海绵城市自2014年住建部提出建设海绵型城市的概念并发布《海绵城市建设技术指南———低影响开发雨水系统构建(试行)》(以下简称“指南”)以来,全国市政、水利、规划、城建领域专家学者进行了深入的研究和广泛的实践,2015年财政部、住房和城乡建设部、水利部联合发文启动了海绵城市建设试点工作,16个城市获得首批海绵城市试点建设城市资格,海绵城市建设正式拉开帷幕。在英国、美国、澳大利亚等发达国家,雨水管理已有较长时间的发展,已经是城市管理的重要组成部分,从筹划到建设,从施工到运行,均有非常完善的技术标准与制度保障,,而我国的城市雨水管理体系尚处于起步阶段,可充分借鉴发达国家的经验,建设具有中国特色的雨水管理体制^[1] 。

本文将介绍澳大利亚雨水管理体系中广泛使用的雨水场外处理费用补偿机制,目的是解决海绵城市面临的诸多技术层面与政策层面难点中以下两个方面的问题:

“指南”明确提出了我国低影响开发的目标要求,对于雨水资源缺乏、水土流失严重的城市采用年径流总量控制作为控制目标,即当降径流总量控制率对应的降雨深度的24h降雨时,径流全部被控制^[2] ;对于水资源丰沛、易发生内涝的城市或地区采用峰值控制目标;对于径流污染较严重的城市或地区,根据年SS总量去除率作为控制目标,海绵城市建设的目标因各城市自然特点确定,而内涵本质都是强调对径流进行有效的管理。

从目前已经发布的各个试点城市海绵城市设计导则的情况来看,总体径流控制目标最终都分解落实到地块内的控制目标,也就是在场地内使用源头控制的方式实现径流消纳,达到规划目标。这种做法符合低影响开发的初衷,对径流水量的削减、水质的提升都是积极的,对于规划者与管理者都是简易并且高效的,但是实施过程中却可行性较低,由于城市自然环境复杂,当存在以下等问题时,源头处理的方式就显得不适宜:(1)已建项目无改造空间;(2)地下空间已高度开发;(3)地下水位较高;(4)土壤渗透性较差;(5)场地土壤受过污染。

海绵城市的建设需要大量资金推动,目前各试点城市对海绵城市建设的资金来源多为中央财政补贴来完成,国家对于试点城市中的省会城市每年补贴5亿元人民币,其他城市每年4亿元人民币。虽然海绵城市建设之初,住建部就提出了引入社会资本,鼓励使用PPP模式建设海绵城市的方针,然而现实却是社会资本更青睐于已经比较成熟的水处理、污水处理厂、发电站等,具有明确的征费标的物(如供水量、污水处理量、发电量等)、可产生稳定现金流的基础设施项目,海绵城市(如区域型径流控制措施)项目多为公益性服务项目项目投资大、回收慢,目前没有广泛认可的征费标准以及稳定的行政管理与政策法规体系,显然对社会资本的介入造成一定的阻碍^[3] 。和其他基础设施类似,海绵城市项目最终应本着使用者付费的原则,将费用海绵基础设施的投资建设与运行维护费用分摊至汇水区内的各个土地使用者,因此亟需建立起一套完善的征费制度。

雨水场外处理费用补偿机制巧妙并有效地解决上述两个问题,当场地内无法完成的雨水控制目标时,在场地外利用邻近的区域型径流控制措施处理未达标部分,实现流域作为一个整体实现雨水控制目标。完成径流控制的同时采用经济手段对区域型径流控制措施的使用者(通常为未能在源头达成径流控制目标的土地使用者),征收一定的设施建设补偿费用(offset contribution)^[4,5] ,为区域型径流控制措施建设与运行提供资金来源。

海绵城市作为一个体系对雨水径流进行管理,主要的手段是依靠海绵设施由源头到区域,形成雨水处理与控制网络,降雨从降落到地面的一刻开始直至排放至受纳水体,各类海绵设施各司其职发挥作用,共同决定了最终流出汇水区的径流流量与水质。海绵设施可分为源头控制、场地控制、区域型径流控制措施控制三级,源头控制包括透水铺装、雨水收集等设施,场地控制包括生物滞留、雨水花园等,区域型径流控制措施包括人工湿地、干塘、湿塘等,三级控制设施并非相互独立,而是上下游关系,其关系如图1所示。

对于径流控制而言,最理想的情况为所有控制目标都可以通过源头控制和场地控制两级控制达到,可以最大限度的控制初期雨水的径流污染,并且增加了场地内的下渗,涵养地下水,目前国内外已有很多的成功示范案例。

然而在实际的城市规划与工程实践中,由于场地客观条件限制,并不能保证所有的场地都能达到规划要求的径流控制目标,即在设计条件下,无法保证场地控制这一级可以完成径流污染目标,仍有需处理的污染物未处理而流入下游,而下游为区域型径流控制措施,通常为城市公共绿色空间其中包括如湿地、塘等设施可以利用,场外(off-site)水质处理就是利用区域型径流控制措施,对来自周边临近场地未达目标的径流进行进一步处理,以保证达到整个子汇水区内的径流控制目标。通常区域型径流控制措施在雨季可与城市防洪体系结合,担负超设计频率暴雨的调蓄作用,在旱季可作为雨水收集回用设施,满足景观绿地浇灌用途,总之区域性径流控制措施可从渗、滞、蓄、净、用、排多个维度,满足海绵城市建设需求,为汇水区内土地使用者服务。

项目位于中国北方某市,多年平均降雨量330mm,以年径流总量控制率为控制目标,控制率为85%。研究范围内某汇水区雨水管线与用地性质如图2所示,其中用地类型、面积、规划年径流径流控制目标如表1所示。

由于各地块初步设计(或已建地块的改建设计)已经充分考虑了的雨水控制措施,综合利用了场地内源头控制措施及周围的绿带消纳径流,但由于种种条件等限制,部分地块仍无法完成控制目标,实际各个地块内可达到的控制目标如表2所示,此时考虑采用场外水质处理方案处理为达目标部分的水量,使得子流域作为一个整体达到了年径流总量控制指标。

案例中,公园绿地位于汇水区末端,与该子汇水区的雨水排水管网出水口位置靠近,可以充分利用绿地系统作为汇水区内未达到径流控制目标的地块提供场外径流水质处理,同时可为超频暴雨提供调蓄空间。根据径流控制目标的完成情况,可对滞蓄塘的规模进行初步设计,滞蓄塘的断面可采用如图3的形式,在控制目标强度的降雨条件下,滞蓄塘主要作为场外水质处理用途,水流沿绿地内的凹槽流动,在排入河道之前完成过滤、沉淀、下渗等处理过程,超设计频率暴雨条件下,滞蓄塘同时承担调蓄功能,水位达到塘容量上限时溢流排出。该类设施如经过城市设计,可与周围自然景观融为一体,兼具社区内休闲与微气候调节功能。

根据项目所提供的信息,子汇水区内有部分地块的径流控制目标无法达到,为了实现总体控制目标,地块内应控制而实际未控制的径流,需要在子汇水区末端的公园绿地进行控制。对于各地块的使用者而言,完成地块内的雨水控制目标需要投入资金,建设海绵基础设施,地块内未能达到目标而转移到其他地块进行控制的径流,必然应当由地块使用者承担相关费用,即涉及场外控制收费补偿,本项目的补偿费的计算方式以及各地块最终需缴纳的费用结算结果见下节。

作为一项收费的公共服务,场外雨水处理必须有统一的收费标准,而场地内的雨水所能达到的控制能力则是一项关键的指标。澳大利亚采用统一的模型,由工程顾问计算场地雨水措施可达到的处理能力。以墨尔本为例,通常小型的地块采用STORM在线计算器进行计算(https://storm.melbournewater.com.au/Calculate.aspx),土地使用者仅需输入地块的位置、雨量站、面积、不透水下垫面的面积、采用的雨水处理方式等信息,在线计算器可根据相关技术规范中规定的参数,计算场地内雨水控制措施可以达到的处理水平。

大型地块的开发需采用水文模型MUSIC计算(http://www.toolkit.net.au/music/),确定场地雨水设施所能达到的污染物削减量,作为规划审批以及后续收费的重要依据。

使用在线计算器或MUSIC模型对场地雨水控制措施达到的水平进行评估后,将评估结果输入墨尔本水务网站的场外处理补偿费计算系统,即可得到某地块应缴纳的补偿费额度。

估算场地补偿费的计量单位根据城市的径流控制目标制定,如墨尔本市年径流污染物控制目标如下^[6] :(1)TSS负荷去除率80%;(2)TP负荷去除率45%;(3)TN负荷去除率45%。

其场地内的径流控制指标也为污染物的去除率,即通过考核污染物去除率是否达到目标衡量是否需要缴纳补偿费用。而通过研究,TN是常用雨水设施比较难以去除的污染物,为方便计算,通常就以TN去除率作为评价指标。类似的,如果在海绵城市的控制目标框架下设计补偿费制度,则补偿费计量单位也应根据海绵城市建设目标的形式而确定。采用年径流总量控制率作为海绵城市建设目标,则需评价场地的设计年径流总量控制与海绵城市目标之间的差距即可作为补偿费的计算依据;《指南》中认为城市径流污染物中,SS往往与其他污染物指标具有一定的相关性,因此,一般可采用SS作为径流污染物控制指标,则采用年SS总量去除率作为海绵城市建设目标与墨尔本的计算方法类似,需评价场地的SS总量去除率与目标去除率之间的差距作为补偿费的计算依据。

场外雨水径流处理通常都需要场地使用者支付市政管理部门一定的“径流污染场外处理补偿费用”(下称补偿费),用于区域型径流控制措施雨水控制措施的建设和日常维护,补偿费的收取需要遵循一定的原则,根据场地的开发强度、用地性质、面积、场地实际的径流控制水平等因素综合确定。以墨尔本市为例,墨尔本土地使用者可以通过墨尔本水务(Melbourne Water)网站,查询开发土地所处的汇水区情况,根据网站提供的在线计算软件,估算出需要缴纳的补偿费用,网站计算的公式如下:

式中污染处理费率———单位面积场地场地外处理补偿费用,$/hm²;

污染物去除率———根据政府认可的水质模拟软件分析场地径流污染去除率,%;

开发强度因子———由场地土地利用、开发强度、综合径流系数等因素确定,无量纲;

场地面积———污染负荷确定的主要参数,hm²。

某些年径流总量控制率可能超过控制目标的地块,即出现实际去除率大于目标去除率,当某地块超额完成了污染物削减指标时,代表该地块为整个区域径流控制做出了“突出”的贡献,管理者对超额完成指标的地块应予以一定的经济奖励,墨尔本水务对于超额完成径流控制指标的地快,采用相同的计算公式与相同的费率,以计算出的金额补贴给土地使用者,作为奖励。开发强度因数由场地土地利用、开发强度、综合径流系数等因素确定,本案例中各类型土地利用采用如表3所示的开发强度因数。根据该计算方法,案例中各地块应缴纳费用如表4。

确保在规划场区域型径流控制措施时,设计者对当地的源头控制措施和区域型径流控制措施的全寿命周期造价、处理效果、风险等因素有充分的认识。海绵城市的规划设计仍然以源头控制为主要的手段,当源头控制无法满足海绵城市总体建设目标的情况下,科学规划布局区域型径流控制措施,为临近地块提供场外雨水控制的空间,雨水管理的先后顺序如图5所示。

在规划区域型径流控制措施时应保证项目对汇水区范围内雨水控制与环境具有积极意义,同时项目应具有充分的技术经济论证,保证投资回报。

场外雨水处理补偿费的设立可为区域型径流控制措施提供明确的资金来源,但由于补偿费本身并非强制收取,如果补偿费率过高,则土地使用者可选择增加成本,在场地内完成径流控制目标。因此在补偿费费率的设计上应参考本地的场内雨水控制措施的建设成本,是场外处理补偿费与平均的场地内处理成本相近,可保证土地使用者对场外处理补偿费的接受度。Thurston的书中充分论述了各类雨水措施的技术经济数据^[7] ,指出城市在设计补偿费费率设计是保证区域型径流控制措施项目具有良好投资收益的关键,在设计区域型径流控制措施的同时应充分考虑设施的全生命周期成本,保证项目具有良好的投资收益。

为保证区域型海绵设施达到预期的控制目标,以及补偿费机制可以顺利实施,在设施规划与建设的同时必须也建立一套完善的监测、评估、报告系统。监测系统包含有水质水量实时测量与记录、在线数据更新等功能,评估系统可对场外径流控制措施的运行效果进行综合评估,报告系统是对监测、评估系统的成果进行发布的平台。监测评估报告体系在项目落地之时即投入运行,在该体系的帮助下可实现:(1)保证整个汇水区内雨水控制达到总体要求;(2)根据实测资料指导后续工程的规划建设;(3)保证场外处理补偿费征收的公开与透明。

由于雨水场外径流控制补偿费的征收涉及到整个汇水区内的经济利益平衡,因此在制度设计时应建立一个交易平台(即付费购买场外雨水处理服务的“市场”),保证该方法可以公平公正并且高效的运行。交易平台的建立需要基于以下几点:(1)通用的交易“货币”(即雨水控制目标,可为污染负荷量,也可为水量);(2)场外处理服务的“买家”(即径流处理的需求方、付费方);(3)场外处理服务的“卖家”(即径流处理的提供方、收费方)。

当地各个职能部门须制定共同目标,政府须明确机构间的权责,制定相关的政策法规。与企业合作建立符合本地实际的项目管理步骤章程,从立项、可研、建设、到后期运营管理、收费与资金补偿等一系列内容。

本文着重介绍一种澳大利亚已经施行多年的雨水径流利用区域性控制措施的场外控制补偿机制管理模式,对我国目前海绵城市规划初期阶段具有一定的指导意义。尤其是该管理模式是基于雨水径流的自然属性确立,在结合不同地区的本地化因素后,具有较高的形成本地化管理办法与机制的可行性。同时该管理办法与补偿机制为海绵城市建设项目的资金支持提供了一种可能性,符合城市建设中多方利益,实现城市开发建设与雨水管理共赢。