Table of Contents
引言:城市化对流域的挑戰
城市化正在以前所未有的速度重塑地球。 随着更多的人移民到城市,自然景观被混凝土、沥青和建筑物所取代。 这一转变對流域有深远的后果 — — 即提供、过滤和调节水源的自然系统。 城市发展和流域健康之间的相互作用迫使人们重新思考水管理政策。 了解城市化如何改变流域,以及政策如何调整,对于确保清洁水、洪水控制和快速城市化世界中具有复原力的生态系统至关重要。
水流域不是靜態的;而是能因應土地用途、气候和人體活動的變化的动态系統。 城市化引入了新的壓力因素 — — 增加不透水面、污染负荷和排水模式的改變 — — 可能使流域吸收、过滤和输送水的自然能力不堪重负。 因此,决策者受到壓力,要制定平衡增长和环境保护的创新性战略。這篇文章探索了城市化对流域管理政策的影响,研究了有希望的对策,并强调需要采取综合、适应性的方法來保障水资源。
了解流域:自然水管理系统
分水岭又稱排水盆地,是所有降水和地表水收集和排水到共同排水區域的地區,不管是河流、湖泊、水庫或海洋。 分水岭內的每滴雨都會流到排水區,隨著它而生,如土壤、营养物、污染物和有机物。 水系大小相差很大,從小的本地小溪到密西西西比河流域(密西西比河流域),其面积跨度跨度為31個美國州,達120多万平方英里。
水流域提供重要的生态服務:调节水流、补给地下水、提供水生和陆地生物的栖息地,并通过土壤、湿地和植被的自然过滤來幫助清潔水。 流域的健康直接影響了饮用水、農業、工业和消遣用水的質量和量。當流域完整且管理良好時,它可以缓冲洪水、过滤污染物,并在干旱時保持穩定的基流。 然而,當城市化改變了地貌時,這些水的源頭便會受到損害。
城市化如何破坏流域
城市化进程將透水、植物表面取代了道路、停車場、天花板和人行道等不透水的表面。 這會引發一系列水文、物理、化學和生物效应,使流域健康退化。
增加的不透水面和径流
無源的覆蓋是城市化的特征。 在天然森林流域,蒸發和渗入占降水量的90%以上;地表径流通常不到10%。随着無源的覆蓋量的增大,径流量急剧上升。在50-75%的不透水的流域,地表径流可能超过年降水量的50%。 超量的径流迅速流入溪流和河流,造成洪水峰值暴增,溪流和河道侵蚀率增加。 集中流也减少了地下水的补给,导致干燥期的基流减少,使缺水情况更加恶化。
污染加载和水质下降
城市的污染物包括:
- 施工工地的沉积物和侵蚀溪流的沉积物
- 化肥、寵物廢棄物和化粪池系的氮和磷(氮和磷)
- 重金屬,如: 汽車制动垫、輪胎和建築材料中的铅、锌和銅
- 道路和停車場的碳氢化合物[(油、油])
- 混合下水道溢出和失效化粪池系統的
- 新兴污染物[包括药品、私人护理产品和微塑料
美國環保署(EPA)認為城市径流是全國河流、湖泊和河口水污染的主要源頭。
水學和流動生态學
城市化根本改變了溪流的自然流體。 暴雨水的快速流出增加了高流量事件的频率和规模, 而地下水补给量的减少降低了水流的基礎。
- 暴風雨中峰值排出量增加
- 干燥期流量减少
- 具有退化生境的拓宽、密闭的通道
- 河川植被和河中结构的消失
- 生物多样性减少,偏好容忍的物种而不是敏感物种
水生生态系统在穩定的自然流下演化,在城市化的分水岭生存。 魚群减少,巨脊椎生物群落向不受污染的物种轉移,整体的生态系统功能也降低。
生境的分裂和损失
城市發展的生境因將森林或湿地變成孤立的地區而分崩离析。 道路和涵洞可以阻擋魚群的迁徙,破坏野生生物的走廊。 河川地带(沿水道的植物條狀)在城區中通常被移除或退化。 沒有這些缓冲,溪流就更容易受到太陽加热和相邻土地用途直接排放污染物的熱污染。
流域管理政策的影响
城市化造成的生态退化迫使决策者進化了传统的水管理方法。 歷史上,流域管理主要集中于洪水控制和供水,通常通过大坝、堤坝和混凝土通道等工程化的解决方案。 但這項「草本基础设施」方法的局限性已經明確:它會加剧下游洪涝、水質退化和水生生境的破坏。 反之,政策框架正在向更全面、更综合、更適合的策略转变。
從命令和控制到水资源综合管理
水資集管理(IWRM)是一種政策范式, 它促进水、土地及相关資源的协同發展和管理, 以在不損害生态系统可持续性的前提下, 最大限度地增加經濟與社會福利。 城市化增加了水资源集成管理的紧迫性, 因為它把水量、水质和土地使用相關。 政策現在日益强调 水流域規劃[, 暴雨水管理, 作为一种資源而不是垃圾[,以及 多重效益的解决方案[, 既能控制洪水、水质、生境和消遣。
規定演化:國家數據中心、 TMDLs 和暴風水規則
美國的《清水法》是流域管理的主要管理框架。
- 包括市內獨立的暴風雨下水道系統(MS4), 要求有當地源排水許可。
- 城市區常面临沉淀物、营养物和細菌的TMDL要求, 迫使群落用最佳管理方法改造現有發展。
- 第二阶段暴風水規定: 國家水分數值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值
實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實在是太過過不了那么簡單的了。 實際上, 實際上, 實際上, 實際上, 實在上, 實在當地區, 實在當地區, 實際上, 實在地區, 地區上, 地區都對地區, 地區區區區區, 地區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區區
适应性管理和气候复原力
氣候變遷讓降雨量增加、干旱延长、海平面升高等城市化壓力增加。 水流域管理政策日益融入了適應性管理框架,从而可以反复學習和調整。 例如,很多城市現在設計了超過容量的暴雨水基础设施,以适应預期的極度降水量增加。 政策也鼓勵了自然解决方案[,比如湿地恢复、洪水平原重接、城市樹冠擴張等,這些政策隨著著条件的改變而提供了灵活、有复原力的效益。
政策对策和最佳做法
城市和地區都率先推出新颖政策,以减轻城市化對流域的影响。 這些方法结合了管理工具、經濟刺激和社區参与。 城市和地區都以新政策為先河,以降低城市化對流域的影響。
绿色基建和低效發展
綠色基礎(GI)是指一個管理風雨水源的自然和半自然特征的網路。 綠色基礎的常用做法包括雨園、綠色屋頂、透水人行道、生物林和已建的湿地。 GI 不將径流流傳到集中處理设施,而是提倡渗透、蒸發和再利用。
- 使用 GI 的地產主的暴風水費折扣
- 區域碼改革,
- 新开发和再开发的强制性GI要求
- 大型改造的公私合夥(例如費城的綠城、清水方案)
費城的25年24億美金計劃是美國最有雄心的綠色基础设施計畫之一。 城市將不透水的表面轉換成綠色空間, 目的是捕捉85%的排水管排水量, 减少特拉華河和舒伊爾基爾河的污染。
水质交易和减少营养品市场
水質交易等經濟工具讓城市污染源(例如暴雨水權)從農業或保育工程中購買信用, 以低價減少营养。 Chesapeake Bay 方案 已建立強健的貿易框架, 協助满足TMDL的氮和磷要求。 城市暴雨水公用公司可以向農民支付錢, 以施展覆盖作物、溪流缓冲物或湿地恢复, 取得比改造密集城市景观更合算的水质收益。
歐希奧河流域水质交易計畫也涉及多州信用市場的電廠、废水处理设施和農業產業者。 需要嚴格的監控與核實,但提供灵活的减少城市化流域污染的途徑。
里普爾避難器保護與恢復
許多司法管辖区現在都授權或刺激沿溪河的河岸缓冲物的保存和恢复。例如,弗吉尼亞州的切薩皮克灣保全法要求地方指定资源保護區(RPAs)有100英尺的植被缓冲物。同样,北卡羅來納州的"雷普爾河缓冲物保護規則[限制在一定水域的50英尺以內的發展。這些缓冲物过滤污染物、穩定岸位、提供遮荫、提供野生生物生境等在自然植被被移除的城市环境中特别重要的服務。
城市流域政策案例研究
以現實世界為例,
洛杉磯河水振兴
美國的工程兵隊與當地机构一起,開始移除混凝土,恢复天然銀行,建立湿地口。 政策變化包括專門的河面总計、限制河流附近不透水覆盖的分区覆蓋以及减少垃圾和细菌负荷的暴雨水俘工程。 儘管挑战依然存在 — — 特别是遗留的污染和洪水風險 — — 但這項工程表明,即使是大量城市化的水道,也可以通过持久的政治和财政投入而得到修复。
新加坡的活泼、美麗、清潔的水方案
新加坡是人口稠密的島城邦,它用积极、美麗、清洁的水(ABC Waters)方案轉換了暴雨水管理政策,方案把运河和水庫改造成具有自然化銀行、湿地和水的游樂场所。 政策要求有新的發展,以整合當地的暴雨水拘留和治療,而公共参与运动則鼓勵居民采取水源保护和污染预防的習慣,其成果是采取整体方法,使水顯得明亮和重视,减少径流污染,提高生活质量。
波特蘭,俄勒冈州灰到綠的倡議
波特蘭的Grey至Green計畫於2008年推出, 将綠色基建改造與流域復建相结合。 該市在五年內投入5500萬美元, 設置綠色街道、生态屋頂、植樹, 同时亦取得並恢復維拉梅特河沿岸的自然區域及其支流。 政策工具包括包含有LID標準的暴風水管理手册、要求一定大小的新建筑上建有綠色屋頂的代碼、以及奖励现场渗透的收费结构。 研究顯示波特蘭的態度使一些改造區的暴風水径流量减少了80%, 以及沙門的溪水生境也得到改善。
有效的政策面临的挑戰和障碍
許多人都認為,
- 成本與資金:[ 改造既有的具有綠色特色的城市基础设施很貴。很多城市都在努力取得專注的、長期的資金。 暴風水公司是一種日益增长的潮流,但利率上升會受到政治反對。
- 水流域的界限很少符合管辖界限。 多重机构—市、縣、州、聯邦—在土地使用、水质和洪水控制方面可能存在重合或矛盾的責任。 协调是困難的。 水流域的分界通常都由水分分分界(FLT:1 ) 。 水分區的分界通常會與管辖界限相符合。 多重机构—市、郡、州、聯邦—可能會在土地使用、水质和洪水控制方面有重叠或相冲突的责任。
- 水流域保護可能不是選舉官員的重中之重, 尤其當與住房、經濟發展或交通需求相爭時,
- 根據歷史降雨數據的設計規定可能不足以預防未來的情況。
- 以綠色生活设施为重点的政策可能會不慎推动貧民化與遷離,
城市化地区水源地政策的未来方向
展望未來,若干趋势可能會形成下一代流域管理政策。
數位工具和智能水管理
水電系統可以調整水池的流量, 降低洪水的風險, 并优化水质處理。 數位雙胞胎— 實際的流域复制品— 使計劃者在投入資本之前可以模拟情景和測試政策介入。 支持開放數據共享和投資監控網路的政策會提高適應能力。
自然解决方案和再生設計
中國的「海绵城市」和澳洲的「水敏感的城市設計」概念代表著向自然流程而不是對抗的轉移。 這些方法整合了暴雨水的渗透、雨水收集以及城市湿地的大小。 要求綠因子得分或新發展需要净零径流的政策框架正在變得引力。 例如, Seattle Green Event 要求以綠地頂、雨園和樹冠等景观元素为基础,將自然纳入工程設計中。
基于社区的监测和共同管理
提高當地居民的權力, 監控水质、報告問題、參與流域规划, 都能夠建立信任, 改善效果。 切薩皮克灣的公民科學[ 等項方案可以訓練志愿者收集水分清晰度、溶解氧氣和巨型脊椎动物的數據。 正式將社區資料纳入管理决策的政策框架可以有助于填补机构監控的空白, 并可以促进管理。 公平政策可以优先资助由社區領導的、歷史上服務不足的鄰居。
結論:建立具有复原力的城市水系
城市化將在未来几十年中继续重塑分水岭。 影响 — — 增加的径流、污染、生境的丧失和水文学的改变 — — 要求流域管理政策有相应的演化。 僵化的、只靠基础设施的方法已经不足。 最有效的政策包括整合政策:把土地使用和水管理联系起来,把灰色和绿色的基础设施结合起来,把管理任务与經濟刺激措施结合起来,以及把社区當做积极的伙伴。
費城到新加坡到波特蘭的成功政策例子表明,即使在人口密集的環境中,也有可能取得有意义的進步。 然而,要以持久的政治承诺和创新的融资机制來克服长期存在的挑戰 — — 成本、分散、不确定性和公平。 環境本身應該引導我們:健康的流域可以降低水处理成本,减少洪水破坏,并提供生机勃勃的公共空间。 通过把政策与自然进程结合起来,我們可以建造不仅更有复原力而且更可活的城市。 城市流域的未來取决于那些不把水當做垃圾处理,而是作为全方位管理的宝贵资源的政策。