國際上生態防洪理念及其對上海的啟示

陳和謙，呂永鵬

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

1 國際上防洪理念的轉變

隨著全球城市化進程的加快，世界城市雨洪災害比歷史發生頻率明顯增加，城市防洪壓力增大，城市生態系統和生物多樣性受到極大威脅。究其原因：首先，快速的城市化使得城市化區域下墊面結構發生顯著變化，不透水面積顯著增加，從而導致徑流系數明顯增大；其次，目前許多城市的防洪理念仍以工程型防洪為主，而城市防洪設施的興建速度明顯滯后于城市化速度，每逢暴雨，城市將面臨極大的防洪壓力，也給城市管理者帶來了極大的挑戰；再者，出于防洪的需要，城市河道往往被人為截彎取直，河岸濕地逐漸消失，從而導致生物多樣性受到極大威脅[1,2]。

面對城市防洪壓力的日益增大和城市生物多樣性的顯著降低，國際上許多城市的防洪理念逐步由傳統的工程防洪向生態防洪轉變，呈現如下特點。

1.1 河流的再自然化與生態修復理念

河流再自然化與生態修復的理念最早被歐美等發達國家所接受。1968年，美國制定的《國家洪水保險計劃》中提出了非工程的洪泛區管理概念；1976年，美國開始開展河流生態恢復項目，1995年出臺了全國洪泛區綜合管理計劃；1997年，歐洲的法國、荷蘭、比利時等國成立了合作組織，以開展下萊茵河地區開展河流恢復項目IRMA（International Rhine-Meuse Activities）[3]；1991年 ，瑞士在綜合防洪政策法規中提出河流生態化相關的非工程性保障措施[4]；20世紀90年代以來，日本和韓國也進行了大規模的河川環境治理和河流生態修復[5]。上述國家均倡導恢復河流的自然樣貌、融入自然設計、河流再自然化等生態防洪理念，提倡將剛性防汛墻后移或棄用而建設生態河濱緩沖帶，能夠有效地降低暴雨引起的洪澇災害，能夠提升河流濱岸帶的生態系統服務功能，提供居民親水平臺[3]（見表1）。

表1 生態防洪理念在河流生態修復中的應用一覽表

1.2 徑流系數零增長理念

在城市規劃和場地設計中，許多發達國家通過土地利用結構調控，以及徑流消納措施，減少城市和場地開發引起的雨水徑流量，削減洪峰流量，從而降低城市雨洪災害風險。德國是最早提出城市和場地開發“徑流零增長”理念的國家之一[9,10]，并利用其開發的洼地-滲渠系統（Mulden Rigolen System,MR）來試圖達到該理念[11]。幾十年來，MR系統已經被證明是行之有效的暴雨徑流就地消納和凈化的措施，目前已經在全球范圍尤其是歐洲被廣泛利用[12]。

1.3 雨洪資源化利用理念

城市雨洪作為資源已經被許多國家所認可，不僅可以源頭削減徑流量，也可以起到補充地下水、節約優質水資源等作用。德國在其聯邦和地區的相關法規中，明確了雨水排放費征收標準和雨水利用設施標準；美國在其聯邦水污染控制法、清潔水法、水質法案和雨水利用條例等法規中，明確提出雨水利用；日本對雨水利用實施補助金制度；英國對徑流系數較大的新建項目提出雨水集蓄利用要求；新西蘭制訂了相關的雨水利用規劃和政策；澳大利亞亦開展了大規模的雨水利用項目[12,13]。

1.4 城市防洪與非點源污染控制的耦合理念

20世紀70年代以來，發達國家已經基本對工業和生活污染源等點污染源進行了有效控制，非點源污染已成為城市水環境污染的關鍵因素。許多發達國家從系統觀出發，提出了將城市防洪與非點源污染控制的耦合理念，并開發了一系列的耦合模式，包括美國的最佳管理措施模式（Best Management Practice，BMP）和低影響發展模式（Low Impact Development，LID）、英國的可持續城市排水系統模式 (Sustainable Urban Drainage System,SUDS）、新西蘭的低影響城市設計和發展模式（Low impact urban design and development,LIUDD）、澳大利亞的水敏感城市設計模式（Water Sensitive Urban Design,WSUD）等[9-11,14-16]。

2 上海城市防洪的壓力

上海是中國城市化速度最快的區域之一，且上海地區降雨存在短歷時、高強度的顯著特征(見圖1)。然而，上海暴雨設計重現期僅為1 a（少數為3～5 a），遠遠落后于國外平均5～10 a的標準，在梅雨季節和臺風等汛期，上海面臨極大的城市防洪壓力，也造成了極大的經濟損失。

圖1 汛期降水量統計圖

如圖2所示，1998-2009年間，因城市雨洪所導致的年平均經濟損失達3.98億元，年平均受災人口數達18.6萬人。僅2005年的“麥莎”臺風期間，暴雨造成市區200余條馬路積水，5萬余戶居民家中進水，受災人口達到94.60萬人，直接經濟損失13.58億元。利用Spearman非參數檢驗表明，城市洪災嚴重程度（受災人數和直接經濟損失）與汛期降水量相關性不顯著（p>0.05，two-tailed），而與汛期臺風頻次和臺風影響程度關聯較大。臺風是一種破壞性極強的災害性天氣系統，其發生和經過路徑難以判斷，一般在臺風經過的地區，能產生150 mm至300 mm的降雨，同時引起風暴潮，提升上海地區感潮河流的水位。降雨徑流和泄洪的雙重壓力，導致上海市現有的排水系統難以滿足城市防洪要求。因此，基于水安全的角度，發展生態防洪理念勢在必行。

圖2 汛期經濟損失統計圖

3 生態防洪理念對上海的啟示

目前，上海解決城市排水壓力的措施主要是增加泵站數量和增大排水管徑，以提高泵站和排水系統的排水能力。實踐證明，僅僅依靠此種工程性強排水模式難以完全保障上海城市防汛安全，且對上海城市生態系統和水文系統影響較大。結合國際生態防洪理念，根據上海城市實際情況，建議從以下幾方面來開展上海城市生態防洪工作。

3.1 源頭規劃：加強土地利用調控與雨水利用

筆者認為，城市土地利用調控主要包括水面調控、透水下墊面調控和建筑容積率調控三個方面。水面調控，主要是指維持和提高城市水面率，保證湖泊和河流等天然水體對暴雨徑流的阻滯作用，降低城市降雨產流速度，延長峰現時間。透水下墊面調控，主要是提高透水下墊面的比例，擴大城市綠地面積，鋪設透水性路面，逐步恢復近自然的徑流過程，提高水份入滲和地下水補給比例，使土壤對降雨的緩沖作用得以體現，削減產生城市降雨徑流的水量，延長匯流時間。建筑容積率調控，主要是指提高建筑容積率，逐漸置換低容積率建筑，從而提高區域綠化率，發揮綠地對降雨的阻截、吸收和透水作用[1,2,17]。

國內外實踐證明，通過設立雨水調蓄池，建立屋面和路面雨水收集回用系統，提高雨水收集率，經處理后用作綠化、市政用水或進行地下水回灌[2,13]，可在一定程度上削減徑流產生量和洪峰流量[1,2]。

3.2 過程滯納：加快綠地低勢化改造與河岸帶生態化改造

上海現有絕大多數城市綠地高程略高于路面，加之路牙的存在，阻礙了路面徑流匯入綠地的途徑，使得綠地對徑流的滯納功能難以體現。建議借鑒國外常用做法，對現有綠地進行低勢化改造，并將部分路牙開口，以便徑流匯入綠地[12]，不僅可以有效削減暴雨徑流量，還可以在一定程度上削減非點源污染物。

由于土地利用空間的限制加之城市防洪的需要，上海城市河岸帶基本以水泥擋墻為主，自然濱岸帶的結構消失，其對暴雨徑流的滯納功能也隨之嚴重退化。建議在保障城市防洪安全的基礎上，采用后擋墻方式，將剛性防汛墻后移而建設生態型河流濱岸緩沖帶，不僅可以滯納雨洪徑流，還可以提高生物多樣性，并為公眾提供游憩空間。

3.3 末端修復：恢復河流自然結構與生態修復

上海城市河流經過疏浚整治后，河流蜿蜒曲折的自然形態和結構遭到一定破壞，河網結構對雨洪徑流的緩沖作用降低，使城市化區域降雨匯流歷時更短、峰值更高。另外，由于部分河段要接納排水系統出水，河槽流速增大，致使徑流流速和徑流量增加，峰值提前。通過恢復河流蜿蜒曲折的自然結構并進行河流生態修復，增大河網水系對洪峰流量的阻滯作用，使暴雨徑流在河道中的滯留時間延長，能夠分散洪峰流量，推遲峰現時間，可在較大程度上降低城市雨洪災害風險，并對城市生物多樣性保護起到積極作用。

[1]張辰.生態衛生（排水）系統在上海世博園區應用初探[J].上海建設科技.2005,(3):30-32.

[2]張辰，鄒偉國.世博園區雨水收集利用技術[J].上海建設科技.2010,(11):34-36.

[3]龔清宇，王林超，朱琳.下萊茵流域河道半自然化-生態防洪與雨水管理案例[J].現代城市研究.2006,(11):32-40.

[4]謝德勒 B.瑞士防洪與河流湖岸生態保護政策[J].水利水電快報.2007,(13):1-2.

[5]彭靜，張祥偉.日本河道環境治理經濟效益評價[J].中國水利.2005,(3):63-64.

[6]Mitsch W J,Jr.Day J W.Restoration of wetlands in the Mississippi–Ohio–Missouri(MOM)River Basin-Experience and needed research[J].Ecological Engineering.2006,26(1):55-69.

[7]Woo H.Trends in ecological river engineering in Korea[J].Journal of Hydro-environment Research.2010,4(4):269-278.

[8]龔清宇，王林超，朱琳.基于城市河流半自然化的生態防洪對策-河濱緩沖帶與柔性堤岸設計導引[J].城市規劃.2007,(3):51-57.

[9]Sieker F.On-site Stormwater Management as an Alternative to Conventional Sewer Systems:A New Concept Spreading in Germany[J].Water Science and Technology.1998,38(10):65-71.

[10]Sieker H,Klein M.Best management practices for stormwater-runoff with alternative methods in a large urban catchment in Berlin,Germany[J].Water Science and Technology.1998,38(10):91-97.

[11]Mays L W.Stormwater collection systems design handbook[M].New York,USA:McGraw-Hill,2001.

[12]呂永鵬.平原河網地區城市集水區非點源污染過程模擬與系統調控管理研究[D].上海：華東師范大學,2011.

[13]鐘春節，呂永鵬，楊凱，等.國內外城市雨水資源利用對上海的啟示[J].給水排水.2009,35(S2):154-158.

[14]Ciria.Sustainable Urban Drainage Systems:Design Manual for Scotland and Northern Ireland.[M].London,UK.:Cromwell Press,2000.

[15]Vernon B,Tiwari R.Place-Making through Water Sensitive Urban Design[J].Sustainability.2009,29(1):789-814.

[16]Villarreal E L,Semadeni-Davies A,Bengtsson L.Inner city storm water control using a combination of best management practices[J].Ecological Engineering.2004,22(4-5):279-298.

[17]盛麗敏，鄒偉國，張辰，等.城市雨水淺層地下蓄滲技術及其應用研究[J].城市道橋與防洪.2008,(6):44-47.