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低影响发展的雨洪资源调控措施研究现状与展望

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DOI:CNKI:32-1309/P.20110313.2241.029低影响发展的雨洪资源调控措施研究现状与展望

孙艳伟1，魏晓妹1，POMEROYCA2(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100;2.UniversityofUtah，DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering，USA)摘要:低影响发展(LowImpactDevelopment，LID)作为新兴的雨洪资源调控设计策略，对城市雨水资源化利用及生态环境保护具有重要的作用。系统论述了LID的定义、产生背景、设计目标及理念;分析了LID在主要技术措施、设计方法、效果监测、模型模拟等方面的研究进展，归纳总结了LID的优点及局限性;在此基础上，分析了LID的推广及应用前景，指出实地监测、介质试验、模型模拟及其与区域可持续发展的融合研究是目前LID研究的关键问题。国外LID的雨洪资源调控技术和方法对中国城市雨水资源化利用和生态环境保护具有借鉴意义。

关键词:低影响发展;径流;水文机制;生物滞留中图分类号:TU99;TV122.1;G353.11文献标志码:A文章编号:1001-6791(2011)02-0287-07

收稿日期:2010-05-15;网络出版时间:2011-03-13网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1309.P.20110313.2241.029.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(50879071)作者简介:孙艳伟(1983－)，女，山东聊城人，博士研究生，主要从事水资源高效利用、生态水文学以及低影响发展的研究。E-mail:sunyanwei@yahoo.com.cn通信作者:魏晓妹，E-mail:weixiaomei@nwsuaf.edu.cn

作为最典型的土地利用变化过程之一，城市化进程通过改变该地区的下垫面条件，也改变了天然状态下的水文机制，进而对河道生态环境产生负面的影响［1］。水文机制的改变主要表现在地下水补给量减少以及地表径流在流量、频率、持续时间和水质方面的变化，而地表径流的变化与河道生物退化、物种减少、河道侵蚀等紧密相关。传统的雨洪资源排泄及输送系统的设计原则主要是最大限度地收集、传输并排泄径流，这种设计在造就高效的排泄系统、防止洪涝、促进径流更快地排泄到人工渠道或者河道的同时，也减少了地下水的入渗补给，增加了雨洪径流量，改变了径流的时间、频率及排泄的速度。径流量的增加及径流频率的改变会引发洪水泛滥、水质恶化、河道侵蚀等，进而影响河道的稳定性及河道生态环境［2］。

低影响发展(LowImpactDevelopment，简称LID)被认为能够有效解决传统的雨洪资源排泄及输送系统所带来的水资源问题。LID的设计策略以能够维持或者恢复区域开发前的水文机制为目标，通过分布式的截留及生物滞留措施，降低不透水性表面的面积，并通过延长径流路径、增加径流时间的措施来实现对径流的储存、入渗以及地下水的补给，改变径流排泄量的大小等，以实现城市雨洪资源化利用及河道生态环境保护功能［3］。

1低影响发展的内涵

LID是以维持或者复制区域天然状态下的水文机制为目标，通过一系列分布式的措施创造与天然状态下

功能相当的水文和土地景观，以对生态环境产生最低负面影响的设计策略［4］。

1.1LID的产生背景

自20世纪70年代以来，雨洪资源调控的目标经历了避免城市雨洪对财产的损害、减少泥沙沉积对河道的侵蚀及河道的稳定、改善城市径流中的污染对下游河道生态环境的影响等。自90年代以来，城市水文循环机制所导致的河道生态环境退化问题已经引起人们的广泛关注［5］。时至今日，城市雨洪调控的主要措施是一系列城市暴雨最优化管理措施(BestManagementPractices，简称BMPs)。BMPs是一种在径流终端，即在

第22卷第2期2011年3月水科学进展ADVANCESINWATERSCIENCEVol.22，No.2Mar.，2011

DOI:10.14042/j.cnki.32.1309.2011.02.008径流进入河道以前对径流进行调控的措施，虽然BMPs也可以消减洪峰流量，并达到污染物移除的目的，但是，作为一种终端的雨洪资源调控措施，在恢复天然的水文机制方面仍然具有局限性，而水文机制的破坏对生态环境会产生负面的影响。对于城市雨洪资源的管理与调控来说，LID是一个相对新兴的概念。LID最早由位于美国马里兰州的普润丝·乔治县于20世纪90年代提出。与传统雨洪资源调控措施相比，LID最大的区别在于通过一系列分布在整个区域的措施从源头上对径流进行调控，除此之外，LID亦可将坡度平缓的区域、截流洼地等具备径流调控功能的土地景观纳入雨洪调控系统中，是一种功能性的、实地的设计。1.2LID的设计理念

LID不仅仅是一系列雨洪资源调控措施的简称，而且是一种设计理念，它融合了经济、环境、发展等元

素，是一种基于经济及生态环境可持续发展的设计策略。根据美国LID研究中心的建议，LID的设计理念包括以下几个方面［6］:

(1)为地表水体的生态环境保护提供一种先进的技术及有效的经济机制。(2)为雨洪资源管理引进新的理念、技术和目标，如土地景观的微观性及功能性;最大程度地减少水

文机制变化对河道生态环境的影响或者恢复天然状态下的水文机制;维护下游河道及水生生物物种的完整性，从而发展具有生态功效的实地雨洪资源管理措施。(3)从经济、生态环境及技术可行性方面探讨雨洪资源调控措施及其它调控措施的合理性。(4)促进公众在生态环境教育及保护方面的参与。区别于传统的雨洪资源调控措施，LID从源头上对径流进行调控，并提供了一种创造性的、生态的、经济的、分布式的雨洪资源调控措施。1.3LID的设计目标

LID的设计目标是能够维持或恢复区域开发前，即天然状态下的水文机制。水文机制主要表现在径流的

大小、频率、洪峰流量到达的时间、较大径流时间占总径流时间的比例等，是一种复杂的形态，涉及到径流的各个方面。LID主要通过以下技术措施实现恢复天然状态下水文机制的目标［6］。

(1)最大程度地降低雨洪径流对城市的影响。现有的LID技术主要包括减少城市的不透水性面积、保

护天然自然资源和生态环境、维持天然的排泄河道、减少排泄管道的应用等。研究表明，城市不透水性面积的增长，直接改变了城市的下垫面条件，也是导致水文循环机制改变最主要的原因。因此，通过降低城市的不透水面积比例，可以增加径流对地下水的入渗补给、改变径流路径，从而在径流量大小、频率及时间上对雨洪资源进行调控。(2)通过一系列的截流、滞流等径流调控措施使得径流均匀地分布在整个区域，消减其集中性，维持

天然状态下径流的汇流时间，并对排泄量进行调控。天然状态下的径流呈现分布式的状态，部分降水直接入渗补给地下水，另一部分形成径流，汇流时间长。LID通过一系列的截流、滞留等措施在延长径流路径的同时，增加对地下水的入渗补给，延长汇流时间。这些分布式的调控措施可以使得径流均匀地分布在整个区域，可降低径流的集中性，减小洪峰流量，延长汇流时间，从而在径流量的大小、频率及时间方面恢复天然状态下的水文循环机制。(3)实施有效的公众培训，鼓励土地拥有者利用污染控制措施并保护现有具备水文调控功能性的土地

景观。该措施是通过公众的力量，鼓励对具备水文调控功能的土地景观进行保护，从而实现土地景观对径流的调控作用。

2LID的研究现状

LID作为新兴的雨洪资源调控措施，从根本上改变了传统雨洪资源调控的理念，通过一系列分布在整个

区域上的措施从源头上对雨洪进行调控，可以使径流在大小及频率方面恢复到该区域开发前自然状态下的水平。这一理念在西方国家得到了普遍认可，其措施逐渐在美国各州、澳大利亚、德国等地得以实施和发展。

882水科学进展第22卷自2006年在美国马里兰州首次召开主题为“美国LID的发展”会议以来，LID在美国逐渐成为研究的热点并在各州得以普及。随着2008年第一次国际性的LID会议在美国华盛顿西雅图召开，LID的研究越来越深入，至2009年在休斯顿召开的国际LID会议，LID在实际应用、设计方法、性能监测、模型模拟、流域恢复以及培训推广等方面得到了深入的研究并取得了显著的成效。目前，LID技术在国内处于起步探索阶段，尚未形成完善的理论和技术体系［7］。

2.1LID的主要措施

(1)生物滞留池生物滞留池(Bio-retention)，又称雨水花园(Raingarden)，或者生物入渗池(Bio-infil-tration)。一般修建于流域上游，通过利用植物、微生物和土壤的化学、生物及物理特性进行污染物的移除，从而达到水量和水质调控目的［8］。生物滞留池的主要构造包括:①植被。通过蒸发蒸腾调节径流量，并通过与外界的氮循环降解污染物;除此之外，植被使得生物滞留池具有美观和绿化的功能，从而使其可融入城市景观的设计。②有机覆盖层。为生物滞留池的植被提供生长的介质，并起到部分污染物的降解作用。③植物生长介质层。用来提供径流的贮存以及被植物吸收的氮等元素［9］。同时，该层可包括一些粘土，从而起到吸收一些污染物的目的，如碳氢化合物、重金属、氨氮等。生物滞留池是一种典型的分布式的LID雨洪资源调控措施，其占地面积小，且可以起到美观和绿化环境的作用，因此可方便地在城市中的停车场、商业区等不透水性系数极高的区域修建，实时实地地对径流进行调控。除此之外，生物滞留池在居民区、街道等也被广泛应用。这种实时实地的径流调控措施旨在切断城市不透水性区域的连接性，降低径流的集中性、延长径流路径，增加汇流时间，从而可以增加地下水的入渗、并对地表径流在大小、频率及时间方面进行调控。生物滞留池可依径流调控目标而设计，通过对区域天然状态下的水文径流进行模拟，并将其作为生物滞留池调控的依据，从而可以使研究区域在生物滞留池调控后恢复或者接近天然状态下的水文机制。除此之外，生物滞留的结构决定了其在污染物的移除方面发挥着显著的功效［10］，根据美国生态环境保护署的研究，生物滞留对重金属、悬浮物、有机物及细菌的移除可以达到90%以上，是一种非常有效的污染处理措施，可为地表水体的保护提供先进的技术。生物滞留池在水量和水质两个方面对径流进行有效的调控，同时，还可起到美化及绿化环境的作用。将生物滞留池纳入城市景观设计，对城市园林建设及暴雨调控均可节约大量的成本，可谓是一举两得。(2)草地渠道草地渠道(Grassswale，或者Grasschannel)是一种狭长的渠道，对来自于停车场、人行

道、街道以及其它不透水性表面的径流进行过滤和入渗，与传统渠道区别的是其表面铺设有植被。草地渠道可以移除90%左右的悬浮物以及25%左右的重金属及磷、氮等。草地渠道适用于多种地形条件，在设计和铺设上具有很大的灵活性，而且其造价相对较低。一般的开放草地渠道系统适用于面积较小且坡度较缓的排泄区域、居民区的街道或者高速公路，在作为输送渠道的同时，可以增加对地下水的补给、过滤污染物、减缓水流速度，相对于传统的混凝土渠道而言，减少了不透水性面积的比例。与生物滞留池一样，草地渠道也是一种分布式的在源头上对径流进行调控的LID措施。由于草地渠道的表面铺设有植被，因此，其曼宁系数较大，径流速度得以减缓，可有效增加地下水补给，过滤污染物，因此，草地渠道相比较传统渠道，在设计上更加接近天然状态下的径流输送方式。(3)植被覆盖植被覆盖(Vegetativeroofcovers)，又称为绿色屋顶(Greenroofs)或者绿覆盖(Greencov-ers)，顾名思义就是在不透水性建筑的顶层覆盖一层植被，是由植被层、介质层、过滤层以及排水层等所构

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低影响开发与绿色建筑的雨水控制利用

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市的水资源环境 也会产 生较严重污染 。小 区下凹式 绿地是通过调整 小区绿 地结构和雨水排放系 统，充
分 利 用 下 凹 式 绿 地 的 雨 水 蓄 集 能 力 ，从 而 达 到 雨 水 综 合 利 用 、 减 少 面 源 污 染 的 目的 。
坏 水体 的生态平衡。越来越 多的工程实践 证明，在
一
路 面 四 方 面 ，对 低 影 响 开 发 （ Ｌ Ｉ Ｄ）雨 水 综 合 利 用进 行 了 阐
述．指出了推行低影 响开 发 （ Ｌ Ｉ Ｄ ）雨水综合利用是十 分紧
迫 和 必 要 的
般 来 说 ， 小 区 绿 地 比道 路 、广 场 和 停 车 场 地
【 关键 词】 Ｌ Ｉ Ｄ绿色屋面 下凹式绿地
保 留 在 路 面 下 的 基 层 与 透 水 材 料 中 ， 多余 的 雨 水 汇 集 成径 流 通过 管 网系 统 排 放 。 与不透水的路面相比 ， 透 水 路 面 具 有 诸 多 生 态 方 面 的优 点 ， 具 体 表 现 在 以 下 几 方 面 ： 降 低 城 市 路 面 的径 流 系 数 ；减 少 地 面 雨
图 ２ 道பைடு நூலகம்下凹式绿化带示意 图
三 、 初 雨 调 蓄 大 量 的 实验 研 究 证 明 ，初 期 雨水 挟 带较 多 的 地 表 残 留污 染 物 ， 同 时还 会 挟 带 管 道 中 大 量 的积 黑泥 。 这 些 地 表 残 留污 染 物 和 积 黑 泥 含 有 较 高 的 污 染 物 负 荷 ，是 城 市面 源 污 染 的 主 要 来 源 。若 不 加 处 理 ， 任 其 直 接 排 入江 河 、 湖 泊 ， 不 仅 会 使 水 体 发 黑 发臭 、 破 坏 其 感 官 效 果 ， 同 时 会 对 水 质 造 成 严 重 污 染 ， 破
低影响开发视角下雨洪管理规划设计初探_王越

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198随着城市化进程加快，水资源不足和城市内涝的矛盾日益凸显，如今雨水处理方式从以前的以排为主变为雨水资源化利用。

从前市政管网是进行雨水排放，而海绵城市是进行雨水管理，两者本质不同。

雨水应以利用为主，排放是管理的最后手段。

因此应建立海绵城市体系，控制雨水径流总量和洪峰流量，避免城市内涝再次发生，将灾害转化为资源。

1. 城市化问题城市化过程中，人口与城市规模不断扩张，用水量增加与水资源匮乏之间的矛盾日益严重。

城市化导致不透水地面面积扩大，透水良好的农田、林地逐渐萎缩，自然水文过程受到影响，地表径流增加，洪峰流量增大，城市内涝问题加重。

一方面是水资源的缺乏和污染。

随着城市发展，环境不断恶化，降水减少，地下水超采问题日益加重，水资源匮乏。

人类活动又导致地表积累大量污染物，随下水道排入河流、湖泊、水库，带来水资源的点源污染和面源污染。

另一方面是城市内涝问题。

洪涝成为困扰中国各大城市的新城市病，在降雨集中季节，许多城市出现“看海”的无奈境地，导致城市基本机能瘫痪。

造成这样的局面原因一方面是城市不透水地面增加，渗水性变差；另一方面对于雨水以排为主，雨水管网承担巨大压力，不仅浪费大量资源，还容易超出雨水管网承载力而造成内涝[1]。

随着人们对环境问题的关注，雨水如何处理、能否再利用成为人们探讨的话题。

中国开始效仿国外先进的雨洪管理技术，结合中国地域特征和气候特点，创建海绵城市，进行雨水径流控制和资源化利用。

2. 海绵城市的内涵2.1 本质——解决城镇化与资源环境的协调海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水文／王 越　刘志成 Wang Yue　Liu Zhicheng传统的城市开发方式导致城市化问题严重，从城市层面进行海绵城市的规划建设，使雨水自然积存、渗透、净化，从而减轻洪涝对城市运行的影响，维持城市开发前的自然水文特征，为水资源的生态循环奠定坚实基础。

低影响开发城市建设面临的挑战与对策

低影响开发城市建设面临的挑战与对策

低影响开发城市建设面临的挑战与对策作者：郑昭佩朱晓艳宋德香来源：《科学》2017年第02期低影响开发城市建设是指城区建设中，通过建设雨水收集、净化、蓄存、利用设施将城市雨水直接用于城市工业生产、居民生活和城市绿化等，或者通过渗水路面铺装、建设下沉式绿地等措施增加城区地下水的补给量，实现调节城市雨水径流的时空分布，改善城市水生态系统。

随着城市化的发展，城市缺水问题日益突出，全国有400余座城市供水不足，其中110余座城市严重缺水。

但是在暴雨袭来时，城市内涝问题又十分突出。

很多学者认为城市雨水利用是解决城市缺水和城市内涝最有效的方法之一，而城市雨水利用是一项复杂的系统工程。

国外城市雨水利用研究和实践开展得较早，德国、日本、以色列等国城市雨水利用已进入产业化、综合化发展阶段。

国内城市雨水利用多集中在工程技术领域，涉及蓄水池设计、节水潜力、典型案例分析等，对城市雨水利用在减少城市内涝方面的研究较少。

事实上，不同地区，不同类型的城市，其雨水收集、蓄存、净化、利用、排放等环节都需要从经济、技术、社会、生态等角度深入分析其可行性。

探索城市雨水利用面临的挑战及其对策，因地制宜地进行城市雨水资源利用，对于保障城市供水和防治城市内涝，保障城市化的健康发展具有重要意义。

城市雨水生态利用的必要性传统的城市建设形成了大面积的不透水地面，导致地表径流增加，汇集时间缩短，给雨洪调蓄带来了巨大压力。

而传统的城市雨洪管理理念是以排为主，要求雨水短时间内通过市政管网排入受纳水体，实现“使雨水尽快远离城市”的目标，这又导致雨水管道和雨水泵站等排水设施不堪重负的同时，雨水资源也得不到合理利用。

造成水资源的大量流失。

在城市水资源严重缺乏和城市雨水洪涝的双重压力下，进行低影响城市建设，促进雨水资源合理利用和减轻城市内涝是我国当前城市化的必然选择。

城市雨水是城市的重要水源水资源是自然界水循环过程中能够被人类方便取用的水的存在形态，主要是以液态形式存在的陆地水。

低影响开发的工程措施及其效果

低影响开发的工程措施及其效果

低影响开发的工程措施及其效果随着社会的发展和人口的增长，人类对自然环境的需求和影响也越来越大。

为了在开发与保护之间找到平衡，低影响开发（Low Impact Development，LID）的概念应运而生。

低影响开发强调在满足人类需求的尽量减少对环境的负面影响，是实现可持续发展的重要手段。

本文将探讨低影响开发的工程措施及其效果。

减少占用土地面积：在开发过程中，尽量减少对土地的占用，避免破坏生态环境。

通过合理的土地利用规划，实现高效、节约用地。

优化设计，减少对环境的影响：在项目设计中，应充分考虑环境保护，尽量采用环保材料和技术，减少对环境的污染和破坏。

提高工程建设质量，避免日后维护管理问题：注重工程质量，采用耐久性强的材料和成熟的工艺，以减少日后的维护和管理成本。

实施上述措施后，低影响开发的效果显著，主要包括：减少对生态环境的影响：通过减少土地占用、优化设计和提高工程质量，可以最大程度地减少对生态环境的破坏和污染。

降低日后维护管理成本：采用低影响开发的工程措施，可以大大降低日后的维护和管理成本，实现资源的节约和高效利用。

经济效益显著：低影响开发并非一味地追求环保而忽视经济效益。

通过低成本、高效率的开发模式，可以更好地实现经济、社会和环境效益的平衡。

以下是一个实际案例分析，以进一步阐述低影响开发的工程措施及其效果。

某市在城市中心区实施了一项低影响开发的工程措施，旨在提高城市的排水防涝能力，同时减轻对周围环境的影响。

该工程措施具体包括：减少占用土地面积：在满足功能需求的前提下，尽量减少排水设施的占地面积。

工程设计采用了立体布局，将排水设施布置在地下空间，从而节省了地面空间。

优化设计，减少对环境的影响：在排水设施的设计过程中，注重与周边环境的协调，尽量减少对生态环境的破坏。

同时，采用生态化的排水方式，如植草沟、雨水花园等，以增加绿地面积，提高环境质量。

提高工程建设质量，避免日后维护管理问题：在施工过程中，采用耐久性强的材料和成熟的施工工艺，确保排水设施的稳定性和长期性能。