羅賢達(dá) 李翠梅

摘要 隨著城市的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的“末端”雨水處理措施已經(jīng)不適用。低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）是一種通過源頭分散控制理念實現(xiàn)雨水控制與利用的雨水管理理念?？偨Y(jié)了低影響開發(fā)的主要措施及研究進(jìn)展，討論了其在推廣過程中的障礙和局限性，提出了低影響開發(fā)在推廣過程中的解決方案，展望了低影響開發(fā)技術(shù)在我國的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 低影響開發(fā)；雨水管理；研究進(jìn)展；應(yīng)用前景

中圖分類號 S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05203-04

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城市化過程不斷擴(kuò)張，不透水面積逐漸增加，一方面導(dǎo)致地表徑流和洪峰流量增加，徑流系數(shù)增大，匯流時間縮短，地下水補(bǔ)給量減少；另一方面影響城市氣候特性，導(dǎo)致城市“熱島”效應(yīng)。在暴雨過程中，地表徑流的增大增加了洪澇災(zāi)害的可能性，將會給人民的生產(chǎn)生活帶來巨大的威脅和損失。因此城市的發(fā)展需要具有可持續(xù)性的雨洪管理新措施，低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）就是基于此基礎(chǔ)而提出的一種新的雨水管理理念，最早于20世紀(jì)90年代初由美國馬里蘭州的王子喬治郡以雨水花園為基礎(chǔ)提出的[1]，目前在一些發(fā)達(dá)國家如美國、加拿大、澳大利亞和英國等國家都得到很廣泛的實際工程應(yīng)用。如美國的“最佳管理措施”（Best Management Practices，BMP），澳大利亞的“水敏感性城市設(shè)計”（Water Sensitive Urban Design，WSUD），英國的“可持續(xù)性排水系統(tǒng)”（Sustainable Urban Discharge System，SUDS）等，都是基于此理念開發(fā)出來的雨洪管理措施。

LID從源頭分散控制污染并利用雨水資源，不僅改善了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)中的矛盾，也在水資源短缺的情況下提高雨水利用效率。它是通過采用各種分散、小型、多樣、本地化的技術(shù)來維持開發(fā)前原有水文條件，盡量減少開發(fā)場地的不透水面積，控制徑流污染、減少污染排放，實現(xiàn)開發(fā)區(qū)域的可持續(xù)水循環(huán)。

1 低影響開發(fā)（LID）措施

1.1 生物滯留 生物滯留（Bioretention），又稱雨水花園，一般由礫石層、砂層、種植土壤層和蓄水層等組成，通常設(shè)置在停車場、居住區(qū)和商業(yè)區(qū)等場所。來自強(qiáng)降雨過程中不透水路面的雨水流入生物滯留區(qū)，經(jīng)土壤、微生物、植物的一系列生物、物理、化學(xué)作用實現(xiàn)雨洪滯蓄和水質(zhì)處理。生物滯留技術(shù)將雨水管理技術(shù)與景觀設(shè)計相結(jié)合，在滯留雨水的同時又可提供景觀價值。

通過生物滯留技術(shù)既可減少地表徑流量，又可減少市政雨水管網(wǎng)承擔(dān)的負(fù)荷，通過減少溢流發(fā)生，可保護(hù)受納水體水質(zhì)和減少河岸侵蝕。已有研究表明使用生物滯留系統(tǒng)對減少徑流量和洪峰有很好的效果，通過對停車場的實地研究發(fā)現(xiàn)，生物滯留可以減少97%～99%的地表徑流量和洪峰流量[2]。在小強(qiáng)度降雨事件中，生物滯留可以完全滯留徑流流量。滲透和蒸發(fā)作用在滯留徑流的過程中起到很重要的作用，Chapman等發(fā)現(xiàn)通過生物滯留系統(tǒng)的滲透和蒸發(fā)作用可以減少48%～74%的徑流量[3]。

從現(xiàn)有研究成果可以發(fā)現(xiàn)，生物滯留系統(tǒng)對各污染物的平均去除效果較顯著[4]。其中總懸浮物（TSS）滯留率最高且穩(wěn)定，生物滯留區(qū)的微生物降解過程也能很好地去除糞大腸桿菌（FC）[5]和石油類[6]。金屬的平均去除率一般在30%～99%，且土壤中較高的有機(jī)物含量與金屬滯留量具有很高的相關(guān)性（P<0.01）[7]。但生物滯留系統(tǒng)中的介質(zhì)對重金屬的吸附能力是有限的，當(dāng)生物滯留系統(tǒng)使用15～20年后，其累積的重金屬量可能會威脅人們的健康[8]。因此可通過選擇種植植物種類和定期修復(fù)土壤來減少土壤中重金屬累積量，植物對重金屬的吸附量一般占總金屬滯留總量的0.5%～3.3%[9]，但植物與土壤中重金屬累積量對生態(tài)的影響及解決辦法仍需進(jìn)一步研究。

Davis等在實驗室研究了生物滯留系統(tǒng)去除營養(yǎng)物質(zhì)的能力[10]。研究發(fā)現(xiàn)：總磷（TP）的去除率在70%～85%之間，總凱氏氮（TKN）的去除率在55%～65%之間，已有研究發(fā)現(xiàn)生物滯留池能去除大部分的氮化合物，但硝態(tài)氮（NO3-N）的去除率很低只有不到20%，入流強(qiáng)度和持續(xù)時間的不同，硝態(tài)氮的去除效果也會不同。為了提高生物滯留系統(tǒng)硝態(tài)氮的去除率，Kim等指出飽和土壤中存在有利于反硝化的缺氧區(qū)，同時指出報紙屑是很好的反硝化反應(yīng)的碳源，這能較好地提高硝態(tài)氮的去除率，可以達(dá)到80%[11]。但Henderson等在實驗室中發(fā)現(xiàn)沒有種植植物的生物滯留系統(tǒng)比種植了植物的系統(tǒng)能釋放更多的氮和磷[12]。研究者們在尋找生物滯留系統(tǒng)對營養(yǎng)物質(zhì)吸收的最佳條件時發(fā)現(xiàn)：植物種類對生物滯留系統(tǒng)的設(shè)計有很重要的意義。

生物滯留介質(zhì)的成分在系統(tǒng)的性能方面起著重要的作用，Hsieh等證明在生物滯留池中加入砂介質(zhì)可以有很好的污染物去除能力[13]。然而，隨著時間的推移砂介質(zhì)的去除效率會逐漸降低，這是由基質(zhì)有限的生物可持續(xù)活性決定的。Lucas等建議改善生物滯留介質(zhì)的磷吸附材料可以增強(qiáng)系統(tǒng)減少磷復(fù)合的能力[14]。

建筑活動也是會影響生物滯留的性能，在生物滯留系統(tǒng)中，介質(zhì)成分、設(shè)計配置、系統(tǒng)大小、植被和位置的選擇都在系統(tǒng)中起到非常重要的作用。

1.2 綠色屋頂 綠色屋頂（Green Roof）由植被層、介質(zhì)、土壤、排水層及防水層等多層材料構(gòu)成，一般綠色屋頂可分為拓展型綠色屋頂和密集型綠色屋頂。拓展型屋頂幾乎不需要管理養(yǎng)護(hù)，不需要人工灌溉，對屋頂要求不高；在植物選擇上，這類植物幾乎不需要修剪，植物屬于自然類型，在屋頂能自我發(fā)展，自我維持，需要的生長介質(zhì)重量輕，厚度薄。而密集型屋頂則類似于屋頂花園可以為人類提供可活動的花園，它需要像地面花園般的精心養(yǎng)護(hù)，需要較厚的生長介質(zhì)，經(jīng)常要灌溉，對屋頂要求較高。

綠色屋頂對雨水的滯留是通過介質(zhì)的儲存和植物的蒸發(fā)共同實現(xiàn)的，研究發(fā)現(xiàn)，綠色屋頂能較好地削減徑流量、延遲徑流匯集時間、減少洪峰量、提高空氣質(zhì)量和改善雨水水質(zhì)及促進(jìn)能量轉(zhuǎn)換。對于不同植物和介質(zhì)層，綠色屋頂夏天一般可滯留70%～90%的降雨，冬季可滯留25%～40%的降雨[4]。不同的介質(zhì)厚度和屋頂坡度會影響綠色屋頂?shù)臏裟芰?，Van Woert等研究發(fā)現(xiàn)較緩的坡度和較厚的介質(zhì)更有利于雨水的蓄存，其中對于中強(qiáng)度降雨事件，坡度為2%，介質(zhì)厚度為4 cm的屋頂有很好的蓄存效果（P≤0.05）[15]。研究發(fā)現(xiàn)增加綠色屋頂土壤層厚度可以提高系統(tǒng)系能，但整體上介質(zhì)厚度對于蓄存能力的提高效果并不明顯，一般而言，介質(zhì)厚度在2～12 cm之間不會導(dǎo)致較明顯的滯留量。

盡管綠色屋頂在減少降雨徑流方面非常有效，但對綠色屋頂出水水質(zhì)方面的研究數(shù)據(jù)還是比較匱乏的。在美國北卡羅納州一項實驗研究[16]中發(fā)現(xiàn)綠色屋頂?shù)某鏊锌偭祝═P）的濃度高于降雨中的濃度，并且綠色屋頂出水的TP與普通屋頂基本沒有差別，這可能與施肥、土壤、屋頂過濾系統(tǒng)等原因有關(guān)。所以綠色屋頂在植物和土壤的選取時都要注意，應(yīng)盡量選取施肥量少、蓄水能力強(qiáng)、耗水量低的植物。

除了能減少降雨徑流量和改善降雨徑流水質(zhì)外，綠色屋頂還有很多節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢：①儲存雨水。在建筑物承重量允許下通過土壤層和排水層存儲更多的雨水，滿足灌溉，同時也可以減少城市下水道排水系統(tǒng)的壓力；②降低溫度?？梢越档拖奶礻柟庵鄙湎碌奈蓓敎囟?，從而減少建筑吸收熱量，降低溫度；③節(jié)能減排?？梢酝ㄟ^吸收和反射熱量可在夏天降低空調(diào)成本，冬天通過增加額外的絕熱層從而降低取暖成本；④凈化空氣?？梢酝ㄟ^減少溫室氣體的排放，還可以通過植物自身的光合作用吸收二氧化碳，釋放氧氣；⑤降低噪音。可以起到吸收噪音、隔音的作用；⑥降低城市“熱島”效應(yīng)等。

1.3 可滲透路面 可滲透路面（Permeable Pavers）是指通過各種技術(shù)手段使不可滲路面變?yōu)橥杆访?，直接減少地表徑流的工程性措施。可滲透路面可有效降低不透水面積，增加雨水下滲能力，同時對雨水徑流水質(zhì)具有一定的凈化作用。可滲透路面有水泥孔磚或網(wǎng)格磚、塑料網(wǎng)格磚、透水瀝青、透水混凝土等。可滲透路面適用于交通負(fù)荷較低的地方，比如停車場、人行道、自行車道等區(qū)域。

滲透路面對徑流的平均削減率在50%～93%之間，Hunt等在一個透水停車場的研究表明降雨中的75%被多孔介質(zhì)截留，另外的25%形成徑流[17]。Collins等發(fā)現(xiàn)透水混凝土路面和混凝土格網(wǎng)路面可以截留6 mm的降雨量，而不產(chǎn)生徑流[18]。同一地區(qū)的進(jìn)一步試驗證實，透水路面不僅可以減少徑流，也可以消除徑流的產(chǎn)生，Dreelin等在降雨量和降雨強(qiáng)度都較小的情況下，比較了透水路面停車場和瀝青路面停車場的徑流量，發(fā)現(xiàn)前者產(chǎn)生的徑流比后者少93%[19]。

Myers等通過研究發(fā)現(xiàn)，滲透路面在經(jīng)過144 h后Zn、Cu和Pb的去除率可以達(dá)到94%～99%[20]，其他也有研究發(fā)現(xiàn)Zn、Cu和Pb的去除率都在80%以上，明顯要好于瀝青路面。Collins等通過對4種類型的滲透路面研究發(fā)現(xiàn)，滲透路面去除氨氮（NH4-N）和總凱氏氮（TKN）的效果比瀝青路面要好[21]。但是對TP和NO3-N的去除效果卻不理想，甚至?xí)霈F(xiàn)TP和NO3-N的釋放。

盡管不透水路面的主要作用是削減雨水徑流和提高雨水水質(zhì)，但不透水路面還有其他作用：①保持水土。目前我國的雨水排放主要方法是建設(shè)雨水收集系統(tǒng)，將雨水收集統(tǒng)一排放，這在一定程度上解決了局部區(qū)域積水的問題。但這種傳統(tǒng)的雨水排放系統(tǒng)以迅速匯集、排除地面雨水徑流為目標(biāo)，加速了雨水徑流匯流速度，縮短匯流歷時。雨水下滲量減少，地下水得不到及時補(bǔ)給，由此會引發(fā)地面沉降、地下水位線下降等生態(tài)環(huán)境問題，可滲透性路面系統(tǒng)可以在很大程度上解決這一問題。②延長路面壽命。對于一般路面道板的鋪裝，由于其墊層大多為不透水的混凝土基礎(chǔ)，在雨季，雨水無法及時排走，道板長時間浸泡在水中，基礎(chǔ)易損壞，致使道板松動，減少路面壽命。滲透性鋪裝系統(tǒng)的滲透性可使道板避免雨水浸泡，在一定程度上對延長路面壽命起到重要作用。③降低交通噪聲。透水性路面依靠其特有的多孔結(jié)構(gòu)，通過摩擦和空氣運(yùn)動的粘滯阻力，將部分聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而起到吸聲降噪的作用?/p>

1.4 植草溝 植草溝（Grass Swale）指種植植被的景觀性地表溝渠排水系統(tǒng)，地表徑流以較低流速經(jīng)植草溝滯留、植物過濾和滲透，使雨水徑流中的大多數(shù)懸浮顆粒污染物和部分溶解態(tài)污染物有效去除[22]，主要作用是降低徑流流速和提高雨水水質(zhì)。它一般適用于居民區(qū)、商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)等區(qū)域，可以同雨水管網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行，在條件合適的情況下可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨水管道，在完成輸送排放功能的同時達(dá)到雨水的收集與凈化處理要求。

根據(jù)地表徑流在植草溝中的傳輸方式不同，植草溝分為3種類型：標(biāo)準(zhǔn)傳輸植草溝（Standard Conveyance Swales）、干植草溝（Dry Swales）、濕植草溝（Wet Swales）[22]。標(biāo)準(zhǔn)傳輸植草溝是開闊的淺植物性溝渠，將集水區(qū)的徑流引導(dǎo)和傳輸?shù)狡渌乇硭幚碓O(shè)施[23]，一般應(yīng)用于適合高速公路的排水系統(tǒng)，可在徑流量小及人口密度較低的居民區(qū)、工業(yè)區(qū)或商業(yè)區(qū)代替路邊的排水溝或雨水管理系統(tǒng)。干植草溝是指開闊的、覆蓋著植被的水流輸送渠道，包括過濾層及地下排水系統(tǒng)，以加強(qiáng)雨水的傳輸、過濾和滲透能力。濕植草溝與傳統(tǒng)傳輸植草溝類似，主要是溝渠型濕地系統(tǒng)，長期處于潮濕狀態(tài)，由于會產(chǎn)生異味及蚊蠅等衛(wèi)生問題，所以不適用于居民區(qū)。

植草溝中的污染物在過濾、滲透、吸收及生物降解的聯(lián)合作用下被去除，植被同時也降低了雨水流速，使顆粒物得到沉淀，達(dá)到控制雨水徑流水質(zhì)的目的。不同類型的植草溝對污染物的去除效果都不同（見表1）。由表1可知，植草溝可以有效地去除懸浮固體顆粒、有機(jī)物和金屬，干植草溝的去除效果要比標(biāo)準(zhǔn)傳輸植草溝和濕植草溝要好，標(biāo)準(zhǔn)傳輸植草溝對金屬的去除效果要比濕植草溝要好，處理過程中濕植草溝有溶解性磷釋放。3種植草溝對細(xì)菌輸出的原因還不清楚，目前對其解釋一種可能是植草溝的環(huán)境有利于細(xì)菌的繁殖；另一種可能是未考慮細(xì)菌的其他來源，如當(dāng)?shù)仫曫B(yǎng)寵物的植草溝的活動[24]。

另外，光照強(qiáng)度、水力停留時間、植草溝長度、水流時間、有效水深和植被種類會影響植草被對污染物的去除效果，因此在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)綜合考慮各種因素的影響，從而達(dá)到最佳去除效果。

2 LID的發(fā)展障礙、局限性與解決方案

雖然目前國內(nèi)已有一些實際工程使用了低影響開發(fā)技術(shù)，但是總體上普及率還是比較低，因為LID理念很大部分已超出傳統(tǒng)的市政工程范疇，而是更多地涉及到城市規(guī)劃與土地利用、交通規(guī)劃、建筑設(shè)計、景觀設(shè)計等城市管理的各個方面。同時國內(nèi)與低影響開發(fā)配套的產(chǎn)業(yè)剛起步，相關(guān)從業(yè)人員缺乏經(jīng)驗、國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善，在實際應(yīng)用過程中配套政策不完善、缺乏技術(shù)指導(dǎo)，推廣也缺乏政策依據(jù)。

從目前國內(nèi)外的實際應(yīng)用情況來看，LID在降雨量小和降雨強(qiáng)度較低時運(yùn)行狀況較好，且夏季運(yùn)行情況要比冬季好。在推廣的過程中它還是有很多方面的局限性：①地域方面。對于土壤滲透性不好的地區(qū)及地下水位的高低，LID措施都會受到一定影響；②植物選擇方面。植物是低影響開發(fā)技術(shù)不可或缺的環(huán)節(jié)，所選取的植物應(yīng)適合各地實際情況和不同季節(jié)的氣候條件，使設(shè)施全年都能較穩(wěn)定的運(yùn)行；③舒適度方面。由于LID的很多措施都是將綠色植物直接覆蓋在土地表面，使其盡量達(dá)到開發(fā)前的自然水文狀態(tài)，因此在雨季容易導(dǎo)致害蟲類滋生。

針對LID的發(fā)展障礙和推廣局限性，提出以下解決方案：①充分借鑒國外實踐經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上加快創(chuàng)建適合我國的低影響開發(fā)示范區(qū)，努力在全國建成具有代表性的低影響開發(fā)示范區(qū)，在此過程中不斷總結(jié)、完善和制訂符合國內(nèi)的低影響開發(fā)技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；②探索制訂符合各地實際情況的低影響開發(fā)相關(guān)法律法規(guī)，為低影響開發(fā)模式的推廣應(yīng)用提供政策依據(jù)；③探索和開發(fā)有效的低影響開發(fā)（LID）模型和評估工具，使其能更有效地為低影響開發(fā)技術(shù)工程應(yīng)用提供設(shè)計指導(dǎo)；④加強(qiáng)低影響開發(fā)理念的宣傳普及，使各層次相關(guān)從業(yè)人員接受低影響開發(fā)理念。加強(qiáng)宣傳可以有助于市民更好地接受和理解低影響開發(fā)理念，加強(qiáng)對相關(guān)從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，可以確保雨洪利用設(shè)施正常運(yùn)行。

3 小結(jié)

根據(jù)國內(nèi)外大量的研究與實際應(yīng)用經(jīng)驗來看，低影響開發(fā)技術(shù)具有廣泛的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益，是一種可持續(xù)性、生態(tài)性和低耗能的新型又高效的雨水管理理念，它能很好地削減洪峰流量、地表徑流、補(bǔ)充地下水和提高雨水水質(zhì)。盡管生物滯留系統(tǒng)有著很好的去除效果，但低影響開發(fā)的其他措施如綠色屋頂和植被淺溝還需要更多的現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)，在低影響開發(fā)中尤其是要提高微生物的去除效率。所有的低影響開發(fā)技術(shù)通過合理的設(shè)計、安裝和維護(hù)都能有效地去除雨水徑流中的TSS、重金屬、油脂類及致病菌等污染物，來改善雨水徑流水質(zhì)。

低影響開發(fā)在城市雨洪管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景，因此我國應(yīng)學(xué)習(xí)國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)雨水管理理念，解決城市化進(jìn)程中所帶來的水資源短缺問題。必須加快低影響開發(fā)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用力度，建立適合我國的雨洪管理措施，一方面可緩解城市發(fā)展過程中面臨的水資源短缺問題，另一方面也可以成為新的經(jīng)濟(jì)增長點。

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