中國特色海綿城市及低影響開發(fā)措施發(fā)展研究

宋嘉

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司）

1 引言

我國地形十分復(fù)雜且受季風(fēng)的影響，是雨洪災(zāi)害頻發(fā)并且影響范圍廣大的國家之一。與此同時(shí)，我國的大多城市時(shí)常又處于水資源短缺的困境之中[1]。這就使得政府不得不在水資源的合理分配問題上斥巨額資金解決。如何科學(xué)合理地解決城市水問題已經(jīng)成為中外學(xué)者熱議的重點(diǎn)話題[2]。因此，我們要以一種“大局觀”全面看待城市水資源存在的問題。應(yīng)盡力將降雨時(shí)所產(chǎn)生的雨水留住并“蓄存”在城市土地中，以此補(bǔ)充城市中水資源的短缺，達(dá)到一種“進(jìn)出平衡”的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)城市水資源就地循環(huán)，合理利用的預(yù)期目標(biāo)[3]。

2 中國特色海綿城市建設(shè)發(fā)展

當(dāng)今中國正在面臨著眾多的生態(tài)環(huán)境問題。由于城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展導(dǎo)致下墊面硬化，破壞了自然生態(tài)本底，導(dǎo)致逢雨必澇、遇澇則癱[4]。城鎮(zhèn)化的快速進(jìn)程使水體的原有自然循環(huán)路徑和土地的利用狀況產(chǎn)生了改變，由此降水事件的產(chǎn)、匯流特性也有所改變，最終導(dǎo)致城市雨洪災(zāi)害。城市在發(fā)展進(jìn)程中會(huì)直接或間接影響城市水環(huán)境，這對城市水資源的保護(hù)和面源污染的控制方面明顯不利。城市化使城區(qū)內(nèi)部的總不透水面積占比大幅度攀升，由此會(huì)引發(fā)一系列不良因素，造成城市水環(huán)境日益下降。當(dāng)城市的雨洪流量增加時(shí)，流速加快，地面水位迅速提高，容易導(dǎo)致城市的低洼地區(qū)被洪水所淹沒，由此所造成的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失都是不容估量的[5]。

我國前期提出的城市雨洪研究方法僅僅適用于地表狀況簡單、產(chǎn)匯流面積小、管網(wǎng)系統(tǒng)單一的區(qū)域，其計(jì)算精度目前已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)代城市這種地面較復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求。并且，人類活動(dòng)和城市發(fā)展對城市水文循環(huán)所造成的影響也不能在計(jì)算結(jié)果中有所反應(yīng)。傳統(tǒng)的以擴(kuò)大設(shè)施規(guī)模和提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的“快排”模式，早已被這個(gè)城市化進(jìn)程飛速的時(shí)代所淘汰[6]。“海綿城市”的內(nèi)涵是順應(yīng)城市發(fā)展規(guī)律，尊重下墊面原有特性。當(dāng)城市處于降水過程中，使地表徑流能夠在城市空間內(nèi)部得到有效的存蓄和凈化。等到城市缺水時(shí)再將蓄存的水“釋放”出來，從而實(shí)現(xiàn)雨水的自然回收與科學(xué)合理地利用[7]。因此，我們對“海綿城市”的研究就很有必要，能夠達(dá)到科學(xué)合理規(guī)劃的目的和要求。

為緩解由于城市化進(jìn)程加快所帶來的諸多“城市病”情況，自2013年以來，國務(wù)院及相關(guān)部門頻頻發(fā)文，要求各地開展“海綿城市”試點(diǎn)建設(shè)相關(guān)工作，并印發(fā)了相關(guān)的評價(jià)與考核辦法，督促各城市科學(xué)合理進(jìn)行建設(shè)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)“自然積存、自然滲透、自然凈化”的總目標(biāo)。

“海綿城市”的本質(zhì)就是要讓城市在空間及時(shí)間尺度上對高強(qiáng)度降水都有很強(qiáng)的管控作用。從空間層面來說，將城市的綠化開放地作為雨水下滲的“通道”，以此進(jìn)行滯蓄和下滲。由此改變了傳統(tǒng)情況下大水量直接流經(jīng)市政管網(wǎng)而進(jìn)入臨近的收納水體的方式，從而大大減少了市政管網(wǎng)在城市暴雨期間的壓力。從時(shí)間的層面來說，能夠使暴雨來臨時(shí)洪峰出現(xiàn)的時(shí)間得以推遲，給予自然及人充分的反應(yīng)時(shí)間，更好地應(yīng)對由暴雨所帶來的雨洪災(zāi)害。同時(shí)，也為降雨徑流的下滲以及后續(xù)的科學(xué)管理與利用提供了時(shí)間上的緩沖。由此使雨水在城市中的遷移更加自然，提高水生態(tài)系統(tǒng)的自然修復(fù)能力，維護(hù)城市良好的生態(tài)功能，達(dá)到改善城市人居環(huán)境的目的。

3 低影響開發(fā)措施發(fā)展研究

在雨洪技術(shù)模擬研究方面，早在20世紀(jì)60年代，許多西方國家便開始重點(diǎn)關(guān)注城市雨水控制與利用方面的內(nèi)容，開發(fā)城市雨洪模型，已在全世界的范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，并且在深入研究和實(shí)際應(yīng)用過程中逐漸地檢驗(yàn)完善。從20世紀(jì)70年代起，最佳管理模式（BMP）就取得了相當(dāng)顯著的成效。同時(shí)開展城市雨洪管理方面的相關(guān)研究，提出了低影響（LID）開發(fā)措施的建設(shè)管理理念。從此，LID措施慢慢地融入了新建建筑中，用以進(jìn)行城市雨洪管理方面的應(yīng)用。

在“海綿城市”開發(fā)建設(shè)中，LID措施作為工程建設(shè)中主要的實(shí)施手段具有非常好的成效。LID措施的合理布局作為一種有效的技術(shù)手段可為“海綿城市”的建設(shè)提供決策依據(jù)，逐漸成為城市生態(tài)文明中不可或缺的組成部分。

LID是指基于模擬自然水文的原理，最終達(dá)到削減洪峰、控制徑流量、削減污染負(fù)荷的總目標(biāo)，使得城市區(qū)域開發(fā)后的各種情況與區(qū)域開發(fā)前基本相同，盡量減少由于下墊面發(fā)生改變而給生態(tài)環(huán)境帶來的各種不良影響。LID技術(shù)是通過利用源頭控制和具體措施并進(jìn)的方法，減少降雨時(shí)所產(chǎn)生的雨水徑流量和面源污染。將現(xiàn)狀情況下的土壤和植被進(jìn)行改造，以模擬城市區(qū)域在建設(shè)開發(fā)前的自然水文狀況，盡量減少區(qū)域內(nèi)總不透水面積的占比，使建設(shè)開發(fā)完成后的自然水文循環(huán)盡量與建設(shè)開發(fā)前的狀態(tài)保持一致[8]。其能夠使城市在現(xiàn)狀情況與開發(fā)前情況下的雨水排放比較接近，不僅降低了雨洪時(shí)的峰值流量，減慢了雨水徑流的流速，并且還減少了雨洪時(shí)的徑流流量[9]。

根據(jù)降雨徑流的循環(huán)過程，低影響（LID）開發(fā)技術(shù)主要分三類：截流技術(shù)、下滲技術(shù)和蓄存技術(shù)。其中，截流技術(shù)可以通過增加匯流面積來達(dá)到減緩降雨過程中雨水徑流速度的目的；下滲技術(shù)可以通過改變地表原有的傳統(tǒng)鋪設(shè)，讓雨水徑流能夠透過鋪設(shè)之間的空隙而下滲入土地內(nèi)，同時(shí)對于雨水徑流還具有過濾和凈化的作用；蓄存技術(shù)能夠儲(chǔ)存一定徑流量，并對其凈化處理，當(dāng)水量達(dá)到限度時(shí)，可以通過排溢口將多余水量排入管網(wǎng)內(nèi)，當(dāng)干旱時(shí)，則可利用雨期蓄存的部分水量供應(yīng)給周邊的綠地。

1）生態(tài)滯留設(shè)施

生態(tài)滯留過程一般經(jīng)由植物緩沖、入滲高滲率的土壤和下滲排水這一完整過程形成。雨水徑流最先進(jìn)入植物緩沖帶減緩流速并重新均勻分配路徑，之后滲入高滲率土壤，大量的雨水徑流蓄存在生態(tài)滯留設(shè)施中，下滲進(jìn)入土壤的徑流雨水也可以通過下滲排水系統(tǒng)流入管網(wǎng)，排入就近的水系或者是雨水綜合利用設(shè)施內(nèi)[10]。生態(tài)滯留設(shè)施目前主要包括雨水花園、雨水濕地、植草溝、下沉式綠地、生態(tài)樹池等。

2）透水鋪裝

透水鋪裝可以降低城市中總不透水面積的占比，提高徑流下滲率，同時(shí)對雨水徑流的水質(zhì)也具有一定的過濾凈化的處理效果。一般鋪設(shè)在非機(jī)動(dòng)車道路的公共場地，可以用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)路面，也可以與草地進(jìn)行結(jié)合鋪設(shè)設(shè)計(jì)。透水鋪裝目前通常采用透水磚、透水瀝青等材料替代傳統(tǒng)材料來進(jìn)行路面的鋪設(shè)，不同類型的鋪設(shè)和不同的鋪設(shè)方法會(huì)使徑流量蓄存和污染物去除產(chǎn)生不同的效果。

3）綠色屋頂

綠色屋頂是選用花草樹木栽植在各類建筑物的頂部，通過種植的綠色植物來滯留雨水。除此之外，在炎熱的夏季能夠起到降低室溫的功能從而節(jié)約能源。在土地空間緊張的大城市中，城市中最大的不透水面——屋頂，其面積幾乎達(dá)到了總不透水面積的一半[11]。因此，如果能夠合理的將這些不透水屋頂改造成為“綠色屋頂”，那么這一舉措將在城市雨水資源管理與利用方面具有非常顯著的成效。

4 中國特色海綿城市建設(shè)建議及展望

中國大力發(fā)展的“海綿城市”建設(shè)與國際上所推崇的“城市雨洪管理”有著異曲同工之處，如低影響開發(fā)(LID)、綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施(GSI)及水敏感性城市設(shè)計(jì)(WSUD)等。這不僅有利于水資源的可持續(xù)利用、內(nèi)澇及水污染防治等工作，還能為城市人居環(huán)境創(chuàng)造一定的生態(tài)及經(jīng)濟(jì)效益。目前，全國范圍內(nèi)建設(shè)的“海綿城市”試點(diǎn)的年徑流控制率及面源污染負(fù)荷削減率均已達(dá)標(biāo)?？烧f明此舉對于降低城市內(nèi)澇幾率，改善人居生態(tài)環(huán)境具有重大的意義。

我國的海綿城市建設(shè)應(yīng)自以身適應(yīng)性為基礎(chǔ)，以水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)為目標(biāo)，以經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策為促進(jìn)，以各項(xiàng)LID措施的運(yùn)維和推廣為要?jiǎng)?wù)[12]。

4.1 加強(qiáng)“海綿城市”建設(shè)的適應(yīng)性及規(guī)范化

各省市地區(qū)應(yīng)根據(jù)自身的本底情況、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營程度、雨洪控制目標(biāo)等，因地制宜地制定適合于本區(qū)域的“海綿城市”建設(shè)的詳細(xì)政策和規(guī)定，對各項(xiàng)具體LID措施的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.2 以經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策促進(jìn)周邊居民及各單位參與“海綿城市”建設(shè)進(jìn)程的積極程度

可通過政府部門鼓勵(lì)其利用雨水澆灑道路、養(yǎng)護(hù)草坪、清洗車輛、補(bǔ)充人工水體及景觀噴泉，使雨水資源真正做到物盡其用。

4.3 注重“海綿城市”布設(shè)措施及全系統(tǒng)的運(yùn)維和推廣

對于各項(xiàng)LID措施須有專門的部門及人員負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)的檢測及維護(hù)工作，保證其正常運(yùn)行。通過宣傳欄及網(wǎng)絡(luò)手段對各項(xiàng)LID措施的工作原理，適應(yīng)場景進(jìn)行推廣宣傳，加深民眾的認(rèn)知程度。

雖已在各地均掀起“海綿城市”的建設(shè)熱潮，但在真正推進(jìn)的工作過程中，還存在不少問題。我國對海綿城市的研究和實(shí)踐剛起步，現(xiàn)階段僅限于試點(diǎn)城市的小尺度應(yīng)用，缺乏雨洪管理、水生態(tài)保護(hù)和景觀效應(yīng)的綜合研究，對雨水的概念大多僅限于儲(chǔ)存、導(dǎo)排等方面，尚未綜合考慮其系統(tǒng)性處理乃至對生態(tài)環(huán)境的作用。海綿城市戰(zhàn)略工作的推進(jìn)，應(yīng)有效地為緩解我國城市內(nèi)澇現(xiàn)象和強(qiáng)化雨水的收集利用，探索有效的低影響開發(fā)措施組合形式，為城市的水安全和水生態(tài)提供有效的保障。我們應(yīng)充分發(fā)揮海綿城市建設(shè)在我國城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中的重要作用，向世界展現(xiàn)大國實(shí)力。