1.城市水环境面临的挑战

城市化带来的“城市病”已成为城市可持续发展的主要阻碍之一，城市快速扩张和开发造成的环境污染、生态破坏、甚至城市安全危机等问题愈演愈烈，城市发展陷入环境与资源方面的恶性循环。就城市水系统而言，近年来国内城市频发的复杂水环境危机已经对传统发展模式和基础设施提出了严峻的拷问。许多城市不断爆发的严重内涝事件，造成巨额财产损失，甚至付出生命的代价；北京等发达城市污水处理率超过90%，但雨水径流依然严重污染河湖水系，导致普遍的富营养化和大量鱼类死亡；城市严重缺水的同时，汛期雨水资源却大量流失，地下水过量开采及水位持续下降，生态环境更加脆弱；城市景观也受到极大影响。这些矛盾突出且互相关联，因此，构建可持续绿色雨水系统已成为城市发展和建设的必然要求，是迫切需要解决的重大策略问题。

2.雨水、水循环与城市发展的关系

要综合解决城市雨水问题，必须重新审视城市发展和相关基础设施建设模式带来上述问题的根本原因或常识问题——水文循环的改变。城市发展前后的水文变化已被许多研究者所引用，然而，在解决城市雨洪和相关水环境问题、推广应用新型雨洪管理体系的过程中，这一简单的常识却常常被忽视，甚至有来自不同方面的抵触，即，它并没有得到普遍、广泛的认知。“以排为先”和“头痛治头、脚痛治脚”的传统观念和方式在重大工程决策中先入为主的现象仍较普遍，缺乏从维护城市良性水文循环和生态系统的高度来分析问题和制定对策。另一方面，城市化高强度土地开发和掠夺式扩张对水循环的破坏仍在持续甚至触目惊心，沟渠、河流、湖泊、湿地、沼泽等天然排水和调蓄设施还在大量“消失”、地下水的严重超采、城市水体非点源污染等没有引起足够重视并得到有效遏制仍是不争的事实，已建城市积累的老问题尚未解决，新城市开发的新问题却在不断叠加。所以，重新认识和审视城市水文循环原理、变化过程及传统思路存在的问题，通过现代雨洪管理综合、科学的分析决策重建城市良性水文循环，显得尤为关键和必要。

自然状态下，植被覆盖率较高，地表具有良好的渗透性和滞蓄能力。降雨经过大地的吸收、渗透，及植物和水面的蒸发、蒸腾作用，形成少部分的地表产流量，由长年自然形成的洼地、坑塘、湿地、沟渠等滞蓄或输送排放，水质也在上述自然循环过程中保持良好，即构成完整而良性的水文循环。随着城市的开发，硬化面积急剧增加，绿地大幅减少，地形地貌显著调整，自然沟渠、坑塘、湿地、水体大量消失，土壤渗透、植物吸收量和地面调蓄能力降低，使径流量大幅增加，且形成的地表径流含有大量人类活动造成的污染物。

城市开发前后水文比较示意图。

为了解决地表径流排放的问题，人类发明了管道、泵站等排水技术，以快排为目标，将雨水径流转移至下游河道、水系。尽管这些措施在城市安全上发挥了重要作用，未来还会继续发挥作用，但它的弊端也显而易见：由于“降水－下渗－径流－滞蓄－净化－蒸腾”的循环链的平衡被打破，排水压力增大和洪涝风险增加，污染加重，再加上地下水被严重超采而得不到有效补充，“水多”、“水少”、“水脏”等问题就随之而来，而这正是城市发展过程中内涝、水系污染、水资源流失、地下水持续下降、生态环境恶化等现象和危机层出不穷的根本原因。据水利部和国家统计局最近发布的统计数据，流域面积在100km²以上的河流比20世纪90年代的统计减少了约2.7万条，全国657个城市中有400多个以地下水为饮用水源，严重超采的城市有近60个，这从一个方面印证了上述问题。

由此，保护并重塑城市良性的水文循环应该作为综合解决城市雨水问题、保障城市生态系统的核心理念与最高目标，并成为各相关专业学术界和工程界、决策层和社会的共识。在此理念和目标下来制定长期和短期的对策和规划。城市发展和建设需要最大程度减小场地开发对环境产生的冲击和负面影响，与上述重塑水文循环相得益彰。但如果以排放为单一目标的传统雨水系统建设模式得不到改变，良性水文循环及真正可持续的生态城市则难以构建。

3.绿色雨水基础设施与城市水文循环

绿色基础设施利用自然服务于城市发展最重要的功能之一就是解决城市雨洪问题、改善水循环和生态环境。美国规划协会对绿色基础设施的定义为“由林荫街道、湿地、公园、林地、自然植被区等开放空间和自然区域组成的相互联系的网络，能够以自然的方式控制城市雨水径流、减少城市洪涝灾害、控制径流污染、保护水环境”。

与传统雨水管道直接收集排放不同，GSI从雨水的产流、汇流、输送及排放链的各环节对雨水进行全过程的控制，在每一个环节尽可能减少径流的产生、降低径流的污染及提高雨水的综合利用效率，可依据这个过程对GSI进行分类。典型的GSI可分为源头分散控制措施、输送措施和末端集中控制措施3类，它们主要包括：①源头措施：树池、绿色屋顶、雨水罐/桶、下凹式绿地、雨水花园、渗透铺装等；②输送措施：植草沟、生态沟渠等；③末端集中措施：景观水体、雨水塘、雨水湿地、多功能调蓄设施等。

上述措施可依据设计规模的不同，应用在场地、社区、开放空间、城区、流域等不同尺度项目的规划设计中，并呈现出不同的组合形态，如绿色停车场、绿色道路、雨水景观公园、雨水控制利用综合模式及专项规划等等。为了更为有效地实施和应用GSI，还需要雨洪管理工程师与相关专业设计人员进行有效沟通和合作，较早地介入城市开发和土地利用规划阶段，对有利的雨洪管理自然条件和环境因素进行识别，对原有场地中具有地形优势的透水地面、洼地、水系、滞洪区等自然条件进行必要的保护和利用，最大程度减少场地不透水面积、减少雨水汇入硬质铺装直接进入管道排放的可能性。

从单一场地看，传统开发模式将汇水面硬化，使雨水更快地产、汇流，同时利用管道、泵等措施使雨水快速排放，在达到一定的排水标准的同时却带来严重的环境和生态问题；而以GSI为基础的新型开发模式下，使汇水面有更大的透水性和滞蓄能力、并通过GSI的综合功能，使产流减少、汇流减缓，并进一步削减峰值流量和净化水质，在缓解雨水问题的同时，实现改善生态环境的多重目标。

从城市水循环来看，当使用GSI的场地累积的足够多时，通过GSI对自然水文进行的人工模拟，被传统开发模式打断的“降水－下渗－径流－滞蓄－蒸腾”循环链得到修复并恢复至接近自然的平衡状态，即城市水文循环中的蒸腾量、下渗量及径流量三者的比例接近或恢复至开发前的水平，水质得到有效控制，地下水位也得以恢复，开发后的径流流量曲线则与开发前接近。

传统与绿色雨水控制途径的比较示意。

可以看到，GSI为我们指出了一条避免传统扩张和开发模式带来的雨洪和生态问题的出路，提供了一种新的可行的选择：通过从场地、社区到城区等不同尺度，恢复和构建城市良性水循环，为实现城市的生态平衡和多功能景观提供有效的支持。
4结语

我国已进入城镇化发展转型和生态建设的关键时期，对我国未来的经济和社会发展具有十分重大的意义。自然环境一旦被破坏，治理成本往往数倍于保护的成本，且难以恢复。同样，在城市建设过程中，基础设施建设是百年大计，投资和影响巨大，一旦建成，修复和改造的难度和成本都会数倍于初始的投入。

快速的城市化和陈旧的建设模式对水文循环、生态环境的负面影响巨大。近年城市水安全、水污染等方面的突出问题，已经充分反映出了传统雨水系统的局限。通过组合应用各种GSI措施，不仅可实现削减径流总量、调蓄利用雨水资源、滞留调节径流峰值、净化水质、降低合流制管道的溢流量和溢流频率、保护水环境等目标，还有助于净化空气、节能减排、缓解城市热岛效应、增强固碳作用、土地增值、节约投资、降低设施运行费用、为市民提供具有美学和生态功能的自然景观和宜居环境等许多功能。因此，广泛应用GSI，构建城市良性水文循环刻不容缓且意义重大，它是城市可持续发展和生态建设要求下的一种基本理性，是城市基础设施多功能、生态化、集约型发展趋势的典型体现，应被城市规划、建筑、景观、市政、水利、环保等不同行业的专业人员认知并达成共识，并通过绿色建筑、既有建筑和城区改造、生态城市等不同载体来实践和广泛推广，由点及面地引导城市发展和基础设施建设走向可持续，为建设美丽中国提供有力的支持。