基于水損失新概念的海綿城市建設(shè)探討

張 鴻，張進朝，宋承禮，朱云鵬

(西平縣水利局，河南 西平 463900)

2013年12月12日中央城鎮(zhèn)化工作會議召開，習(xí)近平總書記對城市建設(shè)做出明確指示，要求加強海綿城市建設(shè)，將海綿城市建設(shè)上升到國家戰(zhàn)略高度。2014年10月22日，為貫徹習(xí)總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上的講話及會議精神，落實國務(wù)院關(guān)于城市建設(shè)的文件要求，住建部發(fā)布了《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)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)的通知》(城建函〔2014〕275號)。2014年12月31日財政部、住建部、水利部三部聯(lián)合開展了中央財政支持的海綿城市建設(shè)試點工作，“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”，以凈水、吸水、蓄水、釋水功能的海綿體衡量試點城市建設(shè)工作，標(biāo)志著海綿城市建設(shè)進入實質(zhì)性實踐探索階段。城鎮(zhèn)化是現(xiàn)代化的必由之路，而海綿城市建設(shè)則是解決我國新時期社會發(fā)展與人類需求之間矛盾的有效途徑。以低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)、常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)及超常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)來構(gòu)建的海綿城市，其實質(zhì)就是通過對水資源的合理開發(fā)利用，滿足人類生產(chǎn)活動和社會發(fā)展的需要。

筆者在《水土保持術(shù)語中水損失的新概念》一文中提出的水損失新概念，補充了《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)中水損失的內(nèi)容，完善了水土保持的基礎(chǔ)理論，以滿足人類生產(chǎn)活動、社會發(fā)展需要為主要目的，從水損失相對性、最大修復(fù)原則、水資源利用等方面闡述了水資源的調(diào)節(jié)與開發(fā)利用方法。通過對水損失的預(yù)測評估、預(yù)防治理、監(jiān)測評價等可以滿足海綿城市建設(shè)的需要。因此，我們在實踐中討論以水損失新概念為基礎(chǔ)的海綿城市建設(shè)的基礎(chǔ)理論與實施方法，以期為實現(xiàn)海綿城市建設(shè)目標(biāo)打下堅實基礎(chǔ)。

1 水損失新概念和海綿城市建設(shè)理念

水損失新概念定義為“一定時段的局地水文地質(zhì)單元中水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被打破而使水分相對變化的現(xiàn)象，表現(xiàn)在徑流加大、蒸發(fā)減小、入滲減小，其增減的數(shù)值即為損失量，包括水的質(zhì)和量兩方面”[1]。海綿城市建設(shè)是以原有河、湖、濕地、溝、塘、樹、草地等生態(tài)體系得到最大限度保護為目標(biāo)，使城市開發(fā)前的水文特征得到維持，逐步恢復(fù)和修復(fù)受到破壞的城市水體、綠地、濕地的水文循環(huán)及生態(tài)功能，把城市開發(fā)強度控制在合理范圍之內(nèi)，使原有的水生態(tài)環(huán)境破壞程度減輕，地表徑流減少，“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”，達到削峰調(diào)蓄、控制徑流量、修復(fù)水循環(huán)、恢復(fù)水生態(tài)、減少污染、改善水質(zhì)等目的，從而為水的循環(huán)利用奠定堅實基礎(chǔ)。

結(jié)合城市建設(shè)的特點，水損失新概念中“一定時段”的表述，對應(yīng)解釋為維持城市開發(fā)前的自然水文特征，需要對比開發(fā)前后的水文特征值，有差別時才去維持；“局地水文地質(zhì)單元”即將整個城市作為一個項目區(qū)看待，目標(biāo)分解后一個具體建設(shè)項目也可以按一個水文地質(zhì)單元看待，這與張建云等提出的“海綿城市建設(shè)的目標(biāo)值要有明確的時間和空間尺度或范圍”相適應(yīng)[2]；“損失量”即受到破壞的水文特征值的數(shù)量統(tǒng)計，“水的質(zhì)和量”包含了水質(zhì)和水污染的內(nèi)容，以及水資源的利用和水循環(huán)修復(fù)的內(nèi)容。

2 水損失新概念和海綿城市建設(shè)理念的關(guān)聯(lián)性

水損失新概念和海綿城市建設(shè)的理念是相通的。首先是建設(shè)目的。海綿城市建設(shè)即低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建，一是使原有水生態(tài)系統(tǒng)得到最大限度的保護，維持開發(fā)前的水文特征；二是通過調(diào)控城市建設(shè)開發(fā)的強度，最大限度地減少對原狀水生態(tài)環(huán)境的擾動，恢復(fù)和修復(fù)被破壞的水文循環(huán)特征和生態(tài)功能；三是通過實施減少地表徑流量的低影響措施及其系統(tǒng)組合方法，使暴雨對城市運行的影響減小到最低程度[3]。而水損失治理則是依據(jù)最大修復(fù)和水資源合理利用原則，最大限度地減少和修復(fù)水損失產(chǎn)生的影響，以滿足人們對水資源的需求為主要目的，達到人與環(huán)境和諧發(fā)展。由此可以看出，水損失治理的目的符合海綿城市建設(shè)的要求。其次是治理措施。開發(fā)建設(shè)項目水損失治理措施包括沉沙池、水窖、蓄水池、調(diào)蓄池等徑流攔截工程措施，滲水溝、滲水井、滲透池、滲水地面等雨水入滲工程措施，屋頂草皮、屋頂花園、屋頂蓄水綠化、屋頂水體(包括蓄水屋面、屋頂泳池、屋頂魚池)等水分蒸發(fā)工程措施，等高耕作、穴狀整地、地面水體、地下水庫、地面綠化等具備組合功能的水土保持耕作和工程措施[4]。上述措施涵蓋了工程、植物、耕作等方面，與海綿城市建設(shè)內(nèi)容不謀而合。海綿城市建設(shè)技術(shù)按功能一般分為滲透、儲存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸、截污凈化等，主要體現(xiàn)在低影響開發(fā)設(shè)施上，與開發(fā)建設(shè)項目水損失治理措施相比，其中的生物滯留設(shè)施、植被緩沖帶、初期雨水棄流設(shè)施在功能上有所不同，更側(cè)重于對污染物的過濾和水質(zhì)的控制，可看作是對水損失治理措施的完善補充。

可以看出，海綿城市建設(shè)與水損失治理的目標(biāo)是一致的。然而，按照海綿城市建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)要求，海綿城市建設(shè)的責(zé)任主體為城市人民政府，需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)規(guī)劃、水利、園林、國土、交通等職能部門，在各相關(guān)規(guī)劃中落實低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，整合各部門的資源投入。以水損失新概念指導(dǎo)海綿城市建設(shè)，有助于合理利用政府管理資源，把城市水土保持工作與海綿城市建設(shè)有機結(jié)合，節(jié)約資金投入。

3 海綿城市建設(shè)項目水損失量估算方法

編制水土保持方案是海綿城市項目建設(shè)前期的必要程序。水土流失包括了土的流失和水的流失，水損失是水土流失的重要組成部分?！堕_發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》(GB 50433—2008)要求水土保持方案編制中要有水損失量的預(yù)測。由于水損失新概念還未納入規(guī)范，因此目前已完成的水土保持方案中均未對水損失做出明確要求，即水損失預(yù)測章節(jié)缺項。為適應(yīng)新形勢下我國建設(shè)海綿城市的總體要求，筆者結(jié)合實際工作，提出海綿城市建設(shè)項目水損失量的估算方法，計算公式[5]為

(1)

(2)

(3)

式中：WW、WF、WE分別為海綿城市建設(shè)項目區(qū)在一定時段內(nèi)的年徑流損失量、年入滲損失量、年蒸發(fā)損失量，m3/a；i為以下墊面類型劃分的預(yù)測單元，i=1，2，…，n；Fi為第i個預(yù)測單元的面積，km2；Pi為第i個預(yù)測單元的年平均降水量，mm；ai、fi、βi分別為第i個預(yù)測單元的最終地表徑流系數(shù)、降水入滲補給系數(shù)、平均蒸發(fā)系數(shù)；a0i、f0i、β0i分別為第i個預(yù)測單元的初始地表徑流系數(shù)、降水入滲補給系數(shù)、平均蒸發(fā)系數(shù)。

此外，目前關(guān)于水損失引發(fā)的水質(zhì)污染、面源污染及徑流熱污染[6]的預(yù)測研究成果很少，建議參考水損失量計算公式，先試驗測定水質(zhì)、污染物含量和水溫，再與預(yù)測的水損失量進行相關(guān)性分析得出預(yù)測量。

4 海綿城市建設(shè)項目水損失監(jiān)測內(nèi)容

水損失監(jiān)測是檢驗海綿城市建設(shè)效果的基本方法，是確立海綿城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的基礎(chǔ)性工作，是基于水損失新概念的海綿城市建設(shè)的重要內(nèi)容。

(1)海綿城市建設(shè)項目水損失監(jiān)測應(yīng)該以低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)監(jiān)測為重點，根據(jù)海綿城市建設(shè)項目特點，合理選擇研究區(qū)，對從開工到建成運行這一時間段內(nèi)水損失的影響因素、狀況、治理措施等進行監(jiān)測，為治理工作提供數(shù)據(jù)支持。

(2)海綿城市建設(shè)項目水損失監(jiān)測應(yīng)結(jié)合項目實際確定可操作的定量定性評價指標(biāo)，采取適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測方法，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對水損失動態(tài)變化、治理措施及效果進行分析，為水土流失防治、治理措施管護、工程竣工驗收等提供資料。

(3)海綿城市建設(shè)項目水損失監(jiān)測是以水土保持監(jiān)測原則為基礎(chǔ)，堅持綜合調(diào)查與重點觀測相結(jié)合，下墊面分類與監(jiān)測內(nèi)容相結(jié)合，觀測內(nèi)容與監(jiān)測方法相適應(yīng)，為科學(xué)反映項目區(qū)水損失及防治狀況、明晰水損失量變化及影響因素、評估防治效果提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 語

水損失新概念充實了水土保持內(nèi)涵，契合并補充完善了海綿城市建設(shè)理念，對海綿城市建設(shè)起到了理論支撐作用。水損失新概念由于缺少實際應(yīng)用，還沒有得到足夠的重視。筆者提供水損失新概念，供大家交流探討，希望未來逐步修改《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)中水損失的概念，并應(yīng)用到海綿城市建設(shè)中來，進一步明確水損失治理標(biāo)準(zhǔn)，健全水土保持理論體系，為新形勢下水土保持工作提供理論保障和智力支持。