Environmental Science amp; Policy 64 (2016) 101–117
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Environmental Science amp; Policy
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Review
Assessment of stormwater runoff management practices and governance under climate change and urbanization: An analysis of Bangkok, Hanoi and Tokyo
Chitresh Saraswat*, Pankaj Kumar, Binaya Kumar Mishra
United Nations University, Institute for the Advanced Study of Sustainability (UNU-IAS), 5-53-70, Shibuya-Ku, Tokyo, 150-8925, Japan
A R T I C L E I N F O
Article history:
Received 9 April 2016
Received in revised form 22 June 2016 Accepted 23 June 2016
Available online 9 July 2016
Keywords:
Climate change adaptation Stormwater management Stormwater capture measure Urban water security
Water infrastructure Stormwater governance
A B S T R A C T
As human history is changing on many fronts, it is appropriate for us to understand the different perspectives of major global challenges, of which, water is a major priority. The water resources in urban areas are either approaching or exceeding the limits of sustainable use at alarming rates. Groundwater table depletion and increasing flood events can be easily realized in rapidly developing urban areas. It is necessary to improve existing water management systems for high-quality water and reduced hydro- meteorological disasters, while preserving our natural/pristine environment in a sustainable manner. This can be achieved through optimal collection, infiltration and storage of stormwater. Stormwater runoff is rainfall that flows over the ground surface; large volumes of water are swiftly transported to local water bodies and can cause flooding, coastal erosion, and can carry many different pollutants that are found on paved surfaces. Sustainable stormwater management is desired, and the optimal capture measure is explored in the paper. This study provides commentary to assist policy makers and researchers in the field of stormwater management planning to understand the significance and role of remote sensing and GIS in designing optimal capture measures under the threat of future extreme events and climate change. Community attitudes, which are influenced by a range of factors, including knowledge of urban water problem, are also considered. In this paper, we present an assessment of stormwater runoff management practices to achieve urban water security. For this purpose, we explored different characteristics of stormwater runoff management policies and strategies adopted by Japan, Vietnam and Thailand. This study analyses the abilities of Japanese, Vietnamese and Thai stormwater runoff management policies and measures to manage water scarcity and achieve water resiliency. This paper presents an overview of stormwater runoff management to guide future optimal stormwater runoff measures and management policies within the governance structure. Additionally, the effects of different onsite facilities, including those for water harvesting, reuse, ponds and infiltration, are explored to establish adaptation strategies that restore water cycle and reduce climate change-induced flood and water scarcity on a catchment scale.
atilde; 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.
- Background
The worldrsquo;s population has reached 7.2 billion, and more people live in cities than in rural areas (UNDESA, 2014). Water is a very critical natural resource for the worldrsquo;s fastest growing urban areas. Commercial, residential, and industrial users already place considerable demands on citiesrsquo; water resources and supply, which often require water treatment (Bahri, 2012). The demand of water resources in urban areas is approaching the capacity of the water
* Corresponding author.
E-mail address: saraswat.chitresh@gmail.com (C. Saraswat).
http://dx.doi.org/10.1016/j.envsci.2016.06.018
1462-9011/atilde; 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.
supply and, in many cases, the limits of sustainable water use are being exceeding (Hatt et al., 2004; Mitchell et al., 2003). In some cases, water scarcity is leading to conflict over water rights. In urban watersheds, competition with agriculture and industry is intensifying as cities expand in size and political influence (Bahri, 2012). With industrial and domestic water demand expected to double by 2050 (UNDP, 2006), competition among urban, peri- urban, and rural areas will likely worsen. A critical challenge to newly developed urban cities is design for resilience to the impact of climate change with regards to sustainable management of water resources. It is currently well accepted that the conventional urban water management approach is highly unsuited to addressing current and future sustainability issues (Ashley et al.,
2005; Wong and Brown, 2008). The conventional approach to urban water systems around the world involves the use of a similar series of systems for drainage of stormwater, potable water and sewerage. As explained by Bahri (2012), the unsustainable nature of this approach is highlighted by the current ecosystem-related problems and degraded environment in urban areas due to changes in the hydrology of catchments and quality of runoff, leading to modified riparian ecosystems (Bahri, 2012). United Nations Agenda 21 (1992) stated that achieving sustainable urban water systems and protecting the quality and quantity of freshwater resources are key components of ecologically sustain- able development. Because of climate change and the spread of urbanization, the negative im
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气候变化和城市化下暴雨径流管理实践和治理评估：曼谷，河内和东京的分析
简介：
由于人类历史正在许多方面发生变化，我们应该了解重大全球挑战的不同观点，其中水是一个主要优先事项。城市地区的水资源正以惊人的速度接近或超过可持续利用的限度。在快速发展的城市地区，地下水位耗竭和不断增加的地下水位事件是很容易实现的。必须改进现有的高质量水和减少水文气象灾害的水管理系统，同时以可持续的方式保护我们的自然/原始环境。这可以通过最佳收集，在雨水的渗透和储存。雨水径流是指地面上的雨水；大量的水被迅速地输送到当地水体中，并可能造成渗出、海岸侵蚀，并可携带许多在铺面上发现的不同污染物。提出了可持续雨水管理的要求，并探讨了最优捕获措施。本研究为未来极端事件和气候变化威胁下的决策人员和研究人员提供评论，帮助决策者和研究人员了解遥感和地理信息系统在设计最优捕获措施方面的意义和作用。还考虑到社区态度，这些态度受到一系列因素的影响，包括对城市水问题的了解。本文对实现城市水安全的雨水径流管理实践进行了评价。为此，我们探讨了日本、越南和泰国的雨水径流管理政策和策略的不同特点。本研究分析了日本、越南和泰国的雨水径流管理政策和措施的能力，以解决水资源短缺和实现水弹性的问题。本文对雨水径流管理进行了综述，以指导未来治理结构内的最优雨水径流管理措施和管理策略。此外，还探讨了各种现场设施，包括集水、再利用、池塘和过滤设施的影响，以制定适应战略，在集水区范围内恢复水循环，减少气候变化引起的木材和缺水。
关键词：气候变化适应；雨水管理；雨水捕获措施；城市水安全；水利基础设施雨水治理
1.背景
世界人口已达到七十二亿，城市人口多于农村人口。对于世界上增长最快的城市地区来说，水是一种非常重要的自然资源。商业、住宅和工业用户已经对城市的水资源和供水提出了相当大的要求，而这往往需要水处理。城市地区对水资源的需求正在接近供水能力，在许多情况下，可持续用水的限度正在被超越。在某些情况下，缺水导致信息和通信技术对水的权利产生损害。在城市流域，随着城市规模的扩大和政治竞争的加剧，与农业和工业的竞争日益激烈。随着工业和家庭用水需求预计到2050翻一番，城市、城郊和农村地区之间的竞争可能会加剧。新发展的城市面临的一个关键挑战是，在水资源可持续管理方面，如何应对气候变化的影响。目前人们普遍认为，传统的城市水管理办法非常不适合解决当前和未来的可持续性问题。世界各地城市供水系统的传统方法包括使用类似的一系列系统来排水雨水、饮用水和污水。正如Bahri所解释的那样，这一办法的不可持续性质突出体现在目前与生态系统有关的问题和城市地区环境退化，原因是流域水文和径流质量发生变化，导致莫迪河沿岸生态系统退化。联合国“21世纪议程”指出，实现可持续的城市供水系统和保护淡水资源的质量和数量是生态可持续发展的关键组成部分。由于气候变化和城市化的蔓延，负面影响正在加剧，导致径流、污染物负荷和对现有系统的压力增加，增加常规系统所需的经济成本。在城市环境中发展可持续水系统需要采取替代办法，而城市水综合管理就是这样一种办法，它将供水、排水和卫生视为组织和自然景观内综合物质系统的组成部分。它是一个综合系统，旨在减少投入和产出，以减少与传统城市化做法相关的水资源的基本属性。虽然这种城市水系统的合并和转移增加了城市水系统的复杂性，但它们也为实现可持续用水和提高水系统的整体复原力提供了更多的机会。IUWM系统的主要组成部分是城市雨水的捕获和利用的方法和措施。图1其它雨水为降水，如雨或融化的雪。在自然环境中，一小部分降水变成地表径流；然而，随着城市化进程的加快，地表径流量急剧增加。地表径流产生时，透水或不透水表面是饱和的降水或融雪。透水表面自然吸收水分到饱和点，然后雨水变成径流，通过重力传播到最近的溪流。这一饱和点取决于该地区的景观、土壤类型、蒸散量和生物多样性。
自然环境
城市环境
匆促
40%
蒸发
匆促
30%
蒸发
10% 流走
55% 流走
25% 浅入渗
25% 深入渗
河流
10% 浅入渗
5% 深入渗
河流
图1.自然环境与城市环境吸收与地表径流的比较
在城市环境中，由于覆盖自然环境的不透水表面，地表水径流的水文过程变得更加不自然，对基础设施造成破坏，污染物污染水。雨水径流管理、捕获和运输系统的发展是人类经验发展的结果，由于破坏性强，面临着各种挑战。
可持续雨水径流管理的目标是了解城市景观的变化，在这种变化中，植被的增加没有得到广泛的观察，目的是设计方法来限制某些不良影响，并利用新的机会。一个可持续的雨水系统不是一个解决径流问题和避免水中不受欢迎的污染物的系统，而是一个提高水资源在社会中潜在可用性的系统。雨水收集和排水系统不仅可被视为从城市地区转移不受欢迎的水的系统，而且也可被视为美化建筑物和道路周围环境的宝贵要素。一般而言，为了控制地表径流，木材控制机构建造了大型集中设施，如涵洞、蓄水池，有时还重新设计了自然水文设施，包括铺设城市河道，以便将径流迅速输送到接收水体。这些大型设施需要处理最大的风暴事件所产生的大量径流，因为用小型过滤装置逐个分散处理径流是不切实际的。目前的趋势是采取更全面的综合办法来管理雨水径流，将其作为一个综合的预防和控制措施系统，以实现雨水管理目标。第二项原则是管理径流及其污染物，使其对人类和环境的影响降至最低，并以成本效益的方式减少其对人类和环境的影响。遥感和GIS技术在雨水管理中的应用不断发展，常用的GIS技术被用来帮助决策者确定最有效的雨水管理方法，包括基于标准的捕获措施的选择和城市径流捕获方法的评价。然而，正如Wang等人所解释的那样，即使在技术上最复杂的分析中，人的因素也总是需要选择适当的标准并作出其他主观的决定。在雨水管理方面经常会作出决定，这些决定涉及经济、政治、社会和美学方面的内容，而这些部分可能并不总是容易地纳入地理信息系统分析和建模系统。
本研究还考虑到社区态度的重要方面，因为这些态度受到一系列因素的影响，包括对城市水问题的了解、频率和水限制、熟悉替代水源的使用以及水当局、政府机构和研究人员的积极或消极支持。日本和泰国的雨水管理一直致力于控制城市和商业用途的河流，同时防止城市中与水有关的灾害。城市雨水管理政策是建立在木材管制的基础上的，近年来，从单一使用结构方法转向采用结构性和非结构性方法相结合。日本的木材管理始于公元前300年的雅伊时期。1960，人们开始努力从混凝土坝移开，转而把重点放在绿坝的水文功能上，因为绿色水坝依靠森林的低蓄水能力来降低森林风险。泰国更多地侧重于解决雨水问题的结构性措施，包括积极执行涉及一般公众和私营部门的多边环境协定。在越南，在雨水的渗透、储存和输送方面采用了地面径流的综合设计。该国的重点是通过提高渗透系数来提高雨水的渗滤率，从而提高地下水位。
本文对雨水径流进行了评价。管理和最新做法在使用中，以实现城市水的安全。为此，我们探讨了日本、越南和泰国采取的雨水径流管理政策和策略的不同特点。此外，本研究还提供了东京、河内和曼谷的案例研究，以评估雨水径流做法和政策在城市雨水管理系统的历史措施和水文方面的利弊。本文详细评价了未来决策者和研究人员在未来暴雨径流管理规划中的应用，以了解遥感和GIS在未来极端事件和气候变化威胁下设计最优地表径流措施的意义和作用。
2.变化中的雨水径流
在城市化、气候变化和各种管理政策变化的背景下，雨水径流受到严重影响。众所周知，城市化改变了流域水文，因为土地越来越多地被雨水覆盖，水从地下水补给中被重新分配，气候变化增加了雨水径流的蒸散速率。随着防渗覆盖面积的增加，其体积和径流率也随之增加。薄弱的监管政策可能使情况恶化。污染物在不透水表面累积，随着城市化进程的加快，径流的增加是造成非点源污染的主要原因之一。沉积物、化学物质、细菌、病毒和其他污染物被带入接收水体，导致水质退化。Blair等人对美国卡罗莱纳州沿海的13个分水岭进行了测试和分析，并根据自然资源保护局(NRCS)和美国农业部(USDA)的建模方法，开发了一种模拟城市化和气候变化对雨水径流影响的方法，并生成了速率和时间线。在水文图显示了不同城市化水平对降雨百分比的影响以及气候变化对城市、郊区和森林流域的影响。
在中y轴表示径流速率，x轴以小时表示时间。这个过程线说明了城市化和气候变化对径流的影响。气候影响曲线是基于一场24小时5英寸的降雨，有半饱和的径流条件。考虑到城市化、气候和管理政策的变化，雨水排放污染是多方面的，是由雨水的数量和质量造成的。所有这些因素都会影响雨水，而雨水是由降雨、雨夹雪或 融 化的雪等降雨而来的.。在自然条件下，只有很小一部分降水变成地表径流，但随着城市化进程的加快，这一比例的雨水急剧增加。这种径流通常会流入最近的河流或河流，增加系统中的水的百分比，如果受到污染，则可能导致灾难性情况和各种形式的污染。
2.1.城市化
在城市化的背景下，我们可以准确地把雨水看作是以城市环境为主的透水和不透水表面的径流。不透水的表面可以是混凝土木炭道路，公路，屋顶，人行道和人行道。土地覆盖和降水关系路径造成了流域及其溪流和渠道受到不利影响的状态。在流域保护的中心，我们可以看到城市中被不透水的道路和溪流覆盖的地区之间的关系。不断增加的不透水表面改变了水文循环，并创造了不再能够维持生命多样性的条件。流域保护中心报告说，在超过10%不透水覆盖率的地区，河流健康开始下降。城市化流域面临的问题包括渗水、河岸侵蚀和污染物出口。这些强暴雨的接收流，由于峰值流量比开发前高几倍，甚至农村土地覆被特征，而改变了水力特征。因此，改善径流入库水质，降低现有供水系统的压力，是城市水管理的主要目标。
我们可以清楚地了解城市化对在Blair等人的分析基础上，建立了一个了解城市化对地表径流影响的模型，并在美国13个地区进行了试验。所述的水文图清楚地表明了城市化的影响，其基础是增加了不透水覆盖率和对流域或地区的城市化。
2.2气候变化
在气候变化与城市化相结合的背景下，雨水径流及其影响可能会加剧，从而进一步增加污染径流的数量。许多涉及气候变化预测的研究表明，暴雨事件可能会增加频率和强度，这表明降雨强度增加和防渗面覆盖增加之间的相关性与更极端的事件成正比，例如渗出、灰分、灰分和更大的峰值。因此，在气候变化的背景下，一个基于科学的系统来评估城市化和气候变化对当地雨水径流的相对影响，对于更好的管理政策是非常必要的。雨水管理是根据当地天气和气候规划的。然而，气候变化，如降雨事件的数量、时间和强度，再加上土地开发，都能很好地影响到需要管理的雨水径流量。在发展中国家的一些地区，气候和土地利用变化的结合可能会使现有的雨水相关渗出情况恶化，而世界上其他地区则可能受到最小的影响。在过去，雨水管理是以人类为中心，以人为中心的方式进行的，因此对环境产生深远的影响。
随着气候变化，郊区的扩张已经爆发在过去的几年中，从而增加了不渗透的地表覆盖，以取代森林，牧场和农田。这是通过产生更多的地表径流，减少底层低谷、低水位和洼地的库库而影响了当地的水文循环。
2.3监管政策
可持续的雨水管理不仅取决于任何国家的财政能力，还取决于政策的优先次序和体制框架。由于监管措施薄弱，世界许多地区无法可持续地使用雨水。研究表明，雨水径流对水量和水质都有影响。过多的雨水会导致河岸的侵蚀，从而改变河床的形态。在发展阶段，土壤可能变得压实，从而降低了渗透能力，这意味着在建设过程中，雨水蒸发和淋溶的减少可能会增加雨水的数量；这可能导致侵蚀、沉积、渗出、溶解氧枯竭、养分富集、生物多样性减少、毒性以及其他对水利用的相关影响。各区域对水质的关切各不相同，取决于人口密度、土地利用退化和该地区的污染等因素。在传统的雨水管理实践中，主要污染物是悬浮固体、需氧物质、细菌和营养物，如氮、磷和重金属。悬浮固体引起浊度的增加，直接影响生态系统，降低水中溶解氧(DO)的含量。为了维持水生生物的生存，必须保持水中的高氧水平。动物粪便和下水道中的有机物通常会降低接收地表水中的含量。超低度的致病菌对人类健康造成有害影响，并由于健康安全问题，包括许多与水传播感染有关的疾病，如胃肠炎和肝炎，使海滩无法进入。氮磷主要来源于农业防护罩，但也可以来源于肥料和农药在任何地区的使用。对温度敏感的冷水生生物水体破坏，降低溶解氧浓度的现象称为热富集现象。这是另一种类型的水污染，地表水被加热并排放到温度较低的水体中，从而影响整个水生生态系统。
3.最优雨水管理评价方法
本研究综述了地表水径流对环境的影响，提出了城市环境下实现水资源可持续利用的强有力的地表径流管理措施。提供了一种评价最佳雨水管理的总体方法。通过对气候变化、城市化和雨水管理规范背景下降雨径流变化的比较和评价，分析了暴雨径流对环境变化的影响。利用水文图可以很容易地了解地表径流和附近水体的主要负面影响。对各种情况下的雨水径流影响的分析主要采用历史趋势分析、遥感、地理信息系统、数值水动力和经济模型。基于历史观察的趋势分析是预测未来结果的流行技术。有关过去地下水位变化的信息对于确定城市地区的趋势和响应趋势具有重要意义，可作为未来地下水预测和地下水预测的参考。基于数值模拟模型和雨水径流管理措施的经济方面，我们评估了当前的情景和最优的未来策略。采用高分辨率分布式水文模型，结合现场设施在网格级的运行情况，对不同情景下的水循环进行了分析，分析了由此产生的水循环。在水循环接近开发前，需要对现场设施安装进行迭代模拟。当地居民对渗透和储存设施中的替代物的看法对于减少城市不良木材风险和改善城市水循环也非常重要。结合自然科学方法和社会科学方法，对当地接受和参与城市雨水径流管理的物理/环境约束进行了综合、模拟和调查。最后，对决策者设计最优雨水径流措施提出了建议。
3.1.历史趋势
在几千年前开始的古代水管理的历史中，生活质量直接与流动控制措施有关，因为氟氧化物在人类生命和农作物方面产生了严重的
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