排水

随着加利福尼亚州各行政区的快速城镇化，一些溯河鱼赖以生存的小河道正在被崭新的住宅和商场包围，一些河道出现了河岸被侵蚀和河底被沉积物侵占的特征。只有了解影响这些河道的化学和物理的压力源，才能帮助当地政府和其他的评估机构发现其中的变化，其中就有雨水工程师、土地利用规划师和自然资源管理部门正在努力对不透水地面覆盖率进行量化，因为不透水地面是城镇化的标志之一。

 

加利福尼亚周环境健康危害评估办公室在对流域的不透水地面覆盖率进行研究后，总结出来一种高精度、低成本、易于实施的方法。

 

 

不透水性地表的重要性

当园地、林地、草地等未开发的土地被开发成城镇的建设用地后，天然土地的表面就会被不透水性地面覆盖。
不透水地面增加对流域的水量和水质有着显著的影响。国外的许多研究表明，一个流域内，不透水地面的数量与流域的雨水径流量呈现为某种正相关，与流域的水质状况呈现为某种负相关性。不透水地面的增加会导致地下土壤吸收地表水和补给地下水的能力减弱；不透水地面还会不断侵蚀河岸，造成暴雨径流的水量和流速增大，导致河流水体浊度增大（Increased turbidity）、动物栖息地被破坏（Degrading habitat）以及河床被沉积物填充。

 

“不透水地面覆盖（Impervious Cover,IC）指的是不具有或不完全具有透水能力的地面。例如，硬化屋面、市政道路、硬化人行道、游泳池及露台等地面。”

 

当地表被不透水地面覆盖后，下暴雨时，绝大多数地表雨水只能通过地下雨水管道排走。只有少量夹杂着污染物的雨水排入草地，由于缺少雨水的冲刷和净化，草地内不断汇集来自周边区域的污染物，例如，肥料中的养分、道路上的石油和油脂、农田里面的农药以及来自居民区及商业区的其它污染物，这些污染物对生活在水生态系统中的生物群落会产生负面的影响，还会降低饮用水、灌溉水以及渔业用水等水质的安全性。

 

 

将不透水地面率作为城市开发和管控的工具

基于社区的总体规划对现状土地和规划土地的不透水地面率进行评估，能有效地减少城市不透水地面的数量，通过设计合适的雨水管理实践来降低由于不透水地面的增加而造成的负面影响。为了有效的实施研究成果，城市管理部门对土地利用分类（landusecategories）中的不同等级的土地设置不透水地面率，例如一级土地分类、二级土地分了和单一类型土地，这些不透水地面率表示的是每种土地利用分类中不透水地面的平均百分比，通常是经验数据或者实测数据。当测量出了土地利用分类表中不同土地分类的面积及面积总合，就可以计算任何指定区域的不透水地面覆盖率。

 

ISC=硬质地面面积/总面积

不透水地面覆盖率（ISC）—给定范围内，土地利用分类表中构成硬质地面的面积占总面积的百分比。

 

商业用地的不透水地面覆盖率

计算不透水地面覆盖率，通常采用高精度卫星图像和当地的地理信息系统（GIS）矢量图进行数据化分析。

 

 

 

上图选取一块面积约4公顷的矩形区域进行研究，矩形区域内的建筑和道路为不透水地面，绿地为透水地面。通过GIS软件影响分类功能和矢量图的面积统计功能计算出各类型地面的面积及平均不透水地面率。数据分析需要有充分的数据提供支持，本案例中，在10%的精度下，这个数据为研究分析平均不透水地面覆盖率提供了90%的置信度。由于矩形区域所在城市的商业用地的开发样式基本相似,除了公共用地或公私合营用地，矩形区域用地土地利用与该城市其它地块的商业用地利用情况没有显示的差别。

 

公共用地或公私合营用地是基于所有权的土地，而不是实际的土地利用，所以这一类土地在土地利用分类里面有很多种形式，但是不管是何种形式，这一类土地在土地利用分类里面的样式是相似的。

 

土地利用分类	描述	不透水地面覆盖率%
农业	商业托儿所、牧场、耕地	4
零售店	社区、街坊、区域零售，办公面积超过50%的区域	86
零售或办公室	社区、街坊、区域零售，办公面积超过50%的区域	80
办公园区	办公楼，常见于郊区	69
城市办公区	城市中的办公楼	85
重工业区	100%的工业用地	91
轻工业区	工业或有办公楼的仓库用地	81
综合用地	零售、办公、住宅等用地	80
开放空间	自然区域	2
公共用地或公私合营用地	国有土地、学校、铁路、机场、医院等	50+

 

住宅用地的不透水地面覆盖率

对于住宅用地，每个社区的总体规划有着不同的规划设计标准，因此，需要有一个可供参考的方法用于设定住宅用地的不透水下地面覆盖率。我们采用住宅密度（住宅单元数量/每公顷）作为不透水地面覆盖率线性回归方程的变量（函数）。

 

上图案例中，当住宅密度增大时，研究范围内的地面不透水性随之增大，当住宅密度大于10时，可用于建设住宅的土地趋向于饱和，这个时候就需要新开辟一块土地用于居住了。这也是线性回归方程在密度较高的位置开始趋于平稳的原因。这种用来计算住宅密度区间内建设场地不透率的线性回归方程，适用于该城市任何一个社区。

研究发现，该城市的住宅密度与城市不透水率的线性回归方程为：

Y=-0.2304+0.04961X0.2196
X—表示住宅密度
Y—表示不透水地面覆盖率

 

剩余的两个案例请查看《USER’S GUIDE FOR THE CALIFORNIA IMPERVIOUS SURFACE COEFFICIENTS》第13页中的“B. Residential Impervious Surface Coefficients”。
道路的不透水地面覆盖率

 

为了分析道路的不透水地面覆盖率，研究了3种主要非公路类型道路，即市政支路、集散路、主干道，并确定了它们在城市、郊区和乡村中面积百分比。

名称	描述	不透水地面覆盖率
城市	旧城区的网格道路，街道狭窄、绿化较多	92
郊区	典型的郊区断头路，道路较宽，缺少绿化	96
乡村	乡镇道路	47
公路	高速公路	50

 

有了不同道路的面积百分比及不透水地面覆盖率，就可以采用加权平均法计算乡村、郊区和城市道路的不透水地面覆盖率。

计算方法：

 

城市道路的不透水下地面覆盖率 = [市政支路不透水率*市政支路面积百分比+集散路不透水率*集散路面积百分比) +主干道不透水率*主干道面积百分比] / 3

 

将每个社区的道路不透水地面覆盖率按以上公式平均后，最终得到与典型不透水性道路或街道相关的不透水地面覆盖率。需要指出的是，公路的不透水地面系数是单独计算的，因为公路红线范围美有较大的景观面积，所以它们的不透水地面系数非常低。

 

不透水地面覆盖率的应用

规划、扩建区域的不透水率的计算
不透水地面覆盖率最简单的用途是用于扩建区域的计算。当一个社区总体规划中的建设方案开始实施后，就需要对该社区开发后的不透水地面覆盖率进行计算分析。计算方法为：不同类型地面的面积与各自对应的不透水地面覆盖率的乘积合。对于不同的开发规模或实施方案，雨水管理者可以利用设计开发后的不透水地面覆盖率确定雨水设施的规模，常见的雨水设施有植草沟、渗透区、坑塘等。因为加利福尼亚州为不同类型的土地设定了专门的不透水地面覆盖率，因此，加利福尼亚的城市规划图纸可以提供非常精准的地面不透水性评估，不透水地面覆盖率的置信度达到95%。

 

当不透水地面覆盖率结合降雨径流系数使用时，就可以用来分析场地内的雨水径流总量了。规划师可以使用不透水地面覆盖率确定新开发区域潜在的环境影响。

 

在编制减少不透水地面和（或）保护敏感环境区域的方案时，应根据不透水地面覆盖程度，给出可供选择的设计方案。不透水地面覆盖率可以作为城市开发信用体系的组成部分，该部分内容旨在减少各种土地利用分类中不透水地面的数量，目前，这样的评价指标正在美国的其他州实施。

 

 

规划、扩建区域的不透水率计算
上图表示一个面积为10公顷开发区域，主要用地组成为：4公顷综合用地、5公顷中等密度住宅用地和1.2公顷郊区道路。

 

规划、扩建区域不透水地面计算：
不透水地面=土地利用分类中各类土地的面积*各类土地不透水地面覆盖率
4公顷*0.81（综合用地）=3.27公顷；
5.26公顷*0.6258 (中等密度住宅用地 ) = 3.0公顷；
1.2公顷*0 .96 (郊区道路) = 1.17公顷；
开发区域内不透水地面总面积= 7.5公顷。

 

现状不透水地面覆盖率的计算
在很多项目中，不是所有规划的土地都要进行开发，因此，对现状区域不透水地面覆盖率的计算要比扩建区域不透水地面覆盖率的分析重要。采用未开发地块修正因子（undeveloped parcel correction factor ,UPCF）可以说明现状场地和扩建场地中不透水地面覆盖率的差别。

 

未开发地块修正因子（undeveloped parcel correction factor,UPCF），请查看《USER’S GUIDE FOR THE CALIFORNIA IMPERVIOUS SURFACE COEFFICIENTS》第27页中的“B. Current or Transitional Impervious Cover”。

 

例如，图中这间房子处在低密度住宅规划用地，但是房子面积仅为0.8公顷，建筑密度与乡村住宅特征相似，该区域的不透水地面覆盖率取值必须结合现状进行调整而不能直接采用土地利用分类中推荐的数值。

 

计算完全开发区域的面积时，需要将UPCF中扩建区域的不透水面积中减掉，列如，中等密度住宅用地的不透水地面覆盖率要减去乡村住宅面积。UPCF数据可以从税务评估部门获得，该部门管理着土地的评估信息。那些评估值小于1000的土地通常是尚未开发的地块。评估信息是免费给公众使用的。这些信息对于流域科学家和自然资源管理者来说是非常有用的，因为他们喜欢用不透水地面覆盖率作为流域状况的评价指标。当他们了解到近期发展规划潜在的风险后，或许有助于唤醒当地决策部门的注意力，这些部门通常是有能力决定当地采用哪种发展类型或雨水管理实践的部门，例如，采用低影响开发技术（LID）减小降雨径流增加和雨水污染带来的负面影响。

 

现状不透水地面面积计算
采用UPC评估约10公顷开发区域的现状不透水地面面积
4公顷综合用地-1.2公顷未开发用地=2.8公顷；
5公顷中等密度住宅用地-2.8公顷空置用地=2.02公顷；
现状郊区道路（非UPC）=1.2公顷。

 

扩建区域不透水地面面积：
2.80公顷*0.81(综合用地的不透水率)=2.3公顷；
2.02公顷*0.63(中等密度住宅区的不透水率)=1.25公顷；
1.20公顷*0.96(郊区道路的不透水率)=1.17公顷；
开发区域总的不透水地面面积为4.73公顷。

 

 

总结
加利福尼亚州制定了一套可用于计算该州任何一块发展用地不透水地面覆盖率的方法。
通过GIS软件影响分类功能和矢量图的面积统计功能计算出各类型地面的面积及平均不透水地面率。
为了帮助使用者掌握分析方法，管理部门发布了一本用户手册和内嵌了相关的计算公式的计算表格。

 

关于不透水地面覆盖率的应用还可以访问以下链接获得技术上的支持。

相关部门：
Office of Environmental Health Hazard Assessment www.oehha.ca.gov/ecotoxicology
Center for Water & Land Use, UCDavis
California Storm water Quality Association
National NEMO Network
https://extension.ucdavis.edu/areas-study/land-use-and-natural-resources
www.casqa.org
www.nemonet.uconn.edu

文献：
Development of a Population Density and Land Use Based Regression Model to Calculate the Amount of Imperviousness. Posted
at: http://clear.uconn.edu/publications/research/tech_papers/Chabaeva_et_al_ASPRS2004.pdf
Impervious Surfaces and Water Quality: A Review of Current Literature. Postedat:
http://jpl.sagepub.com/cgi/content/abstract/16/4/499
USER’S GUIDE FOR THE CALIFORNIA IMPERVIOUS SURFACE COEFFICIENTS
Impervious Surface Coefficients：A tool for environmental analysis and management