基于水循環(huán)原理辯證看待海綿城市建設

【摘要】本文利用水循環(huán)的學習探討海綿城市建設的原理和海綿城市建設誤區(qū)，讓學生辯證看待海綿城市建設，并探討如何解決城市內澇問題，提高學生地理核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】水循環(huán)? 海綿城市? 地理核心素養(yǎng)

【中圖分類號】G633.55 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）42-0137-02

一、課堂設計背景

2021年暑假一場極端的特大暴雨，讓鄭州成為全社會的焦點，尤其地鐵5號線一列車500余名乘客被困水中，最后造成14人遇難，由此引起人們對于海綿城市建設的關注。社交平臺上陸續(xù)有網友和專家提出質疑，鄭州內澇嚴重，投入500多億建設的鄭州海綿城市失效？長時間暴雨天氣下，我們所建設的海綿城市究竟能發(fā)揮多少作用？

要回答這個問題，我們先來學習今天這堂課《水循環(huán)》。

二、走進課堂，分析原理

（一）解讀課標。普通高中《地理課程標準》（2017年版2020年修訂）對該節(jié)課內容要求：運用示意圖，說明水循環(huán)的過程及其地理意義。本節(jié)課重難點是水循環(huán)過程和洪澇災害的防治。本節(jié)課圍繞水循環(huán)的過程及其地理意義與基于水循環(huán)原理的洪澇災害的治理展開，培養(yǎng)人地協(xié)調觀是本節(jié)課地理核心素養(yǎng)的重點，在學習水循環(huán)過程和環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的地理實踐力，在真實且復雜的情境中認識洪澇災害的發(fā)生原因，以及人類活動影響水循環(huán)的方式和強度去探討如何防治洪澇災害，體現(xiàn)綜合思維的培養(yǎng)，最終使學生能夠認識到人地協(xié)調的重要性。

（二）通過實驗和實踐，掌握水循環(huán)過程及原理。

實驗一：可參照《地理課程標準》中的實施建議實例2：認識地表徑流的地理模擬實驗。在課前按照老師指導，簡化該模擬實驗，在某些環(huán)節(jié)上定性定量的實驗，可以將一個放有草地的水槽和一個空的水槽作為透水和不透水地表，然后將兩瓶水同時從水槽頂部均勻倒出，觀察并計時;在水槽底部用量杯收集流下來的水。該實驗利用身邊的材料設計不同下墊面對徑流的影響，讓學生體驗科學探究過程，理解其中的地理學原理。

學生通過以上實驗可觀察到：水循環(huán)的環(huán)節(jié)中有地表徑流，在有草地的水槽可以看到下滲和從草地下流出的地下徑流環(huán)節(jié)，水流速度較慢，滯留時間長，且有水量被吸納，但吸納的水量較小。

實驗二：通過實踐確認透水道路下滲程度

學生在自己小區(qū)找到一些鋪設有透水磚、透水瀝青道路或透水混凝土道路，在開始下雨（一般為大雨或暴雨天氣）時計時多少時間地表雨水一直下滲直到地表開始積水流動。（該實驗需要提前布置做準備）在課程中可以讓有做記錄的同學報告他們的記錄數(shù)據，該實驗可以讓學生很容易得出透水道路對雨水下滲的量是有限的，大部分的雨水還是通過路面排到小區(qū)的雨水管道流走。

（三）通過生活經驗，切身感受水循環(huán)環(huán)節(jié)。通過2021年暑假的臺風“煙花”的切身感受，說出臺風“煙花”所涉及的水循環(huán)的環(huán)節(jié)還有哪些？（學生回答總結）蒸發(fā)、水汽輸送（來自海洋的水汽）和降水。

通過以上實驗和實踐，由學生繪制水循環(huán)過程示意圖，學生能很順利地掌握水循環(huán)的各個環(huán)節(jié)和過程。并且在實驗和戶外實踐過程中，切身感受水循環(huán)的各個環(huán)節(jié)以及人類對水循環(huán)環(huán)節(jié)的影響。

三、走出課堂，探討海綿城市

（學生活動）課前預先布置作業(yè)：利用互聯(lián)網和書本查詢城市洪澇成因和了解海綿城市的內涵及我國目前海綿城市建設現(xiàn)狀。（課堂分組報告）

（一）城市洪澇的成因。我國城市洪澇現(xiàn)象較為普遍，廣泛分布于南方和北方地區(qū)，南方城市尤為顯著，特別是近十幾年來城市內澇現(xiàn)象進一步加劇。通過學生的分組報告和探討，主要歸結為以下幾方面：（1）近十幾年的快速城市化進程中，城市水系遭到破壞。水系是天然的洪水澇水的調蓄空間和通道出路。但是由于在城市大規(guī)模擴展過程中，沒有充分認知自然規(guī)律，為了盡可能多地獲取建設用地，城市中很多的天然河道被填埋、縮窄和阻斷，排水轉由下水道替代，一旦地下的排水管道泄洪能力不足、堵塞，必將導致城市內澇成災，使得很多低洼地段積水成河，甚至很多地下車庫、地下隧道被淹，造成人們生命和財產的重大損失。（2）暴雨發(fā)生時城市外江洪水位抬高迅速。由于城市化進程中對土地的深度利用，城市的很多土地失去調蓄洪水的功能，失去滯納洪水的作用，導致洪水迅速外泄，城市外江河湖泊水位迅速抬升。其后果對城市而言，一方面防洪壓力加大，另一方面又導致城市排水系統(tǒng)無法順利泄洪，甚至倒灌，導致城市內澇更嚴重。（3）不斷擴大的城市建設用地導致地面大量硬化和天然植被的破壞，減少了雨水的下滲量和滯容量，使得大量地表徑流快速入河和地下排水管道，無法順利泄洪。

（二）了解海綿城市建設內涵。海綿城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的彈性，也可稱之為“水彈性城市”。[1]下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水釋放并加以利用，實現(xiàn)雨水在城市中自由遷移。

那么它的工作原理是什么呢？通過剛才水循環(huán)過程的學習我們就可以回答，（學生分組討論回答）就是利用自然界水循環(huán)原理，改變水循環(huán)過程和某些環(huán)節(jié)，在海綿城市建設中，我們能改變的主要環(huán)節(jié)是地表徑流、下滲和地下徑流。因為城市化的原因，天然河網水系遭到破環(huán)，城市硬化地表面積增加，導致地表徑流增加，減少了下滲和吸納環(huán)節(jié)，迅速抬高了城市外江河湖泊泄洪水位，容易引發(fā)城市內澇問題。所以海綿城市的主要原理就是要使城市增加下滲，減少地表徑流這兩個環(huán)節(jié)。

我國《海綿城市建設指南》提出控制全年80%至85%的降雨量。《關于推進海綿城市建設的指導意見》指出，將70%的降雨量就地消納和利用，但海綿城市主要對中小雨發(fā)揮作用。在《鄭州市海綿城市專項規(guī)劃》（2017—2030）公示稿中，主城區(qū)的年徑流總量控制率為73%，對應的設計降雨量僅為20.5毫米，是針對鄭州年平均降雨量632毫米來設計的海綿城市建設。

（三）利用水循環(huán)原理，辯證看待海綿城市建設。海綿城市建設當然在一定程度上可以緩解或消除城市內澇，但是能不能從根本上解決城市內澇呢？（學生通過實踐實驗和本節(jié)課的學習，以及查閱相關資料，課堂分組討論回答）通過同學的回答和老師總結，可了解海綿城市建設在城市內澇治理中有以下幾方面功能性誤區(qū)：

1.可以消納70%的地表產水的目標不可靠。多年的研究成果表明，如浙江省一場降雨過程可下滲的降雨量約10～20毫米，也就是說，即使極限地將所有路面、屋頂全部轉換成“海綿”結構，其削減量也僅僅只是20毫米。這相對于我國一場成災暴雨動輒300毫米，甚至于超過500多毫米的降雨（如2013年浙江的“菲特”臺風過程雨量為523毫米，今年鄭州日降雨則達624毫米），其削減量所占比重極小。僅僅依靠增加下滲來治理城市洪澇是微不足道的。海綿城市建設指導意見中所提出的全年70%消納量，對間歇性發(fā)生的小降雨也許可以實現(xiàn)，但對大暴雨則失去了意義。

2.海綿城市建設措施聽著有理，實則效果有限。以增加下滲為主渠道的建設思路，采用的技術路徑和效果并不明顯，如花天價改變路面結構，打造“透水路面”。但因路下土體的下滲能力有限，即使透過路面，但仍將溢出。通過開槽、填沙、地下集水空間等來增加滯蓄量，但因造價高昂，容積有限，相對于特大暴雨的產水量級，杯水車薪。利用公園、廣場綠地和低地等參與滯蓄，又困難重重，難以全面推開。

3.夸大海綿城市功效，弱化流域治理。以為通過“海綿城市”的建設可以解決城市水問題，卻弱化了流域治理，因為城市實則為自然生態(tài)系統(tǒng)的一部分，忽視了城市周邊天然的排澇系統(tǒng)，完全依賴城市自己這個系統(tǒng)來消化洪澇只能讓災害更為嚴重。

四、回歸課堂，如何解決城市內澇問題

綜上問題，那么我們該如何防治城市內澇問題呢？（通過以上分析，學生課堂分組討論回答）總結如下：

總的來說以堅持傳統(tǒng)，創(chuàng)新建設，就是：一堅持走傳統(tǒng)的流域治理之路，二通過“海綿城市”的建設途徑，兩者相結合， 從“滲蓄為主”轉變到“蓄排結合”的治理模式上來，從而達到城市內澇治理的目的。具體的防治措施如下：（1）在該城市所處的流域上的治理，使暴雨在該流域發(fā)生時不增加城市來水，又要保證城市泄洪通暢，那么主要措施如下：①進行水土保持，生態(tài)治理。在該流域種植水土保持林，減少水土流失，合理發(fā)展生態(tài)農業(yè)，保持良好的生態(tài)環(huán)境。②水利工程措施。在該流域可以修建大量水庫、分洪區(qū)、截流溝和塘壩等水利工程，并結合田間生物、技術、工程等措施，如修建梯田、地梗等攔蓄地表徑流，防止山洪暴發(fā)。合理布局洪澇排水系統(tǒng)，修建各種防洪堤、排水溝、排水干道等工程使洪水快速通江達海。（2）在城市上的治理措施：①給城市內澇水以出路，實現(xiàn)快排。要合理規(guī)劃城市排水管網系統(tǒng)，配套地下排水泵閘系統(tǒng)，增加排澇設施和修建防水堤壩等措施，提高排水效率，在暴雨發(fā)生時優(yōu)先考慮利用泵站等強排措施，通過“高速水路”通江達海。②給城市內澇水足夠的調蓄空間。即增加城市內各種綠地、公園和廣場及周邊區(qū)域的水域或低地面積，增強滯蓄能力。

五、小結

為實施課堂教學中地理核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略，從現(xiàn)實情境入手，提出問題，通過實踐實驗等手段，解釋和解決實際現(xiàn)象和問題。因此，本節(jié)課利用水循環(huán)的學習，通過地理學原理去正確辯證地看待“海綿城市”這一新生事物，將理論回歸到具體的問題情境中，通過情景教學引導學生形成正確的人地協(xié)調觀，提高學生運用地理知識解決生活中具體問題的綜合思維能力和地理實踐力，從而達到培養(yǎng)學生地理核心素養(yǎng)的目的。

參考文獻：

[1]科技承載夢想，創(chuàng)新改變未來——海綿城市.中國科學院，2019-5-11

作者簡介：

許浩峰（1977年-），男，漢族，浙江桐鄉(xiāng)人，碩士研究生，中學一級教師，研究方向為高中地理教學。