中国特色海绵城市及低影响开发措施发展研究

宋嘉

（中铁第一勘察设计院集团有限公司）

1 引言

我国地形十分复杂且受季风的影响，是雨洪灾害频发并且影响范围广大的国家之一。与此同时，我国的大多城市时常又处于水资源短缺的困境之中[1]。这就使得政府不得不在水资源的合理分配问题上斥巨额资金解决。如何科学合理地解决城市水问题已经成为中外学者热议的重点话题[2]。因此，我们要以一种“大局观”全面看待城市水资源存在的问题。应尽力将降雨时所产生的雨水留住并“蓄存”在城市土地中，以此补充城市中水资源的短缺，达到一种“进出平衡”的关系，实现城市水资源就地循环，合理利用的预期目标[3]。

2 中国特色海绵城市建设发展

当今中国正在面临着众多的生态环境问题。由于城镇化的快速发展导致下垫面硬化，破坏了自然生态本底，导致逢雨必涝、遇涝则瘫[4]。城镇化的快速进程使水体的原有自然循环路径和土地的利用状况产生了改变，由此降水事件的产、汇流特性也有所改变，最终导致城市雨洪灾害。城市在发展进程中会直接或间接影响城市水环境，这对城市水资源的保护和面源污染的控制方面明显不利。城市化使城区内部的总不透水面积占比大幅度攀升，由此会引发一系列不良因素，造成城市水环境日益下降。当城市的雨洪流量增加时，流速加快，地面水位迅速提高，容易导致城市的低洼地区被洪水所淹没，由此所造成的经济和社会损失都是不容估量的[5]。

我国前期提出的城市雨洪研究方法仅仅适用于地表状况简单、产汇流面积小、管网系统单一的区域，其计算精度目前已经远远不能满足当代城市这种地面较复杂的设计要求。并且，人类活动和城市发展对城市水文循环所造成的影响也不能在计算结果中有所反应。传统的以扩大设施规模和提高设计标准的“快排”模式，早已被这个城市化进程飞速的时代所淘汰[6]。“海绵城市”的内涵是顺应城市发展规律，尊重下垫面原有特性。当城市处于降水过程中，使地表径流能够在城市空间内部得到有效的存蓄和净化。等到城市缺水时再将蓄存的水“释放”出来，从而实现雨水的自然回收与科学合理地利用[7]。因此，我们对“海绵城市”的研究就很有必要，能够达到科学合理规划的目的和要求。

为缓解由于城市化进程加快所带来的诸多“城市病”情况，自2013年以来，国务院及相关部门频频发文，要求各地开展“海绵城市”试点建设相关工作，并印发了相关的评价与考核办法，督促各城市科学合理进行建设开发，实现“自然积存、自然渗透、自然净化”的总目标。

“海绵城市”的本质就是要让城市在空间及时间尺度上对高强度降水都有很强的管控作用。从空间层面来说，将城市的绿化开放地作为雨水下渗的“通道”，以此进行滞蓄和下渗。由此改变了传统情况下大水量直接流经市政管网而进入临近的收纳水体的方式，从而大大减少了市政管网在城市暴雨期间的压力。从时间的层面来说，能够使暴雨来临时洪峰出现的时间得以推迟，给予自然及人充分的反应时间，更好地应对由暴雨所带来的雨洪灾害。同时，也为降雨径流的下渗以及后续的科学管理与利用提供了时间上的缓冲。由此使雨水在城市中的迁移更加自然，提高水生态系统的自然修复能力，维护城市良好的生态功能，达到改善城市人居环境的目的。

3 低影响开发措施发展研究

在雨洪技术模拟研究方面，早在20世纪60年代，许多西方国家便开始重点关注城市雨水控制与利用方面的内容，开发城市雨洪模型，已在全世界的范围内得到了广泛应用，并且在深入研究和实际应用过程中逐渐地检验完善。从20世纪70年代起，最佳管理模式（BMP）就取得了相当显著的成效。同时开展城市雨洪管理方面的相关研究，提出了低影响（LID）开发措施的建设管理理念。从此，LID措施慢慢地融入了新建建筑中，用以进行城市雨洪管理方面的应用。

在“海绵城市”开发建设中，LID措施作为工程建设中主要的实施手段具有非常好的成效。LID措施的合理布局作为一种有效的技术手段可为“海绵城市”的建设提供决策依据，逐渐成为城市生态文明中不可或缺的组成部分。

LID是指基于模拟自然水文的原理，最终达到削减洪峰、控制径流量、削减污染负荷的总目标，使得城市区域开发后的各种情况与区域开发前基本相同，尽量减少由于下垫面发生改变而给生态环境带来的各种不良影响。LID技术是通过利用源头控制和具体措施并进的方法，减少降雨时所产生的雨水径流量和面源污染。将现状情况下的土壤和植被进行改造，以模拟城市区域在建设开发前的自然水文状况，尽量减少区域内总不透水面积的占比，使建设开发完成后的自然水文循环尽量与建设开发前的状态保持一致[8]。其能够使城市在现状情况与开发前情况下的雨水排放比较接近，不仅降低了雨洪时的峰值流量，减慢了雨水径流的流速，并且还减少了雨洪时的径流流量[9]。

根据降雨径流的循环过程，低影响（LID）开发技术主要分三类：截流技术、下渗技术和蓄存技术。其中，截流技术可以通过增加汇流面积来达到减缓降雨过程中雨水径流速度的目的；下渗技术可以通过改变地表原有的传统铺设，让雨水径流能够透过铺设之间的空隙而下渗入土地内，同时对于雨水径流还具有过滤和净化的作用；蓄存技术能够储存一定径流量，并对其净化处理，当水量达到限度时，可以通过排溢口将多余水量排入管网内，当干旱时，则可利用雨期蓄存的部分水量供应给周边的绿地。

1）生态滞留设施

生态滞留过程一般经由植物缓冲、入渗高渗率的土壤和下渗排水这一完整过程形成。雨水径流最先进入植物缓冲带减缓流速并重新均匀分配路径，之后渗入高渗率土壤，大量的雨水径流蓄存在生态滞留设施中，下渗进入土壤的径流雨水也可以通过下渗排水系统流入管网，排入就近的水系或者是雨水综合利用设施内[10]。生态滞留设施目前主要包括雨水花园、雨水湿地、植草沟、下沉式绿地、生态树池等。

2）透水铺装

透水铺装可以降低城市中总不透水面积的占比，提高径流下渗率，同时对雨水径流的水质也具有一定的过滤净化的处理效果。一般铺设在非机动车道路的公共场地，可以用其代替传统路面，也可以与草地进行结合铺设设计。透水铺装目前通常采用透水砖、透水沥青等材料替代传统材料来进行路面的铺设，不同类型的铺设和不同的铺设方法会使径流量蓄存和污染物去除产生不同的效果。

3）绿色屋顶

绿色屋顶是选用花草树木栽植在各类建筑物的顶部，通过种植的绿色植物来滞留雨水。除此之外，在炎热的夏季能够起到降低室温的功能从而节约能源。在土地空间紧张的大城市中，城市中最大的不透水面——屋顶，其面积几乎达到了总不透水面积的一半[11]。因此，如果能够合理的将这些不透水屋顶改造成为“绿色屋顶”，那么这一举措将在城市雨水资源管理与利用方面具有非常显著的成效。

4 中国特色海绵城市建设建议及展望

中国大力发展的“海绵城市”建设与国际上所推崇的“城市雨洪管理”有着异曲同工之处，如低影响开发(LID)、绿色雨水基础设施(GSI)及水敏感性城市设计(WSUD)等。这不仅有利于水资源的可持续利用、内涝及水污染防治等工作，还能为城市人居环境创造一定的生态及经济效益。目前，全国范围内建设的“海绵城市”试点的年径流控制率及面源污染负荷削减率均已达标。可说明此举对于降低城市内涝几率，改善人居生态环境具有重大的意义。

我国的海绵城市建设应自以身适应性为基础，以水生态环境的保护与修复为目标，以经济优惠政策为促进，以各项LID措施的运维和推广为要务[12]。

4.1 加强“海绵城市”建设的适应性及规范化

各省市地区应根据自身的本底情况、经济运营程度、雨洪控制目标等，因地制宜地制定适合于本区域的“海绵城市”建设的详细政策和规定，对各项具体LID措施的设计参数进行适当调整。

4.2 以经济优惠政策促进周边居民及各单位参与“海绵城市”建设进程的积极程度

可通过政府部门鼓励其利用雨水浇洒道路、养护草坪、清洗车辆、补充人工水体及景观喷泉，使雨水资源真正做到物尽其用。

4.3 注重“海绵城市”布设措施及全系统的运维和推广

对于各项LID措施须有专门的部门及人员负责实时的检测及维护工作，保证其正常运行。通过宣传栏及网络手段对各项LID措施的工作原理，适应场景进行推广宣传，加深民众的认知程度。

虽已在各地均掀起“海绵城市”的建设热潮，但在真正推进的工作过程中，还存在不少问题。我国对海绵城市的研究和实践刚起步，现阶段仅限于试点城市的小尺度应用，缺乏雨洪管理、水生态保护和景观效应的综合研究，对雨水的概念大多仅限于储存、导排等方面，尚未综合考虑其系统性处理乃至对生态环境的作用。海绵城市战略工作的推进，应有效地为缓解我国城市内涝现象和强化雨水的收集利用，探索有效的低影响开发措施组合形式，为城市的水安全和水生态提供有效的保障。我们应充分发挥海绵城市建设在我国城镇化发展过程中的重要作用，向世界展现大国实力。