西方海綿城市建設的理論實踐及啟示

車生泉

【摘要】海綿城市建設是實現我國生態文明發展國家戰略的重要對策，是解決城市洪澇災害和水資源短缺的重要途徑，是城市生態系統穩定，優化城市生態體系，城市生態健康的重要舉措。自上世紀70年代以來，國外發達國家針對城市水環境安全問題進行了理論創新和技術實踐，包括美國的BMPs、GI、 LID， 德國的NDS，英國的SUDS，澳大利亞的WSUD，歐盟的WFD，分別形成了效仿自然排水方式的城市雨洪可持續發展理論、技術和管理體系。當前，我國還存在雨水管理法律法規不完善、管理制度不健全、市場激勵機制缺乏、技術力量薄弱及公眾意識淡漠等問題，發達國家已經成熟的雨水管理經驗值得我們借鑒。

【關鍵詞】海綿城市 低影響開發 綠色基礎設施

【中圖分類號】 C912.81 【文獻標識碼】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2016.21.005

自本世紀以來，隨著我國城市化進程加快，導致了河流、湖泊、綠地等生態環境不同程度地受損，如地面不透水硬化面積增加，破壞了城市原有的自然生態系統和水文特征。城市開發建設后，原本可以大量滲入地下的雨水在短時間內形成徑流，經管渠、泵站等灰色基礎設施快速排放，往往造成排水系統不堪重負而發生內澇，大量雨水不能入滲和有效利用。在傳統的雨水“快排”模式中，除蒸發和少量的下滲外，徑流的排放量超過80%，造成了雨水資源的大量流失和城市內澇，帶來了城市洪澇和缺水的雙重問題。我國的城市普遍存在內澇、水生態環境惡化、水資源流失、水環境污染、水安全缺乏保障等一系列問題。

“海綿城市（Sponge City）”是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。在海綿城市建設過程中，應統籌自然降水、地表水和地下水的系統性，協調給水、排水等水循環利用各環節，并考慮其復雜性和長期性。海綿城市建設是實現城市雨水可持續管理的重要途徑，首先是保護和恢復城鄉重要海綿體，如河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等水生態敏感區域；保護水源涵養地、林地、草地等具有較高雨水調蓄能力的綠地要素，維持城市的自然水文特征。其次是合理控制開發強度，并通過低影響開發設施，促進雨水的滲透、儲存和凈化，最大限度地維持或恢復城市開發前的自然水文循環，實現城市雨水的可持續管理。海綿城市與智慧城市、園林城市、生態園林城市、生態城市、宜居城市、氣候適應性城市、韌性城市等發展模式有機結合，營造自然生態的、可持續發展的城市。

國外海綿城市建設相關領域的研究與實踐

國外海綿城市建設的相關領域研究與實踐始于20世紀60年代，代表性的理論和實踐包括美國的最佳管理措施（BMPs）、綠色基礎設施（GI）和低影響開發（LID）德國的自然開放式排水系統（NDS），英國可持續排水系統（SUDS）澳大利亞的水敏感性城市設計（WSUD）歐盟的水框架指令（EUWFD）等。

最佳管理措施（Best Management Practices， BMPs）。20世紀60年代，美國開始重視雨水徑流（污染）控制和合流制排水系統污染控制的研究，以改善水質環境。20世紀70年代，美國提出“最佳管理措施”即雨水管理技術體系，首次被引用在1972年通過的聯邦水污染控制法修正案（Water Pollution Control Act Amendment）中，并在1987年的《清潔水法修正案》（the amendment to the Clean Water Act， CWA）中制定了促進全美范圍內關于非典源污染控制的條款，自1970年代以后成為歐美地區城市開發、暴雨管理、排水減災等相關措施的主要依據原則。美國環保局（EPA）將BMPs定義為“在特定條件下用于控制雨水徑流量并改善雨水徑流水質的技術、措施和工程設施最具成本效益的方式”。①1997年，美國國會頒布新的《清潔水法修正案》，為管理水污染物確立了基本框架，包括設計暴雨的洪峰流量控制和水質控制。1998年，美國土木工程學會和聯合國教科文組織（1999年）將“可持續的城市水資源系統”定義為“其設計和管理可以滿足現在和將來社會的需要，同時也可以維持他們生態、環境和水文循環的完整性”。同時，美國綠色建筑協會（USGBC）的能源和環境設計先鋒獎（LEED）中也規定了和暴雨管理規劃相關的標準。例如，當地表不透水面積小于50%時，必須實施暴雨管理規劃，以保證開發后的洪峰流量和水量不超過開發前的標準（1～2年一遇24小時）；而不透水面積大于50%時，開發后的洪水徑流總量比開發前的總量少25%（2年一遇24小時）。上述法律、法規和政策制定的目的即為促進和監督BMPs的實施和應用②。BMPs既是暴雨暴雨徑流控制、沉積物控制、土壤侵蝕控制技術，也是防止和減少非典源污染的管理決策。其目標除了抑制暴雨地表徑流洪峰流量之外，還可以增加水資源的利用并且改善暴雨期間水質污染。減少洪水損害、最小化徑流、減少土壤的侵蝕、保持地下水補給、減少面源污染、保證生物多樣性和河道的完整性，減少污染徑流，提高水體的服務功能，保障公共安全。BMPs的基本目標是通過加強暴雨徑流的控制來緩解城市建設與水生態環境之間的矛盾。為了實現此目標，美國對城市雨水徑流控制的要求提出了明確的規定和通用的計算方法（SCS方法、合理化公式、改善的合理化公式）。在區域和城市尺度，新澤西雨水管理手冊提出了RSWMP規劃流程和導則（Regional Stormwater Management Plans， RSWMP），包括規劃委員會的建立、水資源和環境規劃部門的組織與協調、規劃的制定與評估等步驟。

自然開放式排水系統（Natural Drainage System， NDS）。20世紀80年代，德國逐步建立和完善了雨洪利用的行業標準與管理條例。1989年，德國出臺《雨水利用設施標準》，標志著雨水利用技術的初步成熟。自然開放式排水系統（Natural Drainage System， NDS）作為一種設計策略，其目標是針對城市水生態環境的問題，降低雨水徑流的量，聯通雨水設施廊道，削減初期雨水中的污染物含量。

首先，NDS對于徑流流量的控制所采用的常用方法是徑流的暫時性滯留，以推遲洪峰徑流，并使排放到雨水管網的徑流流速在可控制的范圍內（與開發前的徑流速率相當）。其次，為保護河流等水系廊道的完整性，保護區域及緩沖區域的范圍、長度及保護的等級需要明確。最后，考慮到降雨量、水質和環境舒適度等環境因素，德國規劃管理部門針對不同用地類型制定了與之相適應的環保政策、依據和保障及設計標準。例如，對于商業區，德國聯邦及各州法律規定受污染的降雨徑流經處理達標后才允許排放，而新建成區域則需要考慮雨水的回收與利用問題，減少雨水排放量，以減免雨水排放的費用。NDS系統在德國的城市社區尺度實踐案例眾多，例如位于漢諾威的康斯伯格社區（Kronsberg， Hannover）即為雨洪管理工程措施和風景園林設計相互結合的典型實踐案例。該社區在雨水收集上采用了過濾式沉淀槽、滲透型地面、植被滲透淺溝、雨水花園、人工濕地等多種方式收集和調蓄雨水。建成后的康斯伯格社區的徑流量（19mm/年）接近未開發前的自然狀態（14mm/年），僅僅為傳統社區徑流量（165mm/年）的1/9。

可持續城市水資源系統（Sustainable Drainage System， SUDS）。上世紀末，英國牛津的羅伯特·布雷（Robert Brey）開啟了可持續城市排水系統（Sustainable Drainage System， SUDS）的研究、設計和應用，代表了英國針對城市內澇等環境問題提出的可持續性城市排水系統，關鍵性技術包括源頭控制設施、滲透性鋪裝、雨水滯留池、雨水滲透溝渠和綠地屋頂、過濾植被帶、地下儲水設施等③，其目標是：1）保護和改善水質，城市水資源管理的重心由“利用”轉為“控制”；2）協調社區的居民需求與水環境之間的關系；3）利用城市水系統為野生動植物提供棲息地；4）鼓勵地下水的自然性回灌等。SUDS的設計目的是促進雨水滲入地下，或者在源頭控制雨水進入雨水設施，以模仿自然式的排水方式。近十年已在英國及歐洲多個城市應用。2004年，英國規劃與環境部門合作發行了SUDS建設指南，并在2009年進行了更新，該建設指南中的地方標準包括康沃爾郡、臨界流域、地區、高速公路等多個尺度中SUDS設施。康沃爾郡SUDS建設指南則將所有可達的公共開放空間和城鄉綠地均納入到可持續排水系統之內④。

綠色基礎設施（Green Infrastructure，GI）。1999年8月，美國保護基金會（The Conservation Fund）和農業部林務局（The USDA Forest Service）首次明確提出了綠色基礎設施的定義，即綠色基礎設施是國家自然生命保障系統，是一個由多要素組成的相互聯系的網絡，這些要素包括：1）水系、濕地、林地、野生生物棲息地及自然區；2）綠色通道、公園及自然環境保護區；3）農場、牧場和森林；3）荒野和其他支持本土物種生存的空間；它們共同維護自然生態進程，長期保持清潔的空氣和水資源，并有助于社區和人群提高健康狀態和生活質量。⑤綠色基礎設施理念認為城市問題產生的根源是土地開發和保護戰略對生態系統乃至社會產生的一系列影響，強調從產生實際問題的源頭開始實施管理，并應用一系列的生態技術以消減問題的嚴重性。

2008年美國環境保護署（United States Environment Protection Agency，USEPA）在《2008綠色基礎設施行動策略》中將GI定義為“利用和模仿自然的進程來滲透、通過植物或蒸騰作用重新讓水返回環境或者是在暴雨、地表徑流等產生的地方重新利用它們”。至此，GI將作為“基礎設施”的本意解釋，即一系列結合自然系統和工程系統的產品、技術和措施，突出模仿自然水系統過程，從而達到改善環境質量和提供公共設施服務的目的，它應該和其他城市基礎設施一樣，能夠引導城市發展⑥。塞巴斯蒂安·莫法特（Sebastian Moffatt）編寫了加拿大《城市綠色基礎設施導則》（A Guide to Green Infrastructure for Canadian Municipalities）；沃姆斯利（Walmsley）結合美國新澤西州的案例，提出了綠色基礎設施的5個設計標準。

2011年，美國城市綠色基礎設施總體規劃（NYC Green Infrastructure Plan-NYC and NYCDEP 2011）在城市雨水徑流方面提出了新的綠色基礎設施的概念，并提出了傳統基礎設施和綠色基礎設施之間關系及如何有效銜接。其初衷是由于現代城市擴張迅速，大量土地由林地、農地等自然、半自然類型轉變為建設開發用地，自然空間的大面積消失和破碎化，綠地空間的生態服務功能嚴重退化，使原本以郊野和自然區域為基質、以城市為斑塊的格局出現了關系反轉。而應對這一轉變的途徑是將破碎的綠地斑塊通過廊道連接成為可持續發展所依賴的“基礎設施”。

2011年，紐約市政府發布了2030年紐約城市的新規劃（Greener Greater New York），對城市雨洪管理體系進行了分類，其中2項目標與城市水資源的管理相關：其一是將用于休閑娛樂的景觀水體比例由48%提升至90%；其二是提升城市社區、自然系統和基礎設施的抗災能力，推廣綠色基礎設施和雨水管理設施，并實施灰色基礎設施的升級（抵御10年一遇標準降雨的目標），如擴建管網或者修建控制合流溢流（CSO）污染的控制設施，以達到灰色基礎設施和綠色基礎設施的耦合⑦。

低影響開發（Low Impact Development， LID）。20世紀90年代，基于BMPs最佳管理措施的理論和技術，美國馬里蘭州的喬治王子縣（Prince George's County）及西北地區的西雅圖（Seattle）和波特蘭（Portland）共同提出了新的雨水管理、控制和利用技術綜合體系⑧，即低影響開發，一種以模擬自然排水方式為核心的雨洪管理技術⑨。2000年，美國國會修訂了《清潔法案》，并對城市雨水污染的評價與監測、雨水資源管理和雨水徑流污染控制的技術體系，以及合流制排水系統和雨水處理技術等作了規定，其中就包括雨污分流系統、合流制儲存設施和實施低影響開發技術，以減少暴雨徑流流入排水系統等灰色基礎設施的負荷。LID措施有效補充了BMPs體系并在一定程度上彌補了BMPs體系的缺陷。LID作為一種場地設計策略和城市土地保護及發展戰略，是一種基于微觀尺度控制措施發展而來的雨水管理技術，其原理是通過分散性的、均勻分布的、小規模的基礎設施對雨水徑流進行源頭控制，并通過滲透、過濾、存儲、蒸發及徑流截取等設計技術，實現對暴雨徑流及污染的控制，緩解或修復開發所造成的難以避免的水文擾動，最大程度地降低土地開發對城市水文條件和生態環境的影響。2003年，美國西雅圖市的高點社區（High Point，面積約53hm2）開始了為期6年的重建工程，引入了低影響開發LID的多項措施，以自然開放式的排水系統（NDS， Natural Drainage System）的設計手法使具有高人口密度的城市居住空間在人居、休憩、環境改善、徑流控制和雨水利用等多個方面取得了良好的平衡，獲得2007年美國城市土地學會ULI全球卓越獎。

水敏感性城市設計（Water Sensitive Urban Design， WSUD）。20世紀末，澳大利亞政府及管理機構提出了水敏感性城市設計的理念，并先后于2000年和2007年召開以“水敏性城市設計”為主題的城市發展會議。水敏感性城市設計是澳大利亞對傳統城市開發措施的改進，其強調通過城市規劃和設計的綜合分析來減少城市建設對自然水循環的負面影響，并保護水生生態系統的健康穩定，旨在城市開發設計過程中控制和管理開發后的水體循環，以保護水環境的自然狀態及可持續發展，同時將雨洪作為一種資源加以利用，實現城市防洪、雨水污染控制、雨水資源利用、水環境生態保護、城市景觀綜合效益提升等。

WSUD體系將城市水循環視為一個有機的整體，力圖實現雨洪管理、飲用水供應和污水管理的一體化。該體系認為城市的灰色基礎設施和建筑形式應當與場地的自然特征相一致，并將自然降雨和城市污水視為一種可以利用的資源。其關鍵性的原則包括：1）保護現有的自然特征和生態環境；2）維持集水區的自然水文條件；3）保護地表和地下水水質；4）降低供水管網系統和雨水管網的負荷；5）減少排放到自然環境中的污水；6）將雨水和污水的收集、凈化、利用與風景園林相結合，以提升美學、社會、文化和生態價值。

WSUD反映了面對城市內澇等環境危機時在城市規劃、設計和建設過程中發生的根本性的策略轉變，使雨水及污水資源的管理和利用由傳統的單一排放模式轉變為系統的循環和控制模式。WSUD水敏性城市設計在澳大利亞應用廣泛，如應用在澳大利亞墨爾本東南約35公里的林恩布魯克房地產項目（Lynbrook Estate）。

歐盟水框架指令（Water Framework Directive， WFD）。2000年底，歐盟開始實施水框架指令（Water Framework Directive， WFD），是歐洲國家第一份正式的系統性的關于城市水資源平衡及可持續利用的官方文件，作為一個強有力的規章制度，歐盟水框架指令為英國、德國等歐洲多個國家水規劃和管理提供了參考標準。近10年來較新的水管理策略還包括《滲透標準區域水法》（Regulation for Infiltration in regional water law）及2010年出臺新的《暴雨管理方法》（Stormwater Act）等。

這些規章頒布的主要目的是保護和改善河流、湖泊、地下水及沿海的水資源，在整個歐洲實施綜合流域管理，以達到保護水生態環境的目標，并且提供了可以參考的理論和技術框架，使自然水資源得以可持續的開發和利用。其基本目標是：1）保護和增強水生生態環境系統；2）在有效的水資源保護的基礎上，推進可持續的水資源利用；3）為平衡、平等、持續的水資源利用提供充足的地表水和地下水；4）為保護和改善水生生態環境，減少和避免污染物的排放；5）減少旱澇和水澇災害；6）保護陸地和海域水體；7）建立保護區域和生物棲息地。

為確保國家內部及國際合作，成員國必須在行政安排、排放標準、環保技術、經濟措施、管理機構等方面均做出適當的協調⑩。EUWFD規定，每個流域建立的措施和方案均必須保證地下水的供給平衡，并將水域保護和污染控制緊密結合，將河流和湖泊等水生態系統視為一個整體進行統一的管理和監測，而非根據行政范圍實施。

2004年，法國將《歐盟水框架指令》轉換為國內立法，并確立了水資源管理的4個基本目標，即恢復水體的良好生態狀況、減少甚至消除有害物質的排放、在保障政策制定和監督過程中引入公眾的參與、考慮關于用水服務的成本補償原則。為此，法國制定了詳細的執行進展和時間計劃，以明確目標和可操作的方案。

西方發達國家城市雨水管理經驗對我國海綿城市建設的啟示

英、美、澳、德、日等國家針對城市化過程中所面臨的內澇頻發、徑流污染加劇、水資源流失、水生態環境惡化等突出問題，分別形成了效仿自然排水方式的城市雨洪可持續發展和管理體系，相應的措施和技術也得到了長足發展和實踐應用。其雨水管控方法、理論體系、法律法規和實踐效果既存在相似性也存在差異性。

我們應借鑒西方發達國家已經成熟的雨水管理措施，更好地推進海綿城市建設。基于我國現有雨水管理法律法規不完善、管理制度不健全、市場激勵機制缺乏、技術力量薄弱及公眾意識薄弱等現狀，筆者對我國海綿城市的建設有如下思考和建議：

建立健全的雨水管理法律法規體系。將海綿城市建設和低影響開發理念融入規范性文件，確定在推進海綿城市建設過程中以雨洪管控、削減污染為主要目標，規定新建、改建、擴建工程均應進行低影響開發技術的設計和建設，并增加降雨徑流總量控制性目標的相關規定。新建區域應進行雨水綜合調控規劃和工程設計，且城鄉綠地功能提升、低影響技術應用應與主體工程同時設計、施工和投入使用。

在相關法律法規等規范性文件中增加關于雨水管理的鼓勵或懲罰性規定。在低影響開發技術推廣初期，建議制定雨水管理激勵機制，將應用低影響開發技術區域的面積按照相應比例換算為綠化面積，間接提升該區域的容積率；也可根據該區域對徑流總量控制的效果對業主給予相應補貼，鼓勵開發商的環境友好行為。在低影響開發技術推廣后期，建議制定雨水排放違規收費辦法，當該區域的徑流總量控制率未達到相應的控制目標時，有關執法部門應結合其實際徑流總量以及該區域面積等，收取相應的雨水排放費用。建立海綿城市建設評價體系，嚴格按照海綿城市建設、雨水管理相關法律法規以及技術導則的詳細內容進行評分，并與相應的激勵、懲罰機制掛鉤。

多部門、多學科協同開展雨水管控工作。城市雨水管理工作涉及多個部門，包括水務部門、環保部門、規劃部門、市容綠化部門及國土資源部門等相關部門。建議在進行雨水管理和海綿城市建設時，確定組織和負責部門，并形成聯動工作機制，成立由生態專家、水文專家、風景園林師、建筑師等組成的專家工作組，協助相關部門開展雨水管理工作。

加強雨水管控技術的研發與應用推廣。針對各城市的區域氣候特點和環境狀況，從中心城區、城郊區域、衛星城及鄉村地區的城鄉梯度，老城區、新城區和新建區的時間梯度，商務區、居住區、工業區、農業區等功能類型，研究不同梯度和功能類型的場地特征、環境狀況，研發上述類型中各類綠地適用的雨水低影響開發的技術體系和模式，包括雨洪管控的綠地空間規劃設計技術體系，雨水花園、生態植草溝、下凹綠地等技術優化和集成，綠地中綠色與灰色基礎設施空間耦合技術，綠地空間雨洪調控功能增效提能技術，等等。

強化公眾的雨水管理和利用意識。當前，群眾對于雨水管理、綠色基礎設施、低影響開發等理論缺乏認知和重視度，應結合低影響開發示范工程，創建海綿城市示范教育基地，加強海綿城市、低影響開發、綠色基礎設施等理論和實踐措施的宣傳。科研單位和非政府組織可以通過發表文章、項目展示等方式，加大宣傳力度。政府也可通過頒布雨水管理最佳試點等獎勵方式，鼓勵業主重視海綿城市建設；配合試點推廣活動，編印相關的宣傳手冊、環保購物袋等宣傳品，免費向公眾發放；通過電視臺、網站和報紙等媒體，及時宣傳海綿城市建設工作動態和成果。

注釋

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責 編∕楊昀贇