以建设“海绵型城市”改善城市排水及生态环境的探索

近年来，我国北京、深圳、武汉、杭州、南昌等多个城市频繁出现雨涝灾害、炎热干旱、地下水补给不足等问题，对城镇居民生活造成了极恶劣的影响。其主要原因是在我国城镇化建设发展过程中，极大程度上改变了原有地区的自然生态调节能力。为降低暴雨内涝对城市的影响，我国已逐步开展了雨污分流改造、雨水调蓄池建设等措施 ，但仍面临地下水补给不足问题、城市热岛和雾霾污染等问题。因此，一种既能吸收雨水、储存雨水，又能在炎热干旱时释放水蒸气、调节城市温度的“海绵型城市”日益成为国内外管理者和学者关注的焦点。本文试对国内外先进排水防涝规划理念和设计技术进行总结和分析，从建设“海绵型城市”的角度，探索适应我国城市建设发展要求的途径。

一、海绵型城市的概念形成与主旨

＞＞图1 海绵型城市示意图

海绵城市一词首次出现于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》，但它并非全新的概念，而是包含了自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）等多方面内容，总体上从应对城市雨洪问题出发，逐步演变为解决城市水与生态问题的综合性方法。

目前，海绵型城市的观点主要是通过建设具有“吸”、“放”功能的城市，使城市成为吸存水、过滤空气、过滤污染物质的大海绵，能实现降温、防洪、抗旱、捕碳等效益，从根本上解决原来由人为造成的城市对水和生态的阻绝问题。图1为其示意图。图中左侧代表强降雨时，雨水进入储水层，避免内涝灾害；右侧代表炎热天气时储存的水供应城市绿化，同时水汽蒸发降低城市气温。“海绵”表层下方，土壤、水、空气同时存在，所以地下生态系统得以发展。

二、国内外相关理念实践情况

实践方面，国外有诸多实例。美国注重收集雨水、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。德国通过逐步建立和完善雨洪调蓄技术、行业标准与管理条例使雨水利用技术逐渐成熟。各州法规禁止除特定情况外降水直接排入公共管网，要求城市开发“排放量零增长”。例如萨克森州首府德累斯顿，通过城市表面透水性及存水量核定、不透水路面改造、绿色屋顶及门前花园、雨水调蓄池和湿地调蓄等方法，以及对饮用水保护区、城市排水费率、雨水调蓄与利用建造标准等方面的立法工作，全方位减少雨水对城市的不良影响。澳大利亚为应对气候长期干旱，提出对传统开发手段的改进的水敏性城市设计（WSUD），强调以城市规划设计的角度出发，通过整体分析的措施来减少对自然水循环的负面影响和保护水生生态系统的健康，强调合理利用暴雨径流及天然河道这一天然资源，而不是在暴雨来临时只考虑如何以最快的速度将雨水排出。

相较而言，我国对海绵型城市的研究和实践还刚刚起步，多限于城市对雨洪调蓄的小尺度应用，以工程设施的探讨为主，宏观尺度雨洪管理规划，缺乏雨洪管理、水质保护和景观综合效应的研究与应用，对雨水的概念大多仅限于储存、利用、导排等方面，尚未成体系的综合考虑海绵型城市对水乃至生态环境的作用。但仍有部分城市和学者开展了相关尝试，如北京首钢工业改造区进行的雨水利用综合规划、哈尔滨群力雨洪公园、常德市委托汉诺威水协开展的江北区内环水系综合治理工程等。

三、主要技术设计要点

（一）透水铺装

近年来还出现了高承载高透水高透气铺装。该路面强度即可达到高运量道路标准，又可实现强降雨时，表面径流趋近于零，透水、储水的效果，同时满足铺面下树根与生态系统能够呼吸，以及允许炎热天气时地下水蒸发而出，并满足平价、耐用和易维护等条件。

高承载高透水高透气铺装可在原来的土壤地面之上，先放置碎石，并参考国外规定，设置储水碎石层厚度为100厘米，铺面之下孔隙率约为0.3，每次大雨碎石层可储水30厘米。碎石层分为两层，并分别为“主水流空调层”和“副集水透水层”。在碎石层之上放置结构性导水管，然后再倒入混凝土，使混凝土与导水管紧密结合。等混凝土层凝结结实后，就可掀起最上层的导水管盖，露出透水、透气孔。其导水管盖的特殊设计使得透水、透气孔的四周会出现导水槽，引导雨水流入孔洞。构造模型见下图。

（二）初期雨水弃流

初期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的初期径流予以弃除，减少径流污染、提高雨水资源的利用效率。常见的初期弃流方法包括容积法弃流、小管弃流（水流切换法）等，弃流形式包括自控弃流、渗透弃流、弃流池、雨落管弃流等。是否采用初期弃流，采用何种弃流控制措施及如何合理确定初期弃流量应该根据项目现场条件、汇水面特性、管渠系统大小、污染状况、控制目的及设计的工艺系统等综合分析而定。

（三）绿色屋顶

通常根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（semiintensive）三种类型。绿色屋顶宜选择新建建筑，需统筹考虑屋顶荷载、防水等要求。旧建筑多由于未考虑足够的荷载而无法采用，但经核定符合适用条件时，也可采取简单绿化的做法。绿色屋顶的基本构造层由下至上依次是防水层、保护层、排水层、过滤层、种植土层和植物层。

＞＞图2 高承载力的通气管结构型透水铺装构造示意图

（四）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；生物滞留设施按应用位置不同分为雨水花园、生物滞留带、高位花坛、生态树池和下沉式绿地。生物滞留设施一般主要由蓄水层、覆盖层、种植土壤层、砂滤层、排水层、溢流口等部分组成。

（五）其他措施

除上述列举的常用措施外，还有许多措施可用于低影响开发雨水系统，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、结论与建议

海绵型城市理念是在长期城市建设和发展的过程中，通过不断发现问题和解决问题得来的经验与理论结合的产物。建设海绵型城市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，改变以往头疼医头、脚疼医脚的片面且盲目的做法，从根本上解决日趋严重的多种城市病。

为推进我国海绵型城市建设，克服目前所面临的公共认知、政策及资金保障、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。