案例实践 | 绿色基础设施与美国城市雨洪管理的智慧

快速城市化背景下，城市自然地表被人工不透水面分割，不仅增加城市洪涝灾害风险，也污染城市水环境，影响居民生活质量。国内外为应对城市雨洪管理难题已进行了一系列自然渗水储水的可持续发展方法探索，如美国的雨洪最佳管理措施（BMPs）、低影响开发（LID）和绿色基础设施（GI）理念，英国的可持续城市排水系统（SUDS），澳大利亚的水敏感城市设计（WSUD），新西兰的低影响城市设计与开发体系（LIUDD），日本的雨水储存渗透计划，以及我国新兴的海绵城市建设等（图1）。面对城市复杂的水生态、水环境和水安全问题，这些政策反思以往“灰色”基础设施这类单一的工程措施，认为应寻找更加多样、多尺度的自然生态方法，通过模拟自然生态系统特征，在源头吸收、减缓和过滤雨水，实现良性的城市水循环。

图1  各国对雨洪管理的可持续发展探索

1  美国城市雨洪治理模式转变——绿色基础设施的出现

美国城市雨洪治理的探索发展历经了雨污分流、场地滞留、总体规划、水质管理和可持续发展五个阶段。20世纪以前，城市降水在美国通常被视作废水而非可利用的资源，城市雨洪管理以建设传统雨水管网（灰色基础设施）促进雨水快排为主。1950年代，大多数城市建立了较为完善的排水设施，“雨污分流”模式得到广泛推广。1972年《清洁水法》（Clean Water Act）颁布，美国环保署开始不断加强对城市水量和水质的监管。1970年代最佳管理措施成为新型城市降雨径流控制体系中最具代表性的理念，一系列场地滞留设施被应用于雨洪管理实践中。1980年代对雨水径流的控制由场地转变为区域及流域的整体规划，许多城市通过编制总体规划缓解雨洪问题。1980年代中后期美国开始关注面源污染问题，并于1987年颁布《水质法案》，将雨水排泄纳入国家排放污染物消除制度（NPDES），同时最佳管理措施被推广应用于雨水水质控制。1990年代初，美国环保署推出针对某一水体的单日最大污染负荷容量（TMDL）要求，促进了流域尺度的水质管理。20世纪末，雨洪管理进入基于可持续发展的新时期，其中低影响开发理念强调恢复雨水下渗的自然生态过程，对雨水进行分散式小规模的就地净化。21世纪开始的绿色基础设施战略，进一步丰富了多尺度可持续的雨洪管理模式（图2）。

图2  美国城市雨洪管理发展历程

1990年代，基于最佳管理措施和低影响开发的推广成果，绿色基础设施（GI: Green Infrastructure）概念在美国形成，其核心是将城市绿色空间提升为一个系统，由城市周边区域及城市内部空间的一切自然、半自然和人工的多功能生态网络组成。城市开放空间、湿地、公园、生态停车场、雨水花园、绿色屋顶和其他自然地域组成的绿色网络作为城市支持系统的一部分，成为支持城市和社区发展的必要基础设施。城市雨洪管理策略由此转变为大规模排水管网与小规模分散的绿色基础设施的结合，在削减城市灰色基础设施负荷的同时，也达到环境—经济—社会复合效益。绿色基础设施的提出使社会科学与自然科学联系更加紧密，能够从整体上组合和维护城市空间系统功能，对城市规划和雨洪管理发挥至关重要的作用。

2  绿色基础设施系统构成要素

绿色基础设施是一个在空间尺度上由中心、连接廊道和小型场地组成的自然与人工要素绿色空间系统（图3）。基于绿色基础设施理念的城市雨洪管理策略，核心是将城市中各个层次的绿地系统与雨洪管理有机结合，在不同的城市区域和空间尺度下具有不同的构成方式和功能侧重。雨水径流通过绿地以自然下渗的方式被吸收或排除，能够有效地改善水质和空气质量，补给地下水，降低城市热岛效应，美化城市环境，改善动物栖息地，增强环境的适应性和弹性。

图3  绿色基础设施系统构成

（1）中心：绿色基础设施体系的中心主要分布在城市的外部或城乡交界的过渡地带，以及城市内部较大的自然区域，如国家生态保护区、国家公园、森林、农田、城市公园、城市林地及公共开放空间等。中心作为绿色基础设施的主导部分，是承担多种自然过程的城市自然基地，对调蓄雨洪和净化雨水径流有着重要作用。

其中雨洪公园是近年来国内外的建设热点。雨洪公园通常是将濒临消失的湿地建设为具有生态服务功能的绿色基础设施网络中心，从而解决城市雨洪排放和储蓄问题。在防止洪涝灾害发生的同时为居民提供休闲娱乐场所。哈尔滨群力公园是国内雨洪公园建造的典范，通过湿地四周布置的进水管道收集雨水，经过外环池塘净化进入湿地，实现了雨水径流的排放、滞留和净化（图4）。

图4  哈尔滨群力公园

图片来源：设计平面图来自https://www.turenscape.com/project/detail/435.html；实景图来自网络

（2）连接廊道：连接廊道是满足城市雨洪调节，并作为动物迁徙通道的生态廊道，是中心、小型场地之间关联的纽带。如自然保护廊道、河流、城市绿带以及城市内的道路、排水管网、河道等，均可作为连接廊道，达到减缓雨水径流速率，加快径流排出和提供动植物栖息地的效果。位于河北迁安的三里河城市生态廊道，综合运用雨洪生态管理的渗透、滞留和净化技术，将截污治污、城市土地开发和生态环境建设有机结合，构建了一条贯穿城市的生态绿道（图5）。武汉有轨电车建设中尝试在轨道间种植植被，构建了灰色基础设施与绿色基础设施结合的城市生态廊道（图6）。

图5  迁安三里河生态廊道示意图

图片来源：https://www.turenscape.com/project/detail/4558.html

图6  与电车轨道结合的城市生态连接廊道

图片来源：作者摄于武汉市关谷

（3）小型场地：小型场地是分布广泛，通过廊道连接或者独立存在的小尺度生态节点，包括庭院、街道花坛、小型水体、绿色屋顶、生态停车场等。城市中小型场地的城市雨洪管理效果最为明显，适宜就地进行雨水的收集、净化、再利用。常用的例如雨水花园，通常由表面存储区、植物层、栽培基质层、工程土壤层和出水控制区组成（图7）。雨水经过滤下渗处理后进入雨水口，削减了管网压力，同时对污染物有良好的控制效果。因其占地面积相对较小，设计灵活，可广泛用于居住区、商业区、道路两侧以及停车场（图8）。

图7  雨水花园3D示意图

图片来源：参考文献[1]

图8  路旁雨水花园

图片来源：作者摄于镇江市第一人民医院

绿色屋顶也是一种应用广泛的小型绿色基础设施。屋顶作为城市中重要的下垫面空间，绿色基础设施建设潜力巨大。雨水流经屋顶植被时，渗透到绿色屋顶的后延防水层，然后汇集流入屋顶的雨水斗经过雨水落管，最后排至雨水管或雨水花园中，减少了地表径流量（图9,图10）。

图9  屋顶绿色基础设施3D示意图

图片来源：参考文献[1]

图10  居住社区屋顶花园

图片来源：作者摄于昆明市美璟欣城小区

3  美国城市雨洪管理的智慧——多元化的激励策略

雨洪管理是一个长期、动态的复杂过程，它涉及城市管理的多方面内容和多利益主体，包括政府（政府官员、规划师和工程师等专家）、市场（土地所有者、承包商和绿色基础设施设计者）和市民社会（非政府环保组织、社区领袖和社区居民）。虽然美国新一代雨洪管理措施已有数十年实践，但其推广速度并不尽如人意，为此各地政府纷纷出台一系列绿色基础设施激励策略以促进其发展。

（1）自上而下强制性政策。绿色基础设施推广最早由政府强制推动建设，即政府对每个用户收取雨洪管理费用和增加不透水面的处罚。例如1980年代以前，费城政府依据居民和企业安装水表的口径大小，每月向其收取固定的雨洪管理费用，水表口径越大，收费越高；1990年代后开始讨论收费标准由水表尺寸向地块转变；至2002年，费城水利局基于城市居住用地总面积和不透水面积比例，开始对所有居民收取基于地块的雨洪管理费用，且增加不透水面建设即要收到行政处罚。

（2）自下而上免费公益性政策。对于居住用地，进入21世纪以来，美国多地政府开始尝试向试点社区免费发放雨水回收桶（rain barrel，图11），鼓励居民自主收集雨水。居民可向政府提交申请，大大提高了住宅的雨水回收利用率。

图11  雨水回收桶

图片来源：https://www.vcg.com/creative/1004755858

（3）经济激励机制。为了鼓励私有土地所有者对其地块不透水面进行改造，美国政府推出多种经济激励创新政策。例如2007年华盛顿“智慧河流计划”（River Smart Programs），对在私人土地上自愿建设的绿色基础设施提供补贴，居民、小企业、学校和教堂通过申请还可获得对其房产雨水管理技术的评估和建议。2010年费城水利局开始实行不透水面积和总面积奖励政策，非居住用地所有者将不透水面改造成绿地可获得奖励。同年开始执行“国家排放污染物消除制度”（NPDES）奖励，规定土地所有者如果证明其所有土地或建筑符合NPDES排放许可，即获得7%的雨水管理费用。

因绿色基础设施的建设和维护成本较高，以上奖励政策普遍缺乏吸引力，申请人数较少。为解决这一困境，政府采取了多种投资补偿措施。例如，2011年纽约环保部联合多部门成立了绿色基础设施专项小组（Green Infrastructure Work Group），旨在通过推出资金资助计划增加绿色基础设施项目，主要面向个人及企业的绿色街道、屋顶花园、雨水公园等项目的前期建设。2012年费城水利局推出雨水支票（Rain Check）项目，为居民提供改造房屋入口路面或建设雨水花园的前期资金。同年费城还颁布了雨水管理奖励项目（Stormwater Management Incentives Program），通过评估地块的雨洪管理效果，对商业土地所有者提供绿色基础设施建设的前期费用或低息贷款。2014年，水利局出台了“绿色英亩”改造项目（Greened Acre Retrofit Program），1绿色英亩表示1英亩在合流下水道服务区内的不透水面至少有1英寸的降雨是通过绿色基础设施来管理控制的^[2]。承包商申请后可为土地所有者设计具体的绿色基础设施并进行后期运营和维护，目前在购物中心或商业街区应用较广，该项目于2017年实现了1000英亩（约405h㎡）的改造目标。

4  思考

随着海绵城市概念的推广，我国开展了诸多基于绿色基础设施的雨洪管理建设实践。美国在雨洪管理方面的探索实践、机制创新可以为我们的实践提供以下启示：城市雨洪管理需从流域层面整体考虑，再向城市、社区层面逐步分解，最终落实到地块层面，我国现状多关注于工程建设而忽视了宏观尺度下的雨洪管理目标和实施路径；同时，应发掘城市绿色基础设施的多功能性，因地制宜地实现雨水资源管理与城市公共空间利用的结合。城市雨洪管治涉及多方主体，有赖于市政、水利、环保、园林、规划等多个政府部门以及开发商和市民的沟通合作。政府作为管治主体可学习美国设立跨部门的专项管理机构，通过多样化的激励措施，鼓励市场和社会的多方参与，减轻政府财政负担。

参考文献

[1] PWD: Philadelphia Water Department. Green City, Clean Waters: Green Infrastructure Maintenance Manual[Z]. The Commonwealth of Pennsylvania Department of Environmental Protection: Philadelphia, PA, 2016.

[2] ROUSE D C, BUNSTER-OSSA I F. Green infrastructure: a landscape approach[J]. American Planning Association, Apa Planning Advisory Service Reports, 2013(571): 1-164.

本文作者来自南京大学数字城市规划工程技术研究中心团队，该团队在生态规划和海绵城市建设方面有多年研究积累

作者：李沐寒，南京大学建筑与城市规划学院，硕士研究生

尹海伟，南京大学建筑与城市规划学院，副教授

胡宏，南京大学建筑与城市规划学院，副研究员

延伸阅读

编辑：张祎娴

排版：赵大伟

本文为本订阅号原创

欢迎在朋友圈转发，转载将自动受到“原创”保护