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【原創(chuàng)】“海綿城市”與城市水環(huán)境變革 ——從傳統(tǒng)城市排水到未來水資源綜合管理

發(fā)布日期：2015-05-23 瀏覽次數：150

核心提示：【原創(chuàng)】“海綿城市”與城市水環(huán)境變革 ——從傳統(tǒng)城市排水到未來水資源綜合管理

中國給水排水2021年中國排水管網大會（水環(huán)境綜合治理）邀請函（污水千人大會同期會議）

【原創(chuàng)】“海綿城市”與城市水環(huán)境變革 ——從傳統(tǒng)城市排水到未來水資源綜合管理

2015-05-22 宮徽中宜環(huán)科環(huán)保產業(yè)研究

城市是人類文明的標志，是人們經濟、政治和社會生活的中心。作為人類生存的主要載體，城市對于小到人類生活的物質水平、大到社會文明的發(fā)展方向都具有舉足輕重的影響。從全球范圍看，2008年是人類文明城鎮(zhèn)化歷史上具有里程碑意義的一年。從這一年起，超過半數的世界人口生活在城市之中。而我國城鎮(zhèn)化起步雖然較晚，源起于上個世界70年代后期改革開放，但發(fā)展速度較快，尤其是十六大召開以來，我國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速。2011年12月，中國社會藍皮書發(fā)布，宣告城鎮(zhèn)人口占總人口的比重將首次超過50%。在城鎮(zhèn)化的大背景下，我國每年有超過1000多萬人涌入城市，新建成的建筑相當于世界建筑總量的一半。

隨著過半人口進入城市，城市環(huán)境中最重要的人居環(huán)境其重要性不言而喻。然而，城鎮(zhèn)化進程以城市建設為基本要素，一方面體現著一個國家和地區(qū)經濟、社會、文化、科技水平的同時，另一方面也凸顯出了人類社會發(fā)展所面臨的諸多問題。比如空氣污染、水資源短缺等環(huán)境問題，住房緊張、交通堵塞、就業(yè)困難等社會問題，這些問題無一不威脅著城市的健康發(fā)展。其中，在城市發(fā)展過程中面對的諸多困難里，水資源環(huán)境問題帶來了最嚴峻的挑戰(zhàn)。水資源既需要提供基本的人口飲用需要，同時要滿足社會生產過程的客觀需求，還要在感官、娛樂等社會文化層面實現精神上的追求，可以說，水環(huán)境問題既是決定著城市生死存亡的基石，也是衡量社會文明水平高低的標尺，更是城市必須解決的首要問題之一。

那么，理想狀態(tài)下人類應該生活在什么樣的城市中呢?這樣一座理想的城市又應該擁有和營造一個怎樣的水環(huán)境呢？ 2010年上海世博會曾以“城市讓生活更美好Better City, Better Life”為主題，基于不同地方文明、民族文化特色和科技進展，展示了世界各國的設計創(chuàng)意和對未來城市的理解，而在現實世界中，構建更美好的城市環(huán)境依然是當前全世界面臨的實踐任務。對我國來說，2014－2020年是我國施行國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃的重要時期，而“海綿城市”概念的提出則可被視為在我國城鎮(zhèn)化過程的關鍵時期，從國家戰(zhàn)略層面為城市水環(huán)境問題提供了可供深入探討的解決方案。

海綿城市vs城市“澇”“旱”矛盾：

“海綿城市”理念的提出，從側面反映出了我國城市水環(huán)境管理方面，尤其是針對雨洪情況下的排水體系建設上尚存在重大不足。目前，“逢雨必澇”已經成為我國城市重大災害之一，北京、深圳、濟南等城市都曾發(fā)生過造成傷亡的嚴重內澇事件。深圳2008年“6•13”事件造成深圳市8人死亡，6人失蹤，受災人口十多萬人，全市出現1000多處內澇或水浸，直接經濟損失約12億元。2012 年北京“7•21”事件的暴雨內澇則更加嚴重，特別是豐臺南崗洼京港澳高速下沉式立交橋淹沒和房山區(qū)洪水、泥石流造成的災害，導致死亡78人，受災人口190萬人，直接經濟損失更是高達116億元。事實上，在過去3年，中國超過360個城市曾經遭遇內澇，其中六分之一的城市單次內澇淹水時間超過12小時。

在面臨“逢雨必澇”魔咒的同時，城市的干旱和缺水問題也越演越烈。以深圳為例，深圳光明新區(qū)年均降雨量可達到1935毫米，屬于汛期暴雨集中的城區(qū)，一方面有26個易澇點，內澇嚴重；另一方面又嚴重缺水，70%以上的用水靠從區(qū)外調動。北京市水資源緊缺局面則更為嚴峻，長期處于地下水過度開采狀態(tài)的同時，只能通過南水北調長距離調水、海水淡化等方式緩解用水缺口。隨著我國城鎮(zhèn)化進程的推進、城市人口的增加、GDP的增長和居民生活水平的提高，城市用水缺口還將繼續(xù)面臨不斷擴大的威脅。

一邊洪澇、一邊缺水的局面，反映了我國城市水資源管理中的“澇”“旱”矛盾，也凸顯了我國城市雨水利用率普遍偏低的現狀。“海綿城市”理念正是在這種背景下應運而生。海綿城市意味著未來城市在應對環(huán)境生態(tài)變化時需具備一定彈性。從效果功能上講，海綿城市針對重大生態(tài)環(huán)境變化，例如面臨雨洪時，能夠具有更廣闊的承受范圍，即更有彈性；從設計上講，海綿城市意味著城市設計和建設過程中，將更多具有蓄、排、凈水功能的建筑單元整合到社區(qū)之中，從而減小地表徑流、減輕排洪壓力的同時，實現對雨水的有效富集利用，緩解水資源緊缺局面。

海綿城市vs水泥城市

海綿城市引發(fā)了針對傳統(tǒng)雨洪排水理念的再認識。傳統(tǒng)的觀念認為，我們需要用更快的速度、更高效的手段來實現雨水的收集并排出城市。人們仿佛認定了雨水是惹人厭煩且不受待見的“包袱”，所以管網都盡量埋入地下，以“眼不見心不煩”的形式，在視線之外實現排水功能。在具體手段上，城市建設過程中密如蛛網的道路、林立的建筑物和浩繁的排水管網系統(tǒng)承擔了雨水收集和排水任務。冰冰冷冷的集水排水模式堪稱“水泥”城市。不可否認，水泥城市的模式雖然建設周期長、投資大，但在承擔城市防澇方面，尤其對于保障大型城市防洪安全上起到了決定性作用。法國巴黎、日本東京的下水道建設就是堪稱“水泥城市”的世界典范。

巴黎的地下排水管道

東京的地下排水管道

近代下水道的雛形脫胎于法國巴黎，法國文豪雨果曾在《悲慘世界》中寫道，下水道是“城市的良心”。今天的巴黎下水道總長2300多公里，規(guī)模遠超巴黎地鐵。大部分排水管道處于地面以下50米，擁有超過6000多個地下蓄水池，且管道設計采用多功能設計理念，中間是寬約3米的排水道，兩旁是寬約1米、供檢修人員通行的便道。日本東京的現代地下排水系統(tǒng)雖籌建相對較晚，于1963年開始興建滯洪和儲蓄雨水的蓄洪池，并在1992年開工了“第二代城市下水總體規(guī)劃”的建設，2006年竣工。但系統(tǒng)規(guī)模宏大，由一連串混凝土坑體構成，地下管道深達60米，號稱“地下宮殿”，以保障東京受到臺風雨水災害侵襲。

海綿城市與水泥城市其實并不相悖，而是辨證統(tǒng)一的。在保證防澇排水安全的前提下，海綿城市的設計理念通過低影響設計和低影響開發(fā)的原則（Low impact design or development, LID），避免地表凈流量大幅度增加，從而緩解排水道壓力，同時充分利用城市內部各種蓄水、凈水設計，實現雨水的收集和再利用。海綿城市的理念體現了排水防澇思路的轉變，以解決城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境的協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展為目標，代表著未來城市建設水資源管理的發(fā)展方向。事實上，不同國家在探索未來城市雨洪管理中或多或少也體現著海綿城市的理念。

德國近年來推廣新型雨水處理系統(tǒng)“洼地——滲渠系統(tǒng)”，通過就地設置洼地、滲渠形成分散的雨水處理系統(tǒng)。利用低洼草地中短期儲存和滲渠中的長期儲存，減少了因城市化而增加的雨洪暴雨徑流，同時由于及時補充了地下水，可以防止地面沉降，從而使城市水文生態(tài)系統(tǒng)形成良性循環(huán)。在徑流流動與貯存上，具體分地下管道和地表明溝兩種形式，其中地下雨水管線不僅要考慮雨水傳輸，同時還要考慮儲存雨水和減緩洪峰的功能；地表明溝則既考慮了雨水輸送的功能，也考慮了對構造城市景觀的作用，通常是將其模擬為蜿蜒曲折的天然河道。最終，雨水的輸送儲存與城市景觀建設和環(huán)境改善融為一體，既有效地利用了雨水資源、減輕了污水處理廠的壓力，又有效地改善了城市景觀。新加坡則將對雨水的收集和利用推動到了極致。受限于本國極端缺水的國情，新加坡將雨水收集樹立為本國四大水源之一，同時通過統(tǒng)一城市規(guī)劃，利用雨污分流的方式，建設獨立的雨水溝道、雨水干道和位于海邊的地（水）下式大型蓄水庫，最終計劃將新加坡陸地面積的90%都建設成雨水集水區(qū)。

海綿城市vs數字城市/智能城市

海綿城市的建設，“水”是關鍵詞，具體包括城市自然水系、城市給水、排水、防洪排澇、再生水使用、地下水回灌等等。隨著物聯網、云計算、大數據等信息技術手段從概念走向現實，未來城市發(fā)展呈現數字化、智能化。而海綿城市一改傳統(tǒng)城市粗獷的雨水收集-排放模式，通過精細化的城市空間設計、分散式的海綿體布置，力爭使城市具備彈性應對蓄水、凈水和排水的功能。這一方面在管理水平上，對雨水徑流量的分析、預測、監(jiān)控和管理都提出了更高要求，另一方面，也為未來水環(huán)境管理領域實現數字城市和智能城市的建設發(fā)展提供了著手點。具體來說，海綿城市“滲、滯、蓄、凈、用、排”的理念，在水量上，需要數字化測定、管理或設計綜合徑流系數、可滲透地面面積比例、雨水調蓄標準（以mm降雨計）和雨水調蓄總容積、地下水埋深、天然水域面積保持程度、雨水利用量、替代城市供水比例、公共供水管網漏損率，污水再生利用率等；在水質上，也需要數字化監(jiān)測不同時空分布下的水體水質情況。

綠地等海綿體的兩種設計分布方式：傳統(tǒng)粗獷集中分布（左）和未來精細分散式分布（右）

海綿城市vs中國未來城市水環(huán)境

筆者相信，海綿城市的實現絕非遙不可及的新鮮事。事實上，我國城建史上可以追尋到諸多海綿城市的影子。比如從某種意義上看，北京城在歷史上便可視為海綿城市的典范。北京城曾經河湖縱橫、清泉四溢、稻花飄香、禽鳥翔集，從諸多地理區(qū)域的命名上便可見一斑。以海淀區(qū)為例，僅帶有“河”的地名便有“萬泉河、肖家河、清河、北安河、金溝河路、永豐西河村、西北旺東河、紫金長河、旱河路、南沙河、長河灣、二河開、上河沿、安河橋、昆玉河、上河村、北玉河”等。帶有“湖”的地名有“昆明湖、八一湖、稻香湖”等。帶有“泉”、“塢”的地名有“香泉橋、溫泉鎮(zhèn)、海淀泉莊、香泉環(huán)島、雙泉堡、冷泉、玉泉山、玉泉路”和“南塢、中塢、北塢、太舟塢”等，不一而足。

這些遍布海淀的“河、湖、泉、塢”的存在，客觀上正起著海綿城市的基本要素——海綿體所起的作用。而在社區(qū)設計方面，北京四合院講究綠化，院內植樹種花，再加上盆栽水養(yǎng)的花草和院落中階前、階后的花圃設計，在營造庭院美景的同時，也體現了針對雨水的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，正是可供海綿城市參考的范例。

營造健康、綠色、宜居的城市水環(huán)境是全世界共同面對的挑戰(zhàn)。“以世界的眼光看中國問題”，我國未來城鎮(zhèn)化建設必須擺脫傳統(tǒng)城市建設思路，追求可持續(xù)的人與自然和諧發(fā)展模式。而“以中國的眼光看世界問題”，海綿城市是我國推行城鎮(zhèn)化建設過程中自行提出的，以實現資源環(huán)境可持續(xù)協(xié)調發(fā)展為目標的城市建設理念。可以期待，海綿城市理念的實踐應用，伴隨著順應自然、社區(qū)友好、與自然和諧共處的低影響城市建設發(fā)展模式，必將對所有城市居民帶來深入的積極影響。

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