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车伍:回顾城市雨洪管理研究20年,科学进行海绵城市建设和黑臭水体治理
2020-04-20 22:44       来源:《中国给水排水》       作者:       分享:

编者按:新冠肺炎疫情期间,静下心来梳理杂志发表的论文,发现2004—2019年底,北京建筑大学车伍、李俊奇教授团队在《中国给水排水》共发表城市雨洪控制利用、低影响开发、径流污染控制、防洪排涝、绿色基础设施建设、海绵城市建设等领域文章共计95篇。于是萌生一个制作合集的念头,特别邀请车伍教授撰文回顾从事雨洪管理研究20年的经历和感悟,作为论文合集之序言。分享如何独辟蹊径确定研究方向和思路,坚持研究的连续性和工程应用,总结研究经验和心得等,厘清从雨洪管理到海绵城市的发展脉络,寄语科学进行海绵城市建设和黑臭水体治理,相信这篇有观点、有温度的文章会让读者眼前一亮。另外预告一下,近期本刊即将推出车伍教授和雨人团队最新研究成果系列论文,敬请关注!



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车伍,北京建筑大学 环境工程系、城市雨水系统与水环境教育部重点实验室教授,中国城市科学研究会节能与绿色建筑专业指导委员会委员,中国城市科学研究会景观设计与美丽中国专业指导委员会委员,中国城市科学研究会水环境与水生态分会委员。

 

长期从事城市雨洪控制利用、新型排水系统、海绵城市、水环境保护与生态修复等方面的研究和工程实施。承担国家及地方、企业等研究项目80余项。主持完成“北京未来科技城雨水控制利用专项规划与技术导则”、“大连生态科技城启动区雨洪控制利用与水环境规划设计”、 “万科总部雨水与水环境规划”(美国绿色建筑LEED铂金认证及中国绿色建筑三星)、“卧龙大熊猫保护区/都江堰大熊猫疾控中心雨水系统与水环境方案设计(中国绿色建筑三星、荣获2017年度全国绿色建筑创新奖一等奖和德国21世纪可持续建筑奖)等全国各地数百项雨水系统、水环境及海绵城市建设规划、设计、导则与指南编制、技术咨询及工程实施项目。

 

多次荣获省部及地方政府科技进步奖,国家发明专利授权多项。在核心期刊及国际会议、期刊发表论文百余篇,完成专著《城市雨水利用技术与管理》和译著《污水处理能耗与能效》,参加编著《绿色建筑2008》、《绿色建筑在中国的实践》等多部。

 

《海绵城市建设-低影响开发技术指南》主编之一,主导或参与十多个城市海绵城市建设的申报、实施、专项规划和顶层技术咨询工作,参与多个城市雨水系统、排水防涝规范标准的编制等。



序  言

雨水滋润了城市,也给城市带来无尽的困扰。城市雨水问题,其实一直就在那里,无论被忽视还是被重视,都按自己的性格和规律存在和发展,并以非常独特、复杂的方式与城市的形态和城市人的态度及行为相互作用,并由此深远地影响城市的方方面面。当人们客观地认识它,并科学地对待它、合理地驾驭它,它就给城市和人们带来福祉;反之,它会给城市带来巨大的痛苦和长期的困扰,甚至是灭顶之灾。世界各国的经验和教训鲜活而惨重,人们必须吸取。

 

今天,我国水行业这个曾经不太受人待见的领域成了一个巨大的香饽饽,并显现出巨大的市场潜力。曾经不少人认为这是一个不值得深入研究的方向,区区几根排水管道,在《排水工程》教科书上就那么丁点儿的内容。不止一次地有专业前辈和知名教授和我说,这个领域做不出什么有水平的东西……。但是,我们一直坚持做下来。其背后的道理简单而明了:一个领域的问题有多大,该领域的空间和市场就有多大,这已经被事实所证明。我坚信,只要自己有足够的定力,能够抵御眼前利益的干扰和诱惑,始终把握真实问题,拓宽视野和客观地评估事实,就一定能把握住大的方向。在此,我想强调的是,一个重大的领域,由于长时间被忽视而“冷落”肯定不是好事,正如上面所说,城市和城市人必然为此付出巨大的代价,专业人士对此有不可推卸的责任。但“过热”也需要警惕,要避免过热带来的浮躁和非理性行为,尤其是不能违背城市雨水系统内在规律,要规避由于盲目而产生的不该交的学费。这一点,我们已经看到一些不良现象。

 

算下来,北京建筑大学雨水团队在该领域已经开展了20余年的研究。1998年底,我有意或无意中开始关注和研究城市雨水问题。与当时北京节水办的刘红主任不谋而合,第一个研究课题就是从“北京城市雨水利用与渗透扩大实验研究”开始,随后在政府补助资金和节水办的指导下,在城八区开始大量的示范应用,包括许多中小学、住宅区和市政府大院。在研究上,紧接着第二个课题就是在北京市科委资金的支持下延伸到“城市雨水径流污染及其控制技术研究”。随后,形成一种辐射状的滚动态势,展开长期的连续性研究和大量的工程应用。记得很早,我和李俊奇教授就有了一个共识,那就是,我们都放弃了自己原先熟悉和热爱的污水处理等研究领域,转向需要我们重新学习并需要付出我们毕生精力的中国城市雨洪管理,今天看来一点也没有错,而且好像才开始。

 

2016年,我和张伟副教授一起对北京建筑大学雨水团队的工作做过一个简要的回顾和总结。当然,一个团队20多年的研究要用一张图来概括几乎是不可能的,但基本的发展轨迹与逻辑是清楚的,一些关键阶段和重要的内容也是非常清晰的。


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这些研究主要聚焦在以下几个方面:


(1)雨水资源的综合利用。提出包括直接回用和间接利用,要从城市水的良性循环角度,充分考虑雨水资源利用的合理方式和经济效益。

(2)城市雨水径流包括在合流制体系中污染规律及其有效控制,是城市现代雨洪管理的核心子领域,也具有极大的难度,这也是发达国家过去几十年以来,一直致力于要解决的城市水重大难题。

(3)城市雨洪管理中的基础理论和基础学科的支撑。这里仅举两个小例子,一个是针对城市径流总量控制的指标及其统计方法,另一个就是关于不同下垫面及管渠中径流污染物的冲刷输送规律。第一个是过去教科书和排水领域没有涉及而又是现代雨洪管理或海绵城市中的一个极为关键的参数。它的推出曾经让许多专业人士困惑并遭到强烈的质疑。今天,这已经基本不是个问题。第二个除了在规范标准和一些技术文件中存在问题,在雨水设施的规模设计和工程应用中至今仍让不少工程设计人员感到困惑。在概念不清、内涵不明的情况下,最近在许多重要的场合和某些城市的地方规范标准的编制,还在用模糊甚至错误的“初期雨水”论事。而这些基础方面的问题是现代城市水文、水力学本来就应该研究并给出清晰回答的。城市水文学及其与管渠流体力学的耦合,结合城市地面和地下条件的清晰解析,关于城市径流及其污染物方面需要回答的基础性问题还有很多。对已经较好回答了的问题,如上述的初期雨水问题,就应该通过查阅资料加以掌握。

(4)城市雨洪管理的非工程技术领域,包括政策、法规、雨水的排放许可及其收费机制、运维与资产管理等,都是现代雨洪管理领域极其重要的方面。中国城市雨洪管理未来的研究和发展,必须突破“唯技术崇拜”的局限,在非技术方面取得重大突破,否则会受到极强的制约,而且还要避免在一些已经掌握的技术上的“换马甲”式重复研究。

(5)城市雨洪管理领域的专项规划和规范标准,这是我们在十多年前重点关注和研究的又一个子领域,因为那时已经明显感觉受到了极大的制约,必须有所突破。大约在2009年前后,提出“城市雨洪控制利用模式”,是因为在行业内,雨水一直是作为简单排放的对象,教科书、规范标准和专项规划,只有关于排放相关的内容。对径流量进行合理的控制和利用并没有在业内得到广泛的接纳。当时国内为数不多研究雨水的学者,有些只注重应对暴雨的排水防涝,有些重点研究雨水的收集利用,还有的则侧重研究径流(面源)污染及其控制。甚至,在一些先行先试的地方,已有在做雨水利用规划和面源污染控制规划。这种把雨水系统割裂开的方式显然是不太明智和低效的。所以,亟需对城市雨水相关子系统进行统筹考虑并纳入规划设计行业,因此,在建立起综合模式之后紧接着就提出并发表了“中国城市规划体系中的雨洪控制利用专项规划”(2013年第2期的《中国给水排水》)。事实上,在此之前的几年中,我们已经在宁波东部新城、北京昌平未来科技城、大连生态城和广州清远万科城等较大的项目中开展雨水控制利用专项规划以及实施方案的编制工作。需要指出的是,雨洪管理(Stormwater Management)这个词在早年还不太容易被人理解和接受,所以我们就多用“雨水控制利用”或“或雨洪控制利用”,到今天,这已经不是问题。可喜的是,近几年业内在这些方面已经取得了长足的发展,发布了多个新规范标准或修编标准,两个重要的雨水专项规划也大范围地推开,但这里面仍然存在不少和不小的问题需要后续妥善解决。近期我们将在《中国给水排水》杂志继续系统讨论合流制及CSO控制这一重大问题。

(6)应对城市洪涝灾害方面,在传统雨水排放的框架下赋予新的要求和内容。重点体现在如何面对雨水管道标准偏低的现实条件,利用地表竖向、空间和行泄通道,实现城市排水防涝新的标准和安全要求,并协调好与水利防洪的关系,充分考虑城市雨岛效应和气候变化带来的影响。

(7)城市雨洪管理的多学科交叉和融合。这也是我们十分重视的一个子领域。大概也是在十多年前,我就强烈地认识到,城市雨洪管理绝不是一个给水排水或环境工程专业的事,没有城市规划、建筑、园林景观、水利、道路等多专业的支持和配合,是不可能解决好城市雨洪管理领域的问题。因此,我们在多个跨专业的领域中开展了辐射状的融合性研究,一些成果也及时发表到其他一些相关专业杂志上。不能不提的是,把现代雨洪管理的具体内容融合到中国的绿色建筑之中,早在海绵城市建设及其指南发布之前,就已经通过中国建筑科学研究院的努力,把雨水径流控制及总量控制率指标纳入2014版的国家标准《绿色建筑评价标准》(GB/T50378-2014)之中。这其实是一个很重要的突破,意味着,以“四节一环保”为目标的中国绿色建筑,先行一步,与其它较先进的国际绿色建筑标准一样,提出了对径流总量及其污染物的控制要求。当然,到目前为止,在多部门、多学科的交叉和融合方面仍然存在不少障碍需要克服。


上述诸多方面或重要的子领域,就构成现代雨洪管理的庞大体系。基于深入研究和透彻的理解,应该是在2010年前后,我把现代雨洪管理最核心的内容概括为“渗、蓄、净、用、排”(http://old.landscape.cn/paper/ztyw/2013/0403/64390.html)。为提炼这几个字颇费一番脑力,而且对其中的“净”和“用”始终感觉不够理想,因为实在没有找出更好地能用一个字表达出雨水处理和净化以及雨水综合利用的功能。后来,“渗、滞、蓄、净、用、排”作为海绵城市的关键要素就被写入公开的文件之中。在这些方面,我们的研究均有不同程度的涉足,也取得一些重要的成果。遗憾的是,由于涉及面过宽、需要研究回答的问题太多,也有我们自身的局限,某些方面的研究还不够深入,有些也只是浅尝辄止,是未来需要继续深入加以弥补的。


此外,我还特别愿意和大家分享以下几方面的经验:


(1)始终以问题为导向,特别是对重大问题的把握。其实,城市水相关领域存在的许多问题不以人的意志为转移,它们就在那里!你是不断地寻找、发现问题呢,还是回避问题或对问题视而不见,过去如此,现在还是如此,有大把的问题等待我们去面对,去解决。我国城市雨洪管理或海绵城市建设未来发展得好与不好,很大程度上取决于我们对问题的把握和解决。这好像是一个很简单明确的事情,但我认为,其实是一个专业精神和学术态度的问题。

(2)研究与工程应用两线并举,相互带动、互相促进。从上图两条线中的一些内容和文中的一些描述可以反映出我们团队如何建立研究和应用的关系。举个例子,在早期的一些雨水利用工程中,首先就会面对调蓄池规模如何设计的关键问题。与传统的雨水排放完全不同,你不能用重现期和暴雨强度公式或雨水流量来设计雨水收集利用调蓄池的大小,教科书、规范标准又不能回答这个问题。有一段时间,确实有人就是用重现期来设计雨水收集利用的调蓄池,造成规模过大和投资的浪费,也直接影响雨水利用事业的发展。为了解决这个问题,我曾经的研究生潘国庆在较早的时候就已经解决了这个问题,我们第一次提出“总量控制利用率”(注意“利用”二字)这一参数及其统计分析方法,也给出全国32个城市的总量控制利用率建议值。这其实是一个很重要的研究成果,记得我曾和研究生说,你们不要小看自己的研究和论文,你们的一篇论文、一种方法或一个参数可能给实际工程节省上千万的资金。我们几篇相关文章发表分别发表在《给水排水》和《中国给水排水》上。很可惜,那时候可能关注的人少,很多人也没有把这个参数及其方法和后来海绵城市技术指南中的“总量控制率”建立联系,否则,多年后不会有那么多的不理解和质疑。这样的例子不胜枚举,贯穿在我们过去20多年的研究历程之中,并成为我们开展研究和社会服务一个重要的经验。

(3)开展滚动式研究,以点带面,在深度和广度两个维度上发力。上面谈到我们在这个领域第一个研究项目就是雨水的利用,在最初的研究中就发现,在很多条件下还需要考虑雨水的下渗才能提高整个系统的效率。这就把雨水的利用扩展到一个更广阔的视角来对待,由此派生出一系列的技术、装置和方法的研究。同时,在研究过程中认知到雨水径流的严重污染,马上就滚动式进入径流污染及其控制的研究,这就进入了另一个更广阔、更重大的子领域。

(4)注重社会服务和市场的作用。这一点在早期的研究和工程实践中发挥了极其重要的作用。许多的研究课题和重大的、优秀的实施项目,都来自于地方和企业。许多项目都是有实际的市场需求,所以不少项目也是找上门的。抓住了社会服务和市场作用,研究就会有极强的生命力和辐射作用。后来一些国家项目和课题的“大兵团作战”,反倒感觉是顺理成章的事情。

(5)坚持开展比较研究,以国际及主要发达国家为参照,针对中国自己的突出问题,把握住大方向。回顾我们的研究历程,其中始终有一条线在做支撑,那就是这么多不同地区的发达国家已基本完成了城市化的过程,他们在这个领域碰到的问题,付出的代价,走过的弯路,在技术和非技术方面取得的进步和经验,都对我们有很好的参考价值。作为一个发展中国家,又处在高速城市化的过程,暴露出一些城市病也在所难免,关键是,我们既要勇于面对问题,又要善于学习。中国过去几十年中城市的扩张速度带来的环境压力前所未有,在雨洪管理领域积累的问题也非常的独特和复杂,矛盾也很突出,如何借鉴发达国家的经验,解决好我们自己的问题,应该有一定的“捷径”可循,否则“后发优势”就无从体现,就真如已离世的杨小凯先生曾经指出过的“后发劣势”了。

(6)抓住重大问题开辟重大领域,完善专业教育内容、革新专业课程和教育方式,培养一批优秀的实干人才。在城市雨洪管理和海绵城市建设领域,向社会输送了大量人才,他们中的不少发挥出技术骨干的作用,为社会创造价值的同时也体现出自身的价值。大家比较熟悉的雨人公司,最初就是以北建大学生为骨干创办的一个充满活力、直面行业问题、坚持务实和独立思考精神、具有包容性的新型公司,到今天逐渐吸引和影响了更多的“同路人”,共同探索和实践城市雨洪管理这个重大课题,这群年轻人所从事的事业能够得到社会的认可,既令老师们感到欣慰,也是北建大的骄傲。

 

非常感谢《中国给水排水》杂志和编辑们,以他们务实而低调的素养和长远的专业眼光,于2010年和北建大共同主办了国内第一个城市雨洪管理的学术会议,并持续重视这一领域,坚持每年举办一届专题学术会议,并开辟专栏,及时刊登了大量的相关文章。这一次衣春敏编辑不辞辛苦,把北建大雨水团队近20年在该刊上发表论文汇集成册,让我们有机会再愉悦地回味一下曾经取得的成果,也系统性地回顾、审视所开展的研究和工程应用,结合这个领域迅速扩展取得的成就和暴露出的问题,发现那些薄弱点和不足,为后续的研究明确方向、确定重点。

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实话实说,20余年来,我自己的论文大部分是发表在《中国给水排水》和《给水排水》这两份刊物上,她们也是面向水行业、面向工程界最为历史悠久和影响广泛的两份专业杂志。我个人一直坚持认为,作为工程专业的学者,必须面对行业,面向工程领域,捕捉行业的重大问题并予以回答,既要能针对现实中的大问题开展研究,更要能真刀真枪地实干,能解决实际问题和驾驭工程难题。否则,这个“工程专业”就会徒有虚名,做再深奥的学问、发漂亮的论文,也只能被束之高阁,既不能服务社会,也不利于实干人才的培养。


借此机会要特别感谢那么多曾经的学生、今天的同行或同事,感谢北京建筑大学雨水团队的所有同仁,你们持之以恒所付出的那些辛勤工作和心血,为这个领域的发展打下了良好的基础、做出了应有的贡献,尽管还不够。也要特别感谢北京建筑大学,给了我一个自由发挥的空间,少有那指挥大棒给我施加更大的压力,使得本人得以相对轻松愉快地、根据兴趣自由选择研究方向、研究课题和研究方式,也为成就北建大雨水团队提供了一个好乘凉的大树。

 

毫无疑问,城市雨洪管理领域已经进入一个继往开来的崭新阶段,人才辈出,团队众多,与多年前的地位和条件已不可同日而语。最后,我想引用2016年6月发表于《水资源保护》上的文章“海绵城市建设内涵与多视角解析”一文中的一段论述:

海绵城市是以空前的高度和广度来面对城市开发建设以及气候变化等多种社会和自然因素产生的严重雨洪问题,及其对城市安全、水环境、城市生态环境和人类的深远影响,从国家层面和角度空前重视一个长期存在而又重视不够的重大领域,第一次大范围、大规模调动国家资源和社会资源,调动多专业领域资源,第一次全面地从城市规划、市政与环境工程、水利工程、建筑工程、园林景观工程、道路交通工程等多专业和多部门协调开展城市现代雨洪管理及相关工作,同时兼顾同期正在积极开展的黑臭水体治理等,这是海绵城市建设之要意和关键。


现在回头看,仍然感到有些意思还没有准确表达出来,但无论如何,这个领域的未来会发展得更快、更好,快到什么程度、好到什么程度,是否还会走弯路,这要考验我们专业人士和城市管理者的智慧,直面问题的勇气,还需要靠多专业领域人士共同的不懈努力!


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