河道生態(tài)系統基本結構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(dòng)態(tài)平衡過(guò)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：河道水位達到河邊灘高度時(shí)的流量。是水流在河槽內河道能夠承受的最大流量。
圖1‑1年徑流過(guò)程中不同特征流量分解示意圖
城市開(kāi)發(fā)過(guò)程中雨水系統設計不當導致的溪流、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(shí)，城市雨水徑流在匯流過(guò)程中，會(huì )攜帶道路、廣場(chǎng)、商業(yè)區、居住區等區域地面產(chǎn)生的多種懸浮物、泥沙，以及附著(zhù)的微量金屬、營(yíng)養物、油脂類(lèi)、細菌等污染物進(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。其中，河道特征流量，從屬于降雨量，同時(shí)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)境健康相應特征流量指標最有效，也是最容易理解和應用的手段。國際上通常采用降雨量作為控制參數，通過(guò)控制頻發(fā)的小降雨事件，控制徑流污染，補充地下水，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(guò)控制多種設計暴雨，保持河道造床流量，維護河道形態(tài)特征。
2 奧克蘭水健康雨水管理指標定義
作為新西蘭最大的城市，奧克蘭經(jīng)過(guò)20多年的實(shí)踐、研究，規劃體系和技術(shù)導則的動(dòng)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框架、漸進(jìn)的科學(xué)規劃、合理的技術(shù)指標體系建設及技術(shù)導則指導下，通過(guò)構建多個(gè)核心水文參數指標恢復開(kāi)發(fā)前水文狀態(tài)，就地消減污染物，減少洪澇災害頻率，緩解土地開(kāi)發(fā)帶來(lái)的系列水環(huán)境問(wèn)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體系將雨水管理目標分解為水質(zhì)、生態(tài)、水量三個(gè)方面。通過(guò)對不同量級的24小時(shí)設計降雨量的控制，實(shí)現水質(zhì)保護、生態(tài)緩排、徑流峰值控制的指標。
(1)水質(zhì)保護指標
水質(zhì)保護指標是指為實(shí)現水質(zhì)保護目標所需要控制的24小時(shí)設計雨量，設定為90%(某些區域95%)場(chǎng)次控制率相應雨量產(chǎn)生的徑流，不同地區的該數值大約在24-34mm之間。按照此設計降雨，計算得出的調蓄容積稱(chēng)為“水質(zhì)保護容積”。
(2)生態(tài)緩排指標
生態(tài)緩排指標是指為實(shí)現水生態(tài)保護需要控制場(chǎng)地雨水緩慢排出的24小時(shí)設計雨量，設定為95%場(chǎng)次控制率相應雨量產(chǎn)生的徑流，大約在32-48mm之間。工程中一般利用雨水源頭調蓄設施，通過(guò)出口排水流量控制實(shí)現緩排，此功能所需要的調蓄容積，稱(chēng)為“生態(tài)緩排容積”。
(3)峰值控制指標
峰值控制指標是指為實(shí)現場(chǎng)地設計暴雨徑流峰值不大于開(kāi)發(fā)前的24小時(shí)設計雨量。規定控制2、10、100年(部分區域)一遇24小時(shí)設計暴雨外排流量峰值不大于開(kāi)發(fā)前。
工程中一般利用雨水源頭調蓄設施，通過(guò)排水設施流量控制實(shí)現不同設計頻率的峰值削減。實(shí)現此目標所需要的調蓄容積，稱(chēng)為相應設計頻率的“峰值控制容積”。
圖2‑2奧克蘭水健康管控指標
3 徑流總量控制率與奧克蘭雨水管理指標異同分析與啟發(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(chǎng)次控制率的計算方法有諸多相似性，也存在一定差異。
對多個(gè)城市的30年逐日降雨數據進(jìn)行分析，獲取各城市70%、75%、80%及85%雨水年徑流控制率對應的年降雨場(chǎng)次控制率。
結果顯示，70%-85%的年徑流控制率對應的降雨場(chǎng)次控制率大致在70%-88%之間。由此可見(jiàn)，我國采用的徑流總量控制率標準略低于奧克蘭采用的最基本的水質(zhì)保護指標。
我國采用的徑流總量控制率與新西蘭的雨量場(chǎng)次控制率，雖然計算方法不同，結果略小，但能一一對應，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(gè)指標。
因此，筆者認為我國《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(wú)可爭議。
3.2關(guān)鍵指標定義更新之必要性
年徑流總量控制率是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)指標，該指標的準確定義和理解需要水文學(xué)專(zhuān)業(yè)知識。同時(shí)，工程實(shí)踐又需要將復雜的技術(shù)概念通俗化。海綿城市需要全社會(huì )的積極參與，大多數人的誤解，或者對專(zhuān)業(yè)概念理解不清晰，將為海綿城市建設帶來(lái)許多質(zhì)疑，導致消極的態(tài)度及建設方向的偏離。
筆者認為，一個(gè)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需要額外指標才能銜接相關(guān)專(zhuān)項規劃
奧克蘭水質(zhì)保護、生態(tài)緩排、峰值控制三位一體的指標體系對設施規模、工程措施的選擇和組合起著(zhù)關(guān)鍵作用。從以上不同等級雨量控制設計步驟可以看出，其指標體系，涵蓋小雨至大雨多種影響生態(tài)環(huán)境的降雨特征，實(shí)現了控制雨水徑流污染、提供生態(tài)緩排、緩解內澇風(fēng)險等多重目標，從而在工程體系上與現有的水環(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計的海綿設施缺乏對較大雨量的控制，顯然沒(méi)有內澇防治功能。而生態(tài)保護、水資源利用等海綿建設的相關(guān)指標實(shí)際上是需要綜合流域范圍內多種因素、多種工程體系才可能實(shí)現的系統控制指標。海綿設施建設中，除了源頭雨水水質(zhì)控制有徑流總量控制率為設計指標，其他如生態(tài)保護、洪澇安全等目標，缺乏相應的海綿設施設計指標，因而導致海綿設施的設計與現有大的系統性的工程體系脫節較大，在技術(shù)體系上沒(méi)有銜接。
圖3‑1奧克蘭與我國雨水管理控制指標對比
3.4監測與評估方法需要反思
《指南》年徑流總量控制率描述中“場(chǎng)地內累計全年得到控制(不外排)的雨量占全年總降雨量的百分比”，其中“不外排”應該是指在利用日雨量設計海綿設施規模時(shí)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降雨事件發(fā)生時(shí)，超過(guò)設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，徑流計算涉及經(jīng)驗水文模型、非線(xiàn)性的土壤下滲參數、微觀(guān)地形等復雜參數和隨機多變的降雨過(guò)程。即“徑流總量控制率或雨量控制率”75%，并非場(chǎng)地內75%的年徑流量不可外排，或等效于徑流系數0.25，即并非存在徑流控制率=(1-徑流系數)*100%的關(guān)系。
因此，通過(guò)累計外排水量估算徑流總量控制率的監測方法在技術(shù)上需要思考其科學(xué)性，況且流量監測邊界閉合困難，動(dòng)態(tài)的建設狀態(tài)和監測歷時(shí)很短等也將為評估帶來(lái)挑戰。
圖3‑2年徑流總量控制率解讀
3.5海綿建設宜定位于城市建設用地變化和銜接
奧克蘭雨水管理指標，主要應用于雨水管控單元內新建地塊、舊城改造或民宅改建時(shí)的水敏型雨水設計，與我國的海綿設計類(lèi)似，其目標是管理好城市建設土地利用變化對水系統的影響，這其中涉及到一個(gè)非常關(guān)鍵的概念--“開(kāi)發(fā)前”。奧克蘭對“開(kāi)發(fā)前”的定義是“在提交擬建或改建計劃之前的場(chǎng)地條件，包括現狀建筑物、道路。”我國對“開(kāi)發(fā)前”的定義不是很清晰，通常大家以完全自然作為開(kāi)發(fā)前設計條件，導致海綿設計的規模、要求相差很大，尤其對建成區，以至于設施規模大、落地難。
奧克蘭盡管雨水控制指標比我們多，要求高，但其應用條件和“開(kāi)發(fā)前”的基本概念清晰，類(lèi)似海綿建設的水敏型城市設計推動(dòng)相對容易、可行、有權威。
我國有些城市承諾2020年20%，2030年80%建成區達到海綿城市建設要求，這目標實(shí)際上將新的城市建設帶來(lái)的水問(wèn)題，與城市現有水系統問(wèn)題混在一起，導致海綿規劃與各專(zhuān)項規劃有諸多交集，過(guò)多涉及本該其它專(zhuān)項規劃完成的事項，“越位”又不專(zhuān)業(yè)，目標虛高，不易實(shí)現。
圖3‑3奧克蘭與我國海綿建設實(shí)踐對比
4 結論與建議
我國海綿城市大規模實(shí)踐后，更需要總結經(jīng)驗教訓。奧克蘭的可持續發(fā)展理念、清晰的法律法規、持久漸進(jìn)的科學(xué)研究以及合理的技術(shù)指標體系建設，為水健康管控提供了重要基礎。奧克蘭的水健康管控指標及技術(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不少城市海綿城市規劃、設計、研究等項目過(guò)程中，深深感悟到關(guān)鍵參數理解和指標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”，并作為控制新區開(kāi)發(fā)或舊城改造的海綿建設基本要求;二，引導各地因地制宜地、科學(xué)合理地采納生態(tài)緩排、峰值控制指標。只有這樣，才能讓海綿城市規劃和建設體系真正銜接并反饋各專(zhuān)項規劃，工程效果客觀(guān)而有效。
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