1、第 10 期城市的开发增加了建筑物的密度和硬化道路的比例，改变了原有自然生态下径流产生和汇集规律，使得降雨时产生更多地表径流，洪峰到来时间更短，洪峰流量更大 。目前主要是通过提高市政设施的设计标准，加大市政建设的投入才能防止洪涝灾害的发生1，但这极大地增加了基础设施的建设成本和运行费用，对于合流制将增加降雨时污水处理厂的负荷，对于分流制则增加了排水管道工程的造价，且相对效果也比较有限2。为应对此问题，人们开始研究低影响开发技术 。低影响开发（ Low Impact Development， LID）是基于模拟自然水文条件原理，采用源头控制理念实现雨水控制与利用的一种雨水管理方法3。20 世纪
2、90 年代，美国 Maryland 州的专家已经开始低影响开发的研究4，目前在美国 、欧洲和日本等地已被广泛应用于新城区的建设与老城区的改造，并形成了相应的设计标准，很多关于低影响开发的模型也被开发及广泛应用，如 MUSIC 和 SWMM 模型等5。低影响开发的核心是从源头削减径流的产生，因此按径流的产生源头和特性，相应的可以分为应用于建筑物 、市政路桥和园林绿地的低影响开发技术 。环境科学与技术 编辑部： （网址）http：/（电话）027-87643502（电子信箱）收稿日期： 2011-11-23； 修回 2012-01-12基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项（ 2008ZX
3、07211-004）作者简介： 王红武（ 1970-），女，副教授，博士，主要从事水污染控制理论 、技术及方法研究工作，（电子信箱） 。Environmental Science & Technology第 35 卷 第 10 期2012 年 10 月Vol. 35 No.10Oct. 2012王红武，毛云峰，高原，等. 低影响开发（LID）的工程措施及其效果J. 环境科学与技术，201，35(10)：9-103. Wang Hong-wu，Mao Yun-feg，GaoYuan，et al. Low impact development practice and its effectsJ.
4、Environmental Science & Technology，2012，35(10)：99-103.低影响开发（ LID）的工程措施及其效果王红武1， 毛云峰1， 高原2， 樊金红1， 张善发2， 马鲁铭1（ 1.同济大学环境科学与工程学院，城市污染控制国家工程研究中心，上海 200092；2.上海市城市建设设计研究院，上海 200125）摘 要： 低影响开发（ Low Impact Development， LID）是一种采用源头控制理念实现雨水控制与利用的一种雨水管理方法 。低影响开发对径流水文水质的作用效果不仅受到降雨强度 、降雨时间 、温度等环境因素的影响，还受到各种工程措施的
5、材料 、结构与组成的影响 。文章总结了这些因素对低影响开发技术作用效果的影响，归纳低影响开发技术的现存问题，提出改善低影响开发技术的一些措施，可为低影响开发的应用与普及提供参考，从而有利于实现环境效益和城市发展的双赢 。关键词： 低影响开发； 径流； 雨水控制利用； 雨水花园； 绿色屋顶中图分类号： X799.1； TU992 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1003-6504.2012.10.021 文章编号： 1003-6504(2012)10-0099-05Low Impact Development Practice and Its EffectsWANG H
6、ong-wu1， MAO Yun-feng1， GAO Yuan2，FAN Jin-hong1， ZHANG Shan-fa2， MA Lu-ming1（ 1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse， Shool of Environment Science and Engineering,Tongji University， Shanghai 200092， China；2.Shanghai Research Academy of Urban Construction Design， Shanghai 2001
7、25， China）Abstract： Low impact development （ LID） is a storm-water control and use management method based on controllingstorm-water at the source. LIDs effects on hydrology and quality of runoff are affected not only by environmental factorssuch as rainfall intensity， rainfall duration and temperat
8、ure， but also the materials， structure and composition of the practices.It is necessary and meaningful for the application and popularization of LID by summarizing the factors effects on LIDfunction， studying the existing problem of LID technology and giving some improving LID methods， which would o
9、fferbenefits to both environment and urban development and finally reach a win-win situation between environment and urbandevelopment.Key words： low impact development（ LID）； runoff； storm water control and use； rain garden； green roof第 35 卷1 低影响开发工程措施的分类1.1 建筑低影响开发工程措施建筑低影响开发的工程措施主要是绿色屋顶（ Green Roo
10、f），绿色屋顶结构通常分为 4 层：植被 、培养基质 、过滤层（防止培养基质流失）和排水材料，见图 16，有时会根据需要增加防水层和防护层 。植被可选取本地土生土长的植物，搭配一些常用绿化植物，竹子 、枫木等根部侵入性较强的植物应尽量不种植或采取特殊措施 。培养基质应选取具有良好吸水性 、透气性，并且清洁无污染的屋顶绿化专用土，土壤等培养基质的厚度应结合植物的种类及径流削减目标进行综合考虑 。过滤层主要防止土壤流失，过滤多余雨水中的颗粒物，可选用屋顶绿化专用土工布 。通常建筑屋顶已具有防水层，但有些绿色屋顶施工中仍应增加隔水层，并采用水泥砂浆等作为保护层对防水层和屋顶进行防护 。对于不同的植物
11、和介质层，绿色屋顶在夏天可以滞留 70%90%的降雨，冬季可以滞留 25%40%的降雨7。另外调查表明，绿色屋顶可以有效地保持建筑物内的温度，北京市东城区园林局测试数据表明，夏季采用绿化屋顶的建筑比非绿化屋顶建筑平均低 4.5 ，冬季会平均高 2.4 ，具有很好的保温隔热作用3。南宁市中国东盟科技企业孵化基地广泛采用了屋顶绿化，并且取得了较好效果，对于绿色屋顶的设计和施工具有很好的参考价值8。影响绿色屋顶滞留和削减径流的因素很多，除天气和气候条件外，其本身的结构性质对绿色屋顶效能的发挥也有一定影响 。VanWoert 等9通过对比试验，研究了坡度和培养基质厚度对绿色屋顶滞留效果的影响，发现较缓
12、的坡度和较厚的基质更有利于雨水的蓄存 。但综合来看，厚度对于蓄存能力的提高效果并不是非常明显，各地的效果也存在差异，较小的基质厚度更经济且易于施工，但也有研究表明，过小的厚度可能会造成植物在冬季的冻伤10。绿色屋顶出水水质方面的研究数据比较缺乏，在美国俄勒冈州的绿色屋顶的研究中11，出水 TP 浓度在 0.21 mg/L 之间， NO3-N 浓度超过 20 mg/L，由于没有降雨中 TP 和 NO3-N 的数据，故无法计算去除率 。但在美国北卡罗来纳州的一项实验研究12表明绿色屋顶出水中的 TP 浓度高于降雨中的浓度，并且绿色屋顶出水 TP 浓度与普通屋顶出水中的浓度没有明显的差异，这可能是因
13、为施肥 、土壤 、屋顶结构等原因造成绿色屋顶释放 P 等污染物 。因此，绿色屋顶在植物和土壤的选取时都要注意，尽量选取施肥量小 、蓄水能力强 、耗水量低的植物 。我国制定的 绿色建筑评价标准 （ GB/T 500378-2006）在建筑节水和水资源利用方面提出了相应的屋面雨水控制要求13，在建筑低影响开发的设计和建设中，可以与绿色建筑评价标准进行有机的结合 。1.2 路桥设施低影响开发工程措施路桥设施低影响开发工程措施主要是指渗透性路面（ Permeable Pavement） 。城市的建设使得水泥 、沥青和不透水砖等材质路面被大量采用，雨天径流量和汇流时间都较开发前有很大变化，增加了雨水控制
14、的难度 。因此人们开始研究采用渗透性的铺设材料减少雨天径流量 。目前使用较多的渗透性路面铺设材料有水泥孔砖或网格砖 、塑料网格砖 、透水沥青和透水混凝土等 。孔砖和网格砖通常在空隙部位种植草皮，或用砾石和沙土等进行填充，增强渗透能力和美观性，透水孔砖结构见图 214。透水沥青和透水混凝土结构见图 314，在国外已经得到了广泛的应用，其在径流的渗透削减上也取得了很好的效果 。美国对填充草皮和碎石的 2 种孔砖进行的研究表明， 2 种路面的径流量都较微弱 。Gilbert 等对碎石填充孔砖进行调查发现，孔砖比沥青路面产生的径流少 72%15。Dreelin 等16在降雨量和降雨强度都较小的情况下，
15、比较了沥青路面停车场和透水路面停车场的径流量，后者产生的径流较前者少了 93%。Brattebo 等12的研究发现，渗透性路面对 Cu， Pb和 Zn 的去除效果达到 81%以上，明显优于沥青路面 。Kellems11提到利用有机介质来加强对地表径流的净化作用，通过有机介质的作用能去除大约 95%的溶解性铜和锌，但对 N 和 P 的去除效果却不是很理想，出现了释放 PO4-P 和 NO3-N 的情况 。100第 10 期在实际使用过程中，堵塞 、渗透性基层 、污染等会影响渗透性路面的效果， Bean 等17研究表明，不论采用何种类型的渗透性路面，都需要进行定期的清扫和维护，去除表面和空隙中的细
16、小的颗粒物和杂质，否则会大大影响渗透效果 。1.3 高架 、立交低影响开发城市高架 、立交桥等交通设施数量逐渐增多，降雨时，高架 、立交桥上产生的径流只能通过本身的排水设施排出，而高架 、立交坡度通常较大，不利于雨水口收集雨水，排水系统以及附属设施的收集能力也有限，无法满足高架 、立交流量大 、洪峰流量高的径流特点 。对于积水较严重位置，虽然可以设置雨水调蓄池，增加雨水口密度，缓解桥区积水，但通过低影响开发措施，可以在不增加排水设施投资的基础上有效地提高高架 、立交地区抵抗洪涝的能力，还可以提高绿化率，美化环境 。通常采取的措施有桥面和桥底绿化：在高架 、立交桥面可以设置绿化带，减缓桥面径流的
17、产生；在桥底，可以采用下沉式绿地，利用缓坡将桥区附近绿地地面下挖，使绿地低于周围路面，种植树木花草进行绿化18。1.4 园林 、绿地低影响开发工程措施1.4.1 雨水花园雨水花园也称作生物滞留池，主要的结构包括滤带 、洼地和溢流设施等 。雨水花园建设成本低，易于实施，适于修建在学校 、居民区 、停车场附近，设计应与风景园林相结合，在滞留雨水的同时，应能提供相应的景观价值 。为了使雨水花园充分发挥功效，应将其设置在可以直接收集不透水表面径流的位置19。关于雨水花园的尺寸， Palhegyi 等20采用流量历时控制策略（ FlowDuration Control， FDC）确定，对于 100%的不
18、透水表面，雨水花园的储存容量应为 510 cm 深，并且面积达到汇流区域面积的 12%25%。总体看来，确定雨水花园容积主要有 5 种方法21：（ 1）根据水质处理目标确定容积；（ 2）根据合理的径流洪峰削减量确定容积；（ 3）根据不透水地区的汇水面积确定容积；（ 4）根据负荷率确定容积；（ 5）根据 RECARGA 模型确定容积 。低影响开发技术通常要考虑其在不同季节条件下的应用效果，研究发现，即使在冬季霜冻条件下，大部分进入雨水花园的径流仍然通过渗透和蒸发被消减22。Hunt 等23对 North Carolina 的 3 座雨水花园的调查发现，由于冬季相邻地区地下水位较高，雨水花园蓄存的
19、水体难以向周边渗透，致使雨水花园冬季的运行效果远低于夏季 。但 Muthanna 等24的研究结果表明，雨水花园对洪水的滞留时间在全年各季没有大的差别，但是温度对径流削减效果却有明显的影响 。雨水花园对地表径流的水质也有很好的净化效果 。Davis25在实验室中用含铜 、铅和锌作为代表性的金属的配水来实验，得到每种金属的去除率都达到 97%以上 。入流的 pH 值，持续时间，强度和重金属的浓度对去除率几乎没有影响 。Davis26在实验室研究了雨水花园去除营养物质的能力 。总磷的去除率在 70%85%之间，凯氏氮的去除率在 55%65%之间，但硝酸氮的去除率很低，不同入流强度和持续时间，硝酸氮
20、的去处效果也不同 。Hunt23对北加州的两座雨水花园的研究发现了营养物质去除的不稳定 。第 1 座雨水花园中硝酸氮的去除率（ 75%）较第 2 座（ 13%）高，可能因为第 1 座雨水花园土壤中含饱和区 。可能由于同样的原因，李俊奇等27对北京一座办公大楼附近的雨水花园的研究中也发现了 TP 和 NO3-N 去除效果的不稳定，且去除效果较差 。Kim28指出饱和土壤中存在有利于反硝化的缺氧区，同时指出报纸屑是很好的反硝化反应的碳源，这能提高硝酸氮的去除率 。Hsieh29指出可以通过引入不同渗透率的土壤来创造易于硝化和反硝化的饱和区域 。Henderson30在实验室中发现了没有种植植物的雨
21、水花园较种植植物的有更多氮和磷的释放 。一系列实验室研究在寻找雨水花园对营养物质吸收的最佳条件31，发现植物种类对于雨水花园的设计有重要的意义 。1.4.2 植草沟植草沟结构与雨水花园类似，但功能不同于雨水花园，不进行雨水的贮存，而是代替雨水口和雨水管网进行道路雨水的收集和输送，通常设置于道路两旁 。植草沟按径流在其中的传输方式可分为标准传输植草沟 、干植草沟和湿植草沟32。标准传输植草沟指开阔的浅型植物沟渠，主要将收集到的径流引导输送到其他处理设施33，可在径流量较小 、人口密度较低地区代替路边排水系统；干植草沟在标准传输植草沟的基础上增加了人工的土壤过滤层以及过滤层底部的地下排水系统，增强
22、了雨水的输送 、过滤 、渗透和滞留能力；湿植草沟结构与干植草沟类似，但主要功能是沟渠型湿地处理系统，长期处于潮湿状态，通常用于高速公路排水，由于易滋生蚊蝇，并不适于居住区 。污染物在植草沟中的去除主要是通过过滤沉淀王红武，等 低影响开发（ LID）的工程措施及其效果 101第 35 卷作用，植草沟对于 SS、COD 和重金属都有较好的去除效果，可以滞留雨水中 93%的 SS，当坡度较缓时，植草坡效果更好6。Pb 的平均去除率能达到 17%41%34，Cu 的平均去除率能达到 34%35， Zn 的平均去除率能达到 75%91%34。TSS 去除效果一般都比较好，Backstrom 得出结论35
23、， TSS 的去除效果与颗粒粒径有很大的关系，因此与沉降速度也有很大的关系 。Barrett34对 2 处植草沟的取样发现， NO3-N、TKN 的平均去除率达到 37%和 39%。Deletic36的研究中 TN 和 TP 的去除率都能到达 60%以上，同时也指出去除率跟流速以及植物密度有关 。2 存在的问题及展望以目前国内外应用情况来看，低影响开发技术普遍在降雨量小 、降雨强度低的情况下运行效果更好，夏季运行效果也优于冬季运行效果 。而植物是低影响开发技术不可或缺的环节，所选取的植物应适应不同季节的气候条件，使设施全年都能较为稳定的运行 。如何通过设计改进，尤其是植物的选择，使低影响开发技
24、术能在更加广泛的条件下得到较好的应用效果需要更深入的研究 。目前，国内尚没有低影响开发技术的技术标准，低影响开发技术仍处于探索阶段，因此，在低影响开发技术的研究使用过程中，应充分借鉴国外的应用案例和标准 。但由于国情和环境条件的差异，在参考国外经验的同时，需结合国内的实际情况，因地制宜，开展相应的本土的低影响开发技术的实验研究，并通过示范工程，摸索和研究适合国内的低影响开发技术标准 。低影响开发技术在使用过程中需要环境 、市政与园林绿化部门相互配合 。景观绿化工程建设中应充分考虑园林绿地对雨洪调蓄的作用，在满足绿化和美观要求的同时应尽量改善一定区域的水文和径流状况；市政设施的改建扩建项目也应首
25、先考虑是否能通过低影响开发技术提高排水系统的设计标准和运行能力 。3 结语低影响开发技术相比于 “终端处理 ”技术是一种较新的理念与方法，它能削减地表径流总量 、洪峰量和提高水质，补充地下水，缓解城市管道和污水处理厂的压力 。但国内尚没有低影响开发技术的设计标准，其对地表径流的处理效果也不稳定，尤其是出现了氮和磷的释放，同时也缺少长期的工程性研究来检验低影响开发技术工程设施的长期表现 。国内对低影响开发的研究较少，如何实现低影响开发的本土化需进一步研究 。尽管如此，低影响开发技术已展现出了很好的应用前景，它充分体现了绿色建筑的生态性 、可持续性 、低能耗和低投资等理念，合理利用低影响开发技术能
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