海绵城市管理与建设的国外经验借鉴

【摘要】海绵城市建设遵循生态优先等原则,将自然途径与人工措施相结合,在确保城市排水防涝安全的前提下,可以最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境的保护。建设海绵城市不仅可以增强城市或土地的雨涝调蓄能力,同时还将最大限度地促进自然水文循环,提升用水效率。海绵城市以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划建设理念,追求城市人水和谐,已经成为各国城市建设的重要选择。

  【关键词】 海绵城市 雨水管理 城市建设

  【中图分类号】TU992 【文献标识码】A

  【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2016.21.002

  国外雨水管理办法

  日本。日本早在1980年就开始推行雨水贮留渗透计划,该计划通过补充涵养地下水、复活泉水、恢复河流,改善生态环境。日本政府规定每开发1公顷土地必须设立500立方米的雨洪调蓄区。

  1992年颁布的“第二代城市下水总体规划”正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置地下雨水储存池和再利用系统。

  日本还对雨水利用实行补助金制度,促进雨水利用技术的应用以及雨水资源化。例如,1995年10月,墨田区实施了给家庭和公司利用雨水提供补贴的制度,一立方米以下的雨水罐可补贴一半费用(上限是4万日元),地下大规模储水槽最高补贴100万日元,中等规模的储水槽可补贴30万日元。

  对于绿地,日本也制定了详细的政策。日本的“绿地覆盖率”为66%,东京的公园绿地就有地区公园、近邻公园、街区公园、运动公园、广域公园、综合公园、特殊公园等,数量达2795处,总面积1969公顷,人均绿地面积3平方米以上。为稳固这一成果,日本出台了一大批相关法规,形成了完整而长期的绿地保护体制。这些措施在净化空气的同时,也大大促进了地面涵养水分。

  德国。2000年10月23日,欧盟正式通过欧洲议会与欧洲理事会的《欧盟水框架指令》,欧盟委员会有权对不按照欧盟法规要求的国家提起监督和诉讼程序。

  在德国联邦政府层面,《联邦水法》是水资源管理的基本法。德国联邦水法的政策导向是优化生态环境、保持生态平衡,对自然环境的保护和水的可持续利用提出明晰的要求。1995年德国颁布了《室外排水沟和排水管道标准》,提出通过雨水收集系统尽可能地降低公共地区建筑物底层发生洪水的危险性。1996年,在联邦水法的补充条款中增加了“水的可持续利用”理念,强调“为了保证水的利用效率,要避免排水量增加”,实现“排水量零增长”。2002年,德国根据《欧盟水框架指令》的要求对《联邦水法》进行了第七次修订。各地州以《联邦水法》为基础,出台相关的政策,如德国汉诺威市康斯伯格小区在开发时,规定小区开发前后的雨水渗透率要基本保持一致。

  此外,德国对水资源实施统一的管理制度,即由水务局统一管理与水务有关的全部事项,并以市场模式运作,接受社会的监督。

  对于雨水利用,德国的管理办法也十分到位。1989年《雨水利用设施标准》是“第一代”雨水利用技术成熟的标志,1992年出现了“第二代”雨水利用技术,21世纪初形成了“第三代”雨水利用技术及相关的标准。

  德国目前主要的城市雨水利用方式有3种:一是屋面雨水集蓄系统。收集的雨水经简单处理后,达到杂用水水质标准,主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水,如街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。二是雨水截污与渗透系统。道路雨洪通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨洪管道口均设有截污挂篮,以拦截雨洪径流携带的污染物。城市地面使用可渗透地砖,以减小径流。三是生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道修建可渗透浅沟,表面植有草皮,供雨水径流时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨洪池或人工湿地,作为水景或继续下渗。

  英国。2006年开始,英国政府通过《住房建筑管理规定》等法律规定,进一步促进家庭雨水回收系统的普及。英国政府针对新建房屋设立1到6级的评估体系,要求所有的新建房屋至少达到3级以上的可持续利用标准才能获得开工许可,而其中最重要的提升等级方式之一就是建立雨水回收系统。2015年之后,英国政府为更有针对性地控制水资源利用效率,要求单一住房单元的居民每天设计用水量不超过125升,这使得居民建立雨水回收系统的积极性大幅提升。

  此套可持续排放体系在雨洪调节中发挥了重要作用,雨水排放在地区发展规划中被严格定量,一方面作为地区规划部门颁发规划许可的审核条件,另一方面也为开发商的投资建设提供了法律依据。

  美国。1976年,美国国家雨水管理部门设立了针对城区分流制雨水排放系统的一般许可证(Municipal Separate Storm Sewer System, MS4)。1987年美国联邦政府通过的水质法(Water Quality Act)规定了雨水排放许可要求,确立雨水许可证制度,包括对城市、建设场地、工业场地的三种降雨带来的污染。

  国家污染物减排体系(National Pollutant Discharge Elimination System, NPDES)是按照美国《清洁水法》(CWA)规定的。CWA规定,除非有国家颁发的污染物排放削减许可证,禁止从电源向通航水域排放任何污染物。国家污染物减排体系(NPDES)规定了不同类型的排放源,即市政源和工业源。其中市政源包括国家预处理项目规定了非住宅中的废水排入污水处理厂;市政污水厂和其他生活污水厂必须为污泥使用和处置提交许可申请;对合流制溢流污水(CSO),美国1989年发布了CSO控制战略,1994年制定和发布了CSO控制政策;对暴雨,美国1990年发布了城市分流制雨水系统(M4)的雨水排放规范。工业源包括直接排放的工艺废水或非工艺废水,以及来自工业源的暴雨径流,所有与工业活动相关的暴雨径流排放,不管是通过城市分流制雨水系统排放还是直接排放到水体,均须持有NPDES许可证。   美国规定了三类雨水排放许可证:基于城市分流制的雨水排放许可证(MS4)、工业雨水排放许可证和建设活动雨水排放许可。受NPDES约束。其中MS4许可实施分为两个阶段,第一阶段,MS4须在最大可行程度上减少雨水排放中的污染物,市政雨水还必须禁止非雨水排放物进入。监管对象仅限于服务人口超过10万的城市,并设立了针对人口等于或大于25万的大城市和人口在10万到25万之间的中等城市的两种类型的许可申请。第二阶段,小型城市雨水排放须获得许可证,大多是一般许可证,小型城市指人口不足10万的城市建成区。

  美国有数以千计的水体被列为受损水体。为修复水体,美国实施了日最大允许负荷(Total Maximum Daily Loads, TMDL)计划,根据水质要求,确定水体能够接受某种污染物的最大日负荷,从而在各类污染源之间分配应该削减的污染负荷。TMDL是指确定某一特定污染物可以被排入水体而保证水体仍能满足水质标准的最大可允许负荷量。TDML由点源污染物分配(WLA)、非点源污染负荷分配(LA)以及一个安全系数(MOS)和预留容量(RC)构成。TDML基于污染源和水质的响应关系,为州政府建立基于水质的管理提供科学依据,减少点源和非点源的污染负荷排放,以修复或保持州水资源的质量安全。自推行TMDL以来,美国各州已制定实施了数万个TDML计划,极大地改善了受污染水体的水质。

  1999年美国开始实施第二阶段的雨水管理,规定市政当局必须制定雨水管理计划(Stormwater Management Plan,SWMP)。美国实行雨水管理制度,截至2009年美国共有500多个县市在收取雨水管理费,而且近年来收取雨水费的城市越来越多。如华盛顿特区设有不透水面积费和雨水费。

  法国。在法国城市规划层面,针对不同地区的地表径流和排水能力做出相应的强制性管控。城市雨水管理部门规定在对雨水进行初级净化和截污后,每公顷的城市用地向市政雨水管的排水量不能超过3L/s,否则该用地的相关责任单位就要承担相应的超额排水费。这就要求超量排水的单位要增加雨水滞纳储存设施,从而有效控制城市排水压力。

  里昂位于法国的索恩河与罗纳河交汇处,虽然水资源较为丰富,但里昂的水务管理者仍不愿放弃对雨水的利用,并对此做了细致的工作。首先,各个社区收集的雨水被纳入到了城市一体化的水循环体系中,由当地政府负责对水质进行统一监测与管控;其次,里昂政府将本市各处的道路规模、土壤类别与地型走势等信息进行了统一梳理并公示,任何市区内新的建筑项目均需要考虑到这些基本信息,将雨水管理纳入设计规划中,并接受当地政府的查验考核。凭借着这种精细化的城市水循环监管体系,里昂市近年来多次获得国际城市水务管理领域的评比冠军。

  以源头控制为主的雨水解决方案

  地下蓄水池。地下蓄水池系统是日本的主要治水模式。地下蓄水池的存在,极大地减少了地面被淹的几率,大大增加了雨水回用。此外,新建大楼配套、公园、学校周围都建有雨水储存设施。

  日本最高的“东京晴空塔”设计了地下蓄水池系统,能储存7000吨雨水,可用作消防用水,作为应急生活用水时可供应东京墨田区23万人使用一天。

  涩谷车站是东京的交通枢纽,也是购物娱乐的中心,但“水害”多年未解。之前在雨季经常使得涩谷车站附近的多条街道“水漫金山”,一条半地下的车站站台进水,多个进口闸机被迫关闭,车站工作人员全员出动清理积水。近年涩谷车站周边地区开始整体开发工程的同时在地下25米深处,建造一个4000吨的地下储水池。它一池多用,当降雨量超过50毫米每小时时,将附近雨水集中储存,解决周边瞬间排水能力的不足,同时与东京庞大的地下排水系统相连,在大雨高峰过后再陆续把雨水排放。而且,它起到调节池的作用,平时池中储存一定量的雨水,雨季过后随时可供地面浇花、除尘、消防等使用,甚至可以净化后供市民生活使用。

  东京每年遭遇台风级的大暴雨不过五六次,除这些雨水需要排洪外,一般性的雨水并不造成危害。近年来日本更多考虑的是雨水的利用问题。除新建大楼配套建设雨水储存设施外,各公园、学校周围都建有储水池,所以常能看到路旁有消防蓄水池的标志。

  居住小区。在居住区中,绿地或是广场早已不是单单为了美观或是满足活动需求,有很多在建立初期就是以调节雨洪管理为目的,简单的说就是将绿地设计成可蓄洪的地区。同时,越来越多的家庭也开始利用雨水收集系统。

  巴黎北部的Saint Denis居住区内,一个中央绿地就以调蓄雨水为目的建立起来。它被设计成一个相对低洼的区域,缓坡草地将雨水引向下游的一条旱河和位于市政道路下面的储水池中。在下暴雨的时候,这个区域就变成了一个被淹没的区域,十年一遇的暴雨中所蓄积的水量可达到30cm至40cm深。

  德国弗莱堡是德国绿党总部所在,是著名的生态城市。弗莱堡的生态试验住宅区采用单户雨水收集利用技术,将屋顶的雨水利用定型的管道收集到专门的蓄水桶中进行过滤和净化,溢出的雨水通过绿地等回渗入地下,储存起来的雨水可用来洗车或浇灌各家的花园。

  英国雨水再利用管理协会最新数据显示,近年来,随着水价不断攀升,越来越多的家庭开始使用雨水收集系统。一般房屋雨水收集系统设置1000升至7500升的储水罐,多用于满足家庭灌溉、洗衣等非饮用水需要。家用雨水收集系统直接从屋顶收集,并通过导水管简单过滤或者更为复杂的自净过滤系统后导入地下储水罐储存。

  大型公建设施。很多体育场地由于本身铺装的不透水性或是弱透水性也会给周边的地表径流控制带来困扰,但合理的规划设计可解决这一问题。如欧洲某社区的篮球场被设计成半地下式,兼具雨水滞留功能。雨量正常时,该场地周边社区内汇集的雨水会储存在篮球场边的专用雨水收集池中,在遇到暴雨时,活动场地本身就变成了一个巨大的储水池,有效滞留过量雨水,分担市政管道的压力,保障社区安全。   纽约城市大学皇后学院被《普林斯顿评论》评为2012年最佳环境绿色大学之一。该校的3个雨水花园分别设在办公楼后面的空地、图书馆旁和草坪旁的行人道。这些花坛底层铺垫两种不同大小的石头层,然后以土壤覆盖,种植经过选择适合于雨水过滤、净化空气的植物和花卉,下雨时雨水通过花园过滤之后渗入地下。

  大型的公共设施通常会配备有巨大的停车场。海绵城市体系下的道路和停车设施的设计需要结合雨水收集、初级净化、储存等措施来降低大面积的硬质铺装带来的不良后果。

  曼哈顿学院的停车场是一个采用环保建筑材料拦截雨水的案例。两个停车场以多孔混凝土改造而成,雨水经多孔混凝土、碎石和地基多层过滤,然后渗入到地下水系统,而不是直接流入城市下水道。

  位于曼哈顿闹市中心的高线公园全长约2.5公里,是目前世界上最长的屋顶花园。该项目能截留80%的雨水流量,通过创造绿色自然环境,净化空气,减少“热岛”效应,吸引昆虫和鸟类。

  此外还有遍及纽约布鲁克林、昆斯区等地的商业屋顶农场,这些“绿色屋顶”农场种植着各种蔬菜水果。

  海绵公园。里昂市中心的中央公园建立在一片低洼地中。在建造该公园时特意留出了一个容量为870立方米的储水池。雨天时,公园周边建筑的雨水会被引水渠集中引入这个储水池内。储水池内不仅安装了现代化的雨水净化系统,还种植了许多水生植被以辅助净化。经过净化后的水被重新引入到城市绿化区中灌溉植被。

  社区公园的边界通常也可以成为收集雨水的地方。巴黎的高迈耶公园一条2.5深的沟槽成为了公园的“围墙”,坡地上种植茂密的植物,同时兼具雨水收集的作用。

  道路。为了削弱和控制地表径流,在很多市政道路的两侧会设计低洼的人行道和绿地,通过对地形的塑造将雨水降速逐渐引流到树池、草坪等缓冲绿地。

  日本注重地面的呼吸性能,很多马路用大粒石子和沥青铺就,便道也普遍使用透水砖,大大提高了其透水性。同时尽量减少地面硬化,多留泥土地面。

  以排水系统为主的雨水解决方案

  德国。德国地下排水系统的大规模建造伴随着19世纪世界工业化的发展。当时,德国城市化进程加速,城市卫生系统不堪重负,霍乱、伤寒等疾病频繁爆发。建立完善的城市供排水系统,成为了必然的选择。

  1842年,在英国工程师William Lindley的规划下,德国城市汉堡率先建起了最初的城市排水系统和第一个污水处理厂。随着汉堡市不断扩大,排水系统也不断扩展,又先后建起了十几个污水处理厂。这个系统还包含一个冲水系统,每周利用潮水清理主要的下水道。虽然当时设备简陋,并没有彻底解决水污染问题,但这样的设计理念仍然具有里程碑意义,很快就被欧洲和美国的一些城市所学习。

  1867年,法兰克福建成了第一个系统性的现代化下水道系统。该系统将污水进行分类疏导,最后排入河流,并与整个城市的排水系统进行整合,极大地提高了效率。可以说,德国开启了整个欧洲大陆排水系统建设的新起点。

  为解决管道破损、溢流污染等问题,德国采取分流制排水系统改造,分别为整治修复技术、管道清洗、管道渗漏性检查、调蓄池建设。为减少初期雨水,特别是合流制地区降雨初期超过截流能力的合流水对水体的污染,自1975年德国首先在南部建设雨水池,20世纪80年代后期开始大规模建设各种雨水池。

  根据2010年德国联邦环保局的统计数据,如今德国的公共排水管道已达540000公里,大约可以环绕地球13圈半,专门的雨水排水管道长66000公里。德国综合性的排水系统,每年可以处理100多亿立方米的污水和雨水。

  在德国,大城市每年投入到下水道系统的预算都在上亿欧元,维护费用在每公里年均5000欧元左右。水务部门的闭路电视系统负责对地下管道进行24小时的实时监控,一旦发现问题会及时进行维修。

  以慕尼黑为例,暴雨来临时,慕尼黑的13个总容量达70.6万立方米的地下储水库可暂时贮存雨水,成为暴雨进入地下管道之前的缓冲阀门,然后将雨水缓慢释放到地下排水管道,以确保进入地下设施的水量不会超过最大负荷,最终将雨水引入Isar河。

  此外,德国的雨水排水系统还包括强制性透水路面的设计,不仅解决了积水问题,还平衡了城市生态系统。比如雨水由透水路面渗透入地,可补充地下水资源;还能通透“地气”,可使地面冬暖夏凉,雨季透水,冬季化雪,可以增加城市居住的舒适度;透水地面的孔隙多,地表面积大,对粉尘有较强的吸附力,减少了扬尘污染,也可降低噪音。

  德国城市中80%的地面都为透水地面。德国的市政根据不同区域铺就不同的透水路面。人行道、步行街、自行车道、郊区道路等受压不大的地方,采用透水性地砖,这种砖本身可透水,砖与砖之间采用了透水性填充材料拼接;自行车存放地和停车场的地面,则选择有孔的混凝土砖,并在砖孔中用土填充,这样有利于杂草生长,从而使地面的40%有绿化功能;居民区、公园和街头广场更需要绿化和美化,因此这些地方选用实心砖铺路,但砖与砖之间会留出空隙;居民区步行道、校园和公园等步行道路等地,由于路面使用率高,用细碎石或细鹅卵石铺路会更合适。此外,道路两边还修有引流暴雨的沟壑。

  对于村庄和小城镇,德国也有排积水的高招――建滞留雨水的低地池塘。下雨时使雨水顺地势流入,并形成湿地生态区;让荒地长满灌木和树林,能使降雨很快通过植物的根部被吸收入地;让各种人工改建的直型河道和溪流恢复原有的自然弯曲形状和透水状态,恢复河岸两边的自然植被带,并让泛洪区与多条这样弯曲的河道与溪流相连;在农田周边,采用修建土篱和灌木带的方法来增加农田对洪水的抵抗和吸收能力等。

  从上世纪60年代起,德国就致力于开发各种雨水渗透装置。德国一些城市在不同区域铺设不同的透水路面。道路两边还修有引流暴雨的沟壑、地表明沟。这不仅作为下水道之外重要的雨水传输途径,还模拟天然河道,融入城市景观,既实用又美观。   德国近年来开始推广的“洼地―渗渠系统”使各个就地设置的洼地、渗渠等设施与带有孔洞的排水管道相连,形成了一个分散的雨水处理系统。低洼的草地能短期储存下渗的雨水,渗渠则能长期储存雨水,进一步减轻了排水管道的负担。

  法国巴黎。巴黎的下水道均处在巴黎市地面以下50米,水道纵横交错,密如蛛网,总长2347公里,规模远超巴黎地铁。巴黎人花了126年的时间将其完善扩充,并按沟道大小,分为小下水道、中下水道和排水渠三种。当前,每天有120亿立方米的水经此净化排出。

  巴黎下水道网络中,有2个电脑控制的污水压力提升厂,它们能加速废水的流动,同时负责大量垃圾和泥沙的清除;11个专门针对雨季塞纳河水的“涨水站”以及安全阀,来保证经过马路又流回到塞纳河水的质量;50个专门用于下大雨时保证排水效果的路边下水道。

  同时,巴黎市民饮用水的50%是通过地下管道输入的。巴黎的下水道除了排水沟外,它还设有两套供水系统,一套供饮用水,一套供非饮用水,以及一条气压传送管道。巴黎的地下排水系统基本是顺着城市的道路修建的,每条道路下面都有一条与之平行的排水沟,整个排水系统就像是一个完整的人体。它通过四通八达的供水管道向城市的每家每户输送自来水;紧挨着供水管道的是同样粗的排水管道,负责将各种生活污水运出巴黎。

  在巴黎,雨水到了地面会迅速了无踪迹,在地面之下汇成一片“汪洋”。抛掉地面成效,巴黎更有让人惊奇的地下奇迹。一位有过下水道参观经历的游客描述道,“四壁整洁,管道通畅,地上没有一点脏物,干净程度可与巴黎街道相媲美,不会闻到一丁点儿腥臭味”。

  此外,在巴黎,如果你不小心把钥匙或是贵重的戒指掉进了下水道,是完全可以根据地漏位置,把东西找回来的。因为这里约2.6万个下水道盖、6000多个地下蓄水池都会标注街道和门牌号码。

  法国的下水道中还有独立的照明系统、通风系统。只要将下水道中的照明灯打开,即使是晚间也可以进行维修工作。这样的市政工程虽然初期投资相当巨大,但是在后期的使用过程中却可以节省大量的人力和物力。但凡任何一条管线发生泄漏、电缆发生短路或者出现其他的故障,工人都可以直接进入地下进行维修,而不需要向其他国家一样挖开地面、切断交通后再进行处理。

  日本东京。东京的雨水有两种渠道疏通:第一,靠近河渠地域的雨水一般会通过各种建筑的排水管,以及路边的排水口直接流入雨水蓄积排放管道,最终通过大支流排入大海;第二,其余地域的雨水,会随着每栋建筑的排水系统进入公共排雨管,再随下水道系统的净水排放管道流入公共水域。

  1992年至2006年之间,日本在�斡裣兀�Saitama)东部修建了一座暴雨排水系统――首都圈外围排水系统,是世界最大规模、最先进的地下排水系统,支撑着日本首都东京的安全。获“地下神殿”之美名。目的是防止台风季节因为暴雨而可能出现的洪灾,让日本东京地区免受水灾侵袭。据悉,该系统共耗资30亿美元。这座排水系统由一连串混凝土立坑组成,每个混凝土立坑有65米高(约22层楼)、32米宽,在地下50米深处,由6.3公里长的隧道串接而成。除此之外,还有一座巨型调压水槽:25.4米高(约八层楼)、177米长、78米宽,内有59支混凝土支柱,总贮水量为67万立方米,以14000匹马力的涡轮机达到最大排水量每秒200立方米,排水标准是五至十年一遇。

  除了硬件保障之外,东京下水道局从污水排放阶段就开始介入管理,以保证排水管道的畅通。他们规定,一些不溶于水的洗手间垃圾不允许直接排到下水道,而要先通过垃圾分类系统进行处理。此外,烹饪产生的油污也不允许直接导入下水道中,东京下水道局对此倡导的解决办法是:用报纸把油污擦干净,再把沾满油污的报纸当作可燃垃圾来处理。更干脆的办法是做菜少用油。下水道局甚至配备了专门介绍健康料理的网页和教室,介绍少油、健康的食谱。

  此外,东京还设有降雨信息系统来预测和统计各种降雨数据,并进行各地的排水调度。利用统计结果,可以在一些容易浸水的地区采取特殊的处理措施。比如,东京江东区南沙地区就建立了雨水调整池,其中最大的一个池一次可以最多存储2.5万立方米的雨水。

  美国纽约。美国纽约的下水道位于地下9至60米的地方,总长10600公里,兴建于1849年。纽约也堪称最早建造下水道的城市之一。壮观的地下砖结构隧道,完善的排水设施是美国其他任何一座城市都无法相比的。由于宽阔敞亮,纽约下水道是《007》系列、《碟中谍》系列电影中的常客。

  但是纽约排水系统却经常因为污染水道的问题备受诟病,甚至还发生过因污水异味导致联合国总部会议被迫终止的事件。随着城市化的推进,该市的污水问题给政府和公众带来严峻挑战。美国环境保护署在1994年下发了全国性的框架文件,要求控制这种溢流现象的发生,内容包括要求下水道不能轻易被瓦砾堵塞;如果发生溢流要及时警告公民等。

  为缓解资源浪费现状,美国环保部门从2011年起在全国推出各种降低能耗的计划,以提高污水处理过程的能源效率。

  截止2012年,美国总共有16583家污水处理厂,每年总共要花费大约40亿美元的电力成本,占美国整个国家电力供给的1%。同时,还向大气中排放4500万吨以上的温室气体。其中,仅有19%~20%的处理厂将厌氧消化池中产生的能量加以回收利用。

  与一般污水处理厂保守的做法不同,纽约市环保局不仅仅关注于满足环境规范,同时也开始意识到污水处理成本和长期回报问题。环保局声称,在不久的将来,城市排水系统将化身“能源的制造者”。为此,纽约改造了14座污水处理厂。一是从污水中繁殖的藻类中提取加热燃料丁醇(一种可以替代汽油的燃料)。同时,出售甲烷气体,给居民家庭提供能源。二是收集排水管道污泥,制造气体,然后用这些气体制造清洁能源;或者将污泥加工成一种富含养分和有机成分的、可回收再利用的生物固体,并作为肥料和土壤改良剂用于公园、田地、草坪、高尔夫球场等地方。将纽约市居民生活污水所产生的大量污泥、甲烷和其他“副产品”转化为可再生能源。   效果与启示

  政策管理完善。国家的政策与管理在海绵城市建设过程中相当重要。在制度上,完善有关水污染防治法、城市节约用水管理办法、建筑给水排水规范等,新建或改建城市建筑使之符合海绵城市的建设要求,探索建立针对海绵城市建设管理的规章制度。在试点城市探索雨水管理收费制度,开展雨水管理收费试点。

  用水量下降。雨水回收利用大大降低了居民每天人均用水量,大大节约了水资源。大型市政建筑和商业建筑的雨水利用节省了大量的可利用水资源。最为典型的是伦敦奥林匹克公园。园内主体建筑和林地建立了完善的雨水收集系统,通过回收雨水和废水再利用等方式,这一占地225公顷的公园灌溉用水完全来自于雨水和经过处理的中水。此外,公园还将回收的雨水和中水供给周边居民,使周边街区用水量较其他类似街区下降了40%。公园周边居民的每天人均用水量也下降至105升,远低于伦敦地区的平均水平144升。

  英国政府和雨水再利用管理协会调研认为,英国利用雨水回收系统在提升水资源利用率方面仍有巨大的潜力。数据显示,以当前伦敦地区典型住房计算,在伦敦地区年均600毫米降水量情况下,每所房屋(屋顶面积100平方米)每年可回收5.4万升雨水。英国政府预计,如果所有新建住宅都设置雨水收集装置,未来英格兰地区年均回收雨水量将达到2.8亿立方米;如果新建商业用地也设置类似的装置,则回收数量能够翻倍。

  防洪排涝能力提升。海绵城市应对“雨后看海”的大城市病有一定效果。通过透水地面、下沉式绿地、蓄水池等的作用,使得降雨路面的综合径流系数大大降低,增强了防洪排涝的能力。

  英国雨水利用管理协会数据显示,当前建立的家庭雨水收集系统,能够使单一家庭应对突发降雨能力提升至一年一遇的水平。与此同时,大型设施和社区建立适合自身规模的雨水收集系统后,社区应对突发降水的能力有可能提升至30年一遇的水平。在此基础上,大伦敦区周边建立的30个左右的大型蓄水湖,其应对能力则有可能提升至百年一遇,大伦敦区的主排水河道泰晤士河的应对能力也会相应大幅上升。

  排水系统高标准改造。海绵城市对于暴雨的袭击仍然无能为力。告别“看海”必须从硬件抓起,作别原有偏低的参数标准,向高标准国家看齐。可以从以下几个方面借鉴国外的建设经验:以生态为先的原则,因地制宜排污泄洪,实现人与自然和谐相处;制定排水高标准,配备相应排水系统;加大地下管道修建及养护工作投资力度;设立管理机构,引导居民有序排水;设立降雨信息系统,预测、统计各种降雨,防患于未然。同时拓宽思路,采取更经济环保的可持续污水处理和管理方法。

  综上,海绵城市建设遵循生态优先等原则,将自然途径与人工措施相结合,在确保城市排水防涝安全的前提下,最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境的保护。海绵城市建设应统筹低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统。低影响开发雨水系统可以通过对雨水的渗透、储存、调节、转输与截污净化等功能,有效控制径流总量、径流峰值和径流污染;城市雨水管渠系统即传统排水系统,应与低影响发开雨水系统共同组织径流雨水的收集、转输与排放;超标雨水径流排放系统,用来应对超过雨水管渠系统设计标准的雨水径流,一般通过综合选择自然水体、多功能调蓄水体、行泄通道、调蓄池、深层隧道等自然途径或人工设施构建。以上三个系统不孤立,也没有严格的界线,三者相互补充、相互依存,是海绵城市建设的重要基础元素。

  责 编/马冰莹

【摘要】海绵城市建设遵循生态优先等原则,将自然途径与人工措施相结合,在确保城市排水防涝安全的前提下,可以最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境的保护。建设海绵城市不仅可以增强城市或土地的雨涝调蓄能力,同时还将最大限度地促进自然水文循环,提升用水效率。海绵城市以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划建设理念,追求城市人水和谐,已经成为各国城市建设的重要选择。

  【关键词】 海绵城市 雨水管理 城市建设

  【中图分类号】TU992 【文献标识码】A

  【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2016.21.002

  国外雨水管理办法

  日本。日本早在1980年就开始推行雨水贮留渗透计划,该计划通过补充涵养地下水、复活泉水、恢复河流,改善生态环境。日本政府规定每开发1公顷土地必须设立500立方米的雨洪调蓄区。

  1992年颁布的“第二代城市下水总体规划”正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置地下雨水储存池和再利用系统。

  日本还对雨水利用实行补助金制度,促进雨水利用技术的应用以及雨水资源化。例如,1995年10月,墨田区实施了给家庭和公司利用雨水提供补贴的制度,一立方米以下的雨水罐可补贴一半费用(上限是4万日元),地下大规模储水槽最高补贴100万日元,中等规模的储水槽可补贴30万日元。

  对于绿地,日本也制定了详细的政策。日本的“绿地覆盖率”为66%,东京的公园绿地就有地区公园、近邻公园、街区公园、运动公园、广域公园、综合公园、特殊公园等,数量达2795处,总面积1969公顷,人均绿地面积3平方米以上。为稳固这一成果,日本出台了一大批相关法规,形成了完整而长期的绿地保护体制。这些措施在净化空气的同时,也大大促进了地面涵养水分。

  德国。2000年10月23日,欧盟正式通过欧洲议会与欧洲理事会的《欧盟水框架指令》,欧盟委员会有权对不按照欧盟法规要求的国家提起监督和诉讼程序。

  在德国联邦政府层面,《联邦水法》是水资源管理的基本法。德国联邦水法的政策导向是优化生态环境、保持生态平衡,对自然环境的保护和水的可持续利用提出明晰的要求。1995年德国颁布了《室外排水沟和排水管道标准》,提出通过雨水收集系统尽可能地降低公共地区建筑物底层发生洪水的危险性。1996年,在联邦水法的补充条款中增加了“水的可持续利用”理念,强调“为了保证水的利用效率,要避免排水量增加”,实现“排水量零增长”。2002年,德国根据《欧盟水框架指令》的要求对《联邦水法》进行了第七次修订。各地州以《联邦水法》为基础,出台相关的政策,如德国汉诺威市康斯伯格小区在开发时,规定小区开发前后的雨水渗透率要基本保持一致。

  此外,德国对水资源实施统一的管理制度,即由水务局统一管理与水务有关的全部事项,并以市场模式运作,接受社会的监督。

  对于雨水利用,德国的管理办法也十分到位。1989年《雨水利用设施标准》是“第一代”雨水利用技术成熟的标志,1992年出现了“第二代”雨水利用技术,21世纪初形成了“第三代”雨水利用技术及相关的标准。

  德国目前主要的城市雨水利用方式有3种:一是屋面雨水集蓄系统。收集的雨水经简单处理后,达到杂用水水质标准,主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水,如街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。二是雨水截污与渗透系统。道路雨洪通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨洪管道口均设有截污挂篮,以拦截雨洪径流携带的污染物。城市地面使用可渗透地砖,以减小径流。三是生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道修建可渗透浅沟,表面植有草皮,供雨水径流时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨洪池或人工湿地,作为水景或继续下渗。

  英国。2006年开始,英国政府通过《住房建筑管理规定》等法律规定,进一步促进家庭雨水回收系统的普及。英国政府针对新建房屋设立1到6级的评估体系,要求所有的新建房屋至少达到3级以上的可持续利用标准才能获得开工许可,而其中最重要的提升等级方式之一就是建立雨水回收系统。2015年之后,英国政府为更有针对性地控制水资源利用效率,要求单一住房单元的居民每天设计用水量不超过125升,这使得居民建立雨水回收系统的积极性大幅提升。

  此套可持续排放体系在雨洪调节中发挥了重要作用,雨水排放在地区发展规划中被严格定量,一方面作为地区规划部门颁发规划许可的审核条件,另一方面也为开发商的投资建设提供了法律依据。

  美国。1976年,美国国家雨水管理部门设立了针对城区分流制雨水排放系统的一般许可证(Municipal Separate Storm Sewer System, MS4)。1987年美国联邦政府通过的水质法(Water Quality Act)规定了雨水排放许可要求,确立雨水许可证制度,包括对城市、建设场地、工业场地的三种降雨带来的污染。

  国家污染物减排体系(National Pollutant Discharge Elimination System, NPDES)是按照美国《清洁水法》(CWA)规定的。CWA规定,除非有国家颁发的污染物排放削减许可证,禁止从电源向通航水域排放任何污染物。国家污染物减排体系(NPDES)规定了不同类型的排放源,即市政源和工业源。其中市政源包括国家预处理项目规定了非住宅中的废水排入污水处理厂;市政污水厂和其他生活污水厂必须为污泥使用和处置提交许可申请;对合流制溢流污水(CSO),美国1989年发布了CSO控制战略,1994年制定和发布了CSO控制政策;对暴雨,美国1990年发布了城市分流制雨水系统(M4)的雨水排放规范。工业源包括直接排放的工艺废水或非工艺废水,以及来自工业源的暴雨径流,所有与工业活动相关的暴雨径流排放,不管是通过城市分流制雨水系统排放还是直接排放到水体,均须持有NPDES许可证。   美国规定了三类雨水排放许可证:基于城市分流制的雨水排放许可证(MS4)、工业雨水排放许可证和建设活动雨水排放许可。受NPDES约束。其中MS4许可实施分为两个阶段,第一阶段,MS4须在最大可行程度上减少雨水排放中的污染物,市政雨水还必须禁止非雨水排放物进入。监管对象仅限于服务人口超过10万的城市,并设立了针对人口等于或大于25万的大城市和人口在10万到25万之间的中等城市的两种类型的许可申请。第二阶段,小型城市雨水排放须获得许可证,大多是一般许可证,小型城市指人口不足10万的城市建成区。

  美国有数以千计的水体被列为受损水体。为修复水体,美国实施了日最大允许负荷(Total Maximum Daily Loads, TMDL)计划,根据水质要求,确定水体能够接受某种污染物的最大日负荷,从而在各类污染源之间分配应该削减的污染负荷。TMDL是指确定某一特定污染物可以被排入水体而保证水体仍能满足水质标准的最大可允许负荷量。TDML由点源污染物分配(WLA)、非点源污染负荷分配(LA)以及一个安全系数(MOS)和预留容量(RC)构成。TDML基于污染源和水质的响应关系,为州政府建立基于水质的管理提供科学依据,减少点源和非点源的污染负荷排放,以修复或保持州水资源的质量安全。自推行TMDL以来,美国各州已制定实施了数万个TDML计划,极大地改善了受污染水体的水质。

  1999年美国开始实施第二阶段的雨水管理,规定市政当局必须制定雨水管理计划(Stormwater Management Plan,SWMP)。美国实行雨水管理制度,截至2009年美国共有500多个县市在收取雨水管理费,而且近年来收取雨水费的城市越来越多。如华盛顿特区设有不透水面积费和雨水费。

  法国。在法国城市规划层面,针对不同地区的地表径流和排水能力做出相应的强制性管控。城市雨水管理部门规定在对雨水进行初级净化和截污后,每公顷的城市用地向市政雨水管的排水量不能超过3L/s,否则该用地的相关责任单位就要承担相应的超额排水费。这就要求超量排水的单位要增加雨水滞纳储存设施,从而有效控制城市排水压力。

  里昂位于法国的索恩河与罗纳河交汇处,虽然水资源较为丰富,但里昂的水务管理者仍不愿放弃对雨水的利用,并对此做了细致的工作。首先,各个社区收集的雨水被纳入到了城市一体化的水循环体系中,由当地政府负责对水质进行统一监测与管控;其次,里昂政府将本市各处的道路规模、土壤类别与地型走势等信息进行了统一梳理并公示,任何市区内新的建筑项目均需要考虑到这些基本信息,将雨水管理纳入设计规划中,并接受当地政府的查验考核。凭借着这种精细化的城市水循环监管体系,里昂市近年来多次获得国际城市水务管理领域的评比冠军。

  以源头控制为主的雨水解决方案

  地下蓄水池。地下蓄水池系统是日本的主要治水模式。地下蓄水池的存在,极大地减少了地面被淹的几率,大大增加了雨水回用。此外,新建大楼配套、公园、学校周围都建有雨水储存设施。

  日本最高的“东京晴空塔”设计了地下蓄水池系统,能储存7000吨雨水,可用作消防用水,作为应急生活用水时可供应东京墨田区23万人使用一天。

  涩谷车站是东京的交通枢纽,也是购物娱乐的中心,但“水害”多年未解。之前在雨季经常使得涩谷车站附近的多条街道“水漫金山”,一条半地下的车站站台进水,多个进口闸机被迫关闭,车站工作人员全员出动清理积水。近年涩谷车站周边地区开始整体开发工程的同时在地下25米深处,建造一个4000吨的地下储水池。它一池多用,当降雨量超过50毫米每小时时,将附近雨水集中储存,解决周边瞬间排水能力的不足,同时与东京庞大的地下排水系统相连,在大雨高峰过后再陆续把雨水排放。而且,它起到调节池的作用,平时池中储存一定量的雨水,雨季过后随时可供地面浇花、除尘、消防等使用,甚至可以净化后供市民生活使用。

  东京每年遭遇台风级的大暴雨不过五六次,除这些雨水需要排洪外,一般性的雨水并不造成危害。近年来日本更多考虑的是雨水的利用问题。除新建大楼配套建设雨水储存设施外,各公园、学校周围都建有储水池,所以常能看到路旁有消防蓄水池的标志。

  居住小区。在居住区中,绿地或是广场早已不是单单为了美观或是满足活动需求,有很多在建立初期就是以调节雨洪管理为目的,简单的说就是将绿地设计成可蓄洪的地区。同时,越来越多的家庭也开始利用雨水收集系统。

  巴黎北部的Saint Denis居住区内,一个中央绿地就以调蓄雨水为目的建立起来。它被设计成一个相对低洼的区域,缓坡草地将雨水引向下游的一条旱河和位于市政道路下面的储水池中。在下暴雨的时候,这个区域就变成了一个被淹没的区域,十年一遇的暴雨中所蓄积的水量可达到30cm至40cm深。

  德国弗莱堡是德国绿党总部所在,是著名的生态城市。弗莱堡的生态试验住宅区采用单户雨水收集利用技术,将屋顶的雨水利用定型的管道收集到专门的蓄水桶中进行过滤和净化,溢出的雨水通过绿地等回渗入地下,储存起来的雨水可用来洗车或浇灌各家的花园。

  英国雨水再利用管理协会最新数据显示,近年来,随着水价不断攀升,越来越多的家庭开始使用雨水收集系统。一般房屋雨水收集系统设置1000升至7500升的储水罐,多用于满足家庭灌溉、洗衣等非饮用水需要。家用雨水收集系统直接从屋顶收集,并通过导水管简单过滤或者更为复杂的自净过滤系统后导入地下储水罐储存。

  大型公建设施。很多体育场地由于本身铺装的不透水性或是弱透水性也会给周边的地表径流控制带来困扰,但合理的规划设计可解决这一问题。如欧洲某社区的篮球场被设计成半地下式,兼具雨水滞留功能。雨量正常时,该场地周边社区内汇集的雨水会储存在篮球场边的专用雨水收集池中,在遇到暴雨时,活动场地本身就变成了一个巨大的储水池,有效滞留过量雨水,分担市政管道的压力,保障社区安全。   纽约城市大学皇后学院被《普林斯顿评论》评为2012年最佳环境绿色大学之一。该校的3个雨水花园分别设在办公楼后面的空地、图书馆旁和草坪旁的行人道。这些花坛底层铺垫两种不同大小的石头层,然后以土壤覆盖,种植经过选择适合于雨水过滤、净化空气的植物和花卉,下雨时雨水通过花园过滤之后渗入地下。

  大型的公共设施通常会配备有巨大的停车场。海绵城市体系下的道路和停车设施的设计需要结合雨水收集、初级净化、储存等措施来降低大面积的硬质铺装带来的不良后果。

  曼哈顿学院的停车场是一个采用环保建筑材料拦截雨水的案例。两个停车场以多孔混凝土改造而成,雨水经多孔混凝土、碎石和地基多层过滤,然后渗入到地下水系统,而不是直接流入城市下水道。

  位于曼哈顿闹市中心的高线公园全长约2.5公里,是目前世界上最长的屋顶花园。该项目能截留80%的雨水流量,通过创造绿色自然环境,净化空气,减少“热岛”效应,吸引昆虫和鸟类。

  此外还有遍及纽约布鲁克林、昆斯区等地的商业屋顶农场,这些“绿色屋顶”农场种植着各种蔬菜水果。

  海绵公园。里昂市中心的中央公园建立在一片低洼地中。在建造该公园时特意留出了一个容量为870立方米的储水池。雨天时,公园周边建筑的雨水会被引水渠集中引入这个储水池内。储水池内不仅安装了现代化的雨水净化系统,还种植了许多水生植被以辅助净化。经过净化后的水被重新引入到城市绿化区中灌溉植被。

  社区公园的边界通常也可以成为收集雨水的地方。巴黎的高迈耶公园一条2.5深的沟槽成为了公园的“围墙”,坡地上种植茂密的植物,同时兼具雨水收集的作用。

  道路。为了削弱和控制地表径流,在很多市政道路的两侧会设计低洼的人行道和绿地,通过对地形的塑造将雨水降速逐渐引流到树池、草坪等缓冲绿地。

  日本注重地面的呼吸性能,很多马路用大粒石子和沥青铺就,便道也普遍使用透水砖,大大提高了其透水性。同时尽量减少地面硬化,多留泥土地面。

  以排水系统为主的雨水解决方案

  德国。德国地下排水系统的大规模建造伴随着19世纪世界工业化的发展。当时,德国城市化进程加速,城市卫生系统不堪重负,霍乱、伤寒等疾病频繁爆发。建立完善的城市供排水系统,成为了必然的选择。

  1842年,在英国工程师William Lindley的规划下,德国城市汉堡率先建起了最初的城市排水系统和第一个污水处理厂。随着汉堡市不断扩大,排水系统也不断扩展,又先后建起了十几个污水处理厂。这个系统还包含一个冲水系统,每周利用潮水清理主要的下水道。虽然当时设备简陋,并没有彻底解决水污染问题,但这样的设计理念仍然具有里程碑意义,很快就被欧洲和美国的一些城市所学习。

  1867年,法兰克福建成了第一个系统性的现代化下水道系统。该系统将污水进行分类疏导,最后排入河流,并与整个城市的排水系统进行整合,极大地提高了效率。可以说,德国开启了整个欧洲大陆排水系统建设的新起点。

  为解决管道破损、溢流污染等问题,德国采取分流制排水系统改造,分别为整治修复技术、管道清洗、管道渗漏性检查、调蓄池建设。为减少初期雨水,特别是合流制地区降雨初期超过截流能力的合流水对水体的污染,自1975年德国首先在南部建设雨水池,20世纪80年代后期开始大规模建设各种雨水池。

  根据2010年德国联邦环保局的统计数据,如今德国的公共排水管道已达540000公里,大约可以环绕地球13圈半,专门的雨水排水管道长66000公里。德国综合性的排水系统,每年可以处理100多亿立方米的污水和雨水。

  在德国,大城市每年投入到下水道系统的预算都在上亿欧元,维护费用在每公里年均5000欧元左右。水务部门的闭路电视系统负责对地下管道进行24小时的实时监控,一旦发现问题会及时进行维修。

  以慕尼黑为例,暴雨来临时,慕尼黑的13个总容量达70.6万立方米的地下储水库可暂时贮存雨水,成为暴雨进入地下管道之前的缓冲阀门,然后将雨水缓慢释放到地下排水管道,以确保进入地下设施的水量不会超过最大负荷,最终将雨水引入Isar河。

  此外,德国的雨水排水系统还包括强制性透水路面的设计,不仅解决了积水问题,还平衡了城市生态系统。比如雨水由透水路面渗透入地,可补充地下水资源;还能通透“地气”,可使地面冬暖夏凉,雨季透水,冬季化雪,可以增加城市居住的舒适度;透水地面的孔隙多,地表面积大,对粉尘有较强的吸附力,减少了扬尘污染,也可降低噪音。

  德国城市中80%的地面都为透水地面。德国的市政根据不同区域铺就不同的透水路面。人行道、步行街、自行车道、郊区道路等受压不大的地方,采用透水性地砖,这种砖本身可透水,砖与砖之间采用了透水性填充材料拼接;自行车存放地和停车场的地面,则选择有孔的混凝土砖,并在砖孔中用土填充,这样有利于杂草生长,从而使地面的40%有绿化功能;居民区、公园和街头广场更需要绿化和美化,因此这些地方选用实心砖铺路,但砖与砖之间会留出空隙;居民区步行道、校园和公园等步行道路等地,由于路面使用率高,用细碎石或细鹅卵石铺路会更合适。此外,道路两边还修有引流暴雨的沟壑。

  对于村庄和小城镇,德国也有排积水的高招――建滞留雨水的低地池塘。下雨时使雨水顺地势流入,并形成湿地生态区;让荒地长满灌木和树林,能使降雨很快通过植物的根部被吸收入地;让各种人工改建的直型河道和溪流恢复原有的自然弯曲形状和透水状态,恢复河岸两边的自然植被带,并让泛洪区与多条这样弯曲的河道与溪流相连;在农田周边,采用修建土篱和灌木带的方法来增加农田对洪水的抵抗和吸收能力等。

  从上世纪60年代起,德国就致力于开发各种雨水渗透装置。德国一些城市在不同区域铺设不同的透水路面。道路两边还修有引流暴雨的沟壑、地表明沟。这不仅作为下水道之外重要的雨水传输途径,还模拟天然河道,融入城市景观,既实用又美观。   德国近年来开始推广的“洼地―渗渠系统”使各个就地设置的洼地、渗渠等设施与带有孔洞的排水管道相连,形成了一个分散的雨水处理系统。低洼的草地能短期储存下渗的雨水,渗渠则能长期储存雨水,进一步减轻了排水管道的负担。

  法国巴黎。巴黎的下水道均处在巴黎市地面以下50米,水道纵横交错,密如蛛网,总长2347公里,规模远超巴黎地铁。巴黎人花了126年的时间将其完善扩充,并按沟道大小,分为小下水道、中下水道和排水渠三种。当前,每天有120亿立方米的水经此净化排出。

  巴黎下水道网络中,有2个电脑控制的污水压力提升厂,它们能加速废水的流动,同时负责大量垃圾和泥沙的清除;11个专门针对雨季塞纳河水的“涨水站”以及安全阀,来保证经过马路又流回到塞纳河水的质量;50个专门用于下大雨时保证排水效果的路边下水道。

  同时,巴黎市民饮用水的50%是通过地下管道输入的。巴黎的下水道除了排水沟外,它还设有两套供水系统,一套供饮用水,一套供非饮用水,以及一条气压传送管道。巴黎的地下排水系统基本是顺着城市的道路修建的,每条道路下面都有一条与之平行的排水沟,整个排水系统就像是一个完整的人体。它通过四通八达的供水管道向城市的每家每户输送自来水;紧挨着供水管道的是同样粗的排水管道,负责将各种生活污水运出巴黎。

  在巴黎,雨水到了地面会迅速了无踪迹,在地面之下汇成一片“汪洋”。抛掉地面成效,巴黎更有让人惊奇的地下奇迹。一位有过下水道参观经历的游客描述道,“四壁整洁,管道通畅,地上没有一点脏物,干净程度可与巴黎街道相媲美,不会闻到一丁点儿腥臭味”。

  此外,在巴黎,如果你不小心把钥匙或是贵重的戒指掉进了下水道,是完全可以根据地漏位置,把东西找回来的。因为这里约2.6万个下水道盖、6000多个地下蓄水池都会标注街道和门牌号码。

  法国的下水道中还有独立的照明系统、通风系统。只要将下水道中的照明灯打开,即使是晚间也可以进行维修工作。这样的市政工程虽然初期投资相当巨大,但是在后期的使用过程中却可以节省大量的人力和物力。但凡任何一条管线发生泄漏、电缆发生短路或者出现其他的故障,工人都可以直接进入地下进行维修,而不需要向其他国家一样挖开地面、切断交通后再进行处理。

  日本东京。东京的雨水有两种渠道疏通:第一,靠近河渠地域的雨水一般会通过各种建筑的排水管,以及路边的排水口直接流入雨水蓄积排放管道,最终通过大支流排入大海;第二,其余地域的雨水,会随着每栋建筑的排水系统进入公共排雨管,再随下水道系统的净水排放管道流入公共水域。

  1992年至2006年之间,日本在�斡裣兀�Saitama)东部修建了一座暴雨排水系统――首都圈外围排水系统,是世界最大规模、最先进的地下排水系统,支撑着日本首都东京的安全。获“地下神殿”之美名。目的是防止台风季节因为暴雨而可能出现的洪灾,让日本东京地区免受水灾侵袭。据悉,该系统共耗资30亿美元。这座排水系统由一连串混凝土立坑组成,每个混凝土立坑有65米高(约22层楼)、32米宽,在地下50米深处,由6.3公里长的隧道串接而成。除此之外,还有一座巨型调压水槽:25.4米高(约八层楼)、177米长、78米宽,内有59支混凝土支柱,总贮水量为67万立方米,以14000匹马力的涡轮机达到最大排水量每秒200立方米,排水标准是五至十年一遇。

  除了硬件保障之外,东京下水道局从污水排放阶段就开始介入管理,以保证排水管道的畅通。他们规定,一些不溶于水的洗手间垃圾不允许直接排到下水道,而要先通过垃圾分类系统进行处理。此外,烹饪产生的油污也不允许直接导入下水道中,东京下水道局对此倡导的解决办法是:用报纸把油污擦干净,再把沾满油污的报纸当作可燃垃圾来处理。更干脆的办法是做菜少用油。下水道局甚至配备了专门介绍健康料理的网页和教室,介绍少油、健康的食谱。

  此外,东京还设有降雨信息系统来预测和统计各种降雨数据,并进行各地的排水调度。利用统计结果,可以在一些容易浸水的地区采取特殊的处理措施。比如,东京江东区南沙地区就建立了雨水调整池,其中最大的一个池一次可以最多存储2.5万立方米的雨水。

  美国纽约。美国纽约的下水道位于地下9至60米的地方,总长10600公里,兴建于1849年。纽约也堪称最早建造下水道的城市之一。壮观的地下砖结构隧道,完善的排水设施是美国其他任何一座城市都无法相比的。由于宽阔敞亮,纽约下水道是《007》系列、《碟中谍》系列电影中的常客。

  但是纽约排水系统却经常因为污染水道的问题备受诟病,甚至还发生过因污水异味导致联合国总部会议被迫终止的事件。随着城市化的推进,该市的污水问题给政府和公众带来严峻挑战。美国环境保护署在1994年下发了全国性的框架文件,要求控制这种溢流现象的发生,内容包括要求下水道不能轻易被瓦砾堵塞;如果发生溢流要及时警告公民等。

  为缓解资源浪费现状,美国环保部门从2011年起在全国推出各种降低能耗的计划,以提高污水处理过程的能源效率。

  截止2012年,美国总共有16583家污水处理厂,每年总共要花费大约40亿美元的电力成本,占美国整个国家电力供给的1%。同时,还向大气中排放4500万吨以上的温室气体。其中,仅有19%~20%的处理厂将厌氧消化池中产生的能量加以回收利用。

  与一般污水处理厂保守的做法不同,纽约市环保局不仅仅关注于满足环境规范,同时也开始意识到污水处理成本和长期回报问题。环保局声称,在不久的将来,城市排水系统将化身“能源的制造者”。为此,纽约改造了14座污水处理厂。一是从污水中繁殖的藻类中提取加热燃料丁醇(一种可以替代汽油的燃料)。同时,出售甲烷气体,给居民家庭提供能源。二是收集排水管道污泥,制造气体,然后用这些气体制造清洁能源;或者将污泥加工成一种富含养分和有机成分的、可回收再利用的生物固体,并作为肥料和土壤改良剂用于公园、田地、草坪、高尔夫球场等地方。将纽约市居民生活污水所产生的大量污泥、甲烷和其他“副产品”转化为可再生能源。   效果与启示

  政策管理完善。国家的政策与管理在海绵城市建设过程中相当重要。在制度上,完善有关水污染防治法、城市节约用水管理办法、建筑给水排水规范等,新建或改建城市建筑使之符合海绵城市的建设要求,探索建立针对海绵城市建设管理的规章制度。在试点城市探索雨水管理收费制度,开展雨水管理收费试点。

  用水量下降。雨水回收利用大大降低了居民每天人均用水量,大大节约了水资源。大型市政建筑和商业建筑的雨水利用节省了大量的可利用水资源。最为典型的是伦敦奥林匹克公园。园内主体建筑和林地建立了完善的雨水收集系统,通过回收雨水和废水再利用等方式,这一占地225公顷的公园灌溉用水完全来自于雨水和经过处理的中水。此外,公园还将回收的雨水和中水供给周边居民,使周边街区用水量较其他类似街区下降了40%。公园周边居民的每天人均用水量也下降至105升,远低于伦敦地区的平均水平144升。

  英国政府和雨水再利用管理协会调研认为,英国利用雨水回收系统在提升水资源利用率方面仍有巨大的潜力。数据显示,以当前伦敦地区典型住房计算,在伦敦地区年均600毫米降水量情况下,每所房屋(屋顶面积100平方米)每年可回收5.4万升雨水。英国政府预计,如果所有新建住宅都设置雨水收集装置,未来英格兰地区年均回收雨水量将达到2.8亿立方米;如果新建商业用地也设置类似的装置,则回收数量能够翻倍。

  防洪排涝能力提升。海绵城市应对“雨后看海”的大城市病有一定效果。通过透水地面、下沉式绿地、蓄水池等的作用,使得降雨路面的综合径流系数大大降低,增强了防洪排涝的能力。

  英国雨水利用管理协会数据显示,当前建立的家庭雨水收集系统,能够使单一家庭应对突发降雨能力提升至一年一遇的水平。与此同时,大型设施和社区建立适合自身规模的雨水收集系统后,社区应对突发降水的能力有可能提升至30年一遇的水平。在此基础上,大伦敦区周边建立的30个左右的大型蓄水湖,其应对能力则有可能提升至百年一遇,大伦敦区的主排水河道泰晤士河的应对能力也会相应大幅上升。

  排水系统高标准改造。海绵城市对于暴雨的袭击仍然无能为力。告别“看海”必须从硬件抓起,作别原有偏低的参数标准,向高标准国家看齐。可以从以下几个方面借鉴国外的建设经验:以生态为先的原则,因地制宜排污泄洪,实现人与自然和谐相处;制定排水高标准,配备相应排水系统;加大地下管道修建及养护工作投资力度;设立管理机构,引导居民有序排水;设立降雨信息系统,预测、统计各种降雨,防患于未然。同时拓宽思路,采取更经济环保的可持续污水处理和管理方法。

  综上,海绵城市建设遵循生态优先等原则,将自然途径与人工措施相结合,在确保城市排水防涝安全的前提下,最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境的保护。海绵城市建设应统筹低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统。低影响开发雨水系统可以通过对雨水的渗透、储存、调节、转输与截污净化等功能,有效控制径流总量、径流峰值和径流污染;城市雨水管渠系统即传统排水系统,应与低影响发开雨水系统共同组织径流雨水的收集、转输与排放;超标雨水径流排放系统,用来应对超过雨水管渠系统设计标准的雨水径流,一般通过综合选择自然水体、多功能调蓄水体、行泄通道、调蓄池、深层隧道等自然途径或人工设施构建。以上三个系统不孤立,也没有严格的界线,三者相互补充、相互依存,是海绵城市建设的重要基础元素。

  责 编/马冰莹


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