摘要：海綿城市的規(guī)劃、設計、考核評估多以實現(xiàn)一系列關鍵的管控指標為目標，以保持“自然”特征，取得期望效果。本文對新西蘭水健康雨水管理實踐和核心指標進行了深入研究。結果表明,目前海綿城市建設存在困境的根源在于對關鍵技術參數(shù)理解不足，從而導致普遍的指標分解依據(jù)不足，方案缺乏說服力，與專項規(guī)劃也不好銜接。本文希望引起業(yè)內人士的認真思考。
1 水健康指標理論背景
城市開發(fā)改變下墊面條件，引起微水系、產流、匯流、徑流污染特征的改變，從而損害水生態(tài)系統(tǒng)，破壞“水健康”。河道生態(tài)系統(tǒng)健康狀況采用塑造河道斷面特征的流量來評估，具體包括：生態(tài)流量、河道基流、造床流量、漫灘流量，各自的含義及意義如下：
生態(tài)流量：維持河道內水生生物生存和生物多樣性，保持河道生態(tài)系統(tǒng)基本結構與功能所需的最小流量。
河道基流：河道常年能夠保持的最小流量。
造床流量：指多年水流與河道沖刷、淤積動態(tài)平衡過程，形成河道斷面形態(tài)的特征流量。由于河道自然斷面形態(tài)的復雜性，造床流量是一組特征流量，國際上用有效流量、漫灘流量和重現(xiàn)期流量組合表示。造床流量實際上是一些較大但又不是最大的洪水流量。
漫灘流量：河道水位達到河邊灘高度時的流量。是水流在河槽內河道能夠承受的最大流量。
圖1‑1年徑流過程中不同特征流量分解示意圖
城市開發(fā)過程中雨水系統(tǒng)設計不當導致的溪流、河道特征流量變化，將進一步影響城市水生態(tài)多年形成的自然平衡關系。同時，城市雨水徑流在匯流過程中，會攜帶道路、廣場、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)等區(qū)域地面產生的多種懸浮物、泥沙，以及附著的微量金屬、營養(yǎng)物、油脂類、細菌等污染物進入自然水體，損害河湖水健康。
綜上，河道特征流量和城市徑流污染是影響河流生態(tài)、自然健康的關鍵參數(shù)。其中，河道特征流量，從屬于降雨量，同時受流域水文水力條件的影響，為次生因子;城市徑流污染的控制也受降雨量的影響。
因此，降雨量的控制是獲得河道水生態(tài)和環(huán)境健康相應特征流量指標最有效，也是最容易理解和應用的手段。國際上通常采用降雨量作為控制參數(shù)，通過控制頻發(fā)的小降雨事件，控制徑流污染，補充地下水，維持下游河道生態(tài)流量和河道基流，改善水質條件;通過控制多種設計暴雨，保持河道造床流量，維護河道形態(tài)特征。
2 奧克蘭水健康雨水管理指標定義
作為新西蘭最大的城市，奧克蘭經(jīng)過20多年的實踐、研究，規(guī)劃體系和技術導則的動態(tài)更新，已形成一套較為完整的管理體制和技術體系。
奧克蘭在清晰的法律法規(guī)框架、漸進的科學規(guī)劃、合理的技術指標體系建設及技術導則指導下，通過構建多個核心水文參數(shù)指標恢復開發(fā)前水文狀態(tài)，就地消減污染物，減少洪澇災害頻率，緩解土地開發(fā)帶來的系列水環(huán)境問題，維持水健康。
圖2‑1奧克蘭水健康雨水管理體系
奧克蘭水健康管控的指標體系將雨水管理目標分解為水質、生態(tài)、水量三個方面。通過對不同量級的24小時設計降雨量的控制，實現(xiàn)水質保護、生態(tài)緩排、徑流峰值控制的指標。
(1)水質保護指標
水質保護指標是指為實現(xiàn)水質保護目標所需要控制的24小時設計雨量，設定為90%(某些區(qū)域95%)場次控制率相應雨量產生的徑流，不同地區(qū)的該數(shù)值大約在24-34mm之間。按照此設計降雨，計算得出的調蓄容積稱為“水質保護容積”。
(2)生態(tài)緩排指標
生態(tài)緩排指標是指為實現(xiàn)水生態(tài)保護需要控制場地雨水緩慢排出的24小時設計雨量，設定為95%場次控制率相應雨量產生的徑流，大約在32-48mm之間。工程中一般利用雨水源頭調蓄設施，通過出口排水流量控制實現(xiàn)緩排，此功能所需要的調蓄容積，稱為“生態(tài)緩排容積”。
(3)峰值控制指標
峰值控制指標是指為實現(xiàn)場地設計暴雨徑流峰值不大于開發(fā)前的24小時設計雨量。規(guī)定控制2、10、100年(部分區(qū)域)一遇24小時設計暴雨外排流量峰值不大于開發(fā)前。
工程中一般利用雨水源頭調蓄設施，通過排水設施流量控制實現(xiàn)不同設計頻率的峰值削減。實現(xiàn)此目標所需要的調蓄容積，稱為相應設計頻率的“峰值控制容積”。
圖2‑2奧克蘭水健康管控指標
3 徑流總量控制率與奧克蘭雨水管理指標異同分析與啟發(fā)
3.1相似性比較
我國《指南》定義的年徑流總量控制率與奧克蘭年場次控制率的計算方法有諸多相似性，也存在一定差異。
對多個城市的30年逐日降雨數(shù)據(jù)進行分析，獲取各城市70%、75%、80%及85%雨水年徑流控制率對應的年降雨場次控制率。
結果顯示，70%-85%的年徑流控制率對應的降雨場次控制率大致在70%-88%之間。由此可見，我國采用的徑流總量控制率標準略低于奧克蘭采用的最基本的水質保護指標。
我國采用的徑流總量控制率與新西蘭的雨量場次控制率，雖然計算方法不同，結果略小，但能一一對應，本質一樣，都是為了管理大量小雨事件和大雨事件的初期降雨量而估算的一個指標。
因此，筆者認為我國《指南》定義的年徑流總量控制率本質是為了高頻率的小降雨，或大雨的初期部分雨水產生的徑流，在技術上考慮了不同地域的氣象條件，其正確性和合理性無可爭議。
3.2關鍵指標定義更新之必要性
年徑流總量控制率是一個非常關鍵的技術指標，該指標的準確定義和理解需要水文學專業(yè)知識。同時，工程實踐又需要將復雜的技術概念通俗化。海綿城市需要全社會的積極參與，大多數(shù)人的誤解，或者對專業(yè)概念理解不清晰，將為海綿城市建設帶來許多質疑，導致消極的態(tài)度及建設方向的偏離。
筆者認為，一個比較合適的概念可能是“雨量控制率”，此概念沿用了徑流總量控制率的本質含義，避免了“徑流”概念的干擾和爭議。
3.3需要額外指標才能銜接相關專項規(guī)劃
奧克蘭水質保護、生態(tài)緩排、峰值控制三位一體的指標體系對設施規(guī)模、工程措施的選擇和組合起著關鍵作用。從以上不同等級雨量控制設計步驟可以看出，其指標體系，涵蓋小雨至大雨多種影響生態(tài)環(huán)境的降雨特征，實現(xiàn)了控制雨水徑流污染、提供生態(tài)緩排、緩解內澇風險等多重目標，從而在工程體系上與現(xiàn)有的水環(huán)境、水資源、水生態(tài)、水安全有效銜接。
我國徑流總量控制率僅為約2年一遇24h降雨量的1/4不到。因而僅用徑流總量控制率設計的海綿設施缺乏對較大雨量的控制，顯然沒有內澇防治功能。而生態(tài)保護、水資源利用等海綿建設的相關指標實際上是需要綜合流域范圍內多種因素、多種工程體系才可能實現(xiàn)的系統(tǒng)控制指標。海綿設施建設中，除了源頭雨水水質控制有徑流總量控制率為設計指標，其他如生態(tài)保護、洪澇安全等目標，缺乏相應的海綿設施設計指標，因而導致海綿設施的設計與現(xiàn)有大的系統(tǒng)性的工程體系脫節(jié)較大，在技術體系上沒有銜接。
圖3‑1奧克蘭與我國雨水管理控制指標對比
3.4監(jiān)測與評估方法需要反思
《指南》年徑流總量控制率描述中“場地內累計全年得到控制(不外排)的雨量占全年總降雨量的百分比”，其中“不外排”應該是指在利用日雨量設計海綿設施規(guī)模時不允許外排。這方法與新西蘭、美國、澳大利亞完全一致。它實際上允許次日后連續(xù)降雨事件發(fā)生時，超過設施下滲或滯蓄能力而外排降雨后期相對干凈的雨水。
另一方面，徑流計算涉及經(jīng)驗水文模型、非線性的土壤下滲參數(shù)、微觀地形等復雜參數(shù)和隨機多變的降雨過程。即“徑流總量控制率或雨量控制率”75%，并非場地內75%的年徑流量不可外排，或等效于徑流系數(shù)0.25，即并非存在徑流控制率=(1-徑流系數(shù))*100%的關系。
因此，通過累計外排水量估算徑流總量控制率的監(jiān)測方法在技術上需要思考其科學性，況且流量監(jiān)測邊界閉合困難，動態(tài)的建設狀態(tài)和監(jiān)測歷時很短等也將為評估帶來挑戰(zhàn)。
圖3‑2年徑流總量控制率解讀
3.5海綿建設宜定位于城市建設用地變化和銜接
奧克蘭雨水管理指標，主要應用于雨水管控單元內新建地塊、舊城改造或民宅改建時的水敏型雨水設計，與我國的海綿設計類似，其目標是管理好城市建設土地利用變化對水系統(tǒng)的影響，這其中涉及到一個非常關鍵的概念--“開發(fā)前”。奧克蘭對“開發(fā)前”的定義是“在提交擬建或改建計劃之前的場地條件，包括現(xiàn)狀建筑物、道路。”我國對“開發(fā)前”的定義不是很清晰，通常大家以完全自然作為開發(fā)前設計條件，導致海綿設計的規(guī)模、要求相差很大，尤其對建成區(qū)，以至于設施規(guī)模大、落地難。
奧克蘭盡管雨水控制指標比我們多，要求高，但其應用條件和“開發(fā)前”的基本概念清晰，類似海綿建設的水敏型城市設計推動相對容易、可行、有權威。
我國有些城市承諾2020年20%，2030年80%建成區(qū)達到海綿城市建設要求，這目標實際上將新的城市建設帶來的水問題，與城市現(xiàn)有水系統(tǒng)問題混在一起，導致海綿規(guī)劃與各專項規(guī)劃有諸多交集，過多涉及本該其它專項規(guī)劃完成的事項，“越位”又不專業(yè)，目標虛高，不易實現(xiàn)。
圖3‑3奧克蘭與我國海綿建設實踐對比
4 結論與建議
我國海綿城市大規(guī)模實踐后，更需要總結經(jīng)驗教訓。奧克蘭的可持續(xù)發(fā)展理念、清晰的法律法規(guī)、持久漸進的科學研究以及合理的技術指標體系建設，為水健康管控提供了重要基礎。奧克蘭的水健康管控指標及技術體系發(fā)展為我國提供了可借鑒之路。筆者在參與了近年國內不少城市海綿城市規(guī)劃、設計、研究等項目過程中，深深感悟到關鍵參數(shù)理解和指標體系突破的重要性和迫切性。為此筆者提出兩點建議：一，將“年徑流總量控制率”更新為“雨量控制率”，并作為控制新區(qū)開發(fā)或舊城改造的海綿建設基本要求;二，引導各地因地制宜地、科學合理地采納生態(tài)緩排、峰值控制指標。只有這樣，才能讓海綿城市規(guī)劃和建設體系真正銜接并反饋各專項規(guī)劃，工程效果客觀而有效。
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