浅谈海绵城市在北方寒地建设中的现存问题

林英姿 杨丞南 王汉卿 杨 红

（1吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室 吉林长春 130118 2吉林建筑大学市政与环境工程学院 吉林长春 130118 3中国建筑东北设计研究院有限公司 吉林长春 130118）

引言

近年来，城市洪涝灾害频发，地下水位得不到补给，水资源短缺和污染问题日益加重，2011年，内涝在全国范围内带来的经济损失高达四千亿元[1]；2012年，全国遭遇内涝灾害的县级以上城市有184个[2]；2016年夏季，全国29个省受到洪涝灾害影响，受灾灾民高达8000万人，造成直接经济损失大约为1440亿元[3]，由此可见，我国目前所面临的水环境问题相当严重，海绵城市的提出正是针对以上一系列情况，旨在综合而系统性的解决我国所面临的水环境问题[4]。

我国国土广阔，地域差异和南北方气候特征差异较大，海绵城市建设也会面临不同问题，北方地区寒冷干旱，降雨主要集中在夏季，大规模降雨量的集中使北方城市夏季洪涝灾害频发，由于地表硬化和降雨的高度集中，大部分雨水流入市政管网最终排入河道，地下水位得不到补给，所以内涝和干旱是北方同时存在的两个问题。北方城市独有的寒冷气候特征也会给海绵城市的建设提出新的难题。

海绵城市在我国发展时间较短，属于新兴时期[5]，新问题的发现与讨论意义重大，针对性问题的提出和讨论会为今后的实践与建设提供理论基础。

1 北方地区建设海绵城市的必要性

部分相关人士认为，南方雨季较长，易发洪涝灾害，海绵城市建设发展空间大，而北方地区天气寒冷干燥，海绵城市建设意义不大，其实不然，海绵城市要解决的问题可以总结为以下几个：小雨时不积水、大雨时不内涝、水体不黑臭、热岛效应有缓解[6]。其中水体黑臭与城市热岛问题是北方城市普遍存在的，至于积水和内涝问题，在极端气候越来越频繁以及城市地表硬化双重不利因素的影响下，北方城市也不能幸免于难，2012年北京发生7.21特大暴雨[7]，全市的平均降雨量170mm，城区的平均降雨量215mm，降雨时间为16h，共造成房屋倒塌10660间，受灾人口190万，其中死亡人数79人，25条10千伏架空线路发生永久性故障，暴雨使城市俨然成了"地面海，给全市带来了116.4亿元的直接经济损失。

由此可见，内涝问题在北方地区已相当严重，水体治理也是北方城市急待解决的问题，北方地区建设海绵城市势在必行。海绵城市是城市雨洪管理概念中新兴的一代[8]，这意味着城市应该具有"弹性"，能够适应环境变化，应对雨水造成的自然灾害。下雨时，它应该吸水，储水，渗水，净水，在需要时“释放”并使用储存的水。[9]又称“水弹性城市”。国际术语是“低影响发展雨水系统的建设”[10]。生态优先应该是海绵城市建设的原则[11]，结合人工措施和自然手段[12]，在确保城市安全排水和防涝的前提下，最大限度地提高城市雨水的积累和渗透、并净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护[13]。

2 我国北方寒地海绵城市建设存在的问题

目前海绵城市虽已得到国家水利部、住建部的积极推进[14]，但由于研究时间较短、涉及研究学科跨度较大等原因，再加上我国北方独特的地域气候特征，海绵城市在推动中仍存在一定问题[15]，海绵城市的研究与建设也将面临巨大挑战。

2.1 北方城市雨水处理现状

近年来，北方城市发展迅速，地面硬度也有所增加，污水量增加，雨水渗漏难度加大。径流系数从原来的0.5增加到0.6～0.7，地表雨水也迅速增加。传统的雨水排水系统直接将收集的地表径流排入河道，合流制区域内的雨水大部分通过市政管网进入污水处理厂，以传统的方式与污水一起进行处理，最后排入河中，这种常用的雨水处理方式导致大部分雨水通过排水管网排入河道，成为无法补充地下水的河流径流，地下水短缺不断加重。雨水系统的不够完善，导致雨水资源被浪费。

此外市民普遍对雨水利用认识不足。目前虽然人们的节水观念逐渐提升，但是仍然没有树立起城市雨水利用的超前理念，市民对雨水利用的意义认识不清晰，节约资源、保护水环境的意识比较差，公众参与意识淡薄。[16]

2.2 北方寒冷地区对海绵城市建设的局限性

首先北方降雪量大，为保证机动车及行人正常通行，常使用融雪剂，其主要成分为氯盐和醋酸钾，随着雪水渗入地面会对地面以及浅层地下水造成污染。如果这些雪水渗入海绵城市蓄水模块，并使用这些水进行浇灌，会使植物根部水分中的盐浓度增加，打破其原有的渗透平衡，植物为了维持渗透平衡，细胞内的水分和养分就会“反常”地向外渗透，当“体内被掏空”后，便植物形成不可逆的伤害，最后导致死亡。除此之外，额外增加的盐分，使土壤肥力原本就不强的城市绿地土壤更加贫瘠，导致土壤板结，阻断了根系与空气、水分的“连接通道”。过多的盐分还会对植物的毛细根有很大程度的损害，影响根部的生命活力，降低植物对可溶性盐的正常分解能力及忍耐能力，逐渐形成了一种恶性循环[17]。这一系列的影响使北方地区海绵设施部分功能和绿化难以完成。

其次，北方地区冬季漫长，天气寒冷，东北地区冬季气温可达到零下三十几度，黑龙江省漠河县最低温度可低至零下四十几度，如此严寒气候使得许多海绵设施无法使用，例如绿色屋顶，普通的透水铺装等，海绵设施应用于北方地区时需先进行冻融实验，这就使得北方地区在海绵设施应用方面具有一定的局限性。

2.3 现行法规针对性应进一步强化

我国北方寒冷干旱，与南方城市之间的降雨量、土壤特性、气候特点存在明显差异，不同地区所存在的关键性问题也并不相同，部分城市水污染严重，部分城市洪涝灾害频发，针对各种不同地区不同情况，可以发现在国家政策层面上，一方面不断提供海绵城市建设财政支撑，另一方面也不断更新规范标准以指导海绵城市的建设。但目前在海绵城市法规中要求的部分设施构造及相关参数等方面并没有考虑各地区不同水文地质条件、气候状况、经济发展水平等情况，多数现行法规中仅提及要考虑具体因素确定方案，针对不同城市的设计参数，针对北方地区建设海绵城市的的指导性法规，需要相关部门进一步强化。

2.4 海绵城市建设是一项长期工程

在《关于推进海绵城市建设的指导意见》[19]中要求城市70%的降雨量要能够原地消纳与利用，到2030年要求达到80%以上。这意味着自我国自2015年第一批海绵城市试点确立后，仅5年时间海绵城市建设要初见成效，15年海绵城市建设基本完成，而海绵城市的建设是涉及前期规划设计、中期建设施工、后期运行与维护管理等多个阶段，时间期限短使海绵城市建设难度更为增加[20]。

2.5 需要科学性的结果预测与评价

海绵城市建设的目标之一是使城市开发建设后的水文特征接近开发前[21]，《海绵城市建设指南》中也多次提到有条件的情况下可使用水文计算和模型模拟来研究海绵城市的控制指标、设施规模和年径流总控制率目标，但有些项目在规划设计前没有进行这项工作，这将使海绵城市建设的最终实施效果难以预测和实现。在实施效果评估方面，目前根据“海绵城市建设绩效评估与评估方法(试行)”[22]、“海绵城市建设指南”和与雨洪有关的规定，判断设计是否合理。其中所涉及的评估方法和评估指标很多，规范要求和指定参数的分布是分散的。难以整合出完整且具有科学性的评价体系，针对北方地区兴建的海绵设施更是需要针对性的考核与评价，来验证其是否能经受住严寒天气而发挥海绵体应有的作用，综上所述，为了保证海绵城市建设最终实施效果得以达到建设目标，需要建立完整的海绵城市实施效果预评价体系。

3 北方寒地海绵城市建设的总结与展望

无论是工程界、学术界还是政府管理者都已经清晰认识到原来的单一目标、高污染、高碳排放、粗放型的雨水排放模式已经难以为继，海绵城市的发展势在必行，但我国海绵城市建设过程中由于推行时间较短而面临诸多问题，尤其像北方地区这种地域特征明显的地区，更是需要具体问题具体解决，这些问题需要政府职能部门工作人员、城市规划师、市政工程师、景观设计师等各行各业从业人员共同解决，同时海绵城市的建设也需要积极吸取国外雨洪体系建设的成功或失败经验[23]，但不可完全照搬，应针对我国具体情况因地制宜的适当借鉴，以应对我国海绵城市建设出现的问题。

结语

海绵城市的建设绝非能一蹴而就，是一个长期而艰巨的系统工程，需要各个学科专业人士积极配合，统筹协调，在真正落地实施前必须经过前期科学的项目背景分析和结果预测评价，我们要让海绵城市建设真正成为"美丽中国"和未来"绿色城镇化"的有力抓手和一种长效机制，充分发挥其对我国的城镇化和城市建设发展过程中的历史作用，为我国人民共谋福祉，共创安康美好环境[24]。