002、城市排水防涝综合规划中雨水径流控制目标及方法研究

城市排水防涝综合规划中雨水径流控制目标及方法研究1

丁年 胡爱兵 任心欣

摘要：如何有效的控制城市雨水径流所带来的洪涝灾害和面源污染已成为城市管理部门所面临的严峻挑战之一。本文以深圳市排水防涝规划为例，探讨城市雨水径流量控制和径流污染控制的目标及方法。径流量控制方面，提出将综合径流系数作为径流量控制的目标，构建基于低影响开发理念的雨水径流源头削减体系，以及基于过程控制的雨水调蓄系统；径流污染控制方面，确定一定厚度的初期雨水控制量作为径流污染控制目标，构建基于低影响开发的雨水径流污染源头控制体系，以及基于过程控制和末端治理的初期雨水截流与处理体系。

关键词：排水防涝 径流量控制 径流污染控制 低影响开发 目标 方法

作为改革开放的先锋城市，深圳市的城市化进程堪称人类历史之最。然而，快速的城市化进程也同时改变了城市区域的自然水文循环。由于传统的城市建设很少采用透水性铺装材料，致使城市下垫面被大量硬质化，雨水入渗通道受到阻隔，在暴雨时雨水无法实现入渗、滞蓄，进而出现了一系列的城市水问题，例如内涝加剧、面源污染严重、海水入侵、水资源短缺等。如何有效的控制城市雨洪所带来的洪涝灾害和面源污染已成为城市管理部门所面临的难题之一。

规划先行。然而深圳市乃至全国以往鲜有专门的排水防涝规划，相关排水专项规划也只注重雨水的“管渠+泵站”的快速收集、输送、排除体系，未构建基于源头削减、过程控制和末端治理的全过程雨洪管理体系。2013年国务院办公厅发文《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》，要求各地抓紧编制排水防涝相关规划，并提出各地要积极推行低影响开发（Low Impact Development, LID）建设模式；为指导城市排水防涝规划的编制，住建部又发布了《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》（以下简称《大纲》）等指导文件。《大纲》将城市雨水径流控制作为城市排水防涝的有机组成部分，要求按照低影响开发理念，合理确定城市雨水径流量控制、源头削减的标准以及城市初期雨水污染治理的标准；并且提出径流量控制和径流污染控制的方法、措施及相应设施的布局。

本文以深圳市为例，探讨城市雨水径流量控制和径流污染控制的目标及方法。

1城市排水防涝系统与城市雨水径流控制

1.1城市排水防涝系统的构成

《大纲》对城市排水防涝系统的构成进行了说明。从设施层面来讲，城市排水防涝系统

1 国家水专项：低影响开发雨水系统综合示范与评估（2010ZX07320-003）

由三类设施构成，通过三类设施的协同作用，最终达到城市排水防涝总体目标。城市排水防涝系统的构成具体如下：

(1)城市雨水径流控制与资源化利用。包括三个方面的内容：①径流量控制；②径流污

染控制；③雨水资源化利用。按照《大纲》的要求，径流控制需主要按照 LID 理

念，综合运用多种手段进行雨水径流量和径流污染的控制，减少下游雨水径流负荷

和污染物负荷。从空间的角度来讲，城市雨水径流控制属源头削减。

(2)城市排水（雨水）管网系统规划。主要设施包括排水管渠和排水泵站及其它附属设

施。该类设施属于雨水的过程控制。

(3)城市防涝系统规划。主要设施包括城市涝水行泄通道、城市雨水调蓄设施等。该类

设施属于雨水径流的末端输送、控制与治理。

1.2城市雨水径流控制与排水防涝的关系

首先，雨水径流控制是城市排水防涝系统的重要组成部分。作为城市排水防涝系统的第一类设施，雨水径流控制主要是通过雨水的源头削减来实现雨水径流量和径流污染的控制，以此来减少后续设施的负担。其次，从优先次序来讲，对城市某一区域，应优先通过LID 设施进行雨水的源头、分散控制。LID设施不能达到排水防涝目标时，再通过其他两类设施，即排水（雨水）管网、排水泵站、涝水行泄通道和雨水调蓄设施等来实现区域排水防涝目标。2低影响开发理念及作用

低影响开发理念起源于上世纪九十年代的美国，其基本原理是通过分散的、小规模的源头控制设施来实现对降雨所产生的径流和污染的控制，使区域开发建设后尽量接近于开发建设前的自然水文状态[1,2]。作为城市建设与自然有机结合的新型开发模式，低影响开发可有效提高提高城市防洪排涝能力，缓解城市面源污染、提高水资源综合利用，是生态文明在城市规划建设中的具体体现。图2-1所示为低影响开发模式的原理2。

时间（h）

图2-1 低影响开发原理示意图

2图片引自佘年宣讲稿《可续都市规划与低影响开发的关系》（2011.7）。

3城市雨水径流量控制

3.1径流量控制总体思路

深圳市雨水径流控制总体思路如图3-1所示。首先，确定深圳市雨水径流控制目标。深圳市径流控制目标以综合径流系数表征，即各流域远期开发建设后的综合径流系数不大于现状评估值；其次，以深圳市各流域远期城市规划为基础，评估深圳市远期常规开发建设（即传统开发模式）后的综合径流系数，并与各流域现状综合径流系数进行比较：①如规划评估值大于现状目标值，则采用渗、滞、蓄的手段对超过的径流量进行控制，使其达到径流控制目标；②如规划评估值不大于目标值，则不进行径流量控制设施的规划布局，但要求以后所有新建项目均按照LID的理念进行开发建设；局部改建、扩建项目建设后不增加既有排水防涝设施的负担。

图3-1 城市雨水径流量控制总体思路

3.2径流量控制目标

按照远期开发建设后的径流量不大于现状值的目标，深圳市雨水径流量控制目标以流域现状综合径流系数表征。按照深圳市《雨洪利用系统布局规划》及其它相关研究，深圳市九大流域现状综合径流系数见表3-1，以此作为深圳市各流域径流量控制目标。各流域远期开发建设后的综合径流系数不大于表3-1中规定的值。

表3-1 深圳市各流域现状综合径流系数

流域现状综合径流系数

茅洲河流域0.48

珠江口流域0.48

深圳湾流域0.51

观澜河流域0.52

深圳河流域0.50

龙岗河流域0.46

坪山河流域0.40

大鹏湾流域0.37

大亚湾流域0.34

合计0.46

注：（1）该径流系数系指综合流量径流系数。

（2）以全市2008年下垫面作为现状下垫面进行评估。

3.3径流量控制方法

基于雨水收集、输送和排放的空间流向，可构建全过程的径流量控制体系，如图3-2所示。城市雨水径流量控制方法总体包括两类：①基于低影响开发理念的雨水径流源头削减；

②雨水径流的调蓄。

图3-2 基于LID理念的雨水径流全过程控制示意图（1）基于低影响开发理念的雨水径流源头削减

雨水径流源头削减，即在建设项目的开发建设过程中，通过在建设项目各类下垫面综合运用多种LID设施，让更多的雨水入渗、蒸发或蓄存，使雨水在进入排水管道之前就能得到有效的削减。LID设施主要结合城市景观设施（如绿地、绿化带）、开放空间、建筑屋顶等进行建设。对于城市现状建成区，如进行专门的LID设施改造比较困难，因此，LID设施主要将结合城市新建片区、新建项目和改建、扩建项目进行一并建设（图3-1所示）。以下将主要针对新建片区、新建项目和改建、扩建项目进行讨论。

1）建设项目LID目标

结合建设项目用地性质，将深圳市建设项目总体分为七类，分别制定LID目标。建设

项目分类及LID目标见表3-2。

表3-2 深圳市建设项目分类及LID目标

用地性质（类别代码）

用地类型综合径流系数大类中类

R R1，R2，R3 一类、二类、三类居住用地≤0.4~0.45 R4

四类居住用地（原农村居民住宅

形成的屋村用地）

≤0.50~0.55

C C1（C5参照公园类执行）商业服务业用地≤0.45~0.50 GIC GIC1，GIC2，GIC5，GIC7公共管理与服务设施用地≤040~0.45 M M0，M1 新型产业用地、普通工业用地≤0.45~0.50 W W0，W1 物流仓储用地≤0.50

S

S2 城市道路用地≤0.60 S1，S3，S4 交通设施用地≤0.40

G G1，C5 公园绿地≤0.10

G4 广场用地≤0.20~0.30

注：（1）用地代码参考《深圳市城市规划标准与准则》（2014版）。

（2）其他未注明用地类型（非特殊污染物地区）综合径流系数可按0.5~0.6执行；混合型用地类型按主要类别执行。

（3）新建项目（含城市更新项目）按低限值执行，改造、扩建项目按高限值执行。

2）建设项目LID目标的实现途径

建设项目LID目标实现途径如图3-3所示，即通过对建设项目的各类下垫面因地制宜综合应用多种LID设施，让更多的雨水实现源头、分散入渗，降低每一类下垫面的径流系数，进而达到建设项目综合经历你系数控制目标。对于大面积新建片区，也可制定片区LID目标，例如深圳市前海合作区（面积约15km2）确定的LID目标为开发建设后的综合径流系数≤0.45。

为引导建设项目合理采用LID设施，保障建设项目LID目标的实现，构建了四个LID 引导控制指标，分别为绿色屋顶覆盖比例、下沉式绿地建设比例、人行道、停车场、广场透水铺装比例和不透水下垫面径流控制比例。各类建设项目的LID控制指标参考值见表3-3。

图3-3 新建片区及建设项目LID目标实现途径

表3-3 建设项目LID控制指标参考值

LID控制指标居住类

（R）

商业类

（C、GIC）

工业类

（M、W）

道路广场

类(S、G4)

公园类

（G1，C5）

下沉式绿地建设比例≥60% ≥40% ≥60% ≥80% ≥20%

绿色屋顶覆盖比例20%~50%20%~30% 30%~60%— —

人行道、停车场、广场

透水铺装比例

≥90% ≥30% ≥60% ≥90% ≥50%

不透水下垫面径流控

制比例

≥40% ≥20% ≥80% ≥80% 100%

注：（1）下沉式绿地包括下凹式绿地、雨水花园、植被草沟、雨水滞留（流）设施等高程低于周围汇水区

域的绿地。

（2）不透水下垫面径流控制比例系指不透水下垫面的径流污染控制量与其上的降雨总量的比值。

3）LID设施

LID设施包括下凹式绿地、雨水花园（植生滞留槽）、绿色屋顶、透水铺装地面、植被

草沟、LID树池、雨水入渗设施、过滤设施、滞留（流）设施、雨水湿地等。图3-4所示为

几类典型的LID设施。LID设施的选择应综合考虑土壤地质、水文气候、维护管理、经济

性、景观性等因素，因地制宜选择适用、有效的LID设施。

由于深圳市地下水位较高，入渗井、渗透管沟等雨水深层入渗设施不适用。深圳市LID

设施主要应以表层入渗设施和雨水的滞蓄设施为主。

雨水花园（深圳光明新区38号路）绿色屋顶（美国波特兰）

透水铺装地面（深圳光明新区新城公园）植被草沟（美国西雅图High point社区）

图3-4 低影响开发设施

（2）雨水径流的调蓄

雨水径流的调蓄，即在雨水的输送过程中，结合城市公园、湿地、水体等开放空间，综合考虑竖向、景观等要求规划布局雨水调蓄设施，用以削减向下游排放的雨水洪峰流量、延长排放时间。雨水调蓄设施可不限于上述类型，借鉴日本、德国等发达国家的雨水管理经验，学校的运动场地、公园广场、蓄水模块等均可作为雨水调蓄设施。雨水调蓄设施如图3-5所示。

多功能雨水调蓄池位于公园的雨水调蓄池

雨水蓄水模块

图3-5 雨水调蓄设施

4雨水径流污染控制

4.1径流污染控制总体思路

径流污染控制，即通过工程措施对雨水径流中的污染物进行削减，减轻排入城市河湖的面源污染。径流污染控制总体思路如图4-1所示。首先，确定径流污染控制目标；其次，将城市建设区总体分为新建片区（建设项目）、城市更新区和现状建成区，分别制定不同的径流污染控制策略。

图4-1 径流污染控制总体思路

4.2径流污染控制目标

通常来讲，在一次降雨事件中，降雨初期所产生的一定厚度的降雨径流携带了大量的污染负荷，致使这些降雨径流所对应的降雨量称为初期雨水。对于城市建设区，径流污染控制是通过对初期雨水的截流和处理而实现的。根据深圳市相关研究，深圳市初期雨水控制量为7mm，即将降雨初期的7mm降雨作为初期雨水进行截流和处理。

4.3径流污染控制方法

前已述及，径流量的控制是基于LID理念的雨水径流源头削减、过程控制和末端控制来实现的。与此相对应，径流污染的控制也是通过源头削减、过程控制和末端治理来实现。源头削减即基于LID理念的雨水径流污染源头控制；过程控制是对初期雨水进行截流和处理；末端治理是在雨水管渠末端、排放水体之前采用雨水湿地等设施对雨水进行净化。

（1）基于低影响开发的雨水径流污染源头控制

雨水径流污染源头控制主要是针对城市新建片区和新建项目（图4-1）。即对新建片区和新建项目，不进行初期雨水径流的截流和处理，LID设施在进行雨水径流量削减的同时，可有效的去除径流污染物。国外大量研究表明，LID设施能有效削减雨水径流中的TSS、COD、TN、TP、油脂类、重金属等。美国弗吉尼亚大学对雨水花园（Rain garden）的监测结果显示[3]，一般新建的雨水花园可以去除86%的TSS、90%的TP、97%的COD和67%的油脂；Singhal N．等人对植被草沟（Grassed swale）的研究结果表明，植被草沟可截留雨水径流中93%以上的SS，同时可消纳部分有机污染物、油类物质和Pb、Zn、Cu、Al等金属离子[4]。表4-1所示为雨水过滤设施污染物去除监测结果统计。

表4-1 雨水过滤设施典型污染物去除率

监测过滤设施数目TSS去除率（%） TN去除率（%） TP去除率（%）分布平均分布平均分布平均

美国数据18 80~92 86 30~47 32 41~66 59 国际数据38 —75 —44 —45

注：（1）美国数据来源于：“The Center for Watershed Protection, in its National Pollutant Removal Performance Database-Version 3 (2007.9)”

（2）国际数据来源于：“The International Stormwater Best Management Practices (BMP) Database, 2007.10”

（2）初期雨水截流与处理

对于现状建成区（不包括生态保护区），通过截流一定厚度的初期雨水径流，并对其进

行处理，达到径流污染控制的目的。深圳市初期雨水控制量为7mm，且初期雨水汇流范围

应使得汇水面积最远点到排放口的汇流时间不应超过20～30分钟。超过此汇流时间的区域，

其初期效应已不显著。

初期雨水处理设施主要应以生态处理设施为主，例如雨水湿地、雨水滞留塘等。雨水处

理设施应结合城市公园、水体等开放空间进行布置。

（3）雨水的末端治理

雨水的末端治理是在雨水管渠末端、排放水体之前对雨水进行净化处理。对于直接排入

河道的排水管渠，在用地许可的情况下，可主要利用河道蓝线内用地建设雨水处理设施，如

雨水湿地、雨水滞留塘等，如图4-2、图4-3所示。对于中、小雨，雨水径流可全部进入湿

地或滞留塘进行处理；对于大雨及暴雨，初期径流可排入雨水处理设施进行处理，待处理设

施满负荷时，后期雨水径流可直接排放。

对于截流式合流制排水系统，对截流井溢流雨污水进行处理是防止河流污染的重要措施。如用地许可，可利用河道蓝线用地建设雨水处理设施；如用地不许可，可暂时蓄存，待

降雨过后输送至污水处理厂进行处理。

图4-2 雨水末端治理系统示意图

雨水湿地（德国，斯图加特）雨水滞留塘（新加坡碧山公园）

图4-3 雨水末端治理设施

5结语

（1）面对日益严峻的城市排水防涝压力和面源污染压力，应构建基于“源头削减、过程控制、末端治理”的全过程雨洪控制体系。雨水径流控制作为城市排水防涝的重要组成部分，与排水管渠系统和防涝系统共同构成城市的排水防涝体系。

（2）雨水径流控制主要是按照LID理念，通过雨水的源头、分散控制使各流域远期开发建设后的综合径流系数不大于现状评估值。对于新建、改建项目（片区），通过在建设项目源头运用多种LID设施，使每一类建设项目达到规定的综合径流系数目标；对于现状建成区，由于大规模改建LID设施不易实现，因此可主要结合城市公园、湿地、水体等开放空间建设雨水滞蓄设施。

（3）径流污染控制方面，一般来讲，径流污染是伴随着径流量的削减而得到有效控制的。对于新建项目和新建片区，主要是通过LID设施进行雨水径流污染物的源头削减；对于现状建成区，通过截流7mm初期雨水径流并进行处理，即可实现径流污染的有效控制。

参考文献

[1]Coffman L S．Low Impact Development creating a storm of controversy[J]．Water Resources Impact，2001，3(6):7-9．

[2]Thomas H．Cahill, P．E．Low Impact Development and Sustainable Stormwater Management[M]．A John Willy & Sons, INC.．2012．

[3]Davis A P．Field performance of bioretention: Water quality[J]．Environment Engineering Science, 2007, 24(8): 1048-1063.

[4]Singhal N，Takis E S，Navin W，et al．Sediment retention by alternative filtration media configurations in stormwater treatment[J]．Water Air Soil Pollution，2008，(187):173-180．

作者简介：丁年，高级工程师，深圳市城市规划设计研究院；

胡爱兵，工程师，深圳市城市规划设计研究院；

任心欣，高级工程师，深圳市城市规划设计研究院。