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现代城市雨水控制管理面临的挑战与对策

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发表于 2017-3-28 18:31:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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现代城市雨水控制管理面临的挑战与对策
李俊奇
雨水系统是城市健康水循环的重要组成部分,更是城市洪涝安 全、水质安全和生态安全的重要保障。但目前我国许多城市存在“逢 雨必涝”、径流污染严重、雨水资源大量流失等相关问题,这些问题 已对现代城市新型雨水控制系统提出了严峻的挑战。因此必须从规划设计理念、技术体系、政策制定、宣传教育等方面进行彻底的变革; 在完善传统雨水排放系统的同时,因地制宜地选择源头减排、过程控制、末端调蓄等技术措施来弥补传统雨水系统的不足。除了技术层面 措施之外,制定严格的政府管制制度和市场激励制度、加强宣传教育 等也是现代雨水系统建立的重要保障。

摘要:城市雨水往往导致内涝频发、径流雨水污染严重、雨水资源流 失、生态环境破坏等系列突出问题,对现代城市管理提出了严峻的挑 战。单一“快速排放”的传统理念和以管渠等为主的灰色雨水基础设 施与管理模式,已难以应对快速城市化过程出现的雨水困境。在分析 现代城市雨水控制管理所面临困难和挑战的基础上,从理念、规划、技术、宣传教育等方面提出了对策建议。在雨水控制系统中源头控制和终端控制同样重要;建立“源头减排-过程控制-末端调蓄利用” 的多层次、多目标控制利用系统是未来城市雨水系统的必然选择,也 是现代城市雨水系统的发展方向。制订以“雨水排放许可”和“雨水排放收费”协同作用的政府管制和市场激励制度,完善城市雨水管理 政策体系,可为现代城市雨水控制系统建立提供保障。
关键字:雨水;挑战;对策;低影响开发

一    城市雨水引发的系列突出问题

随着城市的快速发展和极端气候的变化,近年来,我国许多城市不断发生严 重的洪涝灾害,造成巨大的损失和恶劣的社会影响,甚至付出不少生命的代价,引起政府和社会各界的高度重视。事实上,多年来,在落后的管理理念与单一的治理目标的指引下,城市雨水系统在遭受水涝困扰的同时,往往还面临严重的雨 水径流污染、雨水资源流失和严重缺水、地下水位大幅下降、生态环境恶化等多 重与雨洪关系密切的重大问题。图 1 列出了部分城市化带来的系列雨水问题。
1.png

图1 城市化引发的系列雨水问题

(一)洪涝灾害风险加大

城市化带来的不透水面积加大,导致了峰流量加大、峰现时间提前,洪涝灾害发生的频率加大,而且,在城市,由于人口和资产高度集中,洪涝灾害带来的 损失和受淹一次付出的代价可能比以往的灾害损失提高数十倍,城市内涝除了给 企业、公共设施、居民资产等造成直接的经济损失,其间接损失往往大于直接损 失,即影响的范围超出受灾的范围,造成的损失可能无以弥补。2010 年住建部 对全国 351 个城市的内涝情况调研显示,2008~2009 年期间,有 62%的城市发生过不同程度的积水内涝;内涝灾害超过 3 次以上的城市占 39%;内涝灾害最大积水深度超过 50cm 的城市占 74.6%,积水深度超过 15cm 的多达 90%;积水时 间超过半小时的城市占 78.9%,其中有 57 个城市的最大积水时间超过 12 小时。 足见城市内涝灾害呈现发生范围广、积水深度大、积水时间长的特点,不仅造成 了巨大的经济损失,还严重威胁城市安全。

(二)城市雨水资源流失严重

我国许多城市水资源严重不足,而大量雨水资源却白白流失,雨水利用率不到 10%。以北京市为例,北京市人均水资源量不足 300m3,是国内人均的 1/8,是世界人均的 1/30,远远低于国际公认的人均 1000 m3 的下限,水资源短缺已成为限制首都经济发展的瓶颈,但仅城区雨水径流流失量就高达 2.3 亿 m3/年。表 1 中列出了 2010 年、2030年、2050 年全国城市化发展进程以及需新增供水量和雨 水资源总量的对比情况,可以看出,若按 20%的雨水资源化率来计算,可利用雨 水量可以占到需新增供水量的 12.5%、9.1%、7.1%。若按40%的雨水资源化率来 计算,可利用雨水量可以占到需新增供水量的 25.0%、18.2%、14.2%。

表 1 中国城市化进程及其部分水量预测
  
  
  
  
  
年份
  

  
  
  
城市 化率
  
(%)

  
城市 总人 口
  
(亿
  

  
城市  需水 总量
  
(亿
  
m3)
相对于
  
1997  年
  
需新增
  
的供水
  
量(亿
  
m3)*

  
城市  雨水 总量
  
(亿
  
m3)
按 20%利用率计算
  
按 40%利用率计算
  

  
可利用 雨水量
  
(亿
  
m3)
可利用雨
  
水量占需
  
新增供水
  
量的比例
  
(%)

  
可利用 雨水量
  
(亿
  
m3)
可利用雨
  
水量占需
  
新增供水
  
量的比例
  
(%)
2010
40.0
5.49
910
320
190
40
12.5
40
25.0
2030
52.0
7.50
1220
660
283
60
9.1
120
18.2
2050
60.0
9.60
1540
990
348
70
7.1
140
14.2
*按供水管网的平均漏失率 10%计算。

(三)雨水径流污染严重

城市化发展还导致了雨水径流污染程度更为严重。沥青油毡屋面、沥青混凝 土道路、磨损的轮胎、融雪剂、农药、杀虫剂的使用、建筑工地上的淤泥和沉淀 物、动植物的有机废弃物等均会使径流雨水中含有大量污染物,如有机物、病原 体、重金属、油剂、悬浮固体等。大量研究表明,许多城市城区屋面、道路雨水 径流污染都非常严重,其初期雨水的污染程度通常超过城市污水,径流污染在水环境中的贡献比例不断升高。如北京市区多年平均 COD 排放总量 5.51 万 t/年, 单位面积负荷 577.4kg/(104m2·年)。在 2000 年城市污水处理率 40.6%时,雨水径流 COD 排放量占水环境总量的 23.59%;2006 年,随着污水处理率提高,该比 例提高到 33.39%。与城市点源污染排放的 COD 相比,不仅数量可观,而且雨季 集中排放到环境中,强度也很大。而且还会随着污水处理率、工业废水达标率进 一步提高和污水处理工艺改进等,雨水径流 COD 排放量占总量的比例还会上升。雨水径流污染的比例正逐年增加,已成为节能减排的一个重要方面。

事实上,合流制管网虽将部分雨水引入污水处理厂,雨水不直接排入水体, 但是存在大量的乱接乱排和溢流现象,实际雨水径流COD 的排放量占雨、污、废总量的比例可能还要高。
此外,城市径流雨水流失还会引发一系列环境生态问题,如水土流失加剧、地下水位下降,甚至出现地面下沉、建筑物、地下管线、铁路路基塌陷等破坏。
面对如此错综复杂的难题,单一“快速排放”的传统理念和以管渠等为主的 灰色雨水基础设施与管理模式,已难以应对快速城市化过程出现的雨水问题及其困境,因此雨水系列问题已对现代城市管理提出了严峻的挑战。

二    城市雨水控制管理目前面临的挑战


当前,我国城市雨水控制管理面临的挑战主要包括:
(一)理念落后,技术与管理体系不健全

城市雨水控制与管理战略面临由“单一快排”向资源化利用、径流减排、内 涝控制等“多目标综合管理”转移,需要技术与管理人员、公众对城市排水系统 的理念尽快改变,尽快建立能满足绿色基础设施发展需求、满足国家环境保护国策和新时期对水环境发展战略需求的新型城市雨水控制利用技术体系。目前理念 落后、城市雨水控制利用的技术与管理技术体系不健全,已成为制约解决雨水相 关问题和实现新型雨水战略的关键因素。
(二)“市场失灵”和“政府失灵”同时存在

城市雨水控制利用具有投资大、收益率低等特点,同时,资源化和径流减排能够减少污染物排放,降低下游洪涝灾害风险,补充地下水,改善生态环境等, 具有较强的外部经济特点,由此导致城市雨水控制利用项目“市场失灵”和“政 府失灵”同时存在,单纯依靠市场机制或行政命令很难保证新型雨水系统的建立, 同时,政府筹措相应投资的难度也非常大。
(三)缺乏配套的政府管制和经济激励政策

我国自上世纪 90 年代开展现代意义上的城市雨水利用工作以来,虽然从宏 观上制定了一些政策、法规,也有些地方政府制定了一些财政补贴、防洪费减免 等政策,但有效的专门针对城市雨水资源化和径流减排的政府管制和经济激励政 策非常少,还远远不能满足该领域发展的需求。整体来看,现代城市雨水控制管 理的工作进展情况不理想,城市之间发展也非常不平衡,究其原因有多方面,但 政策缺失是最重要的根本原因之一。
综上分析,要顺利完成新型雨水系统的建立,实现城市雨水综合控制利用的 目标,优化城市雨水控制利用的技术体系,制定配套的政府管制经济激励政策至关重要。必须根据目前我国城市雨水系统现状和存在问题,综合考虑水资源、水环境和水安全等问题对城市的综合影响,研究城市雨水控制与管理的新型战略和 途径。



三    现代城市雨水控制管理的对策建议


(一)加强源头和过程控制,实现从多目标城市雨水系 统的建立

如前所述,现代城市雨水控制管理的目标应包括内涝控制、雨水资源化、 径流污染控制、生态环境保护等多重目标,因此,单纯依靠终端处置与排放措施 无法实现这些目标,分散式的源头减排与生态处置措施是现代城市雨水系统不可 或缺的重要组成部分。低影响开发(Low Impact Development, LID)为建立源 头控制为主的新型雨水系统的典型技术体系、建立多目标的雨水控制模式提出了 很好的方向。其核心理念即按照“开发后径流外排流量不大于开发前的水平”来 进行控制;通过源头径流减排、末端(包括河湖水系与集蓄利用等)调蓄控制与 管道快速排放系统的结合,建立“源头径流减排-汇流快排-末端调蓄”的多层次 的控制利用系统是未来城市雨水系统的必然选择。基于低影响开发的雨水系统不 仅是小降雨事件雨水源头减排和生态雨水系统的重要措施,更是极端气候条件下 雨水系统综合能力提高和超标雨水处置能力提高的有效途径。通过多种 LID 雨水设施在新城区与旧城区的应用,最大限度地实现对雨水的自然截流下渗、人工增渗、延时滞留与排放等。

(二)加强雨水专项系统规划,实现区域总体目标控制 管理

我国各城市水资源和水环境条件差异较大,如北方大部分城市属于资源性缺水地区,对雨水资源的直接利用尤其迫切;南方许多城市则是水质性缺水地区;还有些城市则是内涝严重或水环境脆弱地区。但是目前我国城市的雨水控制方式 较单一,且缺少系统的科学规划,往往是项目决策时没有考虑整个城市或区域的 目标,容易导致项目目标和区域整体目标不一致或投资大、收效小等后果。还有部分城市雨水利用规划与其它系统发生矛盾和冲突,不能协同合作,无法达到预 期规划目标。因此,在制定城市雨水利用规划战略时,应充分考虑城市的区域特 点(包括降雨、地理、气候等因素)和实际条件,使雨水利用在自然循环和社会 循环实现多点“耦合”。同时还要注意雨水控制与城市其它工程规划如洪涝控制、 河流治理、绿地景观建设等协调合作,真正做到雨水控制管理战略的实施有“利”可图。

(三)结合开放空间建立雨水多功能调蓄设施,提高区 域内涝防控能力

科学合理的竖向设计和多功能调蓄是解决城市超标雨水处置的最佳选择。雨洪多功能调蓄设施可结合城市公园、运动场、水体、停车场、立交桥区、集中绿 地等许多地方而建设,把雨水的排洪、减涝和利用与城市的生态环境和社会功能结合起来,高效地利用城市土地资源的一类末端径流雨水控制利用技术。结合城 市基础设施建设和城市总体规划,特别是在严重积水区域周边,建设多功能调蓄 利用设施,暴雨时使其发挥调节洪峰和内涝控制的作用,在非雨季和没有暴雨时, 正常发挥城市景观、公园、绿地、停车场、运动场等功能。这类设施对暴雨调控 排放的设计标准较高,可高效利用城市土地资源。
(四)雨水径流污染控制纳入总量控制,建立雨水排放许可

目前,我国许多城市雨水径流污染已达到水环境污染总量的 1/3-1/2,但是 雨水径流污染并没有纳入污染物总量控制中,也不在环保事业监管体系之列,国 家各个部门应重视雨水径流污染,并采取相应的措施加以控制。如在源头、中途或末端进行雨水处置,减少径流量及径流污染物。此外,国家和地方要制订合理的雨水限制排放标准。标准的制定要考虑到受纳水体等级、水体现有污染状况及 接纳污染物的能力等,并协调好上下游地区关系,联合制定出针对性强的雨水排 放标准。
建立城市雨水排放许可。根据各地方缺水严重性、降雨特点、城市功能分区及受纳水体的特征等制定相应的雨水排放许可制度。规范许可的申请程序,准确 的对雨水排放进行评估,并对采取的相关措施进行评价。同时环保局也要加强对 雨水排放进行连续在线监测。对于超过标准的要查找原因,责令改正,并给以一 定的惩罚;对于限期未改正的吊销其雨水排放许可,停止其开发或生产活动。
“雨水排放许可”制度也是雨水系统建设过程中减少政府投资压力、激励开发商和建设单位采取相应措施实现源头径流滞蓄减排和控制利用的有效手段。
需重点做好下列工作:
1)区分不同性质区域采用不同的标准。对新开发区、新建项目、改扩建项目,严格按照“开发后径流外排流量不大于开发前”的标准进行控制;对旧城区,采 用“有限控制的排放许可(如采用年均径流外排率或综合径流系数等方法)”政 策。
2)对不同子流域所处地点的重要程度,已建排水系统能力、地形地势、周边 特别是下游的排水状况等进行分析,按照雨水控制管理的目标(如内涝控制、资 源化利用、径流污染控制、水土流失控制等)进行分区,分别制订相应的雨水排 放许可标准。
3)完善项目规划设计与建设程序。在现行基本建设程序的基础上,增加雨水 控制利用专项规划、设计及其审查、验收等程序,严格按照“三同时”执行项目的建设和验收,确保雨水排放政策的落实和雨水系统的建立。尽快制订全市范围内的雨水排放许可政策及其配套激励政策。
(五)建立市场激励和政府管制协同作用的政策机制

在新型雨水控制系统发展初期,主要依靠政府管制手段。如北京市政府管制 手段的主要形式包括政府令、职能部门规定和工程规划等。目前,已经颁布了一系列雨水利用的政策法规包括“三同时”政策,即“新建、扩建、改建建设项目的节水设施应当与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。”还有限制雨 水排放和规划审批政策。但是政府管制措施中存在许多问题,如法律本身的不完善,政策与技术发展不平衡,处罚和奖励措施不够具体等。
市场激励措施主要是通过经济杠杆调节鼓励公众进行合理、科学的雨水处置。 目前我国城市雨水管理的市场激励措施还处于起步阶段,主要措施有政府补贴制 度、奖励与惩罚制度及减免防洪费制度等。市场激励措施还需要进一步的完善,如建立专项基金、雨水排放收费、环境税制度、雨水排放交易等。在今后的发展 中,要努力建立以市场激励为主,政府管制为辅的雨水政策框架,充分尊重市场 经济规律,有效发挥市场机制,同时加强对雨水管理的宏观调控与市场监督。

(六)加强建设中的雨水设施监管力度

雨水控制设施的建设过程中可能存在某些隐患,这些问题可能会对今后雨水 设施的利用带来危害,造成经济上、资源上的损失。如果加强在建设过程中雨水设施的监管力度,在建设时就排出隐患,就可以把损失减少到最小。雨水设施管 理机构一定要明确,要加强雨水利用工程阶段性检查及最后的验收工作。
可在我国城市雨水控制较成熟或较迫切的城市组建雨水专项管理部门,综合考虑规划利用、减排以及径流污染控制等问题。这样就不会把雨水利用和减排割裂开来,达到城市雨水利用与减排的双赢。同时,雨水管理人员也要负责雨水相关政策的制定与雨水处理设施的维护和管理导则的编写等,形成系统且专业的雨 水管理模式。

(七)建立现代化网络管理体系

当今的世界是信息化的时代,计算机网络与软件的迅速发展为城市在各项工程管理上都带来了便捷。随着我国城市化的持续发展,以及对雨水利用和雨水污
染控制的不断重视,地下雨水管网系统逐渐复杂,雨水处理设施也在相应增加,故为便于快捷和准确的掌握城市雨水系统脉搏,将主要城区的雨水管道和处理设 施的具体参数(如管道管径、管长等),通过数据库、地理信息系统(GIS)等 软件实现在线反映。并将现存或潜在洪涝和径流污染问题也标记于系统中,以便 有针对性的解决。网络系统建立后,需实施在线更新,并建立资源共享机制,使 各相关部门能了解彼此的问题,在必要时共商解决,提高效率。

(八)加大对公众的宣传与教育力度

首先要对“公众”范畴进行界定,“公众”从广义上是指全体社会成员,包括规划抉择者、利益相关者、规划设计人员等,当然还有普通公众。狭义上如政府职能部门、房地产开发商、景观建造工程师等,这都属于“公众”的范畴之内。规划决策者是“公众”的核心部分,他们往往能在宏观上把握雨水利用与治理工程的命脉,实施并执行雨水管理规划,真正地将城市雨水资源化、减量化、无害 化。其次对利益相关者与规划设计人员的教育与培训也是必不可少的,他们通常 在推动雨水管理发展方向上起着不可忽视的作用。

结 论

在雨水控制系统中源头控制和终端控制同样重要;通过源头径流减排、末端(包括河湖水系与集蓄利用等)调蓄控制与管道快速排放系统的结合,建立多 层次的控制利用系统是未来城市雨水系统的必然选择,也是现代城市雨水系统的 发展方向;多功能调蓄是解决城市土地紧张条件下提高防洪排涝标准的重要途 径,应该因地制宜地选择雨水控制模式。根据不同城市和区域的特征,研究相应 的控制目标,制定系统的雨水系统专项规划是建设项目科学决策的重要依据。制订以“雨水排放许可”和“雨水排放收费”协同作用的政府管制和市场激励制度,完善城市雨水管理政策体系,可为现代城市雨水控制系统建立提供保障。


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