城鎮水生態文明建設低影響發展模式與對策探討

劉昌明，王愷文

（1.中國科學院地理科學與資源研究所陸地水循環及地表過程重點實驗室，100101，北京；2.北京師范大學水科學研究院，100875，北京）

城鎮水生態文明建設低影響發展模式與對策探討

劉昌明1，2，王愷文1

（1.中國科學院地理科學與資源研究所陸地水循環及地表過程重點實驗室，100101，北京；2.北京師范大學水科學研究院，100875，北京）

我國經濟建設快速發展，城鎮化過程穩步推進，人民物質生活水平普遍提高，隨之帶來的各種“城市病”也備受關注。城鎮生態文明建設由此成為城鎮化發展的主要方向。城市內澇問題是新型城鎮化建設的核心問題之一，備受黨中央的高度重視。為實現習近平總書記提出的“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”這一戰略目標，結合多年水文地理科研實踐，提出宏觀、中觀、微觀三個不同層面的城鎮水生態文明建設低影響發展模式，并根據我國現存水資源安全問題給出若干維護城鎮流域良性水循環的對策、建議，旨在綜合解決城鎮突出的水生態安全問題，為建設人水和諧、生態健康、安全宜居的中國特色社會主義現代化城市提供參考。

城鎮水生態文明建設；低影響發展模式；海綿城市；水生態安全；城鎮流域良性水循環

現在我國仍然是世界上最大的發展中國家，人均國內GDP僅相當于全球平均水平的2/3、美國的 1/7，可見我國仍要以經濟建設為中心，把集中力量發展社會生產力放在首位。目前全國城鎮常住人口為7.7億人，城鎮人口占總人口比重為56.1%，預計2030年將趨近或超過70%，估計城鎮GDP占全國的比例將由目前的75%增加到95%。在可以預見的城鎮化發展趨勢下，2015年12月14日，中共中央政治局會議重點部署了城市工作，強調城鎮化是現代化的必由之路，既是經濟發展的結果，又是經濟發展的動力。根據諾瑟姆曲線，我國已進入城鎮化高速發展時期，大規模的城鎮建設與開發將改變自然生態條件，產生一系列的城鎮環境問題，特別是水生態退化與水污染將直接影響人居環境，危及億萬人民的生活與健康。為此國家出臺了《國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》（國辦發〔2013〕23號）、《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》（國發〔2015〕17號）、《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》（國辦發〔2015〕75號）、《中共中央、國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》等多項政策和建議。2014年10月，住房和城鄉建設部正式印發了《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建 （試行）》，2015年水利部制定了《水利部關于推進海綿城市建設水利工作的指導意見》，以指導各地海綿城市建設。目前已有30座自然和社會經濟條件差異顯著、各具代表性的城市被選定為全國海綿城市建設的試點。海綿城市建設已成為我國城鎮化進程中的一項重要戰略。

從城鎮水生態維護的角度看，必須未雨綢繆，探索基于生態安全的低影響發展（LID）模式，維護城鎮良性水循環，集中力量解決城市防洪排澇問題，控制面源污染，實現雨洪資源化利用，這對全國范圍內的生態文明建設有重大意義。

一、城鎮化對水生態系統的主要影響

城鎮化改變了城鎮流域自然地理要素的循環過程。城鎮流域下墊面的改變，直接影響了城鎮范圍內的大氣循環，水循環過程改變了城鎮地區的水轉換規律。地表光學、熱力學性質的改變產生了城市熱島、雨島效應，形成了城鎮流域復雜的降雨、蒸發特性，增加了城市特別是特大城市極端降水事件發生的頻率；自然的土壤、植被下墊面被硬化路面取代，徹底改變了流域的產流特性，建成區的下滲能力顯著降低；硬化路面與河道渠化加快了匯流排水速度，增加了暴雨徑流峰值，導致城市暴雨內澇風險加劇，自然低洼處的硬化路面更是成了危害城市安全的暴雨積澇點。據住房和城鄉建設部2010年對351個城市專項調研顯示，在2008—2010年間62%的城市發生過內澇，災害超過3次以上的城市有137個。

城鎮化地區人類活動劇烈，人與自然關系復雜，生態、環境破壞嚴重，城鎮水生態系統自我修復能力差。城市建成區的不斷擴張，大面積阻斷了自然土壤對天然降雨的吸納，阻斷了包氣帶土壤水分的垂向運移，極大減少了城鎮流域生態蓄水的補給；城鎮化進程的推進，直接增加了工農業、生活用水的需求量，城鎮用水壓力極大，導致了河流、濕地等自然系統的生態功能用水緊張，生態系統退化嚴重。城鎮化一方面增加了多種污染物，另一方面又破壞了天然土壤—植被綜合體，嚴重影響了自然生態系統對污染的凈化能力，導致雨水徑流中的TSS、COD、TP、TN、重金屬等污染嚴重。最近研究表明，與美國相比，我國許多城鎮非點源污染各主要污染物平均濃度偏高，并且高于我國地表水環境質量Ⅴ類標準，以北京為例，TSS、COD、TP、TN的超標倍數分別為3.89、13.55、3.35和15.97。在屋面、道路、綠地等3種主要的城市下墊面中，路面徑流水質最差，有研究表明道路次降雨徑流量約為25%，卻產生了40%～80%的污染物。

城鎮化對水循環和水生態系統的影響，可以認為是城鎮水生態系統的物理性和生態、環境問題。因為水生態系統直接關系人類社會系統的安全性和穩定性，上述問題直接導致了城鎮人居環境的脆弱性。我國水資源地區分布不均，水資源分布與土地資源和生產力布局不匹配，半干旱、半濕潤地區城鎮化的快速發展，使城鎮面臨空前的用水壓力，特別是我國北方城鎮對地下水的開采量，遠遠大于地下水的自然補給能力，致使地下水嚴重透支，加劇城鎮用水危機。由此可見，城鎮水生態文明建設必須要根據不同區域的自然地理特征，對癥下藥。城市建成區的“灰色”市政排水工程通過人工渠道化將徑流迅速排放，使得水生生境減少，大量雨水資源流失，城鎮地區亟須健全節水型生態基礎設施，合理布局LID節水措施。總而言之，在水生態文明建設的背景下，脆弱的人居環境是一個包含地理、社會、工程等諸多方面的綜合性問題。在快速大規模城鎮化進程中，維護城鎮人居環境和提高居民生活質量一直是我們面臨的嚴重挑戰。

二、城鎮水生態文明建設模式探討

城鎮化流域水循環改變所引發的一系列水安全問題已引起中央的高度關注。2013年12月，習近平總書記在中央城鎮化工作會議上明確指出，“在提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮更多利用自然力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市。”其中城鎮的水災害防治、水資源利用、水環境治理和水生態保護是海綿城市建設的重要內容，河湖水系和地下水系統是重要組成部分。

水循環是連接自然生態系統和人類社會系統的重要紐帶，系統間相互作用的復雜性需要我國城鎮在水生態文明建設中從多個層面綜合考慮，科學規劃、建設與管理，集中解決城鎮水生態系統的物理性，生態與環境和地理、社會、工程性三個方面的問題。

不同層面或尺度建設模式的劃分，要綜合考慮區（流）域間、區（流）域內差異，不同規模生態基礎設施和LID措施的適用范圍。建設模式應努力做到維持區域水循環完整性，恢復、增強土壤—植被綜合體的滲、滯、蓄、凈等生態功能，結合使用自然生態措施和工程技術措施，逐步實現海綿城市的雨洪調控、污染防治、雨水利用、高效節水等功能。

宏觀層面著眼于整個城鎮流域或所在區域的水循環完整性，分析區域性水安全格局。在解決大流域尺度及區域間、區域內物理性、生態與環境問題方面，需要結合地理信息系統、遙感技術、水文學、生態學、災害學、景觀規劃等多學科知識，進行水資源量、水質、洪澇等多重風險分析，為城市總體規劃提供理論依據。在工程實踐中，需要城市規劃、土地利用、水利等多個部門協同工作，劃定水生態恢復區、禁建區等多種生態功能區，總體把握城市生態建設與恢復的方向。宏觀統籌對于維護良性的城鎮水循環至關重要，既可以緩解人類活動對自然水循環的進一步破壞，又可以協同海綿系統的建設。北京大學俞孔堅教授的團隊從景觀生態與城市規劃的角度分析了北京市綜合水安全格局與水生態基礎設施，同樣肯定了宏觀尺度水生態安全格局分析與城市總體規劃結合的重要性。

中觀層面主要從城鎮、縣區或其他城市功能區尺度上進行研究，合理布局、建設維護良性水循環的LID模式。在解決城鎮總體及其不同功能區的物理性、生態與環境問題方面，應結合宏觀尺度的風險分布和水生態功能格局，用流域水文模型、系統調控、空間優化等方法，定量分析不同LID措施（如綠色屋頂、植草溝、植物滯留系統、雨水濕地等）布局對水量、水質的響應能力，為海綿城市的具體建設和詳細性規劃提供理論支撐。在工程實踐中，需要探明城市各種防洪排澇設施的排水、蓄水能力，因地制宜地建設多種LID措施，達到消納局部產水和減輕雨水徑流污染負荷的目的；為緩解極端降雨事件對城鎮的影響，應結合使用城鎮水系、濕地和LID措施等進行排水和調蓄，提高城市的內澇防治能力，恢復城鎮生態蓄水能力。劉昌明等從良性水循環理念的角度出發，針對城市防洪排澇、面源污染控制以及雨洪資源化利用等三大核心問題，以城市雨洪模擬技術和LID優化方法為重點，探討了支撐海綿城市實施的關鍵技術方法，構建了相應的城市雨洪模型，并為首批海綿城市試點——常德市的LID措施布局提供了重要的技術參考。

微觀層面是指對LID具體措施，也就是對海綿城市建設中的 “海綿體”進行機理性研究和應用，具體研究實現海綿城市“自然積存、自然滲透、自然凈化”功能的關鍵技術。需要加強機理性研究，特別是分層土壤—植被系統的降雨入滲、土壤水分運移、地下水出流、污染物削減規律的研究。不同LID措施下墊面的產流特性研究是定量分析“自然滲透”的基礎，考慮蒸發和再分布的土壤水運移規律是定量分析“自然積存”的根本，求解分層土壤—植被綜合體的彌散對流規律是定量分析 “自然凈化”的關鍵。在工程實踐中，點尺度核心理論的研究對于城市建成區點、線形LID措施的再設計有重要意義；水循環基本理論的應用也對城鎮擴張區面狀生態基礎設施或公園、濕地的設計、科學評估提供重要依據。俞孔堅教授提出的“大腳革命”，也啟發了筆者在LID建設過程中要考慮將景觀設計、生態學、水文、水力學相結合，保證LID措施的美學性、生態性和科學性。

三、城鎮水生態文明建設對策

針對我國現存的水生態安全問題和維護城鎮流域良性水循環的緊迫性，筆者根據城鎮化生態文明建設具體實踐，基于宏觀、中觀、微觀三個層面海綿城市建設模式的研究，提出對城鎮水生態文明建設若干問題的認知和對策，僅供商榷。

1.良性水循環的維護是海綿城市建設的基本原理

城鎮化發展帶來的水生態安全問題主要有三個，即洪澇災害、初雨污染與供水壓力。上述問題的動因是城鎮降雨及下墊面的變化。前者主要受氣候變化的影響，后者則是因為各種城市建筑設施改變了天然水循環，主要是水循環的下滲與土壤水再分布過程。下滲的變化又聯動著前述的三個水問題，關系密不可分。眾所周知，城鎮降（暴）雨徑（產）流是水循環的基本過程（從水文學科來講，包含在城市水文學學科中），所以從城鎮水循環角度考慮，堅持維護良性水循環過程是海綿城市建設的基本原理。

2.區域統籌，因地制宜地規劃全國海綿城市建設

自然地理環境的差異決定了水循環機理的不同，在認識區域自然規律的基礎上，宏觀層面的統籌規劃能夠保證全國海綿城市建設協調統一。具體實踐中需要針對全國重點、試點城市自然與社會經濟條件的不同，以及功能、發展規模的差異，依據氣象水文、地形地貌特征等多個因素，分析全國各區的洪澇、初雨污染與供水等問題的風險狀況以及水生態安全格局。就目前全國30個海綿城市試點來看，自然與社會經濟條件以及城市發展規模等要素差別懸殊，例如其中超大城市與小城鎮的人口可相差40～50倍（北京與固原），其他條件亦然。另外，城市建成區自身的水生態條件與其上游流域及流經河流的水情也關系密切（如武漢市并不單純與其建成區的“海綿”有關，還與湖泊濕地及流經的長江、漢江的水情有關）。總之，海綿城市的建設需要因地制宜。還應指出的是，自然與社會經濟條件的地理分異性也為海綿城市的理論創新和科技研發提供了巨大的空間。

3.基于生態安全與維護人民健康的L ID措施布局與管理

在全球氣候變化的大背景下，城鎮化的快速發展使城鎮水循環過程更加復雜，自然流域的水循環規律并不能直接移植應用到城鎮流域，這樣一來，實現“人水和諧、生態健康、城市安全”的目標任重而道遠。在中觀尺度上，定量分析LID措施的功能性指標及合理布局是建設海綿城市的關鍵；健全城市內澇積水和鄉鎮暴雨洪水預報響應機制是保護人民生命財產安全的重要手段；維護、管理LID設施才能更好地實現民生水利，保證海綿城市提升城鎮人居環境質量，長遠惠及民生。

4.加強海綿城市L ID措施的工程、材料、綜合調控方法等方面的創新

研究微觀尺度的 LID措施產匯流特性、土壤水運移規律是理解海綿城市下墊面水文過程的核心，結合我國實際情況，進行基本理論創新是海綿城市科學研究的核心；海綿城市建設需要生態措施、工程措施并重，還需要進一步完善和創新LID措施的材料、設計和調控方法等，并吸取美國、德國、英國、日本、澳大利亞等發達國家城市雨洪管理的先進經驗，結合我國城市建設實際問題，在海綿城市雨洪模擬、LID措施優化設計、LID措施工程布局、海綿城市效果評估等方面取得具有中國特色的科技創新。

總體來說，我國海綿城市建設應結合宏觀、中觀、微觀三個層面協同發展，維護城鎮流域水循環的完整性，因地制宜地合理布局城鎮化LID設施，加強“海綿體”水循環各個環節機理的創新研究。不僅要利用水文、水力、生態、城市規劃學知識實現海綿城市“自然積存、自然滲透、自然凈化”的功能，還應結合景觀規劃、設計等新的方法、理念，修復原有自然形態，保護現有生態環境，提高城市環境的宜居性。

四、結語與建議

本文主要探討了城鎮水生態文明建設的低影響發展模式和對策，提出了宏觀、中觀、微觀三個不同層面的發展理念，并根據我國現存的水生態安全問題，給出了若干維護城鎮流域良性水循環的對策、意見。筆者結合多年水循環科學研究經驗認為，要實現習近平總書記提出的“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”這一戰略目標，深入理解“城市海綿體”下滲、匯流、土壤水運移機理是核心問題，把握多層土壤—植被綜合體的蒸發、土壤水再分布和溶質運移規律是合理布局LID措施、最大程度發揮其功能的關鍵。城鎮水生態文明建設還需要綜合運用水文、水力、地理、生態、城市規劃、景觀設計等多個學科的知識，結合生態和工程等多項措施，需要水利、城市規劃、土地規劃等多個部門協同工作，共同建設人水和諧、生態健康、安全宜居的有中國特色的社會主義現代化城市。

最后提出兩點關于海綿城市建設的建議：

①我國城鎮化發展的趨勢表明，未來將有 10億以上人口集中于城鎮。如何解決水安全問題，科學地進行城鎮水生態文明建設，中央已明確了海綿城市的建設任務。新的建設方針需要參考不同發達國家的經驗，如美國的綠色基礎設施、英國的可持續排水系統、澳大利亞的水敏感城市設計等均為不同國情下的城鎮化低影響發展模式。我國的自然地理要素空間分異性強，更應該依托試點城市，因地制宜地拓展全國不同區域海綿城市建設，特別要增強科技創新，加強實驗監測與評估，組織國家重大專項科技研發。

②總體上以國家生態文明建設為宗旨，強調海綿城市建設的城鎮水生態維護與修復。由于海綿城市建設的相關問題綜合性強，涉及各建設部門與各相關領域的科技工作，所以需要非常廣泛的協作與統籌，深入加強產、學、研、政、用的協同工作，特別要合理利用社會資本，注重政府和社會資本合作（PPP）的發展模式。 ■

[1]劉昌明，等.維護良性水循環的城鎮化LID模式：海綿城市規劃方法與技術初步探討[J].自然資源學報，2016（5）.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家發展和改革委員會，中華人民共和國財政部.城市排水與暴雨內澇防治設施建設的指導意見[EB/OL].http://www.membranes.com.cn/ xingyedongtai/zhengcefagui/2015—01—20/18276.html，2012—12—26.

[3]趙磊，等.合流制排水系統降雨徑流污染物的特性及來源[J].環境科學學報，2008（8）.

[4]酈建強，等.我國水資源安全現狀與主要存在問題分析[J].中國水利，2011（23）.

[5]俞孔堅，等.“海綿城市”理論與實踐[J].城市規劃，2015（6）.

[6]楊曉華，等.DNAPP方法在植物滯留系統植物優選中的應用 [J].人民黃河，2013（11）.

責任編輯楊軼

Discussions on the low impact development patterns and strategies of urban water ecological civilization construction

Liu Changming,Wang Kaiwen

The rapid development of economical construction and urbanization not only improves the material life of people,but also leads to some city diseases.Urban ecological civilization construction has become the main direction of urbanization.The water logging problem has been one of the core problems in further urbanization,which attracts high attention from central government.In order to accomplish the strategic goals presented by general secretary Xi Jinping that is building“sponge city”that water can be stored and penetrated naturally and self-purified,according to many years of scientific research,this paper presented three levels of countermeasures that regarded with macro,medium and micro-view of low impact development patterns in urban water ecological civilization construction.According to the existing problems about water security,this paper gives some ideas and suggestions to maintain a benign water cycle in urbanized watershed,for building a modernized city which is harmonious coexistence between man and water, ecological health and livable environment.

urban water ecological civilization construction;low impact development patterns;sponge city;hydroecological safety;benign water cycle in urbanized watershed

南昌市贛江兩岸新景

TV+X171.4

：B

：1000-1123（2016）19-0001-04

2016－09－08

劉昌明，中國科學院水問題聯合研究中心專家委員會主任，北京師范大學水科學研究院教授，中國科學院院士。