第三章 低影响开发理论及技术研究
3.1 低影响开发内涵
3.1.1 低影响开发的概念
低影响开发理念本源于城市建设过程水资源的开发利用概念。最早强调的是城市建设过程的雨洪管理技术。该技术于上世纪 90 年代在美国马里兰州开始实施，现今已被纳入美国生态城市评价体系及绿色评价标准[34].该技术也称为低影响设计（Low Impact Design,LID）或低影响城市设计和开发（Low Impact Urban Design and Development,LIUDD），是指在场地开发过程中通过源头分散的小型控制设施，将雨水控制技术与现场规划及景观设计相结合，以生态系统为基础，利用渗透、储存、调节等措施，从径流源头控制雨水径流过程中径流系数增大、洪峰流量增加、面源污染等问题，使开发区域的水文特征最大化地维持开发前的自然水文循环状态。
站在城市发展建设的角度，笔者对低影响开发理念进行了适当扩展。把低影响开发作为理性增长的概念进行了运用。由此形成了狭义和广义两个层次的城市开发建设理念。
广义的低影响开发是建立在理性增长的角度对低影响开发概念的理解。事实上，在美国的理性增长理论体系中，已经包括了低影响开发技术，不少介绍理性增长理念的技术资料，本身就包含了低影响开发技术的应用。
笔者认为，在现代社会，所有的城乡建设活动，都存在低影响开发问题。广义的低影响开发必须体现城乡规划建设对居民生产生活多方面的影响，不仅包括对城乡水资源及环境的影响，还应该包括对自然生态环境的影响，对居民生产生活的影响，对城乡历史文化发展的影响等等。它强调在城乡建设发展过程对区域特色的继承和管理。
任一地域的存在都能在一定程度上折射出历史与文化交替沉淀的缩影，区域特色是以该地文化背景做支撑，文化被称为最内在的、恒久的东西，是城镇个性发展的动力源泉[35].它反映了该地区过去辉煌的物质文明和璀璨的精神文明，不同时代具有不同的特征和风貌。在城镇化进程中，不可再生的文化资源及文化遗产也要实现可持续发展，对历史名镇的开发建设必须以历史文化的研究为基础，保留和开发小城镇区域特色，例如民俗文化、特色产业、文物古迹等人文景观。
在本文中，笔者就是在借鉴狭义低影响开发概念的基础上，从广义角度对低影响开发技术的应用。强调在城镇建设过程中，城镇规划方案的实施必须与当地的历史文化、产业特征相结合，对原有的规划布局及传统特色尽可能地降低冲击和保护，科学规划布局，因地制宜，最大化的继承和发展开发场地原有的景观特色，产业特色、民俗文化特色等。
3.1.2 低影响开发的原则
低影响开发技术控制目标和设施的选择应按照以下原则进行：
（1）保持土地开发的自然现状。
低影响开发规划要优先考虑规划地区周边环境及和周围流域分布，根据项目目标，控制低影响开发技术指标。通过分析周边流域的分布及范围，确定低影响开发技术在雨水管理过程中的可行性和局限性。在城镇开发过程中，应保护环境敏感型的场地区域，如湿地、河流、湖泊等。
（2）从源头进行雨水控制管理
低影响开发通过分散式的源头处理和雨水分流方式进行雨水管理，在源头区域采取渗透、储存、调节等技术延伸径流路径、减弱径流峰值、扩大径流面积，以开放式的排水方式保证径流峰值和径流总量在开发前后保持平衡，实现对自然的水文环境保护的目标。
（3）控制雨水径流
低影响开发要实现场地开放前后水文特征相近，必须从径流总量、峰值流量及到达洪峰流量的时间三方面控制雨水径流。在城镇建设过程中，低影响开发技术通过先进的场地设计方法和理念，运用雨水花园、可渗透铺装、生态滞留设施等将雨水收集、下渗、储蓄及净化，进而降低雨水径流总量，延长径流峰值。在避免雨水流失及洪涝发生的情况下，达到控制雨水径流的目的。
（4）与景观设计相结合
低影响开发技术通过建筑、道路、绿地、广场等景观设计，根据场地特征和土壤性质把乔木、灌木与花草结合起来，既可减少雨水径流、减弱径流峰值，避免城镇热岛效应，又可遮挡烈日和净化空气，美化环境。
3.1.3 低影响开发的基本目标
低影响技术的核心是通过合理选择一项或多项技术措施，对雨水进行渗透、传输、储蓄、除污等处理，完成开发区域的径流总量的控制、径流峰值的控制、径流污染物的控制，实现雨水资源化合理利用、集约高效的开发土地资源及保持水生态平衡发展。
（1）径流总量控制
通过一系列低影响技术措施从源头上对雨洪进行调控，最大程度地降低雨洪径流对城市的影响，使径流总量和径流总量控制率与城镇设计降雨量协调，将径流总量控制目标恢复到该区域开发前自然状态下的水平[36].
（2）径流污染控制
小城镇环境污染一方面是由于农业面源污染造成的，即指来自农村的生活垃圾、农药及农肥产生的氮磷等有机和无机的污染物，通过农田地表径流、农田排水和地表渗透等流入河流、湖泊等受纳水体[37]
.另一方面来源于城镇面源污染，指来自路面和屋顶的建筑材料和垃圾等污染物，通过降雨径流的冲刷将堆积在排水管内的污染物排入受纳水体[37].低影响开发技术即通过源头、径流过程及终端处理降解农田有机物、截留路面垃圾、过滤排水管网的污染物等，通过控制雨水传输过程中的径流污染总量和污染物指标，包括悬浮物（SS）、总氮（TN）等，提高径流水质，缓解污染物对受纳水体的危害。
（3）径流峰值控制
控制雨水径流高峰期的总流量是 LID 技术的核心控制目标。低影响开发技术通过绿色屋顶、雨水花园、下凹式绿地、雨水湿地等措施，从源头到终端全过程应用下渗、储蓄等技术降低雨水径流峰值，延长径流时长，降低城镇内涝的发生概率。
3.2 低影响开发技术措施
3.2.1 绿色屋顶
（1）定义
绿色屋顶又称屋顶花园，是 LID 技术中从源头控制径流污染和径流总量的一项措施。该措施利用屋顶空间面积，通过种植乔木、灌木地被植物及草坪，达到降低雨水径流总量、收集雨水、降低雨洪内涝的产生。同时，屋顶绿化还可以提升城镇空气质量、提高空间绿化率，既节约了土地资源和水资源，又改善城镇生态环境。
绿色屋顶要在满足屋顶荷载承载力要求，保证防水等条件的前提下应用。多在平屋顶建筑和坡度≤15°的坡屋顶建筑中采用[38].其功能可概括为表 3.1.
（2）绿化屋顶的分类和结构层次
按照《种植屋面工程技术规程》（JGJ155），绿色屋顶的典型构造如图 3.1 所示，结构层次构成及特点见表 3.2.根据植被基质深度和屋顶荷载，绿色屋顶可分为简单式和花园式，其特点见表 3.3.
（3）设计要求
该措施在设计过程中首先要考虑结构的安全性，满足结构承载力的要求。一般要种植基层薄，水平根系发达的浅根系植物，并能承受极端恶劣的天气。屋顶绿化常见的植被种类见表 3.4.
在屋顶绿化的结构层次中，种植土层厚度和荷载也应根据植被的种类而变化，下表 3.5 给出了地被植物、大乔木、小乔木、大灌木、小灌木在屋顶绿化中的种植土最小厚度及平均荷载。
3.2.2 雨水花园
（1）定义
雨水花园是低影响开发体系中一项重要的技术措施，一般建在地势较低的区域，通过土壤和植物的过滤作用净化雨水，降低径流污染；同时通过雨水暂时滞留而慢慢渗透到土壤中来减小雨水径流总量并补充地下水，也称生物滞留区域[40]. 这是一种有效的雨水自然净化与处置的雨水资源利用设施，它便于管理维护，投资抵，且与周围环境易于创造优美的景观效果。
（2）雨水花园的构造层示意图及效果图见图 3.2,各层次设置要点见表 3.6.
（3）雨水花园的功能1）雨水收集：雨水花园本身就是个蓄水池，将不同时差不稳定的雨水收集储存起来用于道路清洗、绿地灌溉、厕所冲洗等。
2）降低雨水径流：雨水花园通过截取径流，减缓径流流量，延缓雨水径流峰值，将多余雨水收集起来，减轻市政管网的压力，降低城镇内涝产生的概率。
3） 水质净化：雨水降落过程中携带了大量的空气污染物和在屋面、路面等表层结构的建筑材料、路面垃圾等污染物，导致水质变差。雨水花园中植被的根系和枝叶可过滤和吸附这些污染物，被过滤的雨水不管流入受纳水体还是下渗到地下土壤，其洁净程度都得到了改善。同时，绿色植被可为微生物提供生存环境，而微生物中的某些元素可促进植物的生长，进而使雨水花园的净化能力更强。
4）补充地下水：汇集在雨水花园的雨水可以通过蓄水池收集起来，也可以自然渗透到地下土层，补充地下水，实现自然水循环，避免因地下水下降导致的地面下沉、建筑物开裂等问题。
5）减弱热岛效应：根据材料特性，植被的吸热能力远大于一些灰色材料，如水泥（见表 3.7）。雨水花园中的植被可吸收和反射太阳热量，并利用其光合作用促进自身生长，降低周围环境的温度，减弱热岛效应。
6）美化环境
雨水花园的植被、土壤、雨水组成一个良性的生存空间，不但植被健康成长，还会吸引花鸟等，为住区增加活力，将植被和区域景观相结合，组成生态绿化带，净化空气，美化环境。
3.2.3 下沉式的绿地
（1）定义
下沉式绿地又称低势绿地，是指绿地高程低于周围地面以便外围雨水汇入，是 LID雨水渗透技术最简单运行的一种。该措施利用开放空间绿地面积，储蓄雨水，降低径流流量及径流污染物，不但补充地下水，同时降低了绿化用水，改善城镇环境。下沉式绿地被称为天然的“蓄水池”,具有投资小、透水性好等特点，被广泛应用于城镇建筑与小区、道路、绿地和广场。
（2）下沉式绿地的做法（见图 3.3）和要求如下：
1）根据植物特性和土壤渗透性能确定下沉式绿地的降低深度，一般为 100-200 mm.
2）为防止暴雨溢流，下沉式绿地内一般设置溢流口，其设计标高一般应高于绿地50-100 mm 左右。
3）下沉式绿地不易在标程高、土壤渗透性差、污染物多的地区设置。
4）该措施用于道路两侧绿化隔离带时，为保证道路路基的稳定性，需在绿化隔离带与路基之间采用一定的防水措施。
（4）下沉式绿地的应用
1）在城镇道路两侧使用，示意图如 3.4.
道路两侧的绿化隔离带具有隔声、除污的作用，一般高于人行道和路面， 雨水径流无法排人绿地调蓄， 致使道路积水、径流污染。下沉式绿地通过调整道路及绿地结构层次，合理布置雨水口，有效利用绿地的下渗能力，收集雨水，促进雨水的自然循环。道路绿化隔离带的结构调整前后雨水径流排向见图 3.5.
2）在建筑小区道路中的应用
下沉式绿地在建筑和小区应用示意图见，建筑屋面雨水先进入水落管，然后进入下沉式绿地进行调蓄，一部分雨水通过下渗补充地下水，另一部分多余的雨水通过雨水口直接排入雨水管，起到降低径流总量和区域防洪的作用。利用下沉式绿地技术对小区进行改造，其结构及雨水径流排向变化见图 3.6.
3.2.4 透水铺装
（1）定义： 透水铺装是通过铺装透水砖、透水混凝土等透水性材料来减少城镇不透水面积的比例，进而使降落到面层的雨水下渗到基层土壤，起到消减雨水径流总量、涵养地下水和实现水资源自然循环的作用。它不但可以延缓径流时间，净化水质，还可以降低热岛效应的产生[43-44].
该项雨洪管理措施已广泛应用于城镇建筑与小区道路、停车场、广场等，国内的上海世博园示范应用渗透路面铺装，成功的降低了径流系数，提高了雨水的循环和利用。
（2）透水铺装根据不同的面层材料，一般分为透水砖铺装、透水水泥及混凝土铺装和草皮砖等。按照透水类型分为渗透铺装和多孔铺装，其特点和适用范围见表 3.8.
3.2.5 植草沟
（1）概念
植草沟也称为植被浅沟，是指种有植被的地表沟渠，作为 LID 技术中雨洪传输措施的一种。植草沟的主要目的是通过不同密度植物控制雨水的流速，延长雨水在沟渠内的停留时间，同时净化雨水。该措施可与雨水花园、雨水湿地、雨水管等措施结合使用，即使一种雨水截污处理措施，又是一种自然排水系统。此外，植草沟设计、施工简单，维护费用低，但受限于场地地形、坡度大小的要求。常用于城镇居住小区的道路、广场、停车场、乡村道路两侧等不透水地面周边绿地区域。
（2）植草沟的分类
根据雨水径流在植草沟的传输途径，植草沟可分为传输草沟、干草沟、湿草沟三种类型。其特点和区别见表 3.11.
（3）植草沟的构造及其要求
1）植草沟的主要作用是传输、净化雨水而不是储存，为方便雨水流动，其断面形式多为倒抛物线形、三角形或梯形，并具有一定的坡度，平原地区常取 2%~6%,纵向不应大于 4%,边坡垂直与水平之比控制在 1:3（见图 3.8），对于坡度过大的区域可借助植物的种植密度来降低雨水流速，其最大流速应控制在 0.8 m/s 以内[46-47].
2）为了达到雨水入渗、削减洪峰的效果，植草沟的土壤渗透率要高，见表 3.11,多年研究和项目案例表明，设计规范的植草沟对径流的削减率可达到 40%,对氮、磷等雨水中营养物质的去除率可达到 35%以上[46-47].
3.2.6 植被缓冲带
（1）概念
植被缓冲带和植草沟原理相似，即在坡度较缓的区域种植乔灌草相结合的植被，当雨水径流通过植时，径流污染物被拦截，达到截污净化作用，同时通过土壤下渗作用减缓地表径流流速，进而控制径流峰值，延长径流时间，是 LID 进行雨洪管理的主要截污净化措施。一般用于河道与陆地交界一定区域内，或在农田与河道之间起到一定的缓冲作用，也可用于城镇公园湿地周围绿地或道路等不透水面周边。
（2）植被缓冲带的构造及其要求见图 3.9.
1）植被缓冲带坡度一般为 2%-6%,其净化能力随着坡度的增大逐渐减弱。植被缓冲带的宽度不宜小于 2 m.
2）植被缓冲带的植被多以本地生的灌乔木为主，所需场地空间较大，一般增加过滤网、砾石垫层、拦砂坝等强化措施。
3.2.7 雨水湿地
（1）定义
雨水湿地指具有雨水调蓄功能，利用物理、水生植物及微生物等作用净化雨水的景观水体，雨水也是景观水体的补水水源。该措施通常根据场地条件，将开发区域的绿地、开放空间设计成为多功能调蓄水体，使其在平时发挥正常的景观及休闲、娱乐功能，而在径流高峰时发挥调蓄功能，提高土地资源和水资源的多功能利用。
（2）雨水湿地的构造
雨水湿地的构造示意图见 3.10,结构特点分析见表 3.12.
（3）适用性
雨水湿地要求有一定开放空间条件，常设置在城市绿地、滨水带等区域。该措施对实现较大地区的径流目标控制效果较好。同时，它既能作为景观水体使用，又可调蓄径流峰值，是城镇内涝防治系统的重要组成部分。但该措施的建设成本及后期的维护费用相对较高。
3.2.8 调节塘
（1）概念：调节塘的主要功能是削减峰值流量，也可通过合理设计具有渗透功能，起到补充地下水和净化雨水的作用。一般适用于建筑与小区、城市绿地等有一定空间条件的区域，在公园及广场等与雨水湿地结合，构建多功能调蓄水体。
（2）构造调节塘一般由进水口、调节区、出口设施、护坡及堤岸构成，其构造示意图见 3.11,具体要求见下表 3.13.
3.2.9 其他技术措施
（1）蓄水池是有钢筋混凝土、砖、石等材料组砌而成的雨水储蓄设施，主要功能是雨水贮存利用，也可降低雨水径流流量，一般适用于建筑与小区、城市绿地等进行雨水收集，根据其不同用处进行雨水净化处理，然后将净化的雨水资源回用于浇灌绿化、喷洒路面和冲洗车辆等，但建设成本高，需定期维护管理。
（2）雨水罐也称雨水桶，是雨水收集的一种最简易的储蓄设施。一般适用于单体建筑屋面雨水的收集利用，该措施使用方便，易于维护，但储蓄容积和净化能力有限。
（3）自然排水系统是由植物、地表洼地和渗透土壤及排水管道组成，可储蓄雨水，补充地下水，然后将多余的雨水排入湖泊等周边水体。
