海綿城市建設(shè)理念與對策

■ 中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)副校長 任南琪

《全國城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》指出要加快推進(jìn)海綿城市建設(shè)，實現(xiàn)城市建設(shè)模式轉(zhuǎn)型。作為一種全新的城市發(fā)展理念和方式，海綿城市建設(shè)涉及的項目幾乎都是重大的民生工程，橫跨領(lǐng)域眾多。如何避免城市建設(shè)時出現(xiàn)設(shè)計碎片化問題？如何避免城市建設(shè)和運(yùn)營時出現(xiàn)頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的現(xiàn)象？如何避免走重復(fù)建設(shè)、浪費(fèi)人力物力等回頭路？正確的建設(shè)理念與思路尤為重要。中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)副校長任南琪教授為本刊獨(dú)家撰寫此文，闡明建設(shè)理念與路徑。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國城市水安全與水環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，資源環(huán)境約束加劇。在人口密集、工業(yè)集中的城市出現(xiàn)了嚴(yán)重的城市?。悍甏笥瓯貪?、城市水體黑臭、環(huán)境生態(tài)嚴(yán)重惡化、水資源嚴(yán)重匱乏、環(huán)境容量超出極限、城市水源地污染事件頻發(fā)。針對這一現(xiàn)狀，習(xí)近平總書記2013年12月12日在中央城鎮(zhèn)化工作會議上作出重要指示，要求“城市規(guī)劃建設(shè)的每個細(xì)節(jié)都要考慮對自然的影響，更不要打破自然系統(tǒng)。比如，在提升城市排水系統(tǒng)時要優(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)自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’?！绷?xí)總書記還指出，現(xiàn)在許多城市提出生態(tài)城市口號，但思路卻是大樹進(jìn)城、開山造地、人造景觀、填湖填海等，這不是建設(shè)生態(tài)文明，而是破壞自然生態(tài)。為此，中共中央和國務(wù)院辦公廳先后多次發(fā)布相關(guān)文件，推動海綿城市建設(shè)。

海綿城市建設(shè)具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，能夠降低基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)費(fèi)用；提升城市品質(zhì)和環(huán)境承載力；開發(fā)利用雨水、再生水等非常規(guī)水資源，解決缺水地區(qū)發(fā)展瓶頸；是經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長點，助力化解產(chǎn)能過剩的難題。海綿城市建設(shè)的環(huán)境效益也非常顯著，能夠有效解決城市黑臭水體，強(qiáng)化城市污水治理，提高城市人均公園綠地面積和城市建成區(qū)綠地率。海綿城市建設(shè)還具有良好的社會效益，緩解城市“熱島效應(yīng)”，實現(xiàn)“小雨不積水，大雨不內(nèi)澇，水體不黑臭”，實現(xiàn)環(huán)境宜居；建設(shè)“和諧宜居、富有活力、各具特色的現(xiàn)代化城市，讓人民生活更美好”。

截至目前，我國已經(jīng)設(shè)立海綿試點城市30個，試點建設(shè)區(qū)面積達(dá)600平方公里以上，近3年直接帶動投資約4千億元人民幣。全國33個省、直轄市、自治區(qū)皆頒布海綿城市鼓勵辦法，很多非試點城市也啟動了海綿城市建設(shè)，涉及到環(huán)保、市政、園林、交通等多個行業(yè)。遠(yuǎn)期市場份額約在6萬億元人民幣左右。

我認(rèn)為，海綿城市建設(shè)需要遵循以下幾點：理念轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)，科學(xué)規(guī)劃為引領(lǐng)，工程技術(shù)為關(guān)鍵，智慧水務(wù)為目標(biāo)。

一、理念轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)

由于我國前期海綿城市建設(shè)處于邊干邊學(xué)的狀態(tài)，理念跟不上，不少城市的海綿城市建設(shè)與規(guī)劃難以一步到位，很多先期開展的生態(tài)城市建設(shè)、城市內(nèi)河改造、道路建設(shè)、街區(qū)建設(shè)等工程都需要進(jìn)行改造。必須引入先進(jìn)理念，結(jié)合國外近60年的經(jīng)驗積累和我國當(dāng)前的重大需求，創(chuàng)建具有中國特色的海綿城市。

（一）國外的城市雨水管理理念

1．美國。低影響開發(fā)（Low-Impact Development，LID）是采取土地規(guī)劃和工程設(shè)計的方法來管理雨水徑流，LID強(qiáng)調(diào)現(xiàn)場自然屬性的保持和利用，從而保護(hù)水質(zhì)。

2．歐洲?？沙掷m(xù)城市排水系統(tǒng)（Sustainable Urban Drainage System，SUDS）旨在減少新的和現(xiàn)有的開發(fā)對地表水排水排放的潛在影響。

3．新加坡?；盍Α⒚烙^、清潔水計劃（Active、Beautiful、Clean Water Program，ABC）是將水體轉(zhuǎn)變?yōu)槊利惖?、具有新加坡?biāo)志性的水景觀。通過美化使新加坡人更親水、更好地欣賞和珍惜稀缺的水資源。

4．澳大利亞。水敏城市設(shè)計（Water Sensitive Urban Design，WSUD）是城市設(shè)計與城市水循環(huán)的管理、保護(hù)和保存的結(jié)合，包括雨水、地下水、廢水管理和供水，為城市設(shè)計減少環(huán)境退化、提高審美情趣、增加娛樂吸引力，從而確保城市水循環(huán)管理能夠尊重自然水循環(huán)和生態(tài)過程。

（二）中國建設(shè)海綿城市的理念

國外的海綿城市建設(shè)理念主要是以解決城市暴雨澇災(zāi)、雨水收集、景觀美化等為主的城市開發(fā)與設(shè)計內(nèi)涵，而我國面臨著更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：經(jīng)濟(jì)快速增長的背后付出了慘重的環(huán)境惡化代價，如水體黑臭；城市化進(jìn)展的加快伴隨著城市水規(guī)劃的嚴(yán)重缺失。為此，我國的海綿城市建設(shè)面臨著多重任務(wù)。

要以系統(tǒng)工程的思路抓城市水環(huán)境規(guī)劃和海綿城市建設(shè)，這是國家行動，符合我國當(dāng)前重大需求。應(yīng)以國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見（國辦發(fā)〔2015〕75號）作為指導(dǎo)，加快推進(jìn)海綿城市建設(shè)，修復(fù)城市水生態(tài)，增強(qiáng)城市防澇能力，擴(kuò)大公共產(chǎn)品有效投資，提高新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量，促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展。海綿城市建設(shè)的工作目標(biāo)是要通過海綿城市建設(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)對生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。由于中國目前面臨的特定發(fā)展時期，以及城市水資源與水環(huán)境現(xiàn)狀，“海綿城市建設(shè)”符合中國國情。

我認(rèn)為“海綿城市建設(shè)”屬于城市水資源與水環(huán)境綜合整治范疇?！昂＞d城市”應(yīng)該能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，重點解決城市澇災(zāi)與城市水環(huán)境惡化等問題，實現(xiàn)地表水資源、污水資源、生態(tài)用水、自然降水、地下水等統(tǒng)籌管理、保護(hù)與利用，充分考慮水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水安全、水文化，緩解熱島效應(yīng)，確保社會水循環(huán)能夠與自然水循環(huán)相互貫通。

二、科學(xué)規(guī)劃為引領(lǐng)

《中共中央 國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》（中發(fā)〔2016〕6號）指出，城市規(guī)劃建設(shè)管理中還存在一些突出問題：城市規(guī)劃前瞻性、嚴(yán)肅性不夠，環(huán)境污染等“城市病”蔓延加重。因此，海綿城市建設(shè)要以科學(xué)規(guī)劃為引領(lǐng)。

（一）城市水系統(tǒng)綜合規(guī)劃與整治

海綿城市建設(shè)是城市水系統(tǒng)綜合規(guī)劃與整治的系統(tǒng)工程，要將其融入城市總體規(guī)劃，至少以流域、區(qū)域為單元綜合考慮。統(tǒng)籌發(fā)揮自然生態(tài)功能和人工強(qiáng)化功能，實施源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理。

示范工程中常見以下幾點問題：1．規(guī)劃與建設(shè)碎片化。特別是LID工程中，嚴(yán)重缺乏城市水系統(tǒng)統(tǒng)籌規(guī)劃，以碎片化的工程施工為主。2．海綿城市建設(shè)理念及內(nèi)涵不清，技術(shù)不足。3．工程設(shè)計隊伍嚴(yán)重匱乏。設(shè)計教條化，難以做到因地制宜，一城一策、一地一策。

（二）因地制宜

總體規(guī)劃應(yīng)針對城市自然地理、氣象條件及存在的城市發(fā)展瓶頸問題，因地制宜地制定海綿城市建設(shè)目標(biāo)，解決城市重大需求；充分考慮老城區(qū)和新建城區(qū)海綿城市建設(shè)對策；應(yīng)明確“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”。

（三）保持和利用自然屬性

習(xí)總書記提出要“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’”。應(yīng)該倡導(dǎo)以自然為先導(dǎo)，以循環(huán)為關(guān)鍵，以功能為切入點的城市水系統(tǒng)綜合規(guī)劃與整治。

三、工程技術(shù)為關(guān)鍵

從城市水循環(huán)系統(tǒng)4.0示意圖中可以看出，海綿城市建設(shè)有三個關(guān)鍵單元：暴雨徑流管理、黑臭水體治理和污水處理。

（一）暴雨徑流管理

1．LID理念及小排水系統(tǒng)

統(tǒng)籌考慮城市水資源循環(huán)與利用非常必要，目前絕大多數(shù)城市雨水進(jìn)入雨污合流制的城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)（小排水系統(tǒng)）。要保障小排水系統(tǒng)的雨水排放能力，必須采取削峰和錯峰措施，即利用LID理念，延緩和降低徑流峰值，從而降低排水強(qiáng)度，減輕市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)排水壓力。河流治理、排水系統(tǒng)和管道的承受能力是有限的，要利用滲、滯、蓄，從源頭減少徑流，解決量的控制問題，提高城市生態(tài)覆蓋和雨水蓄存能力，減少排水管道系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

由于城市人口增長過快，排水管網(wǎng)設(shè)計重現(xiàn)期變小，城市排澇僅依賴小排水系統(tǒng)難以承受。按照LID理念“現(xiàn)場自然屬性的保持和利用”，增設(shè)下凹式綠地和植草溝等可以錯開暴雨峰值，減少雨水流入下水管道的量。但對于城市易澇點仍難以解決根本問題。建議城市特殊區(qū)域采取分流制的雨水排放系統(tǒng)，即大排水系統(tǒng)。

2．大排水系統(tǒng)

大排水系統(tǒng)指的是路面行泄通道、河漫灘、深層調(diào)蓄隧道和調(diào)蓄池。常規(guī)降雨時，雨水通常不會進(jìn)入深層調(diào)蓄隧道和調(diào)蓄池。

我國有些城市現(xiàn)已在做大排水系統(tǒng)。如武漢大東湖深邃工程，充分考慮到雨水深邃和污水深邃功能及定位的不同，該工程將先啟動污水單根管建設(shè)，預(yù)留雨水接口。設(shè)計為“四廠合一”，未來可為300萬人口服務(wù)。新建的北湖污水處理廠未來能達(dá)到150萬噸/日規(guī)模，近期實現(xiàn)80萬噸/日，排放標(biāo)準(zhǔn)一級A。項目總投資為30多億元。

（二）城市黑臭水體整治

城市黑臭水體整治重點是環(huán)境生態(tài)改善和暴雨蓄存。黑臭水體整治需要有系統(tǒng)的治理方案，保障水體的三大功能—生物凈化、生態(tài)景觀和泄洪排澇。首先，污水要全部截流，初雨等面源污染也要有控制措施。其次，補(bǔ)水要充足、流動性好。其三，要建立人工強(qiáng)化自然處理系統(tǒng)，形成自然生態(tài)凈化功能與景觀。最后，還需要清除底泥或進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

城市水體要保持自然生態(tài)系統(tǒng)，有生態(tài)護(hù)坡-微生物-挺水植物和沉水植物，河道最忌“三面光”—即河底和兩岸護(hù)坡全部硬化，應(yīng)該利用自然凈化的方式去除氮、磷，最大限度保留堤岸生態(tài)屬性，可有效抗擊河水、雨水沖刷，利用人工濕地、生態(tài)塘等強(qiáng)化自然凈化功能，持續(xù)經(jīng)濟(jì)有效地解決點源、面源污染，確保城市水生態(tài)安全。

（三）污水處理廠

我國污水處理廠執(zhí)行國際絕無僅有的國家統(tǒng)一的一級A污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但就算是達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)的出水，按照地表水標(biāo)準(zhǔn)仍然是劣Ⅴ類。為此，個別城市將污水廠的出水標(biāo)準(zhǔn)提升到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，但實際上從全部環(huán)境影響和全生命周期看這是不環(huán)保的。用人工方式在污水廠內(nèi)去除氮、磷費(fèi)用高，能耗大，追求過高的去除率也是不經(jīng)濟(jì)的。

我認(rèn)為，應(yīng)該構(gòu)建具有污染物凈化功能的生態(tài)系統(tǒng)，承擔(dān)部分氮、磷去除，科學(xué)制定以受納水體反推污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)，避免污水廠過度處理，實現(xiàn)節(jié)能降耗。無限度提高污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)是轉(zhuǎn)嫁環(huán)境風(fēng)險，帶來大氣污染和排放溫室氣體，同時也消耗大量能源。

四、智慧水務(wù)為目標(biāo)

最新的政府工作報告中指出要“發(fā)展智能產(chǎn)業(yè)，拓展智能生活，實施大數(shù)據(jù)發(fā)展行動，多領(lǐng)域推進(jìn)‘互聯(lián)網(wǎng)+’”。就海綿城市建設(shè)而言，要創(chuàng)建智慧水務(wù)，即互聯(lián)網(wǎng)+城市水系統(tǒng)。

該系統(tǒng)可以進(jìn)行城市水?dāng)?shù)值模擬與仿真?；谒Y源與安全（水量和水壓），針對飲用水源、自來水廠、污水處理廠、河道斷面、濕地、地下水以及分流制雨水管道初雨等，建立水資源自然循環(huán)和社會循環(huán)的系統(tǒng)仿真與優(yōu)化?；谒h(huán)境與生態(tài)（水質(zhì)），研究污水能源流與物質(zhì)流規(guī)律、污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等凈化系統(tǒng)仿真與時空優(yōu)化。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+城市水系統(tǒng)功能，指導(dǎo)運(yùn)營控制與故障診斷，實現(xiàn)監(jiān)控點診斷、控制、應(yīng)急決策，并發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)作用保障公眾知情權(quán)和監(jiān)督權(quán)。

我建議要加強(qiáng)海綿城市專項規(guī)劃，完善工程設(shè)計、建設(shè)施工、運(yùn)營管理等機(jī)制，提高建設(shè)和管理質(zhì)量，明晰責(zé)任人，便于政府監(jiān)管；同時，進(jìn)一步研究海綿城市投融資模式。

五、海綿城市規(guī)劃與建設(shè)面臨的主要問題

（一）工程技術(shù)問題

1．LID等國外先進(jìn)雨水徑流管理及應(yīng)用技術(shù)、材料和裝備研發(fā)。

2．黑臭水體治理整體解決方案、技術(shù)措施及實踐經(jīng)驗。

3．污水處理技術(shù)研發(fā)與水資源管理。

4．城市水體與濕地凈化功能的本土水生植物研究。

5．匯水流域雨水徑流量、面源污染的數(shù)值模擬。

6．基于智慧城市水的水質(zhì)水量監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)急決策支持平臺建立。

（二）管理問題

1．應(yīng)明確和完善海綿城市建設(shè)內(nèi)涵與對策，避免失誤和后遺癥。

2．需盡快制定和完善相應(yīng)的城市規(guī)劃設(shè)計與基本建設(shè)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及法規(guī)。

3．工程設(shè)計隊伍嚴(yán)重匱乏，理念及內(nèi)涵不清。

建設(shè)海綿城市，必須堅持政府引導(dǎo)、社會參與。未來海綿城市的建設(shè)理念是：源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理、功能凈化、生態(tài)修復(fù)、健康循環(huán)。未來海綿城市建設(shè)的實現(xiàn)目標(biāo)是：水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水安全、水文化。海綿城市建設(shè)的實施途徑為：政府主導(dǎo)、規(guī)劃引領(lǐng)、生態(tài)優(yōu)先、安全為重、因地制宜、統(tǒng)籌建設(shè)。唯有如此，才能實現(xiàn)習(xí)總書記的要求—“建設(shè)生態(tài)文明，而不是破壞生態(tài)自然”，讓人民生活更美好。