淺談海綿城市規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

尹曉楠

(中國葛洲壩集團(tuán)國際工程有限公司)

淺談海綿城市規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

尹曉楠

(中國葛洲壩集團(tuán)國際工程有限公司)

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，水資源、水環(huán)境和水安全問題也越來越嚴(yán)重。傳統(tǒng)城市的建設(shè)模式已不再適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展，海綿城市的概念開始成為城市建設(shè)和發(fā)展的重要模式。本文總結(jié)了部分發(fā)達(dá)國家雨洪管理的發(fā)展歷程及趨勢(shì)，并對(duì)我國海綿城市發(fā)展現(xiàn)狀和主要的規(guī)劃技術(shù)和問題進(jìn)行簡要綜述和概括，文章認(rèn)為基于管理、設(shè)計(jì)和規(guī)劃層面的非工程措施與工程措施相比較甚至更為重要。

海綿城市；規(guī)劃；雨洪模擬；LID措施優(yōu)化

1 序言

隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，“城市病”問題也日益突出。城市“大雨必澇、雨后即旱”和“有河必臭”等問題的日益突出，引發(fā)大家對(duì)傳統(tǒng)城市建設(shè)模式的反思。海綿城市的概念開始成為城市建設(shè)和發(fā)展的重要模式。

2 海綿城市國際語境

海綿城市與西方發(fā)達(dá)國家雨洪管理理念相類似。西方發(fā)達(dá)國家早在上個(gè)世紀(jì)70年代就開始進(jìn)行探索。其中最有代表性的包括20世紀(jì)70年代起源于北美的最佳管理措施（BMPs）0；90年代美國在BMPs的基礎(chǔ)上推行的低影響開發(fā)（LID）0；英國同時(shí)期發(fā)起可持續(xù)城市排水系統(tǒng)（SUDS）0；澳大利亞墨爾本開展的水敏感性城市設(shè)計(jì)（WSUD）0；集合 LID 和 WSUD 理念的新西蘭的低影響城市設(shè)計(jì)與開發(fā)（LIUDD）0。這些理念的核心見表1。

表1 各種國外理論的核心

3 海綿城市規(guī)劃技術(shù)

海綿城市建設(shè)主要包括三方面內(nèi)容：①保護(hù)原有生態(tài)系統(tǒng)；②恢復(fù)和修復(fù)受破壞的水體及其他自然環(huán)境；③運(yùn)用低影響開發(fā)措施建設(shè)生態(tài)環(huán)境。

3.1 規(guī)劃的原則

一是規(guī)劃引領(lǐng)。海綿城市建設(shè)不能僅僅“就水論水”，必須要與城市總體規(guī)劃協(xié)調(diào)，要與城市水系、排水防澇、綠地系統(tǒng)、道路交通等規(guī)劃相互銜接。

二是生態(tài)優(yōu)先。海綿城市建設(shè)以修復(fù)水生態(tài)為前提，明確城市增長邊界和集約型的城市空間布局，保護(hù)水體、濕地、水庫、滯洪區(qū)等水生態(tài)敏感區(qū)。

三是安全為重。海綿城市建設(shè)要聚焦于控制與利用大概率的中小規(guī)模降雨，對(duì)于小概率的強(qiáng)降雨，應(yīng)依靠排水系統(tǒng)進(jìn)行超標(biāo)排放，要正確處理好海綿城市建設(shè)與城市排水防澇系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)系，不得以犧牲城市安全為代價(jià)。

四是因地制宜。我國領(lǐng)土廣袤、跨度大、城市水文地勢(shì)等情況差異性較大，各地應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厮奶攸c(diǎn)及建設(shè)水平，構(gòu)建適宜并有效銜接的低影響開發(fā)控制指標(biāo)體系。

3.2 規(guī)劃技術(shù)

（1）雨洪模擬技術(shù)

城市雨洪模擬技術(shù)是海綿城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)方法之一，也是當(dāng)前研究領(lǐng)域的前沿和難點(diǎn)。城市雨洪模擬可歸納為三方面內(nèi)容：城市雨洪產(chǎn)流計(jì)算、城市雨洪地面匯流計(jì)算和城市雨洪地下管流計(jì)算0。產(chǎn)流的過程模擬目前有Green-Amp法、概念性降雨法，徑流系數(shù)法、SCS法等。城市匯流計(jì)算因城市地表覆蓋的復(fù)雜性及地表匯流邊界模糊而具有很大的難度，常見的城市匯流方法有水文學(xué)方法和水動(dòng)力學(xué)方法。城市雨洪地下管流計(jì)算方法也分水文學(xué)方法與水動(dòng)力學(xué)方法，地下管流因其各種流態(tài)共存，有壓流和無壓流交替變換，其內(nèi)部水流運(yùn)動(dòng)的機(jī)理復(fù)雜。

在雨洪管理上應(yīng)用歐美發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較為廣泛的模型有 SWMM，STORM，ILLUDAS，IUHM，MIKE等模型，其中應(yīng)用較為廣泛的是70年代開始開發(fā)的SWMM模型0和Wallingford模型0。SWMM模型是由美國環(huán)保局于1971年負(fù)責(zé)開始研制，后期又與丹麥水力學(xué)研究所聯(lián)合研制并推出聯(lián)合版MIKE-SWMM模型0，包括降雨處理模塊、城市排水管網(wǎng)模塊、二維洪水模塊，植物影響評(píng)估模塊等，能夠?qū)崿F(xiàn)任何時(shí)空尺度下的城市雨洪和水污染模擬。Wallingford模型是1978年開始由英國Wallingford水力學(xué)研究所進(jìn)行開發(fā)，包括降雨徑流模塊，簡單管道演算模塊、動(dòng)力波管道演算模塊，以及水質(zhì)模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排水系統(tǒng)，污水系統(tǒng)和雨污合流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行管理模擬。

國內(nèi)城市雨洪模型的研制起步較晚，與國際相比還十分脆弱。目前在城市排水防澇規(guī)劃設(shè)計(jì)，LID評(píng)估工作等多采用簡單的徑流系數(shù)法0。國內(nèi)的岑國平、周玉文和中國水科院等學(xué)者和研究單位也開發(fā)了自主產(chǎn)權(quán)的雨洪模擬模型。在海綿城市規(guī)劃領(lǐng)域，王文亮0SWMM模型研究了低影響開發(fā)技術(shù)對(duì)場地徑流的控制效果。劉昌明0基于國內(nèi)自主研發(fā)的水文綜合模擬系統(tǒng)(Hydro-Informatic Modeling System HIMS)，構(gòu)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的城市雨洪模型，可以實(shí)現(xiàn)不同用地類型的產(chǎn)流產(chǎn)污過程模擬，管網(wǎng)、河道和道路匯流耦合模擬。

（2）LID措施優(yōu)化

LID措施優(yōu)化是指在滿足面積約束和成本約束條件下，求解各種 LID措施的最優(yōu)組合方式。優(yōu)化求解的方法可以采用通常的計(jì)算機(jī)優(yōu)化方法，如遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法等。劉昌明0給出了優(yōu)化的措施的目標(biāo)函數(shù)和主要約束條件。

北京清控人居環(huán)境研究院0在這方面自主開發(fā)了基于地理信息系統(tǒng)(GIS)和低影響開發(fā)理念的海綿城市規(guī)劃系統(tǒng)，可以輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)人員快速準(zhǔn)確地得到可行方案，該系統(tǒng)以城市年徑流總量控制率為約束條件，采用蒙特卡洛隨機(jī)抽樣法，進(jìn)行不同指標(biāo)參數(shù)隨機(jī)組合，可形成百萬個(gè)組合方案并篩選出滿足年徑流總量控制率最優(yōu)規(guī)劃方案。

4 規(guī)劃中常見問題

海綿城市在規(guī)劃中，面臨諸多難題，涉及觀念轉(zhuǎn)變、新理論技術(shù)體系創(chuàng)建、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定、管理模式創(chuàng)新、跨專業(yè)協(xié)作、政策與實(shí)施保障體系、科學(xué)合理的監(jiān)測評(píng)估等問題。

（1）忽略多層次性和多尺度性。海綿城市建設(shè)需在流域、城市與社區(qū)多個(gè)尺度和層次上進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，要深刻認(rèn)識(shí)到海綿城市是為構(gòu)建良性的城市水循環(huán)體系，而非碎片化的人造景觀，要避免新的開發(fā)過程對(duì)城市水安全造成更大壓力。

（2）急功近利。城市的內(nèi)澇防治系統(tǒng)是一個(gè)綜合系統(tǒng)，其建立過程困難重重，短時(shí)間內(nèi)建成較完善的城市排水防澇體系工程是不現(xiàn)實(shí)的。建設(shè)中不應(yīng)急功近利，要區(qū)域統(tǒng)籌推進(jìn)，防止盲目開發(fā)和碎片化開發(fā)。

（3）忽略非工程性措施。國外經(jīng)驗(yàn)表明基于管理、設(shè)計(jì)和規(guī)劃層面的非工程措施與工程措施同樣重要，甚至更為重要。我國現(xiàn)有城市排澇與城市防洪分管于市政和水利兩個(gè)部門，而涉及城市雨洪問題的還有城市水務(wù)、環(huán)保、園林等多個(gè)部門。為避免各自為政，應(yīng)整合相關(guān)部門，加強(qiáng)管理，協(xié)同推進(jìn)。此外，海綿城市建設(shè)是一個(gè)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及多學(xué)科交叉，也需普通市民的參與，因此應(yīng)注重法律法規(guī)的建立，制定有效的激勵(lì)措施，進(jìn)行政策引導(dǎo)和公眾教育。

5.總結(jié)

從海綿城市的概念和內(nèi)涵可以看出，建設(shè)海綿城市并非單純地改變城市排水模式，而是以構(gòu)建可持續(xù)、健康的水循環(huán)系統(tǒng)為目的的一種城市建設(shè)模式。建設(shè)海綿城市，在參照和借鑒發(fā)達(dá)國家探索經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合我國城市發(fā)展的客觀情況，深刻理解海綿城市的內(nèi)涵，逐步推進(jìn)海綿城市建設(shè)的進(jìn)程。由于我國領(lǐng)土廣袤、跨度大、城市水文地勢(shì)等情況差異性較大，對(duì)不同城市的定量化分類以及制定城市匯水單位類型評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)研究內(nèi)容，仍需要在今后實(shí)踐操作中不斷檢驗(yàn)與完善。

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