海綿城市建設(shè)進(jìn)展與問題分析

王明星

【摘 要】我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，改變了城市原有下墊面的性質(zhì)，導(dǎo)致了許多問題，例如城市排水不暢、水資源分布不均等，將雨水簡單排出已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展的需要。海綿城市建設(shè)理論的提出為解決城市水問題提供了新思路，成為城市治水的新方向。文章介紹了海綿城市的提出背景，對國內(nèi)外海綿城市建設(shè)研究進(jìn)展做了綜述，分析了“海綿體”出現(xiàn)的問題，并對面源污染的原因與機理做出了進(jìn)一步的探究。

【關(guān)鍵詞】城市化;海綿城市;水生態(tài);“海綿體”;面源污染

【中圖分類號】TV121 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）04-0021-03

1 引言

近年來，我國快速的城鎮(zhèn)化發(fā)展改變了城市原有的下墊面狀況，減少了雨水的下滲面積，從而引發(fā)了一系列的城市問題，如城市水污染、排水不暢引發(fā)內(nèi)澇等。例如：2012年7月21日，北京遭遇61年來的最大暴雨，79人在此次暴雨中遇難，經(jīng)濟遭受嚴(yán)重?fù)p失[1]，因此傳統(tǒng)“快排式”排水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城鎮(zhèn)發(fā)展的需求。在淡水資源缺乏的今天，雨水資源的收集與利用就變得尤為重要，2016年全國平均降水量約730 mm[2]，這是一種總量非常可觀的淡水資源，如果這些雨水能夠加以利用，將會緩解我國約1 100座城市的缺水情況[3]。因此，要想解決城市內(nèi)澇、水污染等問題，合理利用雨水資源，則迫切需要一種新的雨水排放模式。海綿城市（Sponge City）是指一座城市對雨水具有良好“彈性”，能夠像海綿一樣吸水、釋放水，能夠適應(yīng)環(huán)境的變化并對突發(fā)的自然災(zāi)害做出及時應(yīng)對，下雨時吸納水、凈化水、蓄存水，當(dāng)需要水時，蓄存的水又可以被“釋放”并加以使用[4]。自然生態(tài)環(huán)境和海綿城市人工設(shè)施的結(jié)合，將大幅度地提高雨水的利用率，實現(xiàn)城市雨水資源的下滲、凈化和蓄集。

建設(shè)海綿城市，即在城市內(nèi)建設(shè)一系列對環(huán)境低影響的雨水管理措施，摒棄傳統(tǒng)的排水模式，采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”相結(jié)合的方法，減少地面徑流量，實現(xiàn)雨水的收集與利用，從根本上提高雨水的吸收、存儲、滲透、凈化的能力，讓雨水在城市中自然遷移。海綿城市的建設(shè)途徑分為3個方面：①保護原有的水生態(tài)系統(tǒng);②修復(fù)受損的水生態(tài)系統(tǒng);③推行低影響開發(fā)[5]。通過以上建設(shè)途徑，采取相對應(yīng)的措施，例如綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝、下凹式綠地等，實現(xiàn)對雨洪的管理，提高雨水的滯納程度。

本文主要研究了國內(nèi)外海綿城市的發(fā)展現(xiàn)狀，并對我國海綿城市建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并提出解決措施，從而給中國的海綿城市建設(shè)提供有價值的參考。

2 國內(nèi)外海綿城市研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)海綿城市建設(shè)的研究進(jìn)展

2015年4月，我國公布海綿城市第一批試點城市名單，武漢作為試點城市之一，全面開展了海綿城市的建設(shè)，通過河道儲蓄、城市綠植、推廣綠色建筑、建設(shè)綠色下水道等實際工程的實施，增大雨水下滲率與下滲面積，使“水害”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八盵6]。通過大力改造，2016年武漢市內(nèi)澇嚴(yán)重區(qū)域僅限于近年發(fā)展較快的新城區(qū)，原來的積水區(qū)域基本沒有再次出現(xiàn)積水[7]。海綿城市建設(shè)另一試點——重慶市，憑借著獨特的氣候與地形，已經(jīng)形成具有山地城市特色的海綿城市建設(shè)體系。為了建成高滲透、高涵水、高承載的生態(tài)城市，重慶市對市內(nèi)重點區(qū)域“華僑城”進(jìn)行了改建，在“海綿”型城市具體建設(shè)方面分為“海綿體”的保護和培育、生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、徑流的分解與消納、減速緩沖、工程設(shè)施的連接與融合5個部分，并且創(chuàng)新性地提出了陡坡截留體系，增大了雨水的下滲量，為其他山地城市的海綿城市建設(shè)樹立了一個成功的典范[8]。

哈爾濱的群力雨洪公園是“海綿”型公園的典型案例，從中國古代農(nóng)業(yè)吸取經(jīng)驗，采取填挖土方的簡單方法，在城市中心建造了覆蓋面積為10%的綠色“海綿體”，增大了雨水的下滲面積，增加了城市的涵水量。在建設(shè)階段，城內(nèi)大部分的天然濕地被保存下來，然后通過開挖填充土方的方法在周圍建造一系列的水坑和土堆，為核心濕地提供雨水過濾和凈化的緩沖區(qū)，在濕地周圍布置雨水收集管，使其通過水泡系統(tǒng)過濾沉淀后進(jìn)入自然濕地[9]，采用這種方式更有利于雨水的涵養(yǎng)。在海綿城市建設(shè)成果中，另一極具特色的設(shè)計就是北京雁棲湖生態(tài)發(fā)展示范區(qū)，在原有生態(tài)基礎(chǔ)上建立人工生態(tài)濕地，實現(xiàn)雨水的自然凈化，有效收集雨水，用以回補地下。在雁棲湖整個生態(tài)規(guī)劃中最值得學(xué)習(xí)的是海綿城市的先進(jìn)建設(shè)技術(shù)，例如臺田凈化雨水技術(shù)、人工濕地污水處理技術(shù)及生態(tài)邊溝凈化雨水技術(shù)。建造臺田、人工濕地、生態(tài)植草溝等“海綿體”，通過“海綿體”中土壤的過濾和植被根系的吸收，去除水體中的顆粒物和污染物，對雨水進(jìn)行凈化[10]。

2.2 國外先進(jìn)海綿城市建設(shè)理論與發(fā)展

早在20世紀(jì)40年代，美國就已經(jīng)開始關(guān)注地表水污染問題，1972年，最佳管理措施（BMPs）理念被提出。我國于2014年才頒布了《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）》[11]，海綿城市建設(shè)理論提出得較晚。近年來，我國大型城市的管網(wǎng)覆蓋率普及到了60%，而小型城鎮(zhèn)僅達(dá)到40%，與國外城鎮(zhèn)的排水系統(tǒng)相比，我國的發(fā)展還是明顯落后[12]，但與改革開放初期相比，我國在城市生態(tài)建設(shè)和雨水利用方面已取得了長足進(jìn)步。為了彌補與西方發(fā)達(dá)國家的差距，借鑒和學(xué)習(xí)其他國家的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗是一條加快海綿城市建設(shè)的重要途徑。

美國、澳大利亞、德國等發(fā)達(dá)國家在海綿城市建設(shè)方面的實踐相類似，其中最為典型的有美國的低影響開發(fā)（LID）、澳大利亞的水敏感城市設(shè)計（WSUD）、英國的可持續(xù)排水系統(tǒng)（SUDS）等[13-16]。這不僅是發(fā)達(dá)國家建設(shè)海綿型城市的理論基礎(chǔ)，更是歷年來的心得和經(jīng)驗的總結(jié)。在美國，綠色屋頂廣泛流行，由下凹式綠地、滲透性路面、入滲井等組成的地下水回灌系統(tǒng)也得到了推廣，其中佛雷斯諾市采納的回灌技術(shù)，芝加哥市實施的隧道蓄水系統(tǒng)，不僅解決了城市的洪澇問題，更是在雨水的收集與利用方面取得了顯著效果，節(jié)約了大量的城市用水[17]。德國是最先涉及屋頂綠化的國家，也是目前掌握最為先進(jìn)的屋頂蓄水技術(shù)的國家之一[18]。除了首屈一指的管道排水技術(shù)，德國的雨水收集技術(shù)經(jīng)過多年的改進(jìn)已逐漸成熟，在德國有3種城市雨水收集技術(shù)被廣泛應(yīng)用：屋頂蓄水技術(shù)、截污與滲透技術(shù)、生態(tài)小區(qū)的雨水利用系統(tǒng)[19]，其中屋頂蓄水技術(shù)被廣泛應(yīng)用，能夠有效地彌補城市化帶來的綠化面積減小，下墊面雨水滲透性減弱的不足。與傳統(tǒng)處理洪水的方式相比，英國的“可持續(xù)性城市排水系統(tǒng)”側(cè)重于源頭化處理徑流，減少暴雨徑流量，延緩匯流時間，通過減少城市地面硬化面積，增加地面的滲透能力，蓄集雨水并用于景觀綠化或回補地下水[20]。

3 我國海綿城市建設(shè)存在的問題與分析

我國海綿城市理念于2012年4月首次提出，目前仍處于初期階段，雖然我國海綿城市的建設(shè)技術(shù)日趨成熟與完善，但隨之也暴露出諸多問題，海綿城市建設(shè)的開展將面臨著重重的困難。

3.1 雨水入滲所帶來的泥沙淤積問題

透水性鋪裝是建設(shè)海綿城市有效措施之一，其作用在于增大路面下滲率便于雨水的收集與利用，但在雨水下滲的同時卻有可能帶來一系列的問題。在海綿型城市建設(shè)中，公路路面、公園、廣場等大型場所大部分都采取透水性鋪設(shè)，改善了城市下墊面的透水性，增大了雨水的收集面積。雨水在被收集前已經(jīng)歷過較長的徑流過程，夾雜著徑流途中的大量泥沙，不僅會在雨水下滲過程中淤塞透水性設(shè)施，降低雨水下滲率，還會在蓄水裝置中造成泥沙的淤積，難以清洗，更有甚者還會造成“海綿體”的功能失效，喪失對大量雨水的吸納能力。在降雨初期，雨水的泥沙攜帶量是徑流穩(wěn)定時的數(shù)倍[21]，在該時段內(nèi)，透水性鋪裝更容易被堵塞，從而對后期雨水的下滲與收集造成影響。

3.2 氣候特征對“海綿體”的影響

海綿城市建設(shè)大力提倡雨水的收集與利用，雖然理論基礎(chǔ)都已經(jīng)相對成熟，但在具體實施的過程中仍存在一些實際問題。我國屬于季風(fēng)氣候，降水大多集中在7、8月份，所以在冬季，海綿城市建造的設(shè)施就失去了本身的價值，由于植被不耐嚴(yán)寒，植草溝、下凹式綠地、屋頂花園等設(shè)施都喪失了自身綠化的功能，這些現(xiàn)狀都對植被的選擇和配置提出了更高的要求;此外，水在冬季低溫狀態(tài)下易結(jié)冰，結(jié)冰后體積會增大10%，就有可能把蓄水罐撐裂，這不僅增大了“海綿體”后期維護的工作難度，更浪費了大量海綿城市建設(shè)資金。

3.3 “海綿體”易受污染問題

影響“海綿體”的污染類型及負(fù)荷因素有很多，例如降雨強度、降雨量、降雨歷時、土地類型、大氣污染狀況、地表清掃狀況等[22]。在海綿城市建設(shè)過程中，“海綿體”的構(gòu)建不僅能夠減少雨水地表徑流量，還能夠攔截雨水中的泥沙和污染物，起到有效凈化雨水的作用。隨著工業(yè)的發(fā)展，大氣污染加劇，雨水的水質(zhì)也變得越來越差，被稱為污染物“過濾器”的“海綿體”則會富集越來越多的污染物，在降雨期間，25%～30%的徑流將帶走至少80%的污染負(fù)荷，其污染濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地表水的劣V類評價標(biāo)準(zhǔn)[23]，這些污染物一旦超標(biāo)，輕則導(dǎo)致垃圾的堆積，難以清理，重則導(dǎo)致重金屬含量超標(biāo)，污染“海綿體”所在的土壤或含水層，甚至?xí)︼嬘盟斐捎绊?，威脅人們的健康。就目前來看，我國對該類面源污染機理的研究還不夠深入，還未找到治理“海綿體”污染的有效方法[24]。

4 海綿城市建設(shè)存在問題的解決方法

對于雨水下滲帶來的泥沙淤積問題，最根本措施是降低雨水下滲時泥沙的含量。首先，可以在透水性設(shè)施之前安裝過濾網(wǎng)，對粒徑大于透水性設(shè)施孔徑的泥沙和污染物進(jìn)行第一次的攔截，減少隨雨水進(jìn)入“海綿體”的泥沙含量;其次，可以合理地避開雨水徑流泥沙含量大的時段，從而降低透水性設(shè)施被堵塞的可能性;最后，可以加大雨水徑流上游的水土保持工作力度，增大水土保持區(qū)的面積，從根本上減少泥沙含量。

“海綿體”種植的植被必須具備耐濕熱、抗嚴(yán)寒的特性，一般適合種植耐寒、抗旱的低矮灌木或小型喬木，并且還要兼顧植被自身特性進(jìn)行搭配種植，保證“海綿體”一年四季都可以發(fā)揮功能。在蓄水罐易被凍裂問題上，蓄水模塊的發(fā)明與使用解決了這一難題，金屬質(zhì)框架不僅增加了蓄水罐的支撐強度，也增大了雨水的蓄集量。

“海綿體”的規(guī)劃是否合理是影響“海綿體”受污染程度的重要因素之一，雖然“海綿體”有凈化雨水的功能，但單一的“海綿體”效果甚微，要將獨立的“海綿體”有機結(jié)合成一個系統(tǒng)，織成一個“海綿網(wǎng)絡(luò)”，使相鄰“海綿體”之間可以相互處理污染物，發(fā)揮出“1+1>2”的凈化作用，降低面源污染的濃度。所以，在建設(shè)海綿城市的過程中，應(yīng)加大對面源污染機理及解決方法的研究，加快該類污染模型的建立。

5 結(jié)語

海綿城市建設(shè)對我國城市雨水系統(tǒng)的管理意義重大，從西方發(fā)達(dá)國家雨洪管理模式的發(fā)展歷程來看，我國的海綿城市建設(shè)工作是一個長期的系統(tǒng)性任務(wù)，在借鑒發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合中國城市發(fā)展的客觀情況，認(rèn)識海綿城市的基本內(nèi)涵，推進(jìn)海綿城市建設(shè)進(jìn)程，逐步解決“海綿體”出現(xiàn)的問題，準(zhǔn)確了解我國氣候?qū)＞d城市的影響，對面源污染問題進(jìn)行深層次的研究。海綿城市的成功經(jīng)驗和實踐研究為我們建設(shè)生態(tài)城市指明了方向，為解決城市內(nèi)澇、徑流污染提供了切實可行的方法。

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[責(zé)任編輯：鄧進(jìn)利]