“海绵城市”理念的研究应用现状与未来展望★

孙文佳 张 琨 郑艳娜 刘心媚

(大连海洋大学海洋与土木工程学院,辽宁 大连 116024)



·水·暖·电·

“海绵城市”理念的研究应用现状与未来展望★

孙文佳 张 琨 郑艳娜*刘心媚

(大连海洋大学海洋与土木工程学院,辽宁 大连 116024)

系统总结了“海绵城市”理念在建筑、道路、景观、湿地等多种载体中的应用情况与科学研究现状，进而分析了“海绵城市”在未来的发展方向，为“海绵城市”理念的发展与应用提供技术依据。

海绵城市，道路，景观，湿地，水资源

0 引言

随着社会生产力的发展，科技的进步，以及产业化结构的调整，我国正在逐步向城市化迈进，一方面虽然我国水资源储量丰富，但城市缺水现象十分严重；另一方面由于城市化引起的温室效应、雨岛效应、阻碍效应等一系列的气候问题打破了水资源循环的平衡性，导致城市遭遇洪涝灾害。为了有效解决我国水资源时空分布不均衡等问题，近年来“海绵城市”理念日益得到关注。构建“海绵城市”，即把城市建造成弹性的“海绵体”，降雨时载体进行蓄水，缺水时载体中的水就会被“挤”出来供给城市居民生活以及兴利工程建设。

从水资源开发利用的角度考虑，首先，传统的排水机制采用的是管道快排的方式，以雨水排得越快越多为目标，并没有对这部分水资源进行合理的利用，浪费了水能量，而且增大了城市排水压力。其次，使用蓄水池将洪水储蓄起来，虽然节约了水资源，但长时间使用蓄水池，其内的水体循环流动性较弱，导致水质变差。此外，修建蓄水池时采用的是钢筋混凝土材料，对生态环境会造成破坏，而且这一系列的管道排水、蓄水池修建过程中人类的参与程度极大，打破了自然界自身的水体循环规律。如果采用自然界的“海绵”将水资源进行储存可大大缓解这些影响，因此构建“海绵城市”可以从根本上解决上述问题。

1 载体

1.1 建筑

在建筑方面的载体主要应用形式是屋顶绿化，因为以往的普通居民楼屋顶材料为钢筋混凝土，其渗水性与蓄水性较差，且城市屋顶不透水面积约为城市不透水总面积的40%～50%[1]。因此对绿色屋顶的研究也较多，如屋顶材料的选择、屋顶结构的建设、屋顶厚度、屋顶滞留率、径流量与径流系数、温度等。建筑方面的其他载体还有凹形槽屋檐和屋顶植被浅沟。

1.2 道路

传统城市道路的硬化面积占道路总面积的75%左右[2]。过快的城市化使得我们的城市道路由原本的天然土体、植被绿草变成冰冷的混凝土、沥青等不透水材料，因此将道路改成透水材料是建设道路载体的主要应用形式。根据不同用途，路面材料可选水泥孔砖、网格砖、透水沥青、透水混凝土沥青路面、PC路面、PICP1路面、CGP路面、PICP2路面、喜湿性草皮卵石路面、新型聚氨酯碎石透水路面、新型混凝土砂基透水路面、新型透水混凝土连锁砖路面等。路面结构可以选择新型“JW生态工法”、双侧透水路面技术、多孔路面改造技术、菱形开口砖块、椭圆形开口砖块、路牙石碎化、路边雨水渗透暗渠等。透水路面的影响因素主要有道路的选址、横断面形式、道路坡度、坡向、管线高程、地表高程、渗透水量、渗透系数、降雨入渗控制指标、面源污染控制指标、路面的抗滑性、耐候性以及透水路面的维修维护等多个方面。

1.3 城市景观

“海绵城市”理念在城市景观中的应用主要体现形式为下沉式绿地，即将普通绿地的高程降低至地面以下高度，以蓄积来自相邻地面的水资源，与普通绿化带相比增加了绿化面积、增大了蓄水量。另一个主要形式为人工生态景观公园，常见的有生物滞留或雨水花园，例如中国台湾广慈公园和青年公园的“雨扑满”设施[3]，将这些生态景观与旅游业结合起来，如印度尼西亚的甘榜河地区[4]，有助于推动当地的经济发展。其主要影响因素有浅草沟的结构功能参数、绿地景观指数、下沉绿地坡度、生物滞留厚度、重金属的浓度等。其他城市景观载体还有树盒过滤、生态树池、生态公园和人工湖等。

1.4 湿地

“海绵城市”理念对湿地的利用是在保护原有湿地生态系统的基础上建造湿地公园。湿地公园可以使湿地周围的土壤孔隙度和含水量增加，并对底部进行透水处理，可以很好的达到地表水向地下的下渗功能。湿地公园中通常以水生植物作为主要植物，一般选用茎叶发达的植物以阻挡泥沙，采用根系发达的植物用于吸收水中污染物，且尽量以当地植物为主，外来植物为辅防止破坏生物多样性，目前大多种植的是香蒲、麝草、芦苇及美人蕉[5]等。湿地的主要影响因素有湿地蓄滞洪水量、湿地补水难度系数、湿地水体更新难度系数、湿地生态需水量等。

1.5 多载体系统联合

除了以上主要单个载体的应用研究外，将多个载体联合进行系统调控也是一种较普遍的应用现状，例如深圳光明新区路面采用的透水沥青，两侧绿化带采用的是下凹式生物滞留，道路路牙采用孔口路牙。

2 未来展望

2.1 实际应用

普遍性：1)随着国家出台众多“棚户区改造工程”“城乡一体化建设”等政策使得城市人口数量骤然增多，城市中居民的用水量远远不足。现在屋顶绿化、雨水贮存、净化、利用的程度还未达到全面普及，我国只有南方沿海部分城市采取了相关措施，北方应用欠缺，或是只有在一些国家大项目上投入使用，如我国西沙群岛的储水净水设备，而个体居民家庭楼房中的储水循环系统的可实用设备较少。2)前文提到多种新型路面的材料与结构，可将这些路面按照地理条件不同进行实地试用，如东北严寒地区容易出现冻胀现象、四川盆地地区或重庆等山地地区径流雨水大、坡度大，容易出现沉降现象等。除此之外，我国现在采用的透水路面砖常因强度等不足或各地水分湿度条件等不同常出现断裂、扭曲、沉降等现象，若能研究出一种高强度的缓冲层则可大大解决此类问题。

应用性：1)在实际施工中，居民普遍反映老城区的道路改建开挖情况较多，影响居民日常出行，因此在老城区转化的施工技术方面有待进一步改善加强。2)从经济方面考虑，每一个海绵载体的花费要比原始的普通材料价格昂贵，因为各海绵载体大部分需要特制或特定，而这方面的制造厂家较少，因此在经济方面还有待进一步优化。

综合性：1)与城市规划结合，构建“海绵城市”主要是用来调节水资源，如将城市防洪与海绵城市结合起来，则会大大减轻城市防洪压力，增大水资源利用率。但是如若通过各海绵载体的蓄水缓解城市洪涝，载体蓄水的时间大多滞后于最大洪峰流量到来的时间，因此“海绵城市”理念解决洪水的问题还有待进一步研究。2)与低碳发电或太阳能、风能、潮汐能等能量结合起来进行综合利用，将已收集到的水资源能量用来发电，或利用太阳能传送装置运输水资源等，这些都有助于城市工业化发展。3)与水土保持相结合，进行监测，通过研究构建“海绵城市”前后当地水土流失指标量，分析“海绵城市”建设的可行性。

2.2 科学研究

在建筑载体中，有部分学者从房屋结构形式方面研究了适宜种植的植物种类，如果能进一步结合气候、温度等条件的差异性，将有助于解决我国北方寒冷地区屋顶绿化的问题。对于屋顶绿化参数方面，大部分学者仅从滞留率、储水量方面研究，而对于植物种植深度与土壤厚度的最优化问题还没有明确的参数指标。

在道路载体中，除了对渗透率、渗透系数、储存率等参数进行理论计算以外，还可通过物理模型实验或软件数值模拟的方式，将这些新型透水材料的土料百分比、抗温、抗裂、拉应力、回弹力以及荷载承载力等相应参数进行指标量化。另外，目前一些城市的渗透路面是通过扩大内部孔隙率来实现的，随着孔隙率的扩大，在长时间使用过程中往往会出现孔隙堵塞的问题，因此如何进行良好的运营维护，以最大化实现其经济效益又是另一个需要考虑的问题。

在湿地载体中，湿地水质有待进一步优化，例如牙买加海湾湿地通常会吸引很多候鸟栖息，与此同时也会伴随着跳虫、蚊子等传染性害虫。湿地植物品种较为单一，目前只有中国和爪哇国的部分地区采用粮食作物在湿地上种植，若通过杂交等方式，将普通粮食作物品种改良成湿地种植品种，不仅能改善城市水资源问题，而且对改善粮食短缺问题也起到重大作用。

目前，对于“海绵城市”的数值模拟研究仅有部分学者利用SWMM软件,MIKE URBAN软件,GIS软件针对个别某一个指标参数进行模拟，无论从软件种类还是研究内容方面都远远不足。当今时代是数据时代，对于“海绵城市”的建设也应与云计算、大数据或数值模拟等现代化软件结合起来，构建一套属于“海绵城市”的数据结构体系。

3 结语

当前水资源紧缺的情况下应尽可能多的利用自然界水循环中的每一部分水体，而构建“海绵城市”成为节约水资源、缓解城市内涝的新选择。本文主要总结了“海绵城市”理念在我国建筑、道路、景观等多种载体中的应用现状，进而分析了“海绵城市”未来的发展趋势主要集中在实际应用方面与科学研究方面。

[1] DunnettN,KingsburyN.Planting Green Roofs and Living Walls[M].USA,Portland：Timber Press，2004.

[2] 孙 芳.基于海绵城市的城市道路系统化设计研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015：26-27.

[3] 段雯娟.“海绵城市”让雨水变成财富[J].生态环保，2015(4)：31-35.

[4] Setyaningsih W,Iswati T Y,SriYuliani,et al.Low-Impact-Development as an Implementation of the Eco-Green-Tourism Concept to Develop Kampung,towards Sustainable City[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences,2015(179):109-117.

[5] 李玲璐，张德顺.基于低影响开发的绿色基础设施的植物选择[J].山东林业科技，2014(6)：84-91.

Progressandprospectiveofthe“spongecity”theory★

SunWenjiaZhangKunZhengYanna*LiuXinmei

(SchoolofOceanandCivilEngineering,DalianOceanUniversity,Dalian116024,China)

This paper summarizes the application situation based on “sponge city” in the construction, roads, landscape, wetlands and many other carriers and the current situation of scientific research, and then analyzes the future development direction of the “sponge city”, which will provide the technical basis for the development and application of the concept of “sponge city”.

sponge city, road, landscape, wetland, water resourse

1009-6825(2017)12-0099-03

2017-02-11★：海洋公益性行业科研专项经费项目(201405025)；国家自然科学基金(31572663)

孙文佳(1992- )，女，在读硕士； 张 琨(1978- )，男，副教授； 刘心媚(1993- )，女，在读硕士

郑艳娜(1978- )，女，博士，副教授

TV213.9

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