[題記]我國城市雨洪問題日益突出，國家及地方相繼出臺了基于低影響開發(fā)和綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施理念的城市雨水控制利用法規(guī)與標準。然而，與許多發(fā)達國家相比，我國城市雨水管理技術(shù)體系與標準仍不完善。應(yīng)該如何解決這一重要問題呢？請看此文：在闡述美國城市雨水管理發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，重點對城市雨水管理標準體系構(gòu)成、控制指標、制定原因、相互關(guān)系進行了剖析，提出我國多目標、多層次的雨水控制利用標準制定的幾點建議。
美國雨水管理標準剖析及其對我國的啟示
城市化過程中原有水文循環(huán)遭到破壞，自然滯蓄能力銳減，導(dǎo)致雨水資源流失、徑流污染增加及內(nèi)澇頻發(fā)等問題凸顯，僅靠傳統(tǒng)雨水管渠排水系統(tǒng)難以應(yīng)對復(fù)雜的城市雨水問題。發(fā)達國家城市雨水管理的經(jīng)驗表明，應(yīng)建立由源頭滯蓄減排、傳統(tǒng)排水管渠及開放空間調(diào)蓄等共同組成的多目標多層次的城市雨洪管理體系，因此需要制定相應(yīng)的控制標準。本文將重點闡述美國區(qū)別于傳統(tǒng)雨水排水系統(tǒng)的城市雨水管理標準體系，以期為我國城市雨水控制利用標準體系的建立提供借鑒。
1 美國城市雨水管理的發(fā)展過程
1.1雨水管理理念
從美國城市雨水管理的發(fā)展歷程看，雨水管理的理念也經(jīng)歷了從排放到水量控制、水質(zhì)控制、生態(tài)保護等過程。20世紀50年代末，美國城市雨水的管理理念同樣是“排放”，20世紀70年代，開始意識到“以排為主”的方式不足以解決城市雨水造成受納水體污染、城市洪澇等一系列問題，為了更好地保護水環(huán)境，美國開始運用雨水調(diào)節(jié)、滯留等最佳管理實踐（BMPs）削減城市徑流污染總量和峰值流量，但更注重依靠管道末端設(shè)施如調(diào)節(jié)塘（detentionpond）等集中管理雨水；20世紀90年代至今，美國各州意識到“雨水源頭管理的價值遠大于后期治理”，雨水管理理念和技術(shù)的重點逐漸由BMPs末端向低影響開發(fā)（LID）源頭控制轉(zhuǎn)變，利用綜合的綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施（GSI），逐步構(gòu)建徑流污染、峰值流量與徑流體積削減相結(jié)合的多目標控制體系。
總結(jié)美國城市雨水管理理念發(fā)展的過程，經(jīng)歷了“管渠排水→防澇與水質(zhì)控制→多目標控制以恢復(fù)自然水文循環(huán)”的轉(zhuǎn)變過程，這一由單一排放到回歸自然的演變過程值得我國借鑒，指導(dǎo)我們在構(gòu)建城市可持續(xù)雨水管理系統(tǒng)的道路上少走彎路。
1.2雨水標準體系
隨著城市雨水管理理念由峰值控制向LID源頭減排轉(zhuǎn)變，美國雨水管理標準體系經(jīng)歷了由峰值流量到污染物再到徑流體積的發(fā)展過程，基于徑流體積的水文方法（Volume BasedHydrology，VBH）在美國得到了迅速發(fā)展。究其根源，一方面是由于LID技術(shù)設(shè)施的設(shè)計規(guī)模便于用體積表達，另一方面是由于城市開發(fā)帶來的峰值流量、污染物總量及匯流時間的變化，本質(zhì)是由于徑流體積的增加引起的，通過體積控制可實現(xiàn)其他指標的控制目標。
美國基于徑流體積控制的城市雨水管理標準體系（Stormwater SizingCriteria）包括源頭減排體積、河道保護體積、漫灘洪水控制體積和極端洪水控制體積，下面將對這些標準的大小、制定依據(jù)及目標等進行匯總和分析，并探討對我國城市雨水控制利用標準體系構(gòu)建的啟示。
2基于徑流體積控制指標的美國城市雨水管理標準體系
2.1源頭減排體積控制標準
美國各州的源頭減排體積標準包含水質(zhì)控制體積、地下水回補體積和源頭滯蓄體積3種方法，目的在于通過有效控制中小降雨事件以維持開發(fā)前自然水文循環(huán)，緩解城市開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境破壞，區(qū)別在于技術(shù)體系不同、標準大小不同。
2.1.1水質(zhì)控制體積標準
水質(zhì)控制體積（Water Quality Volume，WQV）標準主要通過控制高頻率的中小降雨事件來有效控制徑流污染。在BMPs雨水管理理念時期，側(cè)重于通過BMPs技術(shù)的管道末端控制技術(shù)如滯留塘、濕地等實現(xiàn)WQV標準。LID理念推行以來，WQV標準則優(yōu)先通過源頭滯蓄技術(shù)（Retention）及凈化（Treatment）技術(shù)實現(xiàn)。從而引出了源頭滯蓄體積標準（Runoff ReductionVolume / On-Site Retention Volume，RRv），即通過LID雨水源頭滯蓄技術(shù)（下滲、蒸發(fā)、收集回用）維持開發(fā)前的徑流體積。
當?shù)亟涤晏卣鳌⑼寥罎B透性能、受納水體水環(huán)境容量、項目屬性（新建或改建）不同，WQV標準的大小存在差異，美國典型州的WQV標準如表1所示，出現(xiàn)了四個標準等級，即控制年均80%、85%、90%、95%降雨場次。位于美國中西部地區(qū)的年均降雨量不足400mm的18個州則沒有州級別的控制標準。
85%年降雨場次控制標準的制定最早來自Guo對延時滯留塘的徑流污染物控制效果與降雨資料統(tǒng)計規(guī)律的研究中，為實現(xiàn)徑流污染物總量控制效益最大化，推薦年降雨場次控制率應(yīng)為82%-88%，該研究結(jié)果作為確定WQV的技術(shù)報告，于1998年被《城市徑流水質(zhì)管理》引用后，廣泛出現(xiàn)于一些州的雨水管理手冊中。80%年降雨場次控制標準則源自2003年加利福尼亞州的《新建改建雨水最佳管理手冊》中，制定依據(jù)同樣也是污染控制與效益最大化。
90%年降雨場次控制標準在美國東北部地區(qū)大致相當于控制降雨初期0.8-1.2 inch的降雨量，部分州則直接稱為初期1inch降雨量，該標準的制定源自“初期沖刷（first flush）”概念，認為大部分徑流污染物存在于初期0.5inch-1.0inch降雨產(chǎn)生的徑流中，控制90%年降雨場次對應(yīng)徑流體積即可控制約90%的年徑流污染物負荷。西弗吉尼亞州則出于考慮開發(fā)前自然地貌下約10%的年均降雨量會產(chǎn)生徑流，而制定源頭滯留體積標準為控制90%的年降雨總量。
95%年降雨場次控制標準是在2009年美國環(huán)保局頒布的“雨水徑流減排技術(shù)導(dǎo)則”中首次提出，認為95%降雨場次控制率所對應(yīng)的年徑流體積與未開發(fā)前自然狀態(tài)下的年均下滲量一致。隨后出現(xiàn)于2010年《切薩皮克灣流域聯(lián)邦政府土地管理導(dǎo)則》及2013年《哥倫比亞雨水管理導(dǎo)則》。
2.1.2地下水回補體積標準
地下水回補體積（GroundwaterRecharge Volume, GRV）是水質(zhì)控制體積中的一部分，有些州明確要求場地內(nèi)的雨水進行地下水回補。GRV標準的制定目的在于通過生物滯留、透水鋪裝、滲透塘等雨水下滲技術(shù)維持地下水水位及基流量，防止河道與濕地萎縮。GRv的制定基于LID理念，即綜合考慮具體場地的土壤類型、氣候特點等因素，最大程度維持開發(fā)前自然下滲量。美國部分州GRV標準如表2所示。
2.2河道保護體積
河道保護體積標準（ChannelProtection Volume，CPV）制定的目的在于保護自然河道、濕地等免受徑流引起的侵蝕及生物棲息地破壞，CPV主要利用雨水調(diào)節(jié)設(shè)施如調(diào)節(jié)塘（detention pond）等末端設(shè)施進行峰值流量控制。
河道保護體積標準主要分兩類：一類是1年一遇24h降雨延時調(diào)（extendeddetention）24h（如馬里蘭州等），另一類認為此標準較低，需采取“超標控制”（over-control），即2年一遇降雨事件的峰值流量，如明尼蘇達州、康涅狄格州及新罕布什爾州等，具體為：維持開發(fā)前后2年一遇24h降雨事件的峰值流量不變；控制開發(fā)后2年一遇24h降雨事件的峰值流量為開發(fā)前的50%或與開發(fā)前1年一遇24h降雨事件的峰值流量相同。河道保護控制體積的制定依據(jù)為美國多數(shù)自然河道在1-2年一遇的降雨事件下會出現(xiàn)滿流或接近滿流的狀態(tài)。
在流域保護中心的雨水管理手冊中對CPv標準的適用條件進行了分級規(guī)定，若場地匯水區(qū)的面積小于受納渠道或水體的總匯水面積的10%，可僅采取消能措施和河岸緩沖帶以減小徑流流速和控制水質(zhì)；若匯水區(qū)的面積大于總匯水面積的10%或場地開發(fā)面積大于4ha時，還需通過水文水力分析評價場地開發(fā)對下游受納河道、水體或雨水管網(wǎng)造成的影響，并采取以下措施：1）通過場地規(guī)劃降低徑流體積和峰值；2）經(jīng)許可后采取下游河道修復(fù)或渠道穩(wěn)定措施；3）開發(fā)后1年一遇24h降雨徑流體積放空時間大于24h。
部分州則規(guī)定當場地外排峰值流量較小或受納水體規(guī)模較大時CPV不作要求：1）若外排峰值流量不大于200m3/h, 只滿足水質(zhì)控制體積和地下水回補體積標準即可；2）源頭滯蓄措施已控制CPV；3）場地不透水面積小于1acre；4）雨水排放于較大河流、湖泊、河口或潮汐水域等受納水體，且場地面積占其上游流域面積的比例不足5%，當存在徑流污染問題時仍作要求。
2.3漫灘洪水體積和極端洪水體積
美國雨水管理系統(tǒng)下的洪水控制標準（Flood Control）目標為控制上游城市開發(fā)造成的下游洪水發(fā)生頻率的增加及河道洪泛區(qū)范圍的擴大。洪水控制標準包括漫灘洪水控制體積標準和極端洪水控制體積標準兩個級別。
Qp標準與市政管網(wǎng)、涵洞和敞開式明渠的設(shè)計標準相銜接，普遍為維持開發(fā)前后10年一遇24h（多為美國市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計標準）降雨事件的外排峰值流量不變。Qp根據(jù)各州的條件不同而有差異，一般為2-10年，也有個別地區(qū)的標準較高，如哥倫比亞特區(qū)為15年，喬治亞州為25年。Qp標準不適用于以下情況：1）受納水體能夠承載Qp標準；2）場地占地面積小于5acre（2ha）；3）條件不允許的改建項目。
極端洪水標準（Extreme Flood Volume，Qf）的目標為減少極端暴雨事件（Majorstorm flood control events）造成的生命財產(chǎn)損失，防止開發(fā)前100年一遇洪泛區(qū)范圍的擴大。
Qf標準為維持開發(fā)前后100年一遇24h降雨事件的外排峰值流量不變，該標準的制定基于聯(lián)邦應(yīng)急管理機構(gòu)（FEMA）在全國洪水保險計劃中確定的100年一遇洪泛區(qū)界限，通常開發(fā)場地不在100年一遇洪泛區(qū)范圍之內(nèi)時無須執(zhí)行該標準。
哥倫比亞特區(qū)Qf的適用條件為：1）增加了洪水風(fēng)險區(qū)（Special FloodHazard Area，SFHA）的范圍；2）無市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)且開發(fā)后100年一遇的降雨事件會造成建筑淹水。
3 美國城市雨水綜合管理標準的適用范圍與相互之間的關(guān)系
3.1 雨水管理標準的適用范圍
1987年，美國將非點源污染控制納入到“國家污染排放許可證制度（National PollutantDischarge Elimination System, NPDES）”時，90%的州規(guī)定占地面積超過1英畝（約4000平方米）的建設(shè)項目需獲得雨水排放許可，多數(shù)州級別的NPDES許可（由國家EPA授權(quán)執(zhí)行）及相關(guān)雨水法規(guī)規(guī)定的適用范圍與國家層面的NPDES許可相同，但華盛頓州市政雨水許可、福羅里達州環(huán)境資源許可、馬里蘭州雨水法規(guī)、特拉華州的沉淀物及雨水法規(guī)和哥倫比亞特區(qū)市政法規(guī)制定了更為嚴格的要求。通常選擇控制標準時在滿足聯(lián)邦政府、州、地方法律和條例要求下，執(zhí)行各州或地區(qū)更為嚴格的控制標準。各州雨水管理標準的適用范圍見表3。
3.2新建項目和改建項目標準有何不同
在美國，需申請建設(shè)許可的項目都需要實施雨水管理并達到相應(yīng)的建設(shè)標準。新建、改建項目皆應(yīng)根據(jù)場地條件，通過技術(shù)可行性分析，在場地內(nèi)和場地外因地制宜地最大程度實施雨水控制，仍不能達標的還可申請交納相應(yīng)的雨水排放費，提供了多種途徑實現(xiàn)雨水管理標準。
改建項目實施雨水管理有助于提高排水標準并改善徑流水質(zhì)，但與新建項目相比，改建項目往往開發(fā)強度大、不透水面積比例高、地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜、可利用空間少，因此美國一些州改建項目的雨水管理標準具有一定的靈活性，圖表4所示。
3.3標準與技術(shù)體系之間的關(guān)系
城市雨水管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)排水系統(tǒng)為兩套系統(tǒng)，前者是后者的重要補充，因此以上所述美國城市雨水管理標準體系區(qū)別于傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的設(shè)計標準，分別為LID及BMPs等GSI現(xiàn)代雨水管理技術(shù)和傳統(tǒng)管渠的設(shè)計標準。在雨水管理標準體系中，雨水源頭減排體積針對高頻率的中小降雨事件，而河道保護和洪水控制體積則針對低頻率的強降雨事件，高、低體積控制標準之間是逐級包含的關(guān)系，即雨水源頭減排是城市排水及洪澇系統(tǒng)的重要組成部分。各標準及對應(yīng)的技術(shù)體系之間關(guān)系如圖1所示。
4 對我國雨水控制利用標準體系構(gòu)建的啟示
近些年，為減輕城市內(nèi)澇及雨水徑流污染、合理利用雨水資源，國家和地方相繼發(fā)布了多項法規(guī)條例，同時新編和修訂了多部相關(guān)規(guī)范和標準，對指導(dǎo)和推動我國雨水控制利用系統(tǒng)的實施意義重大，但與美國雨水管理標準體系相比，我國雨水控制利用標準體系需要進一步完善和優(yōu)化。
（1）標準制定的原則。從美國雨水管理體系的發(fā)展歷程可以看出，美國雨水管理逐漸向多目標、回歸自然的方向發(fā)展，因為城市雨水不僅是排水的問題，而是包含徑流污染控制、雨水資源化利用、排水防澇的系統(tǒng)工程，城市雨水管理應(yīng)尊重自然、順應(yīng)自然并保護自然，以構(gòu)建自然水循環(huán)為最終目標。基于此，城市雨水控制利用標準的制定應(yīng)是多目標、分層次的，應(yīng)注重標準體系和技術(shù)體系在城市規(guī)劃與實施階段的可操作性。
（2）標準的系統(tǒng)性和銜接性。綜上分析，美國雨水管理標準體系及技術(shù)體系涉及源頭減排、自然河道保護、城市排水防澇及城市防洪，標準、技術(shù)之間相互補充、相互銜接，利于從流域角度系統(tǒng)性的保護城市水環(huán)境及水安全。美國以徑流體積作為計算指標的標準體系框架有助于理清各控制目標之間的銜接關(guān)系，值得我國借鑒。
（3）標準的合理性和可實施性。美國城市雨水管理針對不同控制目標分別制定不同的體積控制標準，注重水文地質(zhì)特征及新建、改建項目的具體條件的分析，按照經(jīng)濟效益和技術(shù)應(yīng)用最大化的原則，合理制定雨水管理標準，靈活選用雨水技術(shù)，有利于城市雨水控制利用系統(tǒng)的規(guī)劃和實施。
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