李俊奇教授
李俊奇，工學博士，教授/博導，城市雨水系統與水環境教育部重點實驗室主任，城市雨水系統與水環境生態技術北京市學術創新團隊負責人，兼任住建部科技委城鎮水務專業委委員、中國水協海綿城市專委會副主任、中國環境學會水處理與回用專委會委員、住建部市政給水排水標準化技術委員會委員、中國水工業分會水循環利用專委會委員、地下水污染控制與修復產業聯盟副主任委員、APEC可持續城市聯合運行中心專家委成員、未來城市設計高精尖中心PI團隊負責人等。長期從事城市雨水控制與海綿城市、水環境生態技術、環境政策與管理等領域的研究與教學工作，主持完成包括低影響開發與綠色雨水基礎設施、徑流污染與CSO污染控制、內澇控制、雨水資源化、綠色建筑水系統、歷史城鎮水環境保護等在內的研究項目和工程實踐項目百余項，多項成果在國家海綿城市建設、城市內澇防治和黑臭水體治理中廣泛應用，效益顯著。
研究背景
在“海綿城市”提出之前，國內便有學者對“低影響開發(low impact development, LID)”開展了持續的研究，國家“十二五”重大水專項課題也對低影響開發進行了專項研究，并在深圳、嘉興等國內多個城市陸續開展了大量工程實踐。隨著海綿城市的提出和試點建設，國內對現代城市雨洪管理體系的認識和研究在逐漸深入，但針對低影響開發與海綿城市，在學術界與工程界至今仍存在認識不清的問題，例如，海綿城市與低影響開發之間的關系究竟是什么？低影響開發是否等于雨水徑流的源頭控制？低影響開發是否僅針對雨水徑流的水質控制？本文通過剖析低影響開發的起源與發展歷程，結合對國內低影響開發與海綿城市建設的思考，進一步闡述了低影響開發與海綿城市的內涵與聯系。
一 摘 要
海綿城市建設是在繼承我國古代先賢智慧和參考國外經驗，系統總結我國雨洪管理領域長期研究和實踐經驗的基礎上，結合我國城市水系統實際問題提出的城市發展方式，其核心是構建基于綠灰結合的現代城市雨洪控制系統，通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”綜合措施，實現“治澇”與“治黑”等多重目標。低影響開發是海綿城市建設的重要指導思想，也是海綿城市核心技術體系的重要組成部分。正確認識低影響開發與海綿城市的內涵與聯系，對于進一步在全國范圍內落實低影響開發建設模式，科學推進海綿城市建設具有重要意義。
二 低影響開發的溯源與發展
1.總體概況
低影響開發(LID)一詞起源于美國，大約于20世紀70年代第1次在佛蒙特州的土地規劃中被提出，80年代在多個地區的環境敏感區域規劃(environmentally sensitive area planning)中出現，主要針對城市水源地等敏感區的保護，避免城市開發對生態環境的不利影響。
LID在美國比較有影響的早期應用主要是在20世紀90年代初的馬里蘭州喬治王子郡，主要從源頭避免場地開發對自然水文特征的負面影響，并在多處居住區、停車場建設了生物滯留等設施進行工程示范，取得了良好的效果。1998年美國環保署(EPA)資助喬治王子郡環境資源部對LID的相關理論與規劃設計方法進行總結研究，并于1999年分別發布了LID的規劃設計(Low-Impact Development Design Strategies: An Integrated Design Approach)與水文分析手冊(Low-Impact DevelopmentHydrologic Analysis)，將其作為全國性的參考。這是美國最早發布的系統介紹LID的指導手冊，明確了LID的核心目標是通過盡可能模擬場地開發前的水文過程，保護和修復自然水文特征，從而緩解城市開發建設對自然水文過程的影響。2007年，美國國會頒布的“能源獨立與安全法案”(EISA)438條要求聯邦建設項目對雨水徑流進行綜合管控，并在其實施技術導則中明確提出了需應用LID的相關技術措施；美國國家污染物排放許可制度(NPDES)是美國對雨水徑流排放管控的重要法律，EPA明確鼓勵各地在項目規劃建設過程中融入LID的理念，以達到NPDES中對雨水徑流排放的水量和水質管控要求。
在EISA438、NPDES等法律與政策的要求和推動下，美國對LID開展了持續研究和大量工程實踐。如今，LID仍是美國城市雨洪管理領域的熱點，對LID的政策制定、規劃設計、技術措施的優化、維護管理等多個方面仍在持續開展深入的研究和實踐。
2.低影響開發的定義
2012年，EPA發布了專門針對LID的術語說明，指出LID是通過綜合的規劃設計方法(holistic LID)以及不同的雨洪管理技術措施(isolated LID)，以盡可能實現在源頭對雨水徑流量與徑流污染的綜合控制。
不同地區也對LID的定義做了進一步闡述，例如，加利福尼亞州在其LID設計手冊中，強調原則(LID principle)與措施(LID-BMPs)兩部分。原則主要針對規劃設計階段，應盡可能減少不透水地面，減少對自然地形地貌的破壞，保護自然水體、濕地等生態敏感區等；措施則主要針對綠色屋頂、雨水花園等具體技術措施的應用。
3.LID與BMP、GI/GSI的區別與聯系
需要指出的是，在美國城市雨水管理體系中，除LID外，主要常用術語還包括最佳管理措施(best management practice, BMP)與綠色基礎設施(green infrastructure, GI)，二者與低影響開發均有密切聯系，但不同術語代表不同技術體系，其在應用尺度、技術措施與控制目標等方面也有一定的區別。
BMP的提出要早于低影響開發，最早出現在1972年美國發布的《清潔水法》中，主要應用于污水處理領域，強調維護管理、培訓等非工程性措施。1979—1983年，美國EPA開展了國家城市雨水徑流研究項目(nationwide urban runoff program, NURP)，逐漸開始重視對城市雨水徑流的控制，在1987年的《清潔水法》修正案319章節中，首次提出用于雨水管理的最佳管理措施(stormwater BMP)，隨后在美國國家污染物排放許可制度(NPDES)中，明確提出利用BMP對雨水徑流的排放進行綜合管控，控制目標包括水量、水質等多方面。在20世紀80—90年代初期，BMP在美國各地區的城市雨水設計手冊中被廣泛使用，當時提出的技術措施主要為雨水塘、雨水濕地、調節池等末端的集中工程性措施，同時包括街道清理、設施維護等非工程性措施。而隨著LID的提出，在美國EPA發布的城市雨水管理相關報告，以及各地區的設計手冊中，逐漸開始更多地使用低影響開發技術措施(LID)，推廣綠色屋頂、雨水花園等源頭設施的應用。美國加利福尼亞州等部分地區在其雨水設計手冊中至今仍沿用BMP，但在具體技術措施中也已納入雨水花園等典型低影響開發措施；部分地區的設計手冊中還將BMP措施區分為強調源頭的LID-BMPs和以末端雨水塘為主的conventional-BMPs兩類。
GI起源于美國20世紀90年代，主要強調在城市規劃中對綠色空間與廊道的合理保護與利用，給城市帶來更多的生態環境效益。隨著LID等理念的推廣，更強調結合綠色、生態理念的城市雨水管理技術措施越來越受到重視，“綠色基礎設施”一詞也開始應用到城市雨水管理領域。2012年，美國EPA發布了針對綠色基礎設施術語的定義，指出針對城市雨水管理，綠色基礎設施主要是指利用自然生態系統中土壤和植被對雨水徑流進行綜合控制的工程技術措施，如綠色屋頂、雨水花園、雨水濕地等，又稱綠色雨水基礎設施(green stormwater infrastructure, GSI)，涵蓋了傳統的BMP與典型的低影響開發技術措施(LID)。此外，從更廣義的角度，可將綠色基礎設施看作城市內自然區域及生態系統的綜合網絡，包括綠色開放空間、綠道體系等，能夠帶來區域空氣凈化、熱島效應緩解、生物棲息地增加、生物多樣性改善等多重生態效益。總體來說，綠色基礎設施已逐漸演變成一個總括性的術語(umbrella word)，低影響開發是其中的重要組成部分。
三 低影響開發的核心目標
從20世紀70年代開始，為緩解城市的洪澇災害風險，美國便開始大量應用末端集中式的雨水調節塘(detention pond)，對超過城市雨水管渠設計標準的暴雨峰值流量進行控制，設計重現期標準一般為10～100年一遇，
傳統雨水調節塘、雨水濕地等BMP的設計目標主要針對1年或2～100年一遇的降雨峰值削減，以及對雨水徑流的調蓄凈化，但均未考慮LID提出的重點主要針對之前缺失的中小降雨事件控制，采用一定的年降雨場次或降雨總量(如85%)對應的設計降雨量作為具體設計標準。
由于對雨水徑流總量的減排是實現雨水徑流污染物削減的重要途徑，從突出雨水徑流污染控制的角度，美國普遍將雨水徑流總量控制標準稱為水質控制容積[water quality (capture) volume,WQ(C)V]。部分地區根據當地土壤類型、氣候等因素，在確定水質控制容積控制要求的基礎上，又進一步制定了具體的地下水回補體積要求(groundwater recharge volume,GRV)，以維持開發前的自然下滲量。
基于上述過程，美國逐步構建了包含地下水回補體積、水質控制容積、河道侵蝕控制容積、漫灘洪水和極端洪水控制容積的雨水徑流體積控制標準體系，如圖1所示。
圖1 美國城市雨水徑流體積控制標準體系示意
由此可見，LID并不代表美國現代城市雨洪管理體系的全部，其核心是突出維持城市開發前后水文特征不變的總體理念，在技術上強調通過場地源頭控制，實現對雨水徑流總量的減排，以實現對地下水回補、雨水徑流污染控制、雨水回用等目標。同時需要與城市排水管渠、(延時)調節/調蓄設施等其他系統措施銜接，共同實現城市雨水系統的綜合控制目標。
四 國內低影響開發的發展概況
1.古代水資源管理中的低影響開發理念
雖然LID一詞來源于美國，但其蘊含的內涵思想在我國古代的城市規劃與水資源管理中也早有體現。我國自古遵循“水潤萬物”“上善若水”的思想，很早便有雨水資源利用的意識，例如，古代傳統民居的“四水歸堂”“水院”等設計理念，以及古典園林中以雨水為主要水源營造的水景等。此外，在古代針對人水關系的處理也以實現“人水和諧”為主要目標，突出“天人合一，道法自然”的哲學思想。早在秦代(公元前200年)，中華先賢就發明了梯田。通過多級梯田營造出大量分散雨水滯蓄空間，當降雨超過梯田調蓄能力時，雨水溢流至下一級梯田，跌水形式能夠有效消能，降低地表徑流流速，延長匯流時間，在灌溉農作物的同時，起到了調蓄區域水資源、防止水土流失等綜合作用，維持當地良好的水文狀態，這與低影響開發的理念高度一致。
2.對低影響開發的研究與推廣
國內主要從20世紀90年代逐漸開始重視城市雨水利用，并借鑒德國、日本等發達國家的方法，提出了將雨水集蓄利用、滲透等多重功能相結合的“雨水綜合利用”的概念。同時，北京等城市也開始關注對城市雨水徑流污染的控制，并引入了美國BMP的概念，針對下沉式綠地、雨水花園、植草溝等綠色設施的設計方法和徑流控制效果的研究也逐漸增多。2008年，潘國慶等第1次在國內提出了WQV的概念和計算方法，并提出了國內不同城市的設計降雨量和對應的降雨控制率。2011年，LID被列入國家“十二五”重大水專項課題，通過水專項課題研究與示范工程建設，進一步從理論層面明確了LID的內涵、目標、設計方法等，并帶動了LID在不同領域和范圍的工程應用，也為后續的海綿城市建設奠定了基礎。
2013年，國務院辦公廳印發了《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》，開始從國家層面明確提出積極推行LID建設模式，并要求在各地“排水防澇綜合規劃”中落實LID的建設要求。2014年，住建部發布《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》，首次系統地創建了我國海綿城市建設理論和技術體系，同時明確提出了LID是指在場地開發過程中采用源頭、分散式措施維持場地開發前的水文特征，一般采用年徑流總量控制率作為控制目標，同時也強調了LID要與城市雨水管渠系統及超標雨水徑流排放系統協同，并與城市水利防洪系統統籌銜接，以實現海綿城市綜合控制目標。
但在海綿城市理念提出后，特別是試點城市建設初期，由于國內對現代城市雨洪管理的整體研究和工程積累的相對薄弱，大量城市普遍缺乏對城市雨洪管理綜合體系的系統梳理，曾出現將海綿城市建設的重點引導到源頭各地塊LID工程建設的情況，將海綿城市等同于LID。同時，LID雨水系統在實施過程中也暴露出一系列問題，例如，有的項目未合理考慮場地與區域條件以及主要問題和需求，往往僅為達到年徑流總量控制率的目標要求，而盲目修建大量雨水調蓄池或蓄水模塊；大量LID技術措施在設計和施工過程中未考慮后期運維要求，導致設施后期維護難度大，難以長期發揮有效作用等。
隨著各城市海綿城市專項規劃、系統方案等頂層設計的完善，以及相關研究的深入和工程推進，各地對海綿城市建設的目標、系統關系、工程體系等也有了更清晰的認識。如今，國家2批海綿城市試點城市均已完成3年的試點建設期，在總結試點建設經驗的基礎上，正確理解和明確海綿城市與LID的內涵與聯系，是進一步在全國范圍內落實低影響開發建設理念與模式，科學推進海綿城市建設的重要基礎。
五 海綿城市建設的核心及其與低影響開發的關系
1.低影響開發是海綿城市建設的重要指導思想
城市化進程導致了土地利用性質的變化，其顯著特征表現為不透水下墊面比例的增加，這也是影響自然水文循環過程的重要敏感因子。國內外已有大量針對城市不透水地面擴張對降雨徑流量、徑流水質、河道水質、熱島效應等方面影響過程的相關研究。例如，美國阿肯色大學研究發現，當自然流域中不透水面積比例達到10%時，流域的自然生態系統即會發生明顯的退化現象。此外，傳統城市開發對自然地形地貌的破壞、自然徑流排放通道與滯蓄空間的侵占等，也是導致加重城市洪澇災害、生態破壞等問題的重要原因。
在傳承中華先賢“天人合一，道法自然”和借鑒美國LID相關經驗的基礎上，提出海綿城市核心理念即轉變傳統粗放的城市開發建設模式，最大限度地減少城市開發對原有自然水文特征的破壞。自然水文過程主要包括降水、蒸散發、徑流等要素，因此，海綿城市建設的實質即在于對城市降雨徑流的綜合管控，其核心指導思想即為LID。具體可體現在城市山水林田湖草生態格局構建，藍綠線劃定，對用地空間布局、豎向的管控等多個方面。LID理念不僅適用于新城建設，而且適用于舊城更新及其面臨的污染和內澇等復雜問題的綜合解決，需要落實到城市規劃建設的各個方面。
2.低影響開發技術措施在海綿城市建設中的體現
由于美國在城市雨洪管理發展的過程中經歷了從僅依靠雨水管渠到增加集中調節塘、雨水濕地等BMP的建設，再到推廣LID、GI建設的不同發展階段。因此，針對LID，其在技術層面更強調在源頭尺度應用雨水花園等分散、小型、綠色的雨水徑流控制措施，主要以徑流總量控制為目標。從這個角度看，LID在海綿城市核心技術體系中主要突出源頭減排，重點體現在源頭徑流控制系統中。
需要指出的是，在海綿城市建設中，根據不同項目尺度，LID強調的“源頭控制”通常又具有相對的概念，既可針對城市某二級開發地塊的雨水徑流源頭減排，也可從城市流域的視角將以排水分區為單元的城市雨水徑流綜合管控視為源頭控制。因此，源頭徑流控制系統在落實徑流總量與污染控制目標，實現源頭減排的基礎上，需要重點落實與城市排水管渠系統、超標雨水徑流排放系統相應目標與控制措施的綜合銜接要求。從這個角度看，海綿城市中所指的LID并不完全等同于源頭減排，其技術措施應更趨近于美國的GSI，涵蓋對雨水徑流發揮“滲、滯、蓄、凈、用、排”不同功能、不同尺度的綠色雨水設施，既包括綠色屋頂、雨水花園等分散源頭減排設施，也包括雨水塘、雨水濕地等對雨水徑流峰值、水質等綜合控制的集中設施。
3.海綿城市建設核心是構建基于綠灰結合的多目標的現代城市雨洪控制系統
海綿城市作為我國當前的一項重要國家戰略，并已制定了到2020年與2030年明確的建設時間節點與目標要求。因此，需要在理解其理念和內涵的基礎上，明確其核心建設目標與技術體系，從而科學指導海綿城市專項規劃編制、工程體系構建、建設效果評估等多項具體工作。
海綿城市建設的核心是構建基于綠灰結合的多目標的現代城市雨洪控制系統，突出在低影響開發總體思想的指導下，按照“源頭減排、過程控制、系統治理”進行系統謀劃，對應的核心技術體系應構建以源頭徑流控制系統、城市排水管渠系統、超標雨水徑流控制系統為核心的綜合系統，并根據實際條件考慮合流制溢流控制系統以及與城市防洪系統的銜接。通過在源頭、過程、末端不同尺度上應用綠灰結合的綜合技術措施，實現對城市雨水徑流總量、峰值、頻率、污染多重目標的綜合控制，以恢復城市開發前的自然水文特征。同時，還要針對不同流域、城市、項目的具體問題和條件，根據系統關系和輕重緩急，實現各種復雜情況下與城市污水處理、再生水回用、黑臭水體治理等其他系統的有效銜接，從而進一步實現城市水生態、水環境、水安全、水資源的綜合水系統目標。
盡管我國海綿城市理念的提出晚于LID等一些發達國家的雨洪管理理念，但從國際視角看，中國的海綿城市概念及其建設有其獨到之處，其并不等同于BMPs、LID、GSI等理念中的一種或幾種，而是從城市總體生態格局保護的頂層規劃入手，是既包括綠色基礎設施也包括灰色基礎設施，既包含徑流污染控制也包含徑流水量控制，既考慮徑流總量控制也考慮徑流峰值控制，既涵蓋工程化措施也涵蓋非工程化措施，并涉及多專業、多領域銜接協同的系統性復雜理念方法體系和建設模式。海綿城市體現在既要建立明確的城市雨洪管理體系，與國際接軌，又結合中國管理體制、專業設置、工程規劃和標準體系，針對發展中國家城市面臨的突出問題，綜合性地銜接好相關系統和多部門的關系，不僅解決好我國城市面臨的突出問題，同時發揮“后發優勢”，為國際貢獻城市建設和管理方面的寶貴經驗和發展智慧。
六 總 結
從美國對低影響開發的定義及其發展歷程可看出，低影響開發首先是城市規劃與開發建設的重要理念，旨在減少城市開發建設對自然水文特征的影響。在技術層面，由于美國城市雨洪管理經歷了不同階段的長期發展，低影響開發的提出更突出針對前期缺失的中小降雨事件控制，以徑流總量為控制目標，多采用源頭、分散、小型綠色技術措施。而我國海綿城市建設旨在轉變城市發展理念，構建可持續的城市發展方式，其核心理念與美國低影響開發一致，但由于我國長期以來在城市雨水領域的發展薄弱，積累了城市內澇、徑流污染等多重問題，因此我國的海綿城市建設是在繼承古代先賢智慧，充分參考國外實踐經驗和啟發，系統總結雨水管理領域長期研究和實踐經驗的基礎上，結合我國城市水系統的實際問題提出的，其核心是構建基于綠灰結合的現代城市雨洪控制系統。通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”綜合措施，近期解決“治澇”與“治黑”等突出問題，最終實現水生態保護、水環境改善、水安全有保障、水資源可持續等多重目標。這既是“繼承發展”，又是“另辟蹊徑”，最終實現我國在城市雨洪管理領域的“系統治理”。當然，提出旨在構建可持續城市發展方式的海綿城市理念和方法體系，這背后有長期的積累和清晰的發展邏輯。我國海綿城市建設中的低影響開發技術措施除包括源頭分散綠色設施外，也應涵蓋中途、末端不同環節和尺度的綠色雨水基礎設施。控制目標應包括徑流總量、峰值、污染、頻率等綜合目標，可根據實際條件，分別應用于海綿城市技術體系各子系統中。
致謝：
感謝中國城鎮供水排水協會章林偉會長、美國科羅拉多州立大學丹佛分校James CY Guo教授、新西蘭奧克蘭市政廳Frank Tian博士等多年來給予的大力幫助！
