可持續雨水管理與海綿城市構建的美國經驗

黃金良*，王思齊，盧豪良

（1.廈門大學環境與生態學院，福建廈門 361011；2.美國環保署，美國華盛頓DC 20004）

中國政府自2013年起提出構建海綿城市的理念并由中央財政支持30個海綿城市建設試點。海綿城市的構建被視為增進城市防澇能力的重要舉措，其做法是通過加強城市規劃建設管理充分發揮建筑、道路和綠地等基礎設施對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用以有效控制雨水徑流。海綿城市的構建是一項大規模的系統工程。在水資源的管理上，美國具有悠久的歷史和豐富的經驗。早在1899年美國就頒布了“Refuse Act of 1899”，規定除了得到陸軍部的許可，任何垃圾廢物都不得投入水體。1972年聯邦《清潔水法》（Clean Water Act, CWA）頒布后，定點排放水體的許可證審核權被轉到聯邦環境保護署用來執行水污染物排放許可證制度（NPDES）各項凈水的工作。陸軍工兵署（U.S. Army Corps of Engineers）仍繼續執行CWA 404許可證之審核與發放并同時負責濕地、河流、湖泊、近海等水體的管理。在《清潔水法》中，幾乎所有的水體（包括地表徑流）都被視為國家的資產而被稱為Waters of the United States。經過半個世紀的精心管理，美國水資源已趨清凈。

海綿城市構建的要義在于打造一個可持續的雨水管理體系，它至關重要并富有生態文明建設的積極意義。可持續發展是國家的基本國策，是維持國家安全穩定的基石。海綿城市理念合乎生態平衡的水資源管理做法是保證可持續發展的核心要件。我們強調海綿城市構建要以保育水資源為目標，促使地表徑流能順利回注入地下水庫為首要任務。基于此，我們將梳理可持續雨水的管理系統，思考海綿城市的科學規劃標準，對比美、中兩國在水資源管理上的經驗，提出當前中國海綿城市建設需要注意的問題，并謀求一套有效可用的做法，供國內有關單位在規劃海綿城市時參考。

1 中國城市內澇現狀分析與海綿城市構建思路

1.1 國內海綿城市規劃綜述

相較國外而言，我國海綿城市的相關研究與實踐雖尚處起步階段，但有一定相關經驗，且已引起各級政府部門的高度重視。據住房和城鄉建設部（以下簡稱住建部）2010年對我國351個城市進行的排澇調研結果顯示，之前三年間有62%的城市發生不同程度的內澇，情況甚至蔓延到干旱少雨的西北部城市。所以，從傳統的雨洪管理模式轉變到新型高效的生態化雨洪管理模式勢在必行。

國內城市以往在防澇方面的舉措，包括建設人工濕地、人工造湖等，均是海綿型城市建設的有機組成部分。2000年起，北京啟動建立各類蓄水集雨工程[1]； 2002年，《中國城市水資源可持續開發利用》研究報告發布，估算了我國城市雨水利用潛力[2]； 2006年，建設部頒布了《建筑與小區雨水利用工程技術規范》，為實現雨水資源化、節約用水、修復生態環境、減輕內澇等做出技術規定，并作為國家標準實施[3]； 2013年，國家頒布了《城鎮排水與污水處理條例》和《國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》，強調防治內澇和污水處理的重要性。2014年起，海綿城市建設得到了更多政策上的支持，并得以大力推進。住建部在《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》中明確提出建設海綿城市，在城市開發中盡可能地降低對生態環境的影響，并針對技術問題提出解決辦法[4]。2015年10月，國務院辦公廳頒布《關于推進海綿城市建設的指導意見》，提出海綿城市建設目標核心是使70%的降雨就地消納和利用，并指出，到2020年，20%的城市建成區要達到要求，到2030年，80%的城市建成區要達到要求[5]。同年財政部公布了包括廈門、萍鄉、武漢等16座海綿城市建設試點名單[6]。

2016年2月，財政部、住建部、水利部辦公廳頒布《關于開展2016年中央財政支持海綿城市建設試點工作的通知》，大力支持海綿城市建設[7]。2016年4月，包括北京、天津、上海、福州在內的14座城市入選第二批海綿城市建設試點城市[8]。同年3月，住建部印發《關于海綿城市專項規劃編制暫行規定的通知》，要求各地于10月底前完成海綿城市專項規劃草案，按程序報批。在這樣的政策背景下，全國目前已有130多個城市制定了海綿城市建設方案[9]。近年來，我國學者針對城市降雨徑流模擬分析與徑流控制技術、城市綠色基礎設施、海綿城市規劃方法和管理策略等也開展了廣泛而深入的研究[10,11]。

1.2 我國城市內澇主要原因分析

城市內澇是指由于強降水或連續性降水超過城市排水能力致使城市內產生積水災害的現象。在自然條件下，地表徑流量應為10%，應有40%的蒸發量；受制于城市化影響，地面硬化率高，地表徑流量上升到55%，地下滲流量低（圖1）。這大大增加了城市排水壓力和城市內澇風險。近年來，我國無論是沿海還是內陸、南方或北方的城市都屢次發生嚴重的城市內澇。這其中，氣候變化是誘因，城市化建設大規模改變地表徑流是主因，城市排水系統建設滯后、缺乏生態化城市建設理念和相關規劃是制約我國城市防洪排澇工作的關鍵。

1.2.1 極端暴雨事件增加與城市熱島效應

超強降雨量引發的城市內澇，已成為我國城市的通病。許多城市面臨逢雨必澇、“下雨天看海”的狀況，已嚴重威脅群眾的生命財產安全。如武漢，幾乎每年都會有強降雨導致當地城區發生內澇[12]；2012年7月發生在北京的特大暴雨造成79人喪生；2015年5月20日，廈門暴雨，全市多處積水，許多車輛被困其中。此外，由于城市熱島效應，城市與郊區形成了一個晝夜相反的熱力環流。此效應會增加城市暴雨出現概率，使降水更集中，內澇更嚴重。

1.2.2 城市盲目擴張與城市規劃不到位

一方面，城市的盲目擴張，如填海造地等，使原本具有自然蓄水、調洪錯峰功能的洼地、山塘、湖泊、水庫等被人為地填筑破壞或填為他用，降低了雨水的調蓄分流功能[13,14]。另一方面，城市規劃趕不上城市化步伐，如城市功能區劃不明確，政府相關部門缺乏對城市雨水管理的專項規劃[15]，現行規劃體系在面對雨水徑流污染，城市內澇等突發問題時常常顧此失彼，缺乏綜合性、多目標的治理指導[16]。

1.2.3 城市排水系統建設滯后

由于歷史原因并限于經濟條件，我國早期城市建設采用的是蘇聯的排水模式，到目前為止已沿用了數十年[17]，但排水系統規劃設計的邊界條件已發生了巨大的變化；隨著城市化的快速推進，城市地區徑流系數快速增加，對排水管渠產生了極大的壓力；城市水面率越來越低，內河調蓄功能銳減，每逢暴雨，河道水位快速升高，排水管渠的出水沒有出路。在這些邊界條件下，受限于落后的排水系統，內澇災害的發生成為必然[18,19]。另外，我國排水系統建設規劃設計起步較晚[20]。2011年版的《室外排水設計規范》才首次確立了內澇概念，2014年的修改版進一步提高了設計標準，2017年正式發布《城鎮內澇防治技術規范》（GB51222—2017）和《城鎮雨水調蓄工程技術規范》（GB51174—2017）兩部國家標準。

圖1 城市化前后地表徑流入滲量變化

1.3 海綿城市構建思路

習近平總書記多次提出建設“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市。這三個“自然”強調，海綿城市的首要優點是將雨水“變廢為寶”進行收集利用，強調利用生態的方式加強城市雨水管理能力。雨水多留少排，提高雨水利用率，在城市開發中盡可能降低對生態環境的影響，是海綿城市建設的基本理念[21]。據《海綿城市專項規劃編制暫行規定》[22]，應根據城市降雨、土壤、地形地貌等因素和經濟社會發展條件，綜合考慮水資源、水環境、水生態、水安全等方面的現狀問題和建設需求，堅持問題導向與目標導向相結合，因地制宜地采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施。

海綿城市的建設，體現在四個相對傳統發展方式的“轉變”：從“以需定供”轉變為“以供定需”；從“開發強度控制”轉變為“兼顧對環境低影響的開發建設強度控制”；從“末端治理”轉變為“源頭減排，過程控制、系統治理，統籌建設”；從“傳統快排模式”轉變為“滲、滯、蓄、凈、用、排”[23]。“滲、滯、蓄、凈、用、排”六個字可概括為海綿城市的建設技術要素。

2 可持續雨水管理的美國經驗

清凈的水資源來自不受污染的雨水。美國的雨水管理始于20世紀90年代初期。雖然聯邦《清潔水法》在1972年就完成立法，但由于龐大的管制范圍及在雨水監、測、管上的困難，美國環境保護署一直沒有成功地推出一套辦法來管理雨水。基于此，經由雨水排放造成的水污染就成為美國水質惡化的禍首。

1987年《清潔水法》修訂后，在國會的敦促下，美國環境保護署才推出一套雨水管制辦法把雨水排放納入于 NPDES（National Pollutant Discharge Elimination System）管制系統中，并規定：①雨水排放單位（如城鄉及工業區）需要申領NPDES許可證；②雨水排放單位需要制定雨水污染防治手冊（Storm Water Pollution Prevention Plan, SWP3）；③雨水排放單位需要執行SWP3中提出的最佳管制措施（Best Management Practices, BMPs）；④雨水排放單位需要取樣化驗，保證排放雨水的水質，達到許可證中規定的標準。至此，美國在20世紀90年代后期達到了雨水“清凈”排放的目標。

長久以來美國陸軍工兵署一直負有保護管理濕地、河流、湖泊等水體的責任。任何對水體的行動都需先得到陸軍工兵署CWA 404許可證，按證中的規定來采取行動。同時陸軍工兵署負有責任去執行水體的保育、修整及復原等工作。在這種管理系統下，濕地受到保育或補償。水體周邊區域獲得維護及修整，河流湖泊得到可持續的生態復原。這樣美國的水資源就可在清凈后能再進一步得到保育。

作為水資源的守護者，美國陸軍工兵署于2002年提出環境持續之水管理概念（water management for environmental sustainability），強調生態平衡、涵養水源的重要性。之后美國環境保護署也于2010年提出類似政策。由于環境持續性的強調，生態平衡受到普遍重視。水源存儲目前已成為陸軍工兵署的首項重點工作，自然蓄水機制（如森林濕地的蓄水功能、地下水庫之恒續補注）也得到廣泛探討。至此，美國水管理又再次得到改進完善，在清凈保育后再加上存蓄的做法。

綜合清凈、保育、存蓄的水資源管理模式將使大自然的水循環系統更趨健康。美國環境保護署資料顯示，在自然情況下應有50%雨水滲入地下而只有10%的雨水滯留在地表形成徑流，所以讓雨水回歸地下不但可維護生態平衡，也兼收蓄水防洪之效益。這就是美國可持續雨水管理的核心做法。

3 美國在守護水資源上的實際做法

美國實現可持續環境資源管理的基本策略是守護水資源，這也一直是美國陸軍工兵署過去30年在環境安全執行上的核心目的。基于此，“促進水循環健康，強化蓄水機制”就成為可持續水資源管理的重要工作目標。綜觀近年來美國的發展情況，其水資源管理的主要執行任務包括：①濕地經管；②雨水匯積；③蓄水與流域管理。

3.1 濕地經管

濕地經管的中心構想是對涉及濕地、在濕地中或在其周圍（此處濕地包括自然濕地與人工濕地）進行的任何活動都加以管制，以期達到保護、復原、優化，提升濕地的功能和價值的目的。

因此濕地經管的具體做法為：①通過設定濕地的指定用途，如防止水污染、儲放雨水、發揮緩沖功能、提供野生棲息地，或防制洪災來達到保護濕地的目的（簡言之，就是保護濕地的功能與價值）。②以法規管制任何涉及自然濕地的活動，以盡量降低發展或土地使用項目對濕地所造成的傷害或沖擊。陸軍工兵署在核發CWA 404許可證時就是依據這項考量來決定的。③若濕地遭受傷害或沖擊，則依法規要求開發或活動單位進行濕地的再造與復原，以補償的方式恒續濕地的功能與價值。④在水質不符標準的地區以創建人工濕地的方式來改進當地的水質，如動物污水人工濕地處理、水環境非點源人工濕地處理。

3.2 雨水匯積

雨水匯積的目的有三：①防治水污染；②減少洪災；③保護水資源。雨水匯積通常經由下述三個方式來達成：①自然濕地；②人工積水潭；③注水溝井。

自然濕地有儲放雨水的功能，其經管的辦法前已述及。人工積水潭是指以工程的方式在地下或地面構建一個儲水池塘，使雨水徑流能停留在這個結構中。若該潭設有出水口，則暫時儲存雨水后讓其流入其他水體的稱為滯留池。若該潭不設出水口，而讓雨水長期滯留其中使雨水經由過濾下滲慢慢到達地下水層里的稱為沉淀池。注水溝井亦是以工程的方式在地層中構建一個溝或井使雨水徑流能快速下滲流到地下水庫里。注水溝較淺構建在河湖等大水體附近，而注水井則需要有相當深度以透過地下的不透水層。兩者上方均鋪有碎石及砂土，兩者也都有過濾雨水引導雨水滲入地下水庫的功能，同時兼具防洪效益。近年來由于綠色建設的大力強調，以植物為主的一些雨水匯積構想也得到廣泛的探討，其中以構建雨水庭院及低影響開發最受關注。

3.3 蓄水及流域管理

（1）蓄水及流域管理依其定義通常指的是水資源綜合管理（Integrated water resources management, IWRM)。這是整合水源保育與河流管理的一套全方位、系統性做法。它包含多種長期復雜的工作項目，需要各級政府的協力合作和社會大眾的支持。因此各種項目之間的協調至關重要，要求政府各部門如城建、水務、環生等的充分協作。此管理系統涉及各方面的考量，包括水質、水量、植生保護、生態平衡、土地規劃利用、社區發展和全區管控機制。

（2）蓄水及流域管理政策，要使IWRM行之有效，下列政策必須先行到位：①維持生態平衡的水量分配；②核發用水涉水許可證；③安全排放生活、工業用水及廢水；④管控農業用水及肥料/農藥；⑤訂制各項用水的水質標準；⑥修訂地下水抽取/使用的法規；⑦制定飲用水及各類用水政策；⑧水土保育；⑨將水源/濕地保育納入國家社會經濟發展議題中；⑩嚴格規范對水有影響的入侵物種。

（3）蓄水及流域管理項目，流域管理具體要做的項目有八類：①土地使用規劃；②土地保育；③水域緩沖帶保護；④優勢區域設計；⑤沖刷與沉積控制；⑥雨水最佳管理措施；⑦非雨水排放；⑧流域守護。

最后值得一提的是，IWRM執行所需的經費龐大。除各級政府負擔外，部分費用也需由受益人來負擔。因此美國土地房屋稅中征收下述兩項稅：①雨水/洪水控制稅（Stormwater/Flood Control）；②清水案費（Clean Water Act Fee）。這種做法不但合乎公平付費的原則，也可增加大眾對水資源安全的重視。

4 美國雨水管理實例及其對海綿城市構建的啟示

4.1 硬件工程措施

從美國馬里蘭州的喬治王子郡正在開展的項目來看，可持續雨水管理基本硬件工程結構包括5個，即暴雨排水、注水井、注水溝、沉淀池、滯留池，見圖2。

由這些硬件工程結構組合構成了可持續雨水管理系統5個：①暴雨排水加沉淀池或滯留池；②注水溝；③注水溝組合加沉淀池或滯留池；④注水井加暴雨吸收洼地；⑤注水井加暴雨吸收洼地、沉淀池或滯留池。圖 3列出了兩個典型的可持續雨水管理系統。

4.2 非工程措施

除了建造導水滲水等硬件設施，要想成功地發揮海綿城市應有的效應仍有賴以下各項配套軟件措施的推動。

4.2.1 保持城市地面潔凈

眾所周知，雨水污染是現今各種水體污染的禍首。如果雨水受到污染，則滲注進入地下水層的不潔凈雨水，將會使原本潔凈的地下水變得不再潔凈。因此，如何使“地面潔凈”，以讓雨水能在不受污染的情況下滲注入地下水層，仍是海綿城市構建后面臨的一項最大挑戰。

根據觀察，城市地面不能保持潔凈乃由于垃圾及廢棄物管理不力所造成。我們認為，讓環衛工人不斷清掃不是解決問題的好辦法，因為污染雨水的油垢及食渣是無法以這種方式掃掉的。以法規制止亂擲、亂倒、亂排才是有效的治本做法。

4.2.2 完善相關法規的制定與執行

雨水污染防治及海綿城市維護都需要法律的規范才能推動。完善清潔水法及垃圾管制法及其執行，讓城市地面保持潔凈，讓導水滲水設施不被淪為垃圾場，就成為構建海綿城市后不可忽略的一項重要工作。

基于此，類似美國清潔水法中對雨水管理所制定的一系列規定如雨水污染防治手冊（SWP3）及最佳管理措施（BMPs）都是我們所應參考的一些做法，以法規杜絕亂擲、亂倒、亂排是保持雨水潔凈的不二法門。

4.2.3 設施維護與功能檢查

海綿城市建成后，能否有效發揮其預期效益是依據其“導水”及“滲水”設施的功能狀況而決定的。因此，設施維護與功能檢查至關重要。基于此，海綿城市的系統管理必須到位并有保障，使海綿城市各項硬件設施能夠隨時保持在“可用狀態”，可讓雨水徑流迅速經由導水、滲水設施流入地下。

4.2.4 單位協調與系統管理

海綿城市是個系統工程，其規劃、構建與管理涉及建筑、道路、綠地、水系等多項系統。在管理時需要規劃科學標準，并須協調城建、水務、環生等部門能夠充分“齊步走”，才能讓海綿城市的效益充分發揮出來。

4.2.5 以公共事務模式經管

雨水污染通常是所有居民造成的，因為地面不能保持潔凈是整個社區亂擲、亂倒、亂排所致。基于“人人污染人人付費”的道理，雨水污染防治所需費用也應由當地所有居民負擔。美國喬治王子郡之雨水污染防治及硬件工程措施的構建費用均是由當地居民以納稅方式負擔下來。因此，雨水管理與海綿城市需被納入地方公共事務系統中才符合“誰污染誰付費清理”的原則。

圖2 可持續雨水管理工程措施（編號a～e）和注水井設計圖（編號f）

圖3 美國喬治王子郡典型可持續雨水管理系統

4.2.6 強化繼續教育提高民眾覺醒

由于雨水污染防治是一項公共事務，它需要當地所有居民的配合才能有效達到凈水的目標。因此每一位居民都須認識到保持地面潔凈才能保持雨水潔凈，有了潔凈的雨水才有安全的飲用水，有了潔凈的雨水，居民清潔水費用負擔才會減輕。

要讓居民認識到上述因果關系，保持地面潔凈，不向雨水排放管道亂倒廢水廢物。繼續教育是提高民眾覺醒常用的一種做法。因此，將雨水管理納入繼續教育推廣課程中是一項值得去做的事。讓大眾知道向雨水排放管道亂倒廢水廢物后，受害者就是當地民眾的道理。

4.3 海綿城市與水資源管理

海綿城市有促進水循環及生態平衡之功能。因此，它的構建與經管必須要納入當地水資源綜合管理體系中，并以可持續性清水、保水、存水為其經管的核心目標。所以海綿城市的規劃、構建、維護與經管不但要有宏觀意識，也要能配合水資源綜合管理的目標與策略。可持續性水資源綜合管理概念簡述見圖4。

5 結語

海綿城市是以人工方式強化城區地表的滲水與蓄水機制，它有促進大自然水循環及維護生態平衡的作用。美國馬里蘭州喬治王子郡在2016—2018年曾大規模構建雨水滲蓄設施，以防治雨水徑流造成的水患及促進水循環的正常運轉。如今部分已建好的設施也開始并發揮預期的效應。2018年5月26—28日馬里蘭州及華盛頓特區遭遇強烈暴雨侵襲，在離喬治王子郡北方不遠的埃利科特市發生了嚴重的水患。但這場暴雨沒有給喬治王子郡帶來嚴重的水淹事件。這多少與喬治王子郡構建的雨水滲蓄設施有關。

這次馬里蘭州的水患說明了喬治王子郡的做法是行之有效的，在實際運作上也是可行的，這也進一步證實了該郡的治水戰略是正確的。喬治王子郡的做法非常值得國內構建海綿城市時的參考。它的做法是不以鋪設透水磚的方式而以暴雨吸收洼地、滯留池等方式來構建海綿城市，因為該郡認為透水磚的滲水效果不夠明顯。

圖4 可持續性水管理與海綿城市構建概念框架