2018-03-28 | 来源:宜水环境科技 (上海 ) 有限公司 | 作者:章卫军、敖 静 |
雨洪问题是城市化进程中最为突出的难题,涉及洪涝风险、水资源利用、生态环境保护和工程投资等方面。然而我国常态化的城市洪涝事件和水污染事故已影响到民生安全,甚至是社会稳定,引起了政府的高度关注。自2002 年发布《可持续发展科技纲要》( 2001 年—2010 年) ,我国逐渐实现了部分城市的水务一体化管理,尝试了“最严格的水资源管 理”,提出了“水生态文明”的创建、“海绵城市”理念和最近的“水十条”严格措施,治水要求不断升级。
然而仅有理念、严格的要求、考核目标和惩罚制度是不够的。要改变结果,需要改变导致结果的惯性思维和习惯做法,我们必然需要探究问题的成因,明白解决问题的驱动力,寻求管理的有效手段。将决心转变为解决问题的行动和工程实践是一个复杂的动态的实践过程。在这一过程中,技术手段和处理问题的经验可以学习借鉴,但问题探究的过程绝对不可跨越。这一过程的长短取决于行动的出发点和实践的方法。
城市洪涝、水环境问题是一个漫长的多种因素不断累积而又动态变化的结果,不是短短几年的工程措施可以解决的。国际实践表明,在全球资源短缺、环境恶化的压力下,可持续发展仍是指导解决水环境问题最根本的出发点。任何水管理的理念和要求,都是不同侧面对可持续发展要求的表述,根本的宗旨是希望在城市建设过程中,充分认识到水资源环境的承载力,认识和尊重自然生态的本质价值,识别工程与经济、社会、环境、生态之间的影响关系,从而合理利用自然资源,实现城市发展与社会、经济、环境的平衡。
本文从新西兰的可持续发展理念基础入手,介绍新西兰以此为基础的资源管理框架和相关的城市雨洪管理实践。新西兰是一个移民国家,各国的技术移民带来各自的先进理念,这些理念在新西兰自由民主的体制下汇聚、提炼、吸取,使新西兰走在全球的前沿,成为最早吸取可持续发展理念、实现水与生态环境综合管理的国家之一。新西兰于 1988 年经过水务一体化变革,逐渐理顺了管理体制和技术体系; 通过流域综合管理规划,在详细调查区域本底环境的同时,有效集成了有科学依据的雨洪控制信息,实现精细化管理。新西兰的实践秉持着“理念推动管理、法规引导技术”的指导思想,应用“最好的技术资源”、“最佳管理措施”及“平衡设计”手段,构建了一套成功的城市雨洪管理体系。
新西兰与其他大陆隔绝,本土的生态系统极为敏感、脆弱。另一方面,由于早期人为的大火和规模化砍伐,森林覆盖率从 700 多年前的 90% 锐减到约 30% ,土壤条件、流域产汇流和气候特征发生了很大变化,由此导致洪涝频发、水土流失,破坏了原始的生态和环境,严重威胁到了原生物种的生存环境,不少原始物种丧失,生态系统面临失衡的威胁。人类活动对脆弱自然系统的破坏最终威胁着人们的生存环境。在大量欧洲移民涌入、森林遭受快速砍伐后的 19 世纪,常有洪水泛滥、表土冲蚀、农田受洪水或淤泥淹没、人员伤亡或受水生疾病影响等现象发生。这些现象在当时敲响了警钟,新西兰的环保意识开始普遍增强,于 1872 年颁布了公共卫生法,1874 年颁布了森林保护法,1875 年成立了基督城排水管理处,1908 年成立了奥克兰市排水管理处。
另一方面,新西兰的土著居民认为,水是圣洁的,是上帝赋予人类的礼物,是生命之源,不容污染。经受了环境破坏后果的教训,以及土著居民的信仰和对水的敬畏,在尊重人权、保护土著文化和高度民主的新西兰,逐渐推动了水和环境管理体系的不断改进。1988 年流域管理机构合并入地区政府,完成了与体制改革同步的水务一体化管理; 1991 年正式颁发了集大气、水、土、森林、地下资源管理等于一体的《资源管理法》( Resources Management Act)[1],明确规定了中央、地区( 流域) 和地方三级政府的管理目标、责任和任务,成为自 1991 年以后指导各级政府进行资源管理、规划设计和工程建设的法律依据。
Fig. 1 Regulatory framework of Resource Management Act
《资源管理法》规定中央政府颁发国家政策声明,制定一系列的法规,管理环境法庭; 地区政府从流域管理要求出发,负责流域的综合规划和管理,颁发地区政策声明[2],制定技术规范,协调和管理土著居民对工程规划建设的意见; 地方政府负责在城市、乡镇级别进行的工程的实施、维护和管理。涉及到土地、水资源利用、雨水污水排放的工程,都需要申请许可; 涉及流域性的工程行为,需要向地区政府申请,城市内部的则需向市政府申请。
《资源管理法》在一个集成的法律框架之下涵盖资源管理的各个方面,其宗旨是从可持续发展角度出发,保护稀有的、不可逆的环境资源,实现经济发展、社会公平、环境健康之间的平衡。在《资源管理法》框架下,地区政府必须完成地区规划,制定相关政策,管理与雨洪密切相关的城市开发建设工程活动,包括:
① 海岸保护规划[3]
海岸保护规划主要是管理和控制发生在海岸范围内的人类活动。例如奥克兰拥有 3 000 km 的海岸线,许多地方的雨水系统是直接向海洋排放的。如果一个雨水管网的排放口排向平均天文高潮位以下,建设责任主体( 开发商或市政府) 需要事先取得地区政府的海岸排放许可证。
② 土壤流失控制规划[4]
土壤流失控制规划主要是控制土壤在开发与施工过程中向环境的外排。任何具有一定规模的土地开发或工程项目,在申请资源许可证时,必须递交相应的土壤流失控制方案。该方案必须遵循避免、减少和处理的原则,提供详细的开发和施工方案,包括施工方法和时间、任一时刻可能裸露的土地面积、开发或施工现场的雨水径流控制措施等。
③ 空气、土地和水保护规划[5]
空气、土地和水保护规划相对于雨洪控制更为重要。此规划首先界定了什么是许可行为( Permitted Activity) 、自主行为( Discretionary Activity) 和不遵守行为( Non-comply Activity) 。许可行为根据常规土方工程、海岸土方工程、河边湖底土方工程等的不同特点,分别处理。如果涉及取水或改变河道排水方向、排水系统接入,则涉及工程的责任方需要进行取水许可或排水许可的申请。
4 宜居城市奥克兰市的雨洪管理实践奥克兰市在地区政府的指导框架下,实施地方政府的资源管理职责,建设和维护管理、工程、资源许可审批。奥克兰市是新西兰最大的城市,约 150 万居民,面积约为 5 000 km2。2010 年政府体制精简( 地区政府基本完成了过渡工作) ,辖区内几个城市与地区政府合并,成立大奥克兰市,承担地区政府和地方政府的共同责任。
奥克兰的地区政策声明制定了水资源利用和环境保护目标,这些目标的核心是保持奥克兰为全球最适合居住的城市。显然依海而兴的奥克兰市在城市建设和发展过程中,水生态和环境的保护非常重要。城市雨洪资源管理是实现上述目标的重要环节。在区域规划、用地开发、建成区改造开发商提出申请许可时,雨水是必须考虑的首要问题。
在《资源管理法》和政府的一系列法规和政策指导下,奥克兰市政府需要识别城市开发对环境带来的后果,保证满足城市防洪排涝标准和水环境质量目标( 包括水质、泥沙、生态、绿化) 。这些目标的实现主要通过预防、源头控制、收集系统建设、系统性风险控制等 4 个环节的管理,这 4 个环节从习惯、源头细节到宏观整体有机集成,实现最佳管理实践。
作为实现水环境目标的主要部分,雨洪管理源头控制期望实现土地开发前水文和生态指标,分解为初期雨水污染物截留、沉沙缓排和削减径流峰值三个部分。
排水流域系统规划是获取管理依据、决策规划工程的重要手段,这通常以计算机系统模拟分析为基础,并结合规划协调、风险评估与传统排水工程能力分析。随着城市的发展、理念的更新、信息的不断丰富和技术手段的提高,城市的雨水管理实际上是一个动态渐进的过程管理。最近的两个转折性的规划执行于2000 年全市的“流域综合研究”和2005 年开始的“流域综合管理规划”。
2000 年全市的“流域综合研究”目的是现状摸底、评估、确定技术研究的方向和内容,包括: ①环境本底调查,包括水系、水质、泥沙、生物、文化、污染源、已知洪涝问题等; ②设施普查测量,包括排水设施、水系、地形高程、下垫面等; ③城市设施普查,包括道路、地产边界、房屋、航拍图等; ④利用水环境现状和开发后果评估,确定项目地块开发的关键控制点和控制指标; ⑤绘制洪水风险图; ⑥根据流域限制性条件,如洪水风险、受纳水体生态、水质状况,确定雨洪管理区、各分区的管理控制指标和限制性土地开发活动; ⑦布置环境监测,包括流量、水位、水质、生态等实时或定期监测,信息对公众发布; ⑧工程规划,即结合地区规划的未来水环境保护项目的规划,包括信息系统、技术研究、技术导则、工程建设、公众教育等。除了一些工程措施,综合研究的结果推动了地理信息系统的集成开发应用、环境监测的实施和一系列水文计算、模型导则、LID 设计导则、工程建设最佳实践指南等的颁发。
2005 年开始的各个排水“流域综合管理规划”,在之前工作成果的基础上,以管理、决策和协调为目标,目的是利用好的 GIS 数据和新的模型技术,通过综合分析研究,得出管理和决策的依据。主要内容包括: ①重新利用新的模型技术,评价流域现状、开发项目带来的洪水风险,包括 10 年、50 年和 100 年一遇的洪水风险图、地表坡面汇流路径、水深、流速,关键控制点 1 年、2 年、5 年、10 年和 50 年一遇的水位、流量和流速等,这些关键信息将用作排水许可申请控制指标、用地控制、城市规划协调等依据; ②以风险控制为目标的工程措施评估和优选,包括不确定性的分析和预案研究; ③新区的开发和现有建筑物的改造必须实施 LID 工程,确定 LID 目标指标; ④ 每个流域的普查、测量、监测、洪水风险、泄流路径、 LID 分区、排水设施、城市地理信息都在政府的 GIS 综合管理系统中更新,将复杂的雨洪管理转变成一个可管理的技术流程。
在奥克兰雨洪管理实践中,典型且行之有效的实践包括:
① 详细的信息系统的构建———精细化管理控制的基础和手段
随着现代雨洪管理的发展,有关雨洪管理的信息包括来自其他部门或居民的信息大量增加,如何收集、分类、储存和共享这些信息越发重要。详细的雨洪信息系统支撑着政府各个部门的业务应用,可以让排水管理部门有充分的管理依据、技术团队能做更好的规划设计、开发商和利益相关群体清晰了解问题。城市的 GIS 系统在政府网站全面向市民公开,该地理信息系统包括下列内容与功能: a. 基本信息,即所有具有独立产权的地产边界、道路、公园、学校、等高线( 最小等高线间距为 0. 25 m,正负误差为 0. 1 m) 、不同年代的航空照片等; b. 给水、污水和雨水管网; c. 百年泛洪区、洪涝敏感区、地表径流路径、百年沿海淹没区; d. 地区规划; e. 各类雨洪管理区; f. 全市河流普查结果; g. 已知的各种雨洪问题; h. 未来 10 年的所有基建项目,包括雨洪基建项目; i. 地表植被评价; j. 历史遗迹; k. 实时环境监测。
② 模型技术———评估和预测复杂系统表现的关键工具
奥克兰政府颁发了计算机模型导则,模型计算普遍应用于规划、设计和研究分析中。
a. 模拟与预测百年泛洪区、洪水水位和地表径流路径
应用国际上通用的模拟软件,奥克兰完成了城区百年泛洪区、洪水水位和地表径流路径的模拟与预测。并将模拟的百年泛洪区和地表径流路径在市政府网站上公布,在任何一个地表径流路径的模拟图中,用鼠标点击地表径流路径上的节点( 每隔 5 m 一个节点) ,便可得到此点在遭遇 10 年或 100 年重现期降雨时的地表径流量。这些信息的主要用途有: 防止或减少在百年泛洪区内和地表径流路径上兴建新的建筑或改变地形地貌; 预测遭遇百年洪水时可能受淹的地区和建筑; 为城市防涝和组织地表排水、低影响开发措施提供科学依据。这给专业人员、开发商甚至普通市民带来了很大的方便。
对百年泛洪区、洪水水位和地表径流路径进行可靠的模拟预测需要一些基本条件,包括对当地雨水管网及自然河道的详细了解、高精度的地形图及地表用途。在 2004 年,奥克兰大部分地区进行了 LiDAR( Light Detection and Ranging) 地形航测和航拍,从而获取了相当精确的地形图。
b. 污染负荷模拟与预测
污染负荷模拟与预测是以地理信息系统为基础进行的。以奥克兰原北岸市的污染负荷模拟为例,首先以高清的航空照片为基础进行地表特征分析,整个城市被分成了 54 种不同的地表用途。每种地表用途被提取出来,利用原奥克兰地区政府发布的不同地表用途的污染负荷,可算出某一给定流域的污染负荷,或预测由于地表用途的改变而增加的污
染负荷,从而为设计合理的雨水处理系统提供依据。
③ 决策优化———雨洪基建项目管理
在 20 世纪 90 年代以前,由于对雨洪管理的重要性认识不足,雨洪基础设施建设落后于城市的发展,导致了很多雨洪问题,这就需要很多雨洪工程项目来解决这些问题,包括改扩建现有雨水管网、新建雨水水质改进系统、升级老旧雨水系统等。在众多的雨洪工程建设项目中,要确保那些急需的项目优先得到建设。奥克兰政府研发了一个雨洪基建项目重要性评价系统( Project Prioritisation Process) ,从经济、环境、文化和社会四方面进行打分。为减少主观因素的影响,这一打分过程通常由政府的雨洪规划部门集体完成。除雨洪基建项目外,市政府每年还要完成大量其他基建项目,如何尽量保证这些基建项目以协调有序的方式进行建设尤为重要。为此,市政府开发了一套以 GIS 为基础的项目信息管理系统,该系统要求市政府的各职能部门将未来 10 年内的基建项目输入到政府的系统中。
④ 机制建设———运营与维护
一个雨洪控制系统能否正常发挥其设计功能,特别是近年来大量分散建设的水质保护和峰值调蓄设施,依赖于对该系统经常性的恰当的维护。奥克兰的雨洪系统运营与维护不仅涉及常规的雨水管网等设施的具体运行与维护,还包括如何高效地回复民众报告的雨洪问题及制定紧急情况的应对计划。
现代雨洪管理绝不是某个单一部门的工作,而是与政府的许多相关部门,特别是规划、道路、交通、排水、园林、执法等部门都有非常重要的关系。奥克兰的雨洪管理部通过与上述提到的有关部门签订服务水平协议、建立专门工作小组、设立专职的雨洪对外联络官及专职的雨洪审批工程师来加强、协调与这些部门的业务合作。
5 结语
新西兰的青山绿水、优美环境,在很大程度上是几代人不懈的努力,对人为破坏的脆弱环境的修复和保护的结果。源自于土著文化对水的敬畏和可持续发展理念,新西兰通过颁发符合本国实情的综合的《资源管理法》,确立了清晰的中央、流域( 地区) 、地方三级政府的职责、目标和任务,使得政策法规的颁发与自然规律的研究相辅相成、有条不紊,能够以最好的知识获得最佳的决策。新西兰实践表明,可持续发展理念、持久渐进的科学研究和管理体系的建设,是成功管理水和环境的三大要素。
可见,城市雨洪管理需要依赖的不仅仅是技术,更需要正确的理念和支撑决策合理制定的管理体系和技术准备。目前,我国的人口、资源、环境等问题面临着极其严重的挑战,在城市建设的过程中,如何管理好城市雨洪问题,需要借鉴国外经验,把握可持续发展准则,扎实做好研究分析工作,为科学决策体系的改进提供基础。
参考文献:
[1] New Zealand Government. Resource Management Act 1991 [EB/OL]. http: / /www. legislation. govt. nz/act/ public/1991/0069/latest/DLM230265. html search = tsact-Resource + management + act-resel&p = 1&sr = 1,2014 -12 -20.
[2] Auckland Regional Council. Auckland Regional Policy Statement [EB/OL]. http: / /www. aucklandcouncil.govt. nz/en/planspoliciesprojects/plansstrategies/DistrictRegionalPlans/regionalplans/aucklandcouncilregionalpolicystatement/Pages/home. aspx,2014 -12 -20.
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