“回归自然水文循环”——初探中国特色海绵城市理念

2022-09-10

气候变化和生态环境污染等灾害对世界城市的抵抗能力造成严重冲击, 以及城市高强度开发扩张带来自然蓄排系统与水文循环、生物栖息地破坏, 给城市基础设施建设发展模式敲响警钟。近年来我国涝灾困扰着各大城市, 陷入了逢雨必涝、内陆“看海”的境界, 致使城市基本机能瘫痪;同时被联合国认定为“水资源紧缺国家”, 全国有400 余座城市供水不足, 其中110 个严重缺水, 引发对城市水危机的深刻思考。为应对此危机, 在2011 年两会期间全国人大代表刘波提交《关于建设海绵体城市, 提升城市生态还原能力》2的提案, 相关专家还提出建立雨水收集利用系统, 开发改造城市社区公共设施蓄留雨水的生态功能, 尽可能恢复城市原有河道, 减弱城市热岛效应、提高雨水渗透率。2014 年4 月习近平在关于保障水安全的重要讲话3中指出, 要根据资源环境承载能力构建科学合理的城镇化布局, 尽可能减少对自然的干扰和损害, 节约集约利用土地、水、能源资源;解决城市缺水问题, 必须顺应自然, 建设自然积存、自然渗透、自然、净化的“海绵城市”。

一、我国城市内涝形势、危害与原因

涝灾自古就是影响城市安全的主要灾害之一, 在近几年来中国超过360 个城市遭遇内涝, 其中部分内涝淹没时间超出12 小时, 深度过半米, 甚至发生造成伤亡的严重内涝 ( 如图1) 。其主要原因是在我国城市建设发展过程中, 降低了原有地区自然生态调节能力 ( 如表所示) 。住房城乡建设部副部长仇保兴曾指出, 我国城市排水防涝缺乏系统规划、标准体系不完善、排水防涝设施建设滞后、重建轻管、河湖水系被随意侵占现象突出, 是导致城市内涝频发的重要原因。改变现有相对单一我国多个城市的排水设施规划思路, 综合考虑下凹式绿地、人工湿地、可渗透路面、透水性广场等海绵城市工程措施, 有助于缓解城市排水难题, 提高雨水综合利用程度。气候变化是出现内涝主要诱因、主因是城建大规模改变地表径流、现状为排水建设不足同时违规开发也制约城市人工排涝, 最关键是对雨水利用不足、缺乏生态化城市建设理念、规划和工程设施。

二、对此提出“海绵城市”及国内外理念比对

1、海绵城市概念

“海绵城市”一词出现于2012 年4 月中国北京大学在深圳召开的《2012 低碳城市与区域发展科技论坛》, 但并非新概念, 是涵盖自20世纪80 年代以来的雨洪调蓄、雨水资源收集利用与地下水涵养、低碳城市和低影响开发 (Low-Impact Development) 等多方面, 总体上从应对城市雨洪问题出发演化为解决城市水与生态问题的综合性方法。喻将城市比作海绵, 通过充分利用城市绿地空间、水系等, 使其发挥“海绵”的积存、渗透、净化、释放作用;能实现降温、防洪、抗旱、捕碳等效益, 技术将改变传统的城市建设技术路线, 降低人类活动对环境的影响, 达到城市可持续发展的目的。将水资源可持续利用、良性水循环、内涝防治、水污染防治、生态友好等作为综合目标, 从这个角度说低影响开发雨水系统构建是海绵城市建设的重要途径。其涉及的领域还包括节能减排、生态城市、园林城市建设等领域, 从这个角度讲LID则可认为是海绵城市建设重要的指导思想。《指南》的发布是中国城乡建设史上一个里程碑的事件, 标志着我国城乡生态环境建设迈入了一个新的起点, 为我国的生态环境建设光明的前景。

2、国内外理念实践

1) 美国现代雨洪管理:经历三十多年的发展, 其发展历程极具代表性——注重收集雨水、储存并净化之, 采用可提高天然渗透能力的措施, 与绿地、水体植被等自然景观生态设计相融合, 将径流控制在源头。并在20世纪90年代初马里兰州乔治王子郡环境资源署首次提出LID的理念, 旨在从源头避免城市化或场地开发对水环境的负面影响, 强调利用小型、分散的生态技术措施来维持或恢复场地开发前水文循环, 更加经济、高效、稳定地解决雨水系统综合问题。

2) 英国可持续排水系统SUDS:20世纪90年代在借鉴美国基础上形成并发展起来, 最初主要应用在商业公园、高速公路服务区、学校等这些土地所有者可以自主选择排水系统方式的地块。是在城市发展过程针对传统排水系统问题而发展的, 突出在“排”的过程中体现可持续性, 通过源头、传输和末端处理三类措施形成处理链, 即从预防源头到场地, 再到区域的全过程, 进行分级削减和控制。主要通过规划过程控制、雨水排放许可监管及建设维护管理三种机制来保障实施, 这一点也十分值得我国借鉴。

3) 澳大利亚应对气候长期干旱, 提出对传统开发手段改进的水敏性城市设计 (WSUD) :以寻求更经济、更小环境影响的综合途径来管理城市供水、污水和雨水。强调以城市优良规划角度出发, 通过整体分析来减少对自然水循环的负面影响、保护水生生态系统的健康, 强调合理利用雨水径流及天然河道, 而不是在暴雨来临时只考虑如何以最快的排出。

4) 新西兰的现代雨洪管理:在借鉴先进理念并结合本国法律及规划的基础上, 奥克兰大区政府于2000年颁布了“低影响设计 (Low Im pact Design-LID) ”指南。“一种保护和利用自然场地特征进行侵蚀和沉积物控制以及雨洪管理规划的场地开发设计方法”, 更强调自然水文要素的保护、跨专业配合等非技术性策略, 而实现“水文中性”的要求。“低影响城市设计与开发” (LIUDD) 起源于新西兰科学技术研究基金会 (FRST) , 是低影响开发设计 (LID) 和城市设计 (Urban Design-UD) 的组合, 一定程度借鉴澳大利亚WSUD强调利用以自然系统和低影响为特征的规划、开发和设计方法来避免和尽量减少环境损害。

5) 德国也是现代雨洪管理体系发展较早、工程化实践较多的国家, 在相关的政策立法、机制建设、技术体系研究和工程应用等方面很早就已达到国际领先水平, 尤其是工程应用方面, 如仅绿色屋顶一项措施在德国的应用比例就10%以上, 雨水利用、减排、处理等方面也非常出色。值得注意的是, 2011年以德国为主导的一些欧盟国家雨洪专家们专门实施了一项SWITCH项目, 并通过调研、总结先进国家的不同尺度典型雨洪管理规划或设计案例, 指出城市可持续雨洪管理的未来方向——“水敏感性城市设计”, 充分认识到WSUD的科学性和合理性, 研究成果汇编成《水敏感性城市设计》一书。

相较而言我国研究和实践还处于起步阶段, 多限于城市小区尺度、以工程设施探讨为主, 相对缺乏以雨洪管理、水质保护和景观综合效应为目的宏观尺度雨洪管理规划。4但仍有部分学者的研究开启了整体和多目标解决雨洪问题的尝试, 如董淑秋等人对北京首钢工业改造区进行的雨水利用综合规划5, 俞孔坚等人从生态景观视角对城市雨洪管理系统的研究6及城市湿地公园设计实践7等。我国部分省市已经发布了与构建海绵城市相关的政策 (福建、海南、四川、台湾、昆明、广州) , 有的编制了相关规划 (巢湖、南京、西安) 、研究计划 (青岛、秦皇岛) 和实施了工程建设 (哈尔滨) 等, 秦皇岛正在筹备开展“海绵城市”试点工程。

三、《指南》解读、建设原则及设计要点

1、解读

海绵城市要如何建?根据《指南》海绵城市建设的侧重点在下渗, 将雨水转化为可利用资源, 强调优先利用植草沟、雨中花园、下凹式绿地等“绿色”措施来组织排水, 以“缓排缓释”和“源头分散”控制为主要设计理念。关键是要多建能吸水的“海绵体”——包括河、湖、池塘等水系, 也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。建立“渗、蓄、滞、用、排”五位一体的新型城市雨水处理系统, 把80%左右的雨水留住、以便涵养水源, 改善城市生态效益, 帮助我国城市形成更为完善合理的城市排水防洪工程体系。《指南》的发布后住建部将扩大试点范围, 鼓励各地因地制宜地探索完善海绵型城市建设思路。今后, 各地人民政府是建设海绵城市地责任主体, 而且各地建设地块开发时都要按指标进行海绵体建设, 有别于传统排水系统——“回归自然的水文循环”这一创新理念。

2、建设原则

海绵城市建设的原则主要包括规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜及统筹建设五个方面。综述分析可知, 海绵城市——低影响开发雨水系统的构建需统筹三个系统、绿色与灰色结合、源头减排与末端调蓄结合, 是一个系统工程, 离不开城市各层级规划的统筹引领、协调与衔接, 离不开政府各部门、各专业的通力协作。海绵城市建设应坚持生态优先, 相比传统的管渠、泵站等灰色雨水基础设施, 利用低影响开发绿色雨水基础设施可带来更高的环境效益和社会效益, 尤其对于老旧城区雨水管渠系统的提标改造与合流制溢流污染 (CSO) 控制带来的巨大财政支出和社会影响, 低影响开发雨水系统的优势更加明显。当然在海绵城市具体建设过程中, 低影响开发生态设施的建设还会受到特殊自然地理条件、水文地质特点、既有土地利用构成与布局、地形及雨水管渠系统建设现状等复杂因素的限制, 很难满足设施用地与竖向设计等要求, 单纯依靠LID生态设施很难实现排水防涝综合规划控制目标。此外海绵城市——低影响开发雨水系统规划控制目标的确定还与当地水资源禀赋情况、降雨规律、水环境保护与内涝防治要求等密切相关, 各地需因地制宜地确定控制目标, 保障人民生命财产安全和社会经济安全。

3、设计要点

a. 透水铺装:采用高承载高透水高透气铺装。路面强度达到高运量道路标准, 同时实现强降雨时表面径流趋近于零;并满足铺面下树根、生态系统运作正常, 并满足平价、耐用和易维护等条件。b. 初期雨水弃流:旨在通过一定方法或装置将存在初期冲刷效应的降雨过程中径流予以弃除, 减少径流污染、提高雨水资源的利用效率。c. 绿色屋顶:依据栽培基质深度和景观复杂程度将绿色屋顶分为——粗放型 (extensive) 、精细型 (intensive) 和半精细型 (semi-intensive) 三种类型。宜选择新建建筑, 需统筹考虑屋顶荷载、防水等要求。d.生物滞留:生物滞留指设置较浅的洼地并种植当地的耐旱及短时耐淹植物。通过植物、土壤及微生物作用滞蓄、净化自身及屋面、路面等硬化下垫面的径流雨水, 通常分为简易型生物滞留设施和换土型生物滞留设施。e. 其他措施:如渗透沟渠、渗井、雨水过滤池、生态浮床、生态堤岸等。除工程性措施外, 非工程性措施也是实现低影响开发目标的重要组成。

四、结语

“海绵城市建设、涉及规划、国土、排水、道路、交通、园林、水文等职能部门, 不是一个部门、一个单位就能完成的, 需要全社会共同参与。”中国城市规划设计研究院副院长邵益生说。

海绵型城市理念是在长期城市建设和发展的过程中, 通过不断发现、解决问题得来经验与理论结合的产物。其建设是实现城市与自然生态协调发展的重要组成措施, 能以源头减量、生态还原、自然调蓄等方法。在我国尚处于起步阶段, 广大城镇的规划建设模式还是粗放式建设, 在雨水资源化利用、涵养地下水水源、防治城市内涝方面存在诸多不足。未来的城市规划工作应在城市总体规划、专项规划、控制性详细规划和修建性详细规划等各层级规划中充分落实各项控制指标并结合城市特点探索自身发展需求的规划建设策略。

为推进我国海绵型城市建设, 克服目前所面临的公共认知、政策、资金保障及技术支撑不足等困难, 建议在短期内提出倡议、形成共识, 推动教育和研究、建设示范案例;中期阶段加快建立和修改相关法律、条例及标准, 要求新建筑、绿地等设施要具有雨水调蓄功能, 加强高承载高透水高透气型道路建设, 并引入多源资本, 推行政府购买服务的方法, 开放行业竞争, 提高建设和运营水平;远期阶段促成全民参与监督, 全面建设并完善海绵型城市。我们不仅要在宏观层面解决流域性法律缺位的问题、行政管理分散的“九龙治水”的体制问题财税政策和投融资政策支持空乏的问题, 要从微观层面解决技术规范和标准问生态雨洪调蓄系统作为城市的“绿色海绵”, 转变了传统的雨水治理思路。“绿色海绵”的构建, 摆脱了单一工程化的视角, 与城市生态安全格局相结合, 从较为宏观的城市尺度整体性和多目标地解决雨水问题, 探索了一条更为生态的景观设计途径, 符合生态环境保护及低碳生态城市发展的趋势, 具有良好的应用前景。

摘要：因气候变化和生态环境承载力造成的城市灾害, 挑战着城市韧性, 城市内涝、雨洪管理薄弱为我国城市面临的安全隐患。2014年11月, 由中华人民共和国住房和城乡建设部组织编制发布《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》1 (试行) , 其为各地构建城市雨水开发体系, 根治城市内涝提供新理念。国际上以弹性城市为核心研究区域性的规划设施建设, 我国同期提出建设中国特色海绵城市。初探理念的构建、调研国家政策发展与提高我国城镇化进程中的城市建设能力, 实现回归自然水文循环。

关键词：弹性城市,海绵城市,低影响开发,雨洪管理