海綿城市建設(shè)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

辛鑫 吳洪詩 宿增

摘? ?要：低影響開發(fā)理念已經(jīng)比較成熟，海綿城市建設(shè)建立在其基礎(chǔ)之上，另外，積累了很多關(guān)于中國城市水問題技術(shù)，然而中國水問題由于其復(fù)雜性，加之海綿城市建設(shè)涉及很多部門與研究領(lǐng)域，勢必在海綿城市推廣、建設(shè)過程中會遇到各種各樣的技術(shù)難題需要攻關(guān)。本文首先總結(jié)了海綿城市研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀，然后提出海綿城市的發(fā)展趨勢及未來的主要研究工作。

關(guān)鍵詞：海綿城市? 發(fā)展趨勢? 需求狀況

海綿城市的定義是指將城市建設(shè)成像海綿一樣，即能吸收大量雨水又能釋放雨水，是城市本身具備抵抗自然災(zāi)害與適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，又被稱之為“水彈性城市”。遇到暴雨天氣時，雨水能夠被海綿城市吸收、儲蓄、滲入、凈化，在需要時儲存的雨水可以被利用。保護(hù)生態(tài)優(yōu)先是海綿城市遵循的基本原則，自然方式結(jié)合人工措施，首先要保證城市排水防洪安全的條件下，最大限度地利用雨水。

近30年來，中國城市化在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會現(xiàn)代化方面發(fā)揮了舉足輕重的價值。然而，粗放的發(fā)展模式導(dǎo)致城市問題異常突出，大量環(huán)境資源難題擺在人類面前。大體可分成以下三類：第一，由于城市的快速發(fā)展，嚴(yán)重影響了河湖本身的調(diào)蓄能力，導(dǎo)致城市內(nèi)澇問題層出不窮;第二，由于城市快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量污染物，污染物的排放超越了水資源本身的凈化能力，使水資源污染問題日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致水資源嚴(yán)重不足;第三，城市缺水問題日益突出，缺水的城市全國大約有400座。上述城市水問題融合在一起，導(dǎo)致人類居住環(huán)境問題十分突出，進(jìn)而對中國城市可持續(xù)發(fā)展影響嚴(yán)重。為解決中國城市進(jìn)程中的水資源問題，2012年“海綿城市”被提出;習(xí)主席在《中央城鎮(zhèn)化工作會議》指出：要充分發(fā)揮自然的力量，將城市建設(shè)成具備自然存儲、自然滲透和自然凈化的能力，使城市生態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)得以提升，同時減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。國務(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”指出到2020年，通過采取滲、滯、蓄、凈、用、排等措施，將有70%的降雨就地吸收利用。

如何在設(shè)計中因地制宜地合理結(jié)合低影響開發(fā)措施，是影響海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵問題之一。一方面，很多人對海綿城市建設(shè)認(rèn)識不深，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前，人們對頂層設(shè)計和概念導(dǎo)向的指導(dǎo)方針和指導(dǎo)建議十分重視，導(dǎo)致現(xiàn)行的與海綿城市建設(shè)相關(guān)的施工規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)無法滿足需要;其次，海綿城市建設(shè)與城市防洪排澇的關(guān)系不明確;第三，有的試點(diǎn)城市河流眾多，水資源相對豐富，但水資源有年際、年內(nèi)變化大和地域分布不均的特點(diǎn)，勢必會導(dǎo)致海綿城市工程建設(shè)過程中遇到不同試點(diǎn)城市有不同的技術(shù)難題。建設(shè)海綿城市的目的就是要從源頭上減弱徑流量，使城市內(nèi)澇得以解決或者緩解，使寶貴的水資源得到保護(hù)，使生態(tài)環(huán)境得到改善，使生態(tài)文明建設(shè)得到促進(jìn)。

1? 海綿城市工程建設(shè)技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展水平

相比歐美發(fā)達(dá)國家來說，在中國海綿城市的建設(shè)相對比較晚，全國有很多城市進(jìn)行了海綿城市建設(shè)試點(diǎn)，包括三四線城市，另外，很多城市自主進(jìn)行了海綿城市建設(shè)，有的城市建設(shè)比較順利，有的城市建設(shè)過程不夠理想。2015年8月12日，水利部從城市水利的角度發(fā)布了海綿城市建設(shè)的相關(guān)指導(dǎo)意見，提出了要因地制宜科學(xué)合理地制定海綿城市建設(shè)總體目標(biāo)和子指標(biāo);管理好城市河湖水域，連通河湖水系，做好水生態(tài)治理與修復(fù)。2015年10月16日，國務(wù)院從國家海綿城市建設(shè)的角度，確定了海綿城市建設(shè)目標(biāo)。各地海綿城市建設(shè)要盡量減少城市開發(fā)建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響，大約80%的雨水要滲透或回用。2020年左右，我國建成城市20%達(dá)到要求，2030年80%的城市達(dá)到要求。

國內(nèi)科研院所、高校等對低影響開發(fā)、海綿城市建設(shè)、城市雨水管理體系等內(nèi)容進(jìn)行了大量研究：SWWM模型在海綿城市建設(shè)中應(yīng)用;國際現(xiàn)代化雨水管理及低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建;海綿城市建設(shè)及城市防內(nèi)澇存在的問題;地表徑流模型在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用等。當(dāng)前，很多試點(diǎn)城市在海綿城市建設(shè)領(lǐng)域取得了良好效果，比如北京、濟(jì)南等，并為中國海綿城市建設(shè)提供了很多指導(dǎo)意見。

2? 海綿城市工程建設(shè)技術(shù)在國外的發(fā)展水平

海綿城市在國外建設(shè)可追溯到19世紀(jì)，巴黎于1852年將排水系統(tǒng)納入建設(shè)規(guī)劃，倫敦于1859年開始建設(shè)地下排水系統(tǒng)工程，于1865年完工。自20世紀(jì)70年代，海綿城市開始大規(guī)模建設(shè)集團(tuán)，美國由于合流制的污染和城市內(nèi)澇等原因，在沒有內(nèi)澇防治體系的前提下，于1972年以后開始規(guī)劃建設(shè)大排水系統(tǒng);澳大利亞因?yàn)?974年大洪水，于1975年開始規(guī)劃建設(shè)城市內(nèi)澇體系;日本東京歷時15年的“地下神廟”成為世界上最先進(jìn)的地下排水系統(tǒng)。1987年，美國在《清潔水法》修正案提出了最佳管理措施，用于非點(diǎn)源污染管理，依靠雨水池和濕地控制徑流污染。目前，美國、英國、法國、韓國、日本、瑞士、新加坡及德國等國家的海綿城市建設(shè)處于領(lǐng)先水平，針對城市內(nèi)澇、水環(huán)境惡化、水資源流失等制定了一系列措施。美國的大多數(shù)城市目前實(shí)行的還是傳統(tǒng)的水利設(shè)施設(shè)計理念，不過一些干旱地區(qū)正在重新規(guī)劃，建設(shè)海綿城市;法國通過建立城市水循環(huán)系統(tǒng)，增添蓄水中心、儲水池、凈水處理中心等，使城市免受洪澇之災(zāi)，同時提升了水循環(huán)利用率;日本通過建設(shè)儲水池提升了雨水再利用率，同時路面使用大粒石子、透水磚等材料提高地面的透水性能，并形成了一整套的綠地保護(hù)體制;瑞士城市擁有完善的、遍布全城的城市給排水管道和生活污水處理廠，通過在建筑物外面裝設(shè)專用雨水流通管道，內(nèi)部建蓄水池，將雨水處理后再使用;新加坡通過規(guī)劃城市排水系統(tǒng)、建立大型蓄水池、嚴(yán)格規(guī)范地面建筑排水標(biāo)準(zhǔn)，形成了一整套設(shè)計科學(xué)、分布合理的雨水收集和城市排水系統(tǒng)。目前，我國海綿城市建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，現(xiàn)有發(fā)達(dá)國家海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)具有重要的借鑒意義。

3? 海綿城建設(shè)市場需求狀況

快速的城市化導(dǎo)致了城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市化的深入帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，尤其是水生態(tài)危機(jī)。目前，我國年均缺水量超過500億m3，2/3的城市缺水。我國每年因缺水造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3500億元。但是，傳統(tǒng)的城市建設(shè)模式應(yīng)對內(nèi)澇、洪澇和水安全問題的能力明顯不足，不能有效緩解和改善城市水生態(tài)問題，而且正在惡化。這主要是由于傳統(tǒng)城市工程管道灰色排水基礎(chǔ)設(shè)施、防洪規(guī)劃和排水工程規(guī)劃落后，雨水資源合理利用意識淡薄所致。因此，在中國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)和水生態(tài)環(huán)境惡化的背景下，海綿城市作為人類與自然和諧相處的有效途徑，充分發(fā)揮城市水生態(tài)服務(wù)功能，引導(dǎo)城市可持續(xù)發(fā)展，得到了專業(yè)領(lǐng)域?qū)W者的提出和推動，成為國家和地方政府解決城市雨洪綜合治理的指導(dǎo)思想和戰(zhàn)略目標(biāo)。

當(dāng)前，在我國海綿城市的探究與開發(fā)還處于起步階段，還無法認(rèn)識到海綿城市建設(shè)過程中遇到的難題。對海綿城市的內(nèi)涵、低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)雨水管理等認(rèn)識模糊，存在工程指導(dǎo)技術(shù)而非技術(shù)引導(dǎo)工程這種弊端。

4? 海綿城市建設(shè)發(fā)展趨勢與展望

城市是水循環(huán)“二元”演化程度最深的地區(qū)，雨水系統(tǒng)，天然湖泊水系、濕地，坡面漫流、河口都是屬于自然水循環(huán)的;自來水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、污水再生水利用系統(tǒng)，屬于社會水循環(huán)。盡量減少社會水循環(huán)對自然水循環(huán)的影響是海綿型城市建設(shè)的根本目標(biāo)。一方面，不要從水量上剝奪太多的自然水循環(huán);另一方面，在水質(zhì)方面，不要排放太多污水。使節(jié)水、治污、循環(huán)利用得以實(shí)現(xiàn)。保持水循環(huán)二元平衡，使水的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)功能發(fā)揮到極致。地表自然格局和城市上空的降水規(guī)律由于城市的快速發(fā)展遭受到改變，扭曲了水循環(huán)過程。傳統(tǒng)的城市建設(shè)重視社會經(jīng)濟(jì)功能，而不是生態(tài)保護(hù)功能。在內(nèi)澇防治方面，片面強(qiáng)調(diào)“排水”，導(dǎo)致內(nèi)澇干旱交替出現(xiàn)—“逢雨即澇，無雨則澇”。開展海綿城市研究，關(guān)鍵是要貫徹“一片天一片地”的思想，做到“化水為寶，化害為利”，實(shí)現(xiàn)城市水文單元的自然積累、自然滲透和自然凈化。從長遠(yuǎn)來看，我國城市雨水系統(tǒng)建設(shè)模式必然會向海綿城市低影響發(fā)展的雨水系統(tǒng)建設(shè)模式轉(zhuǎn)變。無論是在工程界、學(xué)術(shù)界還是政府管理者都清楚地認(rèn)識到，原來單一的目標(biāo)、高碳排放、高污染、粗放式的雨水排放模式已經(jīng)不可持續(xù)。但是，從一些雨水管理大國的經(jīng)驗(yàn)來看，這種轉(zhuǎn)變和新制度的建立絕非一蹴而就，是一項(xiàng)長期而艱巨的系統(tǒng)工程，必須在管理理念、政策機(jī)制等方面有重大突破和關(guān)鍵支撐，必須建立系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、工程技術(shù)體系、專業(yè)人才隊(duì)伍和培育新興產(chǎn)業(yè)等。

5? 未來主要研究工作

圍繞降雨分布與預(yù)測、雨水滲流與洪流形成機(jī)理等方面開展科學(xué)研究;在城市海綿體規(guī)劃技術(shù)、“滲、滯、蓄、凈、用、排”措施的規(guī)劃調(diào)度應(yīng)用技術(shù)、城市排水系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)、提高城市排水規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)等方面開展工程技術(shù)研究和推廣，協(xié)同集成設(shè)計技術(shù)、城市洪水預(yù)警調(diào)度系統(tǒng)、海綿城市建設(shè)目標(biāo)可達(dá)性分析等。具體包括：海綿城市建設(shè)規(guī)劃設(shè)計、技術(shù)研究、咨詢業(yè)務(wù)、方案評審;通過“互聯(lián)網(wǎng)”等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與集成應(yīng)用，開展海綿城市建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計與效果評估;承擔(dān)海綿城市相關(guān)技術(shù)政策研究，建立專家?guī)欤l(fā)揮專家在海綿城市建設(shè)領(lǐng)域中的作用，提升海綿城市建設(shè)管理水平;編制與海綿城市建設(shè)相關(guān)的行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)與圖集;推廣海綿城市建設(shè)的新技術(shù)、新工藝等;搭建海綿城市建設(shè)試驗(yàn)區(qū)監(jiān)控和數(shù)字政府管控平臺，實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)和運(yùn)營管理業(yè)務(wù)全過程的智能化信息管理系統(tǒng)。通過技術(shù)推廣及工程項(xiàng)目的實(shí)施，提出創(chuàng)新性的工程建設(shè)方案，并組織實(shí)施，將大大促進(jìn)海綿城市的快速發(fā)展。在服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時開展科學(xué)探索，形成專利技術(shù)與相關(guān)工法，取得科研成果并培養(yǎng)科研及工程技術(shù)人才。

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