海綿城市建設(shè)基本原則及灰色與綠色結(jié)合的案例淺析

李 輝，李 娜，俞 茜，王 虹

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

海綿城市建設(shè)基本原則及灰色與綠色結(jié)合的案例淺析

李 輝，李 娜，俞 茜，王 虹

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

基于天然水文循環(huán)和自然生態(tài)系統(tǒng)的基本原理，結(jié)合目前我國(guó)城市發(fā)展存在的諸多問題和“海綿城市”理念的提出，本文借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，闡述了“海綿城市”規(guī)劃實(shí)施中的7個(gè)基本原則；包括制定遠(yuǎn)景規(guī)劃，立足多尺度綜合管理，形成相互連接的整體框架，注重人與自然的和諧，發(fā)揮綠色雨洪基礎(chǔ)設(shè)施的多功能，加強(qiáng)多學(xué)科研究，以及考慮可持續(xù)性。在此基礎(chǔ)上，從多個(gè)尺度結(jié)合具體案例進(jìn)一步探討了“海綿城市”中綠色基礎(chǔ)措施和傳統(tǒng)的灰色雨洪基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合的重要與必要性。同時(shí)展現(xiàn)了：綠色與灰色雨洪設(shè)施的恰當(dāng)結(jié)合還可以將雨洪管理藝術(shù)化，增加景觀效益，提供休閑娛樂場(chǎng)所，使城市更加美麗健康，合諧宜居。

海綿城市；綠色基礎(chǔ)設(shè)施；灰色基礎(chǔ)設(shè)施；水生態(tài)系統(tǒng)；城市雨洪管理；可持續(xù)城市發(fā)展

1 研究背景

城市化的快速發(fā)展改變了原始下墊面特征，生態(tài)空間受到擠壓破壞，原始自然水文特征逐步消失。近年來，我國(guó)諸多城市內(nèi)澇頻發(fā)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅城市安全。在飽受內(nèi)澇影響的同時(shí)，由于我國(guó)水資源缺乏且時(shí)空分布不均，水資源供需矛盾亦尤為突出。水環(huán)境污染是城市面臨的另一個(gè)嚴(yán)重問題。我國(guó)的大多數(shù)城市河流水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)，處于Ⅲ類、Ⅳ類甚至更惡劣的狀態(tài)。城市面源污染已成為城區(qū)水質(zhì)惡劣的主要原因之一。

日益惡化的城市水安全狀況引起我國(guó)政府的高度重視。2014年11月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》［1］（以下簡(jiǎn)稱《指南》）。2015年4月，住建部、財(cái)政部、水利部三部委確定了16個(gè)城市為全國(guó)首批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市。為指導(dǎo)和推進(jìn)海綿城市建設(shè)水利工作，2015年8月，水利部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)水利工作的指導(dǎo)意見》［2］。明確了推進(jìn)海綿城市建設(shè)水利工作的總體思路、主要任務(wù)和工作要求。2015年10月，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》［3］，明確提出，通過海綿城市建設(shè)，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納、利用。2016年3月，住建部、財(cái)政部、水利部三部委再次聯(lián)合啟動(dòng)全國(guó)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市申報(bào)工作并于2016年4月確定了14個(gè)城市為全國(guó)第二批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市。截至目前，全國(guó)共有30個(gè)國(guó)家級(jí)海綿試點(diǎn)城市。

經(jīng)過將近一年的努力，第一批海綿試點(diǎn)城市的大部分工程已經(jīng)進(jìn)入設(shè)計(jì)、施工階段。同任何新生事物類似，海綿試點(diǎn)城市在起步之初也存在不同程度的困惑與挑戰(zhàn)，其基本原則、建設(shè)目標(biāo)、技術(shù)支撐、法規(guī)體系、未來的監(jiān)測(cè)評(píng)估、成效分析及保障機(jī)制等均有待深入研究探索。本文結(jié)合國(guó)際實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并輔以具體案例，闡述海綿城市建設(shè)的基本原則及不同尺度上傳統(tǒng)的灰色雨洪設(shè)施與新興的綠色設(shè)施相結(jié)合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為我國(guó)目前的海綿城市試點(diǎn)工作提供參考。為了便于闡述，本文中的綠色基礎(chǔ)設(shè)施（Green Infrastructure，GI）等同于LID+（Low Impact Development）自然基礎(chǔ)設(shè)施（Natu?ral Infrastructure，NI）；灰色基礎(chǔ)設(shè)施是指與城市雨洪管理有關(guān)的傳統(tǒng)排水管網(wǎng)、蓄滯設(shè)施及污水處理設(shè)施；海綿城市系統(tǒng)等同于“可持續(xù)城市雨洪綜合管理系統(tǒng)”，即灰色基礎(chǔ)設(shè)施+GI。

2 海綿城市建設(shè)基本理念

海綿城市的基本理念起源于美國(guó)的LID理念。20世紀(jì)90年代初美國(guó)馬里蘭州喬治王郡的環(huán)境資源部率先提出一套解決城市雨洪問題的技術(shù)措施與工程實(shí)踐，并命名為“低影響開發(fā)”（LID）［4］。LID的定義為：在土地開發(fā)過程中，通過場(chǎng)地控制降雨徑流，達(dá)到減少?gòu)搅髁亢陀晁廴矩?fù)荷的一種管理方法和應(yīng)用技術(shù)［5］。LID的核心旨在減少城市化對(duì)接納水體的污染以及城市開發(fā)中力求保證場(chǎng)地開發(fā)后的水文功能與開發(fā)前相似。這些水文功能包括土壤下滲，地下水補(bǔ)給和同一降雨頻率下流出開發(fā)場(chǎng)地的降雨徑流總量［6-7］。該理念一經(jīng)提出，很快被澳大利亞、新西蘭以及歐洲一些國(guó)家接受并根據(jù)各國(guó)與地區(qū)的具體實(shí)際情況加以發(fā)展延伸，如澳大利亞采用“水敏感城市規(guī)劃”［8-9］，英國(guó)及歐洲一些國(guó)家稱為“可持續(xù)排水系統(tǒng)”或“可持續(xù)城市規(guī)劃”［10-11］。

21世紀(jì)初，美國(guó)的班內(nèi)迪克（Benedict）在LID的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出“綠色基礎(chǔ)設(shè)施”［12］，將其描述為與自然和諧的新型城市規(guī)劃框架。但是班內(nèi)迪克所提出的綠色基礎(chǔ)設(shè)施并不僅局限于城市雨洪管理，而是延伸至更廣泛的領(lǐng)域，包括自然生態(tài)系統(tǒng)和綠色廊道（如，森林和洪泛區(qū)）等一些自然基礎(chǔ)設(shè)施。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，綠色基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃理念迅速風(fēng)行全球，也逐漸被社會(huì)各界廣為接受。綠色基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)踐正在從街頭屋頂?shù)男》秶c(diǎn)綴工程步入城市雨洪管理的主體工程，與傳統(tǒng)的灰色雨洪基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合于實(shí)踐，形成新興的城市可持續(xù)雨洪基礎(chǔ)設(shè)施。因此，在荷蘭等國(guó)，人們時(shí)常把城市可持續(xù)雨洪基礎(chǔ)設(shè)施形象地稱為“海綿城市”［13-14］。

在我國(guó)，海綿城市的理念于2013年12月由習(xí)近平總書記提出：“提升城市排水系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。隨后，《指南》則對(duì)“海綿城市”的概念給出了明確的定義，即城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用。提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能，減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。

3 “海綿城市”構(gòu)建的基本原則

早期的城市規(guī)劃修建不注重保護(hù)天然降雨徑流與河湖水系及地下水之間的連接循環(huán)途徑，忽視洪泛區(qū)、濕地及周邊的天然緩沖植被帶對(duì)洪澇的調(diào)蓄、對(duì)環(huán)境生態(tài)的保護(hù)功能。平整低洼水徑、填平濕地洼地、侵占洪泛區(qū)以及大量砍伐植被，以不透水地面和地下管網(wǎng)取而代之等種種錯(cuò)誤行為改變了自然環(huán)境的地形地貌，造成了洼地濕地消失，河湖枯縮或成為分割的單獨(dú)水體。以致于在極端降雨時(shí)，雨洪不能在完整的水文系統(tǒng)中良性循環(huán)，導(dǎo)致城市水污染、地下水資源減少、城市水資源奇缺、水岸侵蝕與泥沙沉積、生態(tài)環(huán)境惡化、城市洪澇頻發(fā)等諸多問題。

海綿城市的理念趨向于保護(hù)自然，通過注重遠(yuǎn)期規(guī)劃，多尺度管理等原則在增加源頭雨水下滲，減少雨洪徑流量與水污染的同時(shí)，著重恢復(fù)社區(qū)與城市尺度中自然與人工雨洪設(shè)施之間的連接和循環(huán)。在雨洪設(shè)施骨架的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步規(guī)劃其他基礎(chǔ)設(shè)施，區(qū)劃土地利用方式，以達(dá)到可持續(xù)城市規(guī)劃的目的。下列海綿城市建設(shè)基本原則為處理好城市建設(shè)與水資源生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，建設(shè)人水和諧的“海綿城市”提供了框架。

3.1 注重海綿城市遠(yuǎn)景規(guī)劃海綿城市遠(yuǎn)景規(guī)劃（Green Infrastructure Planning，GIP）應(yīng)該和城市的發(fā)展目標(biāo)相結(jié)合，綜合考慮人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等動(dòng)態(tài)發(fā)展因素，以及對(duì)交通、運(yùn)輸、能源和其他資源的需求，并考慮未來氣候變化等不確定因素。GIP通常延伸至今后25～50年期間，包括標(biāo)識(shí)城市（或區(qū)域）內(nèi)的自然資源和人工雨洪基礎(chǔ)設(shè)施；確定今后防洪排澇與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)；制定相應(yīng)的策略；并列出存在的問題以及應(yīng)該采取的行動(dòng)。同時(shí)，根據(jù)問題的輕重緩急，技術(shù)及財(cái)政力量等因素，將這些措施行動(dòng)按時(shí)間排序。為確?！昂＞d城市”的順利實(shí)施和成功持續(xù)，GIP中還應(yīng)制定詳細(xì)的評(píng)估指標(biāo)。對(duì)每項(xiàng)保護(hù)項(xiàng)目，每個(gè)策略的實(shí)施都應(yīng)有明確的指標(biāo)來評(píng)估其成功與否。GIP是“海綿城市”發(fā)展的綱領(lǐng)性文件，應(yīng)根據(jù)實(shí)施情況，隨變化因素而不斷修改，以保證其實(shí)用性。

3.2 立足多尺度綜合管理完整的可持續(xù)雨洪綜合管理基礎(chǔ)措施應(yīng)由三個(gè)尺度組成：（1）以自然雨洪系統(tǒng)為主的流域（或城市）尺度雨洪設(shè)施骨架；（2）模擬自然徑流通道的社區(qū)尺度雨洪設(shè)施；（3）模擬自然入滲、蒸發(fā)、凈化的源頭雨洪設(shè)施。這3個(gè)層次相互貫通，形成可持續(xù)雨洪綜合管理基礎(chǔ)措施。在條件成熟的情況下，可在任何一級(jí)雨洪設(shè)施中增設(shè)雨水利用措施。

天然流域由自成系統(tǒng)，相互連接的自然基礎(chǔ)設(shè)施組成，包括開放空間和自然領(lǐng)域（如林地、漫灘和濕地，綠色廊道、公園和森林保護(hù)區(qū)）。這些自然基礎(chǔ)設(shè)施可以減輕雨水徑流，補(bǔ)給含水層，保持水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)提供娛樂的機(jī)會(huì)和野生動(dòng)物棲息地。流域尺度雨洪綜合管理應(yīng)注重于保護(hù)自然系統(tǒng)的開放空間及其關(guān)聯(lián)性；保持水土、生態(tài)以及流域內(nèi)其它資源；并關(guān)注流域內(nèi)各社區(qū)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展；增強(qiáng)流域的整體可持續(xù)性。

社區(qū)尺度的雨洪設(shè)施多為人工修建，是連接雨水收集設(shè)施和城市尺度設(shè)施的紐帶。規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮溢流路徑，在遭遇超標(biāo)準(zhǔn)降雨時(shí)，超標(biāo)徑流可通過溢流路徑排入城市尺度雨洪基礎(chǔ)設(shè)施。社區(qū)尺度雨洪綜合管理除了注重保護(hù)自然系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)性，保持水土、生態(tài)以及社區(qū)內(nèi)其它資源外，還應(yīng)該力求模擬入滲、蒸發(fā)、凈化等自然水文過程。

源頭尺度的雨洪設(shè)施大多為L(zhǎng)ID措施，其目的是將雨水控制在源頭。源頭設(shè)施通?？煽刂?～15年一遇的降雨。由于源頭設(shè)施的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，溢流路徑是設(shè)計(jì)中的主要考慮因素。在遭遇超標(biāo)準(zhǔn)降雨時(shí)，超標(biāo)徑流可通過溢流路徑排入社區(qū)和城市尺度雨洪基礎(chǔ)設(shè)施中，以避免損毀源頭設(shè)施，造成局部澇災(zāi)。

3.3形成相互連接的整體框架“海綿城市”的內(nèi)涵是修建能夠模擬自然界水生態(tài)環(huán)境的完整系統(tǒng)，不是隨機(jī)組合的一些分割的、互不相關(guān)的綠色碎片。不同綠色空間的戰(zhàn)略性聯(lián)接——公園、保護(hù)地、河岸地區(qū)，濕地和其他綠色空間——是維持重要雨洪與生態(tài)功能（如，輸送、蓄滯和過濾雨水徑流，存儲(chǔ)和凈化水質(zhì)，凈化城市空氣，減少熱島效應(yīng)），并保持生物多樣性的關(guān)鍵。完整的綠色基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)應(yīng)包含城市所有的綠色空間；而源頭LID應(yīng)該作為城市大系統(tǒng)的一部分。

連接不一定是兩個(gè)LID或綠色空間的直接物理連接，但是整體相連的系統(tǒng)應(yīng)占主導(dǎo)。雨水及有些物種可以在近距離之間流動(dòng)（移動(dòng)）。簡(jiǎn)單的接近也足以讓個(gè)別的綠色空間功能融入更廣泛的大系統(tǒng)。獨(dú)立而又分布密切合理的綠色空間仍然能夠集體發(fā)揮“海綿城市”的功能。

3.4注重人與自然的和諧GI的規(guī)劃和實(shí)施應(yīng)該體現(xiàn)人與自然的和諧，既能減少城市洪澇、資源退化的災(zāi)害，又可以提高民眾的生活質(zhì)量，同時(shí)有利于城市企事業(yè)的發(fā)展?！暗陀绊戦_發(fā)”不等于“零影響開發(fā)”；保護(hù)自然不等于讓人類遠(yuǎn)離自然。其真諦在于，將雨水作為人類發(fā)展不可缺少的資源，將自然基礎(chǔ)設(shè)施作為提高人民生活質(zhì)量、美化環(huán)境的根基。因此，在規(guī)劃實(shí)施時(shí)應(yīng)考慮城市用地緊缺的矛盾，盡可能GI的規(guī)劃與城市土地規(guī)劃相結(jié)合，為城市居民的生活和工作提供方便。例如，GI可以是具有吸引力的戶外活動(dòng)空間，安全舒適的散步小徑，步行、騎車等短途通道等；為城市居民提供休閑、聚會(huì)、娛樂場(chǎng)所；增強(qiáng)人與自然的互動(dòng)，人與人之間的互動(dòng)；同時(shí)還應(yīng)考慮不同年齡、不同階層民眾的需求。

3.5發(fā)揮GI的多功能特性GI的規(guī)劃與實(shí)施面臨著土地緊缺的重大挑戰(zhàn)：如何在已建成的城市環(huán)境中恢復(fù)被破壞的自然基礎(chǔ)設(shè)施和功能？要徹底擯棄城市開發(fā)的理念，拆除一切與自然相搏，完全回歸綠色自然是不現(xiàn)實(shí)的。相反，城市規(guī)劃者應(yīng)探索創(chuàng)新，為已有的“灰色”雨洪基礎(chǔ)設(shè)施添置綠色新裝，使其發(fā)揮自然設(shè)施所特有的可持續(xù)功能。一種設(shè)計(jì)策略是縱向一體化，使多個(gè)功能“堆疊”在一塊土地；如，道路下面的野生動(dòng)物通道，建筑或停車場(chǎng)下面的蓄滯、入滲設(shè)施，綠色屋頂?shù)取?/p>

雨洪基礎(chǔ)設(shè)施的多用途也可以利用時(shí)間維度實(shí)現(xiàn)。該類設(shè)施調(diào)度使用的例子包括一些高強(qiáng)度降雨時(shí)可以避免或限制使用的場(chǎng)地：如體育、娛樂、休閑場(chǎng)地，一些次要社區(qū)街道，以及一些公共及商業(yè)場(chǎng)地等。綠色基礎(chǔ)設(shè)施多功能規(guī)劃也是一種提高本益比的有效方法，有利于建立廣泛的公眾支持。馬來西亞吉隆坡的SMART隧道是將雨洪設(shè)施與城市交通相結(jié)合的很好案例。

3.6加強(qiáng)多學(xué)科研究與實(shí)驗(yàn)雖然GI的理念及實(shí)際應(yīng)用在全世界已經(jīng)走過二十幾年的歷程，但實(shí)施GI的根本性挑戰(zhàn)和障礙仍然在于普遍缺乏系統(tǒng)性的研究與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。常被生態(tài)學(xué)家稱為“大自然的奇跡”的濕地就是很好的例子。某一特定規(guī)模的濕地在某一特定位置的具體功能及效益往往是特定的。天然狀態(tài)的濕地不需維護(hù)管理就能茂盛生長(zhǎng)，發(fā)揮自然功能。而人工修建的濕地則往往需要花費(fèi)很大財(cái)力精力維護(hù)，其功能常常大減折扣。濕地的類型不同，對(duì)水、土及周圍環(huán)境的要求也不同。造成的困境是：一個(gè)地方研究出來的經(jīng)驗(yàn)并不一定可以在另一個(gè)地方成功復(fù)制。因此需要針對(duì)具體情況做出適應(yīng)方案，適應(yīng)方案包括運(yùn)行中的監(jiān)測(cè)研究，并根據(jù)研究成果持續(xù)調(diào)整設(shè)計(jì)與設(shè)施、運(yùn)行方案。適應(yīng)方案的成敗與否是不定式，因此需要跨學(xué)科的共同努力，涉及科學(xué)家、相關(guān)民眾、決策制定者以及規(guī)劃設(shè)計(jì)人員。適應(yīng)方法應(yīng)用于GI應(yīng)該是很有前景，因?yàn)檫@方面的知識(shí)仍在不斷演變。如果能夠建成一套常規(guī)的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用系統(tǒng)，則可以在探索GI的可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。

3.7考慮可持續(xù)性灰色雨洪基礎(chǔ)設(shè)施是相對(duì)穩(wěn)定的體系，從建成之初即可發(fā)揮功能，隨著使用年代的增加，設(shè)施緩慢老化，功能降低。這是一個(gè)經(jīng)過檢驗(yàn)，可估算的過程，其可持續(xù)性也易于保障。與此不同，GI是變化的系統(tǒng)，建成之初并不一定能發(fā)揮很好的功能（如，濕地、生態(tài)花壇、綠屋頂），需要在運(yùn)行中不斷維護(hù)、改善并定期更新，才能日趨旺盛，充分發(fā)揮功能。因此，在規(guī)劃之初即應(yīng)該把今后的日常維護(hù)、修復(fù)更新的需要和資金考慮進(jìn)去，并明確維護(hù)的職責(zé)。為降低運(yùn)行維護(hù)資金，增加可持續(xù)性，源頭及街道尺度的LID應(yīng)盡可能考慮采用當(dāng)?shù)夭牧稀Ｔ谫Y金緊缺的地方應(yīng)考慮采用低維護(hù)成本的LID措施。不同LID措施的適用性受區(qū)域變化的影響很大，各地應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的LID措施，以避免不必要的失敗。此外，規(guī)劃GI時(shí)應(yīng)考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)變化的因素，如氣候變化、人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)變化以及城市的發(fā)展。GI的設(shè)計(jì)不一定要依照未來變化的參數(shù)來設(shè)計(jì)，因?yàn)槲磥淼淖兓吘故遣淮_定的未知數(shù)。但GI應(yīng)該能根據(jù)未來變化而調(diào)整，以適應(yīng)變化的需求，避免完全拆除重建。

4 綠色與灰色的結(jié)合

隨著“綠色浪潮”席卷全球，GI得到更廣泛的認(rèn)可。同時(shí)，地方政府也意識(shí)到，只包括GI的方案并不一定更經(jīng)濟(jì)；在高密度的發(fā)達(dá)老城區(qū)甚至不可行，不可持續(xù)；也不可能完全滿足城市雨洪管理的重大需求和目標(biāo)。

高度不透水的商業(yè)區(qū)不容易改變成“綠色”。例如，綠屋頂可以控制徑流、促進(jìn)蒸發(fā)蒸騰、減輕城市熱島效應(yīng)，降低空氣污染；但是許多古老建筑在未經(jīng)重大升級(jí)改建的情況下不可能支持其重量。在密集的都市中將人行道改變成綠色街道也并非易事。因此，在考慮城市雨洪基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，不應(yīng)該將兩種設(shè)施按顏色區(qū)分，使之對(duì)立；而是應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，考慮不同的自然和社會(huì)環(huán)境條件，在切實(shí)可行的情況下，將這兩種方法納入一個(gè)適合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的可持續(xù)雨洪管理方案。以下幾個(gè)案例從不同尺度介紹了灰色與綠色設(shè)施的結(jié)合。

4.1灰色骨架綠色紐帶——美國(guó)威斯康星洲密爾沃基市密爾沃基市（Milwaukee）坐落在密西根湖畔，居住和工作人口超過100萬，是威斯康星洲（Wisconsin）最大的城市。該市的雨污管理有100多年的歷史?；疑到y(tǒng)包括超過5 000 km的排水管網(wǎng)、渠道；儲(chǔ)水量達(dá)190萬m3的地下深隧（長(zhǎng)47 km，直徑5.1～9.6 m）；多個(gè)污水處理廠、地上與地下蓄滯設(shè)施以及排水泵站等，是該市雨洪管理的“灰色”骨架。然而，隨著城市的不斷擴(kuò)張，人口的急劇增長(zhǎng)，該市的排水系統(tǒng)不能滿足需求。每逢降大雨，內(nèi)澇時(shí)有發(fā)生，污染密西根湖及附近水系。在1997年大洪水中，該市損失高達(dá)9 000萬美元。之后的幾年，該市在洪災(zāi)損失最嚴(yán)重的社區(qū)開展征地拆遷，恢復(fù)洪泛區(qū)，修建堤壩、防洪墻等措施。由于已開發(fā)社區(qū)征地拆遷耗資巨大，進(jìn)展緩慢，成效甚微。與此同時(shí)該市還要應(yīng)對(duì)每年50余次的雨污溢流事件［15］。

自2001年以來，該市改變了政策，開始征購(gòu)未開發(fā)的洪澇多發(fā)土地。這些土地價(jià)格低廉，多為低洼地、坑塘濕地、林地和開放草場(chǎng)，是連接自然河湖水系與灰色雨洪設(shè)施的天然“綠色海綿”。該市稱其為“綠色紐帶計(jì)劃”。截止于2013年，“綠色紐帶計(jì)劃”已經(jīng)征地將近10 km2，改建成雨水或濕地公園，林地、草場(chǎng)等自然保護(hù)區(qū)，發(fā)揮了自然凈化、生態(tài)保護(hù)、蓄滯洪水，防止下游洪澇，保護(hù)自然資源等功能［16］。

2003年以來，該市逐步采取源頭和街區(qū)LID措施。截止于2013年，共建綠色屋頂40 000 m2；出售雨水收集罐18 000多個(gè)，總儲(chǔ)水量超過3 000 m3；雨水花壇2 500 m2；生態(tài)過濾溝350 000 m2；透水鋪面6 100 m2；以及其他綠色設(shè)施。該市計(jì)劃在2035年實(shí)現(xiàn)將13 mm的初雨控制在源頭與街區(qū)的LID設(shè)施，總雨量約為2.67×106m3，是深邃蓄水量的142%。此外，該市還注重維護(hù)已有的灰色設(shè)施，并適當(dāng)興建完善必須的管網(wǎng)系統(tǒng)；如，該市將對(duì)一些老舊管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加管內(nèi)襯砌，可以延長(zhǎng)使用年限至50年［17］。（見圖1）

圖1 密爾沃基市雨污管理設(shè)施（摘自MMSD）

該案例基于流域綜合管理，在現(xiàn)有的灰色雨洪基礎(chǔ)設(shè)施之上融入GI措施，注重雨洪管理設(shè)施的整體性及灰色與綠色的連接、多功能機(jī)可持續(xù)性，為我國(guó)流域尺度海綿城市的建設(shè)提供借鑒。

4.2社區(qū)尺度灰綠結(jié)合——美國(guó)內(nèi)布拉斯加州奧瑪哈市艾爾穆社區(qū)奧馬哈市（Omaha）老城區(qū)運(yùn)行了60多年的合流制排水系統(tǒng)一直困擾著當(dāng)?shù)鼐用瘛Ｓ行┚植抗芫W(wǎng)甚至不能排放一年一遇的24 h降雨。每年都有污水倒灌地下室的情況發(fā)生。多年來，市政府雖然采取了一些綠色措施，并不能解決雨污高流量的困境。如果投入巨大資金修建綠色基礎(chǔ)設(shè)施，是一條解決問題的途徑，但需要花費(fèi)大筆資金購(gòu)置土地、居民搬遷。此外，大量綠色設(shè)施的運(yùn)行與維護(hù)也會(huì)增加經(jīng)費(fèi)。

經(jīng)過多家咨詢公司和公共管理部門的仔細(xì)評(píng)估，市政府決定投資興建、改建大量的灰色設(shè)施，同時(shí)在適宜的地方盡可能采用綠色設(shè)施。近年來，該市倡導(dǎo)的綠色建筑、綠色街道計(jì)劃均取得很好成效。該市擬修建、改建的灰色雨洪設(shè)施包括：局部地區(qū)雨污分流；修建8.6 km的深隧（直徑約5.1 m，埋深約51 m）；修建2個(gè)超流量污水處理場(chǎng)；改造現(xiàn)有污水處理場(chǎng)、排水主管道、排水泵站等；修建多個(gè)地下蓄水池；修建大型排水管道［18］。而綠色雨洪設(shè)施則遍地開花，穿插于灰色設(shè)施與自然設(shè)施之間。其中艾爾穆公園（Elmwood Park）雨洪分流工程是綠色與灰色設(shè)施結(jié)合的良好典范［19］。

艾爾穆公園雨洪分流工程于2012年春季完工。該工程包括源頭、街道的LID設(shè)施、傳統(tǒng)的社區(qū)排水管網(wǎng)和末端生態(tài)蓄滯滲排設(shè)施。末端生態(tài)蓄滯滲排設(shè)施由一系列不同高程的彩色混凝土寬槽型溢流堰組成，溢流堰之間建有生態(tài)蓄滯入滲花壇（見圖2）。每逢下雨，雨水經(jīng)過LID設(shè)施收集后流入社區(qū)排水管網(wǎng)，經(jīng)一條分流管道排放入生態(tài)蓄滯滲排設(shè)施。溢流堰的設(shè)計(jì)使得第1英寸（25 mm）的初雨蓄滯在3個(gè)花壇中，得以凈化下滲補(bǔ)充地下水，更多的雨洪則經(jīng)過蓄滯凈化后流經(jīng)出水管排入下游河道。生態(tài)蓄滯花壇中種植了高桿本地草類和花卉。最初的幾年，花壇需要澆水、鋤草、施肥。待草類花卉成熟后，則會(huì)自然生長(zhǎng)繁殖，需要很少維護(hù)。該工程體現(xiàn)了灰色與綠色雨洪施設(shè)的巧妙結(jié)合，達(dá)到了凈化水質(zhì)、減輕洪澇、補(bǔ)充地下水、美化環(huán)境的功能。同時(shí)還占地不多，緩解了土地奇缺的矛盾，提高了經(jīng)濟(jì)效益，減少了維護(hù)成本。

該案例利用舊城改建之際融入GI措施，注重自然和諧，充分發(fā)揮綠色設(shè)施的蓄、滯、滲、凈、排的多種功能，為我國(guó)舊城改建中融入海綿城市建設(shè)理念提供示范。

4.3街道尺度灰綠改建——美國(guó)華盛頓州西雅圖市的道路改建工程西雅圖市（Seattle）的第105大街是4條車道的2級(jí)道路。該街道的1.4英哩的一段于2011年開始改建。改建工程包括：路面翻新、增加人行道、改善排水系統(tǒng)等。按照西雅圖市的道路修建規(guī)范，該工程增加的降雨徑流要100%采用LID設(shè)施就地凈化、入滲、蓄滯。由于該工程場(chǎng)地很小，不可能設(shè)置生態(tài)過濾、入滲、蓄滯等LID設(shè)施。而西雅圖市的道路規(guī)范規(guī)定，行車路面和縱向坡度大于5%的人行道不能采用透水鋪面；所以該工程只有很短的一段人行道（坡度小于5%）采用了透水水泥，削減的徑流量占需要削減徑流量的9.5%。（見圖3）為滿足徑流控制要求，該工程采用5根直徑60～84英寸的蓄滯管道埋在路面下。雨水凈化則在豎井中加設(shè)凈化過濾產(chǎn)品來代替LID設(shè)施［20］。

該工程顯示了在人口密集的大都市修建綠色街道的難度，也再次證明灰色和綠色相結(jié)合的必要性，為我國(guó)海綿城市建設(shè)中的道路系統(tǒng)改造提供借鑒。

以上幾個(gè)案例顯示，城市雨洪管理并不是灰色和綠色措施的競(jìng)爭(zhēng)，或場(chǎng)地與流域管理的對(duì)立?；疑途G色是互補(bǔ)色彩，是達(dá)到同一目的的兩個(gè)選項(xiàng)。而灰色與綠色的最佳結(jié)合是成功的關(guān)鍵。LID措施是城市雨水管理的重要組成部分，但需要融于流域的整體框架，與河湖濕地、綠色廊道的保護(hù)維護(hù)連接在一起；灰色工程措施是城市雨洪管理不可缺少的關(guān)鍵部分，然而，只有和LID結(jié)合，由“綠色紐帶”貫穿，最終和流域自然系統(tǒng)連接成整體，才能發(fā)揮最大效益，形成完整的、灰色與綠色結(jié)合、局部與整體連接的可持續(xù)城市雨洪管理基礎(chǔ)設(shè)施。

圖2 艾爾穆公園的生態(tài)蓄滯滲排設(shè)施，美國(guó)內(nèi)布拉斯加州奧瑪哈市（摘自omahacso，http：//www.omahacso.com/greensolutions1/ elmwood/）

圖3 狹窄的道路采用透水人行道、樹壇和地下蓄滯管 （摘自StormWater）

5 兼顧藝術(shù)休閑

5.1集娛樂休閑與雨洪蓄滯于一體——荷蘭洛特丹市的本森普林雨洪廣場(chǎng)洛特丹市（Rotterdam）是荷蘭有名的水城，全市大部分地區(qū)處于海平面以下。為解決雨季暴雨成災(zāi)的問題，該市采取了一系列措施，其中最具有創(chuàng)新的是修建雨洪廣場(chǎng)。第一個(gè)雨洪廣場(chǎng)——本森普（Benthem square）林雨洪廣場(chǎng)于2013年12月4日正式開放［21］。該廣場(chǎng)由3個(gè)蓄水池組成，總蓄水容積為1 700 m3（見圖4）。雨洪廣場(chǎng)不僅解決了附近社區(qū)的洪澇問題，還為居民提供了休閑娛樂場(chǎng)所［22］（見圖5）。

該案例是在建筑密集的老城區(qū)融入GI措施的成功試嘗。將雨洪管理功能融入城市娛樂休閑設(shè)施，即突破了土地奇缺的局限性，發(fā)揮了GI的多功能特性，又能提高城市景觀多樣性，體現(xiàn)人與自然的和諧，同時(shí)構(gòu)建了雨洪設(shè)施相互連接的整體框架。此外，該雨水廣場(chǎng)，作為城市娛樂休閑設(shè)施之一，運(yùn)行維護(hù)經(jīng)費(fèi)來源可以落實(shí)，保障了其可持續(xù)性。

圖4 荷蘭洛特丹市的本森普林雨洪廣場(chǎng)（摘自DutchWaterSector）

圖5 本森普林水廣場(chǎng)不同降雨條件下的4種娛樂方式（摘自DutchWaterSector）

5.2污水處理藝術(shù)化——加拿大多倫多市的舍博恩公園位于安大略湖畔，占地面積約14 230 m2的舍博恩公園（Sherbourne Common）建于一片約8 km2的工業(yè)廢棄場(chǎng)地上。是多倫多市復(fù)興這片廢棄場(chǎng)地項(xiàng)目的一部分。由于地勢(shì)低洼，雨季時(shí)附近城區(qū)合流管網(wǎng)溢流的污水通常集積在這里，在美麗的安大略湖畔形成一條污水灘地。設(shè)計(jì)人員綜合考慮城市建設(shè)、景觀設(shè)計(jì)、住房開發(fā)、和公共設(shè)施，將污水處理與景觀建筑，工程和公共藝術(shù)融于一體，修建了世界上第一個(gè)融污水處理于城市園林中的藝術(shù)奇觀。

該公園的地下修建了雨污蓄滯沉積凈化設(shè)施。地面徑流由排水管網(wǎng)收集后排入地下沉積設(shè)施，進(jìn)行固體懸浮質(zhì)沉淀。澄清的水輸送到設(shè)置于一座公共亭臺(tái)地下室的紫外線（UV）水處理設(shè)施。經(jīng)過UV凈化的水再由水泵抽送到公園中最醒目的3個(gè)9 m高的雕塑。從雕塑的頂端，雨水呈水簾瀑布狀流入下面的生化過濾池，然后經(jīng)一條渠道流入安大略湖［23］（見圖6）。

該案例不僅將雨洪管理功能融入城市娛樂休閑，還突出體現(xiàn)了其藝術(shù)價(jià)值。地下-地上相結(jié)合的污水處理方式增加了GI的多功能特性，保護(hù)了水質(zhì)；其高超的藝術(shù)設(shè)計(jì)提高了城市景觀美感，成為北美景觀熱點(diǎn)之一。由于其獨(dú)特的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，該項(xiàng)工程獲得2009年加拿大建筑師杰出獎(jiǎng)［24］。

6 結(jié)語

海綿城市是一個(gè)不斷發(fā)展的新理念，為合理解決城市雨污和洪澇，支持生物多樣化，營(yíng)建宜居環(huán)境，建造可持續(xù)發(fā)展模式提供了依據(jù)。本文結(jié)合國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)我國(guó)海綿試點(diǎn)城市建設(shè)之初的一些突出問題，提出如下建議：（1）海綿城市規(guī)劃對(duì)海綿城市的建設(shè)至關(guān)重要。我國(guó)第一批16個(gè)海綿試點(diǎn)城市均在沒有海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃的情況下開始實(shí)施；第二批14個(gè)海綿試點(diǎn)城市的海綿專項(xiàng)規(guī)劃也均在1個(gè)月之內(nèi)完成，其科學(xué)性和可實(shí)施性均有待探討。鑒于此，各城市應(yīng)綜合考慮各地具體情況，制定具有科學(xué)性且切實(shí)可行的海綿城市規(guī)劃，以便海綿城市建設(shè)在規(guī)劃引領(lǐng)下正確發(fā)展。（2）我國(guó)目前的海綿城市建設(shè)中以降雨總量作為唯一控制指標(biāo)，致使海綿工程集中于源頭，缺乏整體性。海綿城市建設(shè)不僅要考慮源頭措施，更應(yīng)該從流域、區(qū)域角度構(gòu)建海綿體系，形成相互連接的整體框架，同時(shí)要考慮海綿體系與周圍自然環(huán)境的融合與人水和諧以及其可持續(xù)性。（3）海綿城市建設(shè)應(yīng)從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮不同尺度灰色與綠色基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合，在考慮雨洪基礎(chǔ)設(shè)施多用途性的同時(shí)兼顧景觀藝術(shù)。文中提到的荷蘭的雨洪廣場(chǎng)，加拿大多倫多的污水處理公園均展現(xiàn)了杰出的效果。（4）目前，大多數(shù)海綿試點(diǎn)城市缺乏基本理論、實(shí)踐技術(shù)，管理運(yùn)行，法律法規(guī)支持等領(lǐng)域的研究成果。海綿城市建設(shè)成功與否很大程度上取決于對(duì)當(dāng)?shù)鼐唧w情況的研究。因此，各地區(qū)應(yīng)該深入研究本地區(qū)的具體特性，在此基礎(chǔ)上制定適合本地區(qū)具體情況且切實(shí)可行的目標(biāo)，指標(biāo)及政策，逐步形成一套完整的海綿城市建設(shè)技術(shù)、實(shí)施、運(yùn)行、管理的保障體系。

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Integrating green and gray infrastructure into a sustainable future

LI Hui，LI Na，YU Qian，WANG Hong
（Research Center on Flood and Drought Disaster Reduction，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China）

Across the world and in China，rampant urban development results in urban flooding，water quality deteriorating，and shrinking of water resources.This in turn is affecting ecosystem functions as well as urban lives and safety.To address the problems，China initiated“Sponge City”pilot program early this year.This paper，based on the principles of hydrology and natural ecological systems and referencing inter?national experiences，discussed 7 basic principles for planning and implementing“Sponge City”，including：developing visions for the future，managing with an integrated multi-scale，keeping connection and building network，focusing on harmony of people and natural，combining multi-functions，strengthening multi-disci?plinary research，and considering sustainability.Cases illustrated in this paper further strengthen the impor?tance of weaving“green”and“gray”infrastructure into a sustainable future of“Sponge City”.Moreover，with excellent design and creative imagination，storm water infrastructure can be transformed into a fabu?lous art that offers leisure，entertainment and makes the city more beautiful and harmonious.

sponge city；green infrastructure；grey infrastructure；ecological system；urban stormwater man?agement；sustainable urban development

X321

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2017.01.001

1672-3031（2017）01-0001-09

（責(zé)任編輯：韓 昆）

2015-11-10

中國(guó)水科院科研專項(xiàng)（JZ0145B322016）

李輝（1981-），男，河北青縣人，博士，高級(jí)工程師，主要從事流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度、城市防洪與可持續(xù)城市發(fā)展研究。E-mail：lihui@iwhr.com