变化环境下城市水文学的发展与挑战——城市雨洪模拟与管理.(2)

　　3.1城市雨洪管理目标

　　一般认为城市雨洪管理可分为水量管理、水质管理、水生态管理和可持续管理。从国外城市雨洪利用与管理体系分析，城市雨洪管理体系经历了传统排水管理体系和生态排水管理体系两个阶段。传统排水管理体系以管道快排快放，保障城镇和住区洪涝安全为主；生态排水管理体系则主要以生态收集与处理的技术措施为主，同时考虑雨水的资源化和降雨径流污染控制。Fletcher等总结了城市雨水管理的主要目标为：①以可持续的方式管理控制城市水循环过程；②尽可能地维持天然状态下的径流体制；③保护和修复水质环境；④保护和修复水体生态系统；⑤雨水资源化利用；⑥强化城市景观设计和基础设施建设。结合中国正在开展的城市排水（雨水）防涝综合规划编制工作，国内城市雨洪管理的基本目标主要是雨水径流量控制、雨水污染控制和雨水资源化利用。

　　3.2城市雨洪管理技术

　　城市雨洪管理技术主要包括两种：一是建立雨水集蓄利用系统，通过雨水集蓄设备收集雨水经处理后用作杂用水；二是修建雨水地表入渗系统，由入渗池、入渗井、绿地和透水路面等组成的系统进行导渗，使地下水得到补给。这些技术方案包括源头控制、中途控制和末端控制三类，其中源头控制是从雨水的源头上控制，如屋顶绿化、雨水花园、透水铺装和雨水收集器等；中途控制则主要围绕溢流污染控制和合流制改造等问题；末端控制包括了河道末端集中储存处理技术、人工湿地、生态堤岸和雨水塘等。总结国外诸多城市雨洪管理技术方案的主要特点。近年来，国内学者也结合现有的城市雨洪管理技术开展试点应用研究，如贾海峰等提出了城市降雨径流控制LIDBMPs规划方法体系，许萍等提出了中国低影响开发城市雨洪管理模式的推广策略，潘安君等提出了北京市城市雨洪管理的初步构想以实现防洪减灾、雨洪利用和改善环境的三大目标等。虽然国内已开展了诸多有益的尝试，但仍有很多工作需要深入探讨。

　　因此，在借鉴发达国家先进经验的基础上，结合中国城市降雨特征与城镇化快速发展的特点，逐步改变传统的雨水快排理念，基于经济和生态的角度构建“径流减排-污染控制-积蓄回用-生态处置”等多目标的科学管理系统，实现源头控制、中途控制和末端治理相结合的城市雨洪综合管理体系，需要加强以下工作：①统一以源头管理和生态处置技术为主，最大程度模仿自然的雨水生态排水管理理念；②加强法规和政策研究，从制度和机制上引导和保障雨水生态排水体系的建设和实施；③加快城市雨水排水方式转变，从规划层面构建城市雨水生态处理和可持续循环利用模式；④加大雨水生态收集处理技术和设施的本土化研究力度，通过建立一大批工程的示范效应，推广雨水生态排水方式的应用；⑤重视技术和设施的标准化建设工作，加快推进雨水生态排水技术的规模化应用进程。

　　4、面临的主要挑战及关键问题

　　综观近年来国内外研究成果，尽管城市雨洪模拟及管理的理论和实践研究已取得了长足的进步，研究方法也不断完善，但仍面临着诸多挑战和困难，特别是全球气候变化和城市化进程的不断加快，使得全球范围城市洪涝灾害问题突出。因此，当前城市雨洪模拟与管理研究还应该加强以下3个方面工作：

　　（1）城市暴雨洪水监测与预测预警技术方法城市暴雨洪水监测与预测预警技术方法研究是城市雨洪模拟的关键，也是城市水文学研究的主要难题之一。需要探讨城市水文站网布设与城市排水系统监测网络的规划设计，实现城市暴雨洪水过程全方位多角度监测，并开展多源信息技术集合应用和临近降雨定量预报研究；强化城市雨洪模拟技术和模型方案的系统研究，耦合随机性模型与确定性模型，集合水文学和水动力学方法，结合一维和二维模型，基于理论分析、试验研究和数值模拟技术建立能够模拟城市地区水循环规律和下垫面变化条件下的产汇流特征以及城市管网水流运动规律的城市雨洪模型，实现地表-地下水耦合以及地面汇流与管网汇流的耦合演进；并系统开展缺资料或无资料信息条件下的城市雨洪模型参数优化与不确定性评估，形成城市雨洪模型集合预报方案，减小模型预测结果的不确定性，提高预报精度及可靠性；耦合地面观测、气象雷达、遥感卫星、地形地貌、排水管网及城市发展等多源信息，基于GIS的空间分析和可视化模块，构建城市暴雨洪水监测与预测预警综合系统，为城市防洪减灾和应急应对提供决策依据。

　　（2）城市雨洪管理和资源化利用技术城市雨洪管理是城市水文学研究的一个前沿与热点问题，特别是对于城市化快速发展的发展中国家和地区，正面临着越来越多的城市洪涝灾害和水资源危机，如何有效应对城市洪涝灾害，管理城市雨洪，控制雨水污染、实现资源化利用，成为变化环境下城市雨洪管理的重点。

　　在管理理念上，坚持以可持续性发展、接近自然状态和多功能的城市雨洪管理理念为基本原则，改变单独的排洪蓄涝模式，形成以防洪减灾、污染控制和预防、水生态系统修复和保护以及城市环境美化与水资源综合利用等多功能管理模式；在技术层面上，加强源头控制技术和预防措施的研究和实践，结合工程性措施和非工程性措施，建立长期监测与评估技术，保证城市雨洪管理技术的有效性和适应性以提高城市雨洪管理水平；在法律政策方面，构建高效的城市雨水管理体制，制定城市雨水利用和管理的法律法规和条例，调整城市雨洪协调管理模式，改变“多龙治水，无人负责”的混乱管理局面，实施水务一体化建设，保证可持续的城市雨洪管理技术方案的实施和推广；在应用与规划方面，根据城市综合规划，协调人口、经济、资源和生态环境之间的发展，综合考虑城市自然条件、土地利用、基础设施建设和经济发展水平等因素，建立合适的城市雨洪管理技术方案，以应对变化环境下的城市雨洪问题。

　　（3）变化环境下的城市洪涝风险与水安全研究城市水问题成为影响城市发展的主要瓶颈，如城市水资源短缺、水质污染和洪涝干旱灾害等。此外由于气候变化和城市化快速发展使得城市供水安全、水质安全和防洪安全面临巨大挑战，因此，开展变化环境下城市水安全研究是城市水文学关注的焦点。需要结合分布式水文模型、管网水力模型、河道水力学模型的相互响应关系与耦合建立集成模型，建立洪涝灾害损失评估与风险分析模型，并基于风险管理理念开展城市雨洪优化管理与利用；考虑气候变化和城市化的发展对城市水安全的影响机制，开展城市水安全的影响驱动因素定量评估分析，明确变化环境下城市水安全问题的主要成因，探讨可持续性城市水安全应对措施；基于洪涝风险和水安全研究，分析建立城市综合水资源管理系统，保证城市水安全和水生态文明建设，促进城市人水和谐发展。

　　5、结论与展望

　　城市雨洪模拟和管理是城市水文学研究的热点问题，经过几十年的发展，在降雨观测与模拟、城市雨洪模拟技术和城市雨洪管理方面已取得了丰硕的成果，形成了较为完善的模型框架体系和技术管理方案。相较于国外的成熟技术，国内在城市雨洪模拟与管理方面存在许多不足之处，如中国目前尚未建立有效的城市雨洪预警预报系统以及行之有效的城市雨洪管理体系，而且在城市暴雨洪水监测方面存在薄弱环节以及数据缺失可能影响城市雨洪研究的精度及可靠性问题。因此，中国城市雨洪模拟与管理研究仍面临着诸多挑战，在今后的研究中，需要综合利用地面观测、天气雷达及遥感卫星技术，实现城市暴雨洪水过程的监测及定量降雨预报；通过试验分析和数学模型方法探讨城市暴雨洪水过程响应机理，建立有效的城市暴雨洪水过程模拟模型；结合成熟的城市雨洪管理方案，建立适合中国城市发展情况的雨洪管理技术和雨水资源化利用方案，为构建可持续的城市综合水资源管理提供基础。

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