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美国城市排水防涝规划设计12条原则的启示

增刊(总第 168 期) 2013 年 10 月 DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2013.S1.003 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING

S1 (Serial No.168) Oct. 2013

美国城市排水防涝规划设计 12 条原则的启示
张 辰,贺 晓 红,吕 永 鹏,陈 嫣,支 霞 辉
[ 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092] 摘要: 美国排水防涝系统的规划设计原则在过去几十年里发生重大的变化,负责协调管理美国科罗拉多州丹佛市 及周边地区排水事务的城市排水与防洪控制区总结了城市排水防涝系统规划设计的 12 条重要原则,在美国得到广 泛应用。我国的城市内涝问题日益凸显,近几年势必会进行较大规模的排水防涝设施建设。为避免在顶层设计上 出现重大偏差,发挥城市排水防涝设施的最大效益,建议我国城市有关部门在制定相关标准和规划设计过程中, 根据各自城市实际情况,借鉴美国排水防涝系统规划设计的 12 条原则。 关键词:美国;排水防涝;规划设计;原则 中图分类号:TU992 文献标志码:A 文章编号:1004-4655(2013)S1-0014-03

针对近年来我国城市内涝频发状况,2013 年 3 月 25 日,国务院办公厅发布“关于做好城市排水 防涝设施建设工作的通知” (国办发〔2013〕23 号) , 要求“2014 年底前,要在摸清现状基础上,编制完 成城市排水防涝设施建设规划” 。2013 年 6 月 18 日, 住房城乡建设部发布“关于印发城市排水(雨水) 防涝综合规划编制大纲的通知” (建城 [2013]98 号) , 要求 2014 年 6 月 30 日前各城市上报排水(雨水) 防涝综合规划。然而,城市排水(雨水)防涝综 合规划在我国尚属新鲜事物,本文拟介绍美国城 市排水防涝规划设计的 12 条原则,以期为相关规 划、设计和管理人员提供参考。 1 美国现行排水防涝标准体系与历史沿革 1.1 美国现行排水防涝标准体系 城市排水防涝规划设计必须遵循一定的标准, 美国目前没有一部全国统一的“国家”排水标准或 规范。各类排水设施的规划设计以及日常运行管理 活动需要遵循或参照各级政府颁布的多部法律法规 和政策规定,同时,一些非官方的行业组织制订的 标准或导则也经常被工程技术人员和市政管理人员 参考。这些法规、标准和导则构成了一套较为庞
收稿日期:2013-08-13 基金项目:上海市青年科技启明星计划(12QB1404100); 国家重大水专项(2013ZX07304002);上海市科委重点项目 (13231201401) 第一作者简介:张辰(1964—),男,教高,全国工程勘察 设计大师,主要从事城市排水系统研究与设计工作。

大而复杂的排水设计及施工标准规范体系。具体来 讲,这一体系主要包含 4 个方面的内容。 1)联邦法律,如 1972 年颁布的《清洁饮用水 法》等。 2)多个联邦政府部门制订的政策或规范。其 中,环境保护署和农业部侧重于点源和非点源排放 的污染控制,陆军工程兵团负责全美航道水体的防 洪,高速公路管理署负责州际高速公路和桥梁的排 水设计,内务部西部垦务局则侧重西部 17 个州的 多个水坝、水库等的设计、建造和维护管理。 3)州一级环境保护部门根据联邦政府授权而 制订的政策或规范。 4)各基层县、市制订的标准、政策、规范或 实施细则。除了上述标准和规范外,一些联邦和地 方政府机构还负责监测、收集、整理和总结水文数 据资料,开发指导性的计算方法和模型。这些计算 方法和模型为工程设计人员和政府管理机构提供很 大的便利,为各地排水工程的建设和管理提供巨大 的帮助。 1.2 美国排水防涝标准体系的历史沿革 社会的不断发展和进步对雨水排水工程这一古 老领域提出新的要求,导致人类在这一领域认识不 断深化和完善。从历史上看,美国的排水防涝标准 体系大体上经历了以下 4 个发展阶段 [1-2]。 1)水量控制阶段。在《清洁饮用水法》颁布 以前,美国的排水防涝管理几乎针对排水“水量” 的控制,排水防涝系统主要是为了满足防涝需要。

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这一时期,排水系统的主要设计理念是避免雨水在 地面停留,尽快将降雨行程的地面径流收集起来, 然后通过埋设在地下的雨水管道输送至受纳水体。 雨水径流中的污染负荷对水体的影响在该阶段没有 受到足够认识。 2)水质管理的初步实施阶段。1972 年之后, 美国环境保护署在《清洁饮用水法》的要求下,逐 渐加强了对排水“水质”的管理,陆续制订了多 项针对点源污染的政策,其中包括主要针对工业 和城市污水的强制性的全美污染排放控制许可证 (NPDES,National Pollutant Discharge Elimination System) 制 度, 该 制 度 一 般 由 美 国 国 家 环 境 保 护 署授权各州的环境主管部门具体实施。同时,由 于 NPDES 制度同样适用于雨污合流制系统的排放, 因此,这一制度的实施大大加强了对暴雨期间雨污 混流污水的管理。 3) 雨 水 水 量 和 水 质 控 制 并 重 的 阶 段。 大 约 从 20 世纪 70 年代后期,环境保护署开始加强了 对分流制系统中的雨水排放污染物质的管理,推 出 了 针 对 雨 水 系 统 的 多 项 BMP 管 理 措 施(Best Management Practices) 。这些措施涉及到多项具 体的雨水设施的设计要求,其中一些措施是强制 性的,比如主要针对市政项目的 MS4 制度和针对 工 业 和 建 设 项 目 的 SWPPP 制 度。MS4 的 全 称 是 市政分流制雨水排放系统许可证制度(Municipal Separate Storm Sewer System Permits) ,SWPPP 的 全 称 是 雨 水 污 染 预 防 计 划(Storm Water Pollution Prevention Plan) 。与此同时,各基层县、市也相应 制定了针对雨水排放“水量”和“水质”控制的具 体设计标准和规范。由于美国新建项目全部实行雨 污分流制,这些制度的主要目的是截留并适当处理 暴雨初期的地面径流,消除分流制雨水系统对水体 的污染。 4)创新性(可持续性)雨水管理阶段。自从 上世纪九十年代以来,人们逐渐认识到,传统的雨 水系统设计理念有很多局限性,比如过分强调雨水 的快速收集和在系统末端的集中排放和处理,忽视 雨水径流的源头控制等。这些局限性往往导致雨水 管道的过水能力不足,雨水系统投资过大等问题。 有鉴于此,一批创新性的雨水管理理念逐渐兴起, 低影响开发(LID,Low Impact Development)设计 方法是这些理念中的最有影响力的一种。LID 有时

又被称作绿色基础设施(Green Infrastructure)或 就地设计( On Site Design)等。 LID 的概念最先 由美国马里兰州乔治王子县环境资源部(PGDER) 在美国环保署的资助下提出。1999 年,PGDER 正 式发表了全面阐述 LID 理念的《低影响开发设计 理念——一种综合设计方法》一书,标志着这一理 念正式成形。 同传统的雨水管理系统设计方法不同,LID 理 念重视雨水排放的源头控制,强调人工排水系统应 最大限度模拟自然界的水文环境,尽可能降低雨水 系统对自然界的影响。自 2004 年以来,LID 理念 已经逐步获得了美国各界的认可,并在多个城市或 地区得到了应用,越来越多的基层市、县以及联邦 政府机构开始将其融入到各自的雨水系统设计标准 当中。此外,许多基于 LID 的设计理念和技术(如 绿色屋顶等)又与绿色建筑(Green Building)的 设计有机地结合起来,使得这种革新性的雨水管理 系统成为追求低能耗和环境好的现代建筑不可或缺 的一部分。 2 美国排水防涝系统的规划设计原则及启示 美国排水防涝系统的规划设计原则提出城市排 水防涝系统的规划设计 12 条重要原则,在美国得 [3-5] ,对我国的排水防涝系统的规划设 到广泛应用 计具有重要启示。 1)排水防涝是流域问题,不应受行政区划影 响。目前,我国在防洪方面有流域机构负责管理和 协调,而在排水防涝管理方面,虽然国家层面明确 住建部门负责统一管理,但在某些地方体制没有完 全理顺。在许多城市不仅受行政区划分割,还受部 门管理分割。建议各地方在理顺排水防涝管理体制 的基础上,进一步加强与城市防洪的衔接。 2)排水防涝系统只是城市水资源系统的 1 个 子系统,应考虑与其他子系统之间的关系。建议在 我国的排水防涝系统规划设计中,充分考虑与城市 防洪、面源污染控制、河流生态保护、水资源利用、 水土流失防治等规划相衔接。 3) 每 一 个 城 市 排 水 系 统 都 分 为 主 要 排 水 系 统(又称大排水系统,Major Drainage System)和 次要排水系统(又称小排水系统,Minor Drainage System) 。次要排水系统的规划设计应考虑公众日 常生活的便利,并满足较为频繁的降雨事件的要 求; 当地表径流超出次要排水系统的能力时,主要 15

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排水系统将被启用。值得注意的是,主要排水系统 的存在是不以人的意志为转移的,即使没有人为的 规划设计,一个地区的主要排水系统仍然会自然形 成。因此,为了确保城市有序发展,减少居民生命 和财产损失, 2 套排水系统均应被合理地规划设计。 4)雨水径流的出路主要是一个空间分配问题。 对于特定的降雨事件,在规划设计中必须提供足够 的排水防涝空间。 5)排水防涝系统的规划设计不应该把问题从 一个地方转移到另一个地方,上游产生的问题不能 转嫁到下游去。 6)城市排水防涝系统的规划设计应同时考虑 多用途和多功能。很多情况下不同的设计目标会相 互竞争同样的资源,排水防涝管理的策略应该兼顾 多个目标,如提高水质、加强地下水回灌、创造人 工湿地、防止水土流失等。 7)城市排水防涝系统的规划设计应当充分考 虑现有系统的特点、能力和功能。好的规划设计应 当尽可能充分利用或模拟天然的排水方式,因地制 宜。对于重庆等山区城市,一般采用自排模式,而 对于上海、宁波等平原河网城市,强排系统必不可 少。 8)新建项目应该尽最大可能地减少雨水径流, 降低污染负荷。充分利用地表植被等多种方法减少 径流量,采取多项最佳管理措施(BMPs)保护受 纳水体不受污染。 9)城市排水防涝系统的规划设计应充分考虑 上游的过境流量(客水) 。根据我国现阶段国情, 上游客水很难完全在排水防涝系统中考虑。建议在 遵循洪涝联治原则的基础上,在有条件的区域构建 新的“护城河” ,最大限度减轻城市排水防涝系统 压力。 10)城市排水防涝设施应该有日常维护和管 理,必须保护公众的健康和安全。除上海等少数城 市外,绝大多数城市的排水管网维护管理基本还处 于因管道破坏而被动地应急修复阶段。为了避免管 道磨损、渗漏、爆管等,应主动进行系统性检测和 早期故障预防,维护难度和成本低,但排水管网的

生命力显着增强,俗称预防性维护。建议在城市排 水防涝系统的规划设计阶段就明确设施预防性维护 方案,包括维护管理频率、周期、检测技术和修复 技术等。 11)流域泄洪通道和河道漫滩应受到最大程度 的保护。我国城市用地紧张,流域泄洪通道和河道 漫滩常常被非法侵占,建议以河道蓝线为依据,严 格控制沿河开发活动,保护流域泄洪通道和河道漫 滩。 12)为河道漫滩的泄洪通道预留足够的侧向移 动空间,避免对公共和私人设施造成损失。在我国 高度城市化区域,要保留较大空间的河道漫滩难度 很大,建议参考上海苏州河部分河段建立多级防洪 挡墙,并与沿河景观相结合,实现人与洪水的和谐 共处。 3 结语 我国的城市内涝问题日益凸显,也得到国家层 面的高度重视,近几年势必会进行较大规模的排水 防涝设施建设。为了避免在设计上出现重大偏差, 发挥城市排水防涝设施的最大效益,建议我国城市 有关部门在制定相关标准和规划设计过程中,根据 各自城市实际情况,借鉴美国排水防涝系统规划设 计的 12 条原则。 参考文献 :
[1] U S E P A . N a t i o n a l M e n u o f B e s t M a n a g e m e n t P r a c t i c e s f o r S t o r m w a t e r P h a s e I I [ D B / O L ] . h t t p : / / c f p u b . e p a . g o v / n p d e s/ stormwater/menuofbmps/index.cfm, 2008-02. [2] Department of Environmental Protection of City of New York. SPDES permit for the 14 wastewater treatment plants best management practices annual report of 2011[R]. 2012-04. [3] Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD). Urban storm drainage criteria manual Volume 1[DB/OL]. http://www.udfcd.org/ downloads/down_critmanual_home.htm, 2008-04. [4] Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD). Urban storm drainage criteria manual Volume 2 [DB/OL]. http://www.udfcd.org/ downloads/down_critmanual_home.htm, 2008-04. [5] Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD). Urban storm drainage criteria manual Volume 3 [DB/OL]. http://www.udfcd.org/ downloads/down_critmanual_home.htm, 2010-11.

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美国城市排水防涝规划设计12条原则的启示
作者: 作者单位: 刊名: 张辰, 贺晓红, 吕永鹏, 陈嫣, 支霞辉 上海市政工程设计研究总院 集团有限公司,上海,200092 中国市政工程

英文刊名: 年,卷(期):

China Municipal Engineering 2013(z1)

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