海綿城市和可持續(xù)雨洪管理相關(guān)理論與實(shí)踐研究

相巨虎+王曉玲+張+健+高萬松

摘要：指出了隨著低影響開發(fā)理念的發(fā)展以及城市地下水開采過度、城市內(nèi)澇、水質(zhì)污染、雨水資源流失等一系列復(fù)雜的雨水問題，國家提出《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》。綜述了海綿城市的理論及和建設(shè)海綿城市的關(guān)鍵前提是可持續(xù)雨洪管理的系統(tǒng)規(guī)劃及目標(biāo)，并通過北京奧林匹克森林公園點(diǎn)型綠地海綿治理技術(shù)與丹麥哥本哈根暴雨管理兩個(gè)案例分析了目前該理論目標(biāo)下的實(shí)踐研究。

關(guān)鍵詞：海綿城市；雨洪管理； 奧林匹克森林公園； 哥本哈根暴雨管理

1 引言

低影響開發(fā)（Low Impact Development，簡稱 LID）孕育于西方發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)七八十年代的雨洪管理實(shí)踐中，美國馬里蘭州喬治王子郡的環(huán)境資源部在 1990年首次提出了在源頭對徑流進(jìn)行控制的LID[1]，LID 是近年城市雨洪管理方面重要的發(fā)展趨勢之一。隨著低影響開發(fā)理念的發(fā)展以及我國城市地下水過度開采、水資源緊缺、水質(zhì)污染、城市內(nèi)澇、雨水資源流失等一系列復(fù)雜的雨水問題，破壞水資源循環(huán)體系，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。我國逐漸關(guān)注雨水資源的管理、開發(fā)、利用，于2014年10月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》。

2 海綿城市理論

2.1 海綿城市的概念

海綿城市在《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中對其有界定：城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用[2]。海綿城市的建設(shè)時(shí)刻以生態(tài)環(huán)境為優(yōu)先考慮因素，將城市綠地、景觀設(shè)計(jì)與人工雨水控制利用措施結(jié)合，在確保城市雨水安全的情況下，把城市綠地和河道中的雨水收集、雨水滲透和雨水凈化達(dá)到最大化，實(shí)現(xiàn)雨水的資源化和環(huán)境資源的保護(hù)，保護(hù)城市的水生態(tài)系統(tǒng)和自然生態(tài)環(huán)境。

2.2 海綿城市的本質(zhì)

海綿城市的本質(zhì)目標(biāo)是城市建設(shè)與自然和諧發(fā)展的生態(tài)城市：可以“彈性適應(yīng)”環(huán)境改變，同時(shí)能夠保持原有的水循環(huán)和生態(tài)環(huán)境。海綿城市的理念發(fā)端于自然生態(tài)的水循環(huán)過程，優(yōu)先利用自然生態(tài)手段，通過生態(tài)處理的方法對土壤、綠地、生態(tài)水景等雨水，進(jìn)行自然下滲、存蓄、凈化和回用，轉(zhuǎn)變原有的城市建設(shè)發(fā)展模式和與大規(guī)模的灰色建設(shè)理念，將城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來，全面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.2.1 生態(tài)性

自然界中的河流、湖泊、濕地等生態(tài)體系使之盡量維持在城市建設(shè)開發(fā)前的自然狀態(tài)，達(dá)到地塊開發(fā)前后水文條件不變的要求，實(shí)現(xiàn)低影響開發(fā)的目標(biāo)。海綿城市的多項(xiàng)雨水設(shè)施如綠地、土壤滲透、屋頂綠化、生態(tài)水景都具有綠色生態(tài)的屬性，對維護(hù)城市生態(tài)平衡，維護(hù)國家和地區(qū)的水生態(tài)安全，保持城市生態(tài)多樣性都有著重要的意義，其打造的不僅是一塊“城市海綿”，更是一塊“綠色海綿”。因此，自然生態(tài)是海綿城市的一大特征。

2.2.2 彈性

彈性是海綿城市的一個(gè)本質(zhì)特征。所謂彈性，主要針對的是將所有降雨量均勻、大面積地收集到城市的每個(gè)角落中，通過多種雨水調(diào)蓄收集手段，應(yīng)對不同降雨量的天氣。強(qiáng)降雨時(shí)啟用所有的調(diào)節(jié)容積，弱降雨時(shí)只啟用普通調(diào)蓄設(shè)施，具有良好的“彈性”[3]。當(dāng)強(qiáng)降雨來臨時(shí)，海綿體起到了一定的緩沖作用，降低了災(zāi)害的破壞性，將雨水均勻地收集到城市中。同時(shí)，城市需要水資源時(shí)，又可將收集的雨水釋放加以利用，因此彈性與釋放相呼應(yīng)，是海綿城市的主要特征。

2.2.3 低影響開發(fā)模式（離散式）

海綿城市強(qiáng)調(diào)了分散式的源頭控制的特征。改變原有的集中收集污水及雨水、集中處理、集中回用等集中式模式。龐大的管網(wǎng)、大型處理廠都難以應(yīng)對暴雨帶來的災(zāi)害，目前很多城市仍然是這樣的現(xiàn)狀才會(huì)出現(xiàn)“城市看海”的景象。海綿城市就是要求雨水分散地收集在城市中大大小小、形態(tài)各異的城市海綿體中，不僅能有效降低暴雨災(zāi)害的損失，同時(shí)補(bǔ)充地下水。因此，海綿城市是從原先雨水集中后直排到分散式蓄留的一種理念的轉(zhuǎn)變，是低影響的開發(fā)模式。

3 海綿城市的雨洪管理規(guī)劃

城市海綿體具有吸收雨水的功能，形式多種多樣，存在于城市的每個(gè)角落。海綿城市規(guī)劃建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，所涉及方面和達(dá)成的目標(biāo)是復(fù)雜多樣的，不能依靠單一的學(xué)科知識(shí)或理論體系完成，因此是一項(xiàng)綜合復(fù)雜系統(tǒng)的工程。建設(shè)海綿城市不僅需要園林相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，還需要城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃，更涉及到城市市政建設(shè)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)施。

3.1 綜合規(guī)劃

城市的水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)整體，單一的規(guī)劃或按小區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)無法形成安全的、完整的水生態(tài)系統(tǒng)。因此，海綿城市的雨洪管理規(guī)劃不僅需要水利專業(yè)的專業(yè)技術(shù)，還需要其他相關(guān)專業(yè)相互配合，包括園林、城市規(guī)劃及環(huán)境工程專業(yè)等。雨洪管理系統(tǒng)不再是單一方面的排水管網(wǎng)、處理設(shè)施等專業(yè)內(nèi)容，而是包括城市中的水體、道路、建筑、綠地、場地等多方面系統(tǒng)相結(jié)合。它們在海綿城市建設(shè)體系中相互協(xié)調(diào)共同作用，所以建設(shè)海綿城市體系必須全面綜合的規(guī)劃，連接各個(gè)專業(yè)及學(xué)科，對城市的水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析并提出對策，從而解決城市水資源缺乏以及暴雨時(shí)的城市內(nèi)澇和水質(zhì)污染等多方面雨水問題。

3.2 控制徑流的源頭及污染

在源頭處控制徑流的產(chǎn)生和污染是實(shí)現(xiàn)海綿城市的關(guān)鍵措施。通過生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，在降雨時(shí)收集雨水，例如城市中的綠地、場地、道路、建筑屋頂、滲透地面的源頭處，使用多種措施來過濾、處理、儲(chǔ)存雨水。充分利用土壤和植物對雨水的滲透、吸收作用以控制和處理徑流，從而消減城市的排水問題。盡量維持場地與開發(fā)前的水文特征相同，降低硬質(zhì)鋪裝面積，保護(hù)場地內(nèi)的開放空間，緩解暴雨時(shí)雨水地表徑流帶來的排水壓力，并確保能夠下滲補(bǔ)給地下水資源。同時(shí)，將場地雨洪管理技術(shù)設(shè)施與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合，提高滲透效率，既發(fā)揮景觀的生態(tài)功能，又改善生態(tài)環(huán)境。

4 海綿城市實(shí)踐案例

4.1 奧林匹克森林公園

奧林匹克森林公園位于北京市朝陽區(qū)的佳里地區(qū)，是典型的城市化綠地，一直以來是容易積水的地方。作為北京市主要的城市公園，不僅為市民提供休閑娛樂場所，更是北京市的抗洪重點(diǎn)地區(qū)。奧林匹克森林公園的雨水管理規(guī)劃基于海綿城市的理念，采用了多種吸水、蓄水、滲水、凈水的技術(shù)，建設(shè)成典型的局部海綿體。是在北京市降雨特點(diǎn)和區(qū)域雨水控制要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。園區(qū)內(nèi)和園區(qū)外的不透水面產(chǎn)生的雨水徑流通過收集、儲(chǔ)存，最終排向園區(qū)內(nèi)的河流或市政管網(wǎng)中，同時(shí)綠地中對雨水徑流進(jìn)行過濾、凈化儲(chǔ)存。

4.1.1 洪澇控制與徑流控制的規(guī)劃目標(biāo)

森林公園區(qū)域根據(jù)防洪調(diào)度和雨洪設(shè)計(jì)方案，低于50年一遇洪水量時(shí)，全部雨水滯留在湖區(qū)內(nèi)；超標(biāo)準(zhǔn)洪水或主湖換水時(shí)，向外排水。主湖退水時(shí)經(jīng)連過通閘推入洼里湖，再流經(jīng)清河導(dǎo)流渠、仰山大溝最后排入清河。通過增加綠地、下沉空間等區(qū)域加強(qiáng)雨水的收集、儲(chǔ)存[4]。

4.1.2 水質(zhì)凈化

采用自然生態(tài)水景水質(zhì)凈化技術(shù)處理收集后的雨水。通過人工接種的微生物，具有凈化功能的水生植物、水生動(dòng)物、底泥動(dòng)物和微生物系統(tǒng)等，及植物、動(dòng)物、微生物相結(jié)合的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生物降解功能，控制藻類爆發(fā)，達(dá)到高效率、低成本、效果好的凈化水質(zhì)目的。同時(shí)運(yùn)用全新的技術(shù)方案解決再生水作為水體的主要水資源，導(dǎo)致水體更容易富營養(yǎng)化的問題，在中心區(qū)建設(shè)循環(huán)系統(tǒng)包括高效過濾和強(qiáng)化除隣新技術(shù)，還包括人工濕地，通過控制氮、隣的含量來凈化水質(zhì)，增加水的流動(dòng)性；通過以上先進(jìn)處理技術(shù)使奧運(yùn)水系建成具有自然凈化能力，同時(shí)具有生態(tài)的、自然的水景系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保與水質(zhì)凈化雙重功效。

4.1.3 雨水資源利用

充分利用綠地、滲透地面、廣場、收集的雨水，補(bǔ)充綠地、水系的部分水量消耗；綠地、停車場、透水鋪裝地面雨水以自然下滲為主。雨水通過各區(qū)域的雨水收集系統(tǒng)就地分散回收到調(diào)蓄池，處理凈化后就近回用于綠地灌概，或就近排入水系，有效利用雨水資源。中心區(qū)雨水綜合利用量可超過80%，森林公園雨水資源綜合利用量可超過85%。

4.2 丹麥哥本哈根的暴雨管理規(guī)劃

丹麥哥本哈根的城市暴雨管理規(guī)劃是對城市的雨水管理進(jìn)行新的規(guī)劃實(shí)踐，也是應(yīng)用海綿城市理念進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的經(jīng)典案例。通過設(shè)計(jì)各種雨洪管理街道和中心雨水滯留區(qū)域，將城市各種雨水降落空間都包含在設(shè)計(jì)中，以有效地控制和利用整個(gè)城市的雨水資源。

哥本哈根市曾經(jīng)出現(xiàn)過多起暴雨淹沒城市的災(zāi)害事件，因此對城市的雨洪管理非常重視，控制規(guī)劃設(shè)計(jì)為大雨，可以處理100年重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)暴雨，設(shè)計(jì)的城市主要街道和綠地區(qū)域可以接收的最大雨水深度達(dá)10 cm。基于海綿城市理論的暴雨規(guī)劃，除了在地面之下處理收集雨水，同時(shí)利用綠地收集處理地面上的雨水，著重收集和利用，非直接將雨水徑流全部排放于管網(wǎng)。在收集雨水的同時(shí)重點(diǎn)分析整個(gè)城市的場地，區(qū)分出地勢高和地勢低的區(qū)域，盡量將雨水控制在地勢高的地區(qū)，通過各種設(shè)計(jì)靈活的排水系統(tǒng)解決地勢低的地區(qū)雨水滯留的問題。應(yīng)對暴雨的雨水管理規(guī)劃最重要的措施就是將雨水進(jìn)行就地解決，提出了暴雨街道、滯留街道、綠色街道以及中心滯留區(qū)這四個(gè)主要的雨水控制區(qū)域，針對每個(gè)區(qū)域?qū)嵤┫鄳?yīng)的雨水收集處理措施。

5 結(jié)語

海綿城市的提出基于國內(nèi)近些年研究低影響開發(fā)模式，雨洪管理的相關(guān)理論，是積極應(yīng)對我國國情現(xiàn)狀的有效措施，通過北京奧林匹克森林公園和丹麥哥本哈根市兩個(gè)案例來闡述了海綿城市的應(yīng)用實(shí)踐。海綿城市的提出是一個(gè)階段性成果，無論是理論研究還是實(shí)踐研究仍處于起步階段，充分學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的理論實(shí)踐并結(jié)合我國廣大地區(qū)實(shí)際現(xiàn)狀發(fā)展出適應(yīng)我國各區(qū)域和社會(huì)發(fā)展的海綿城市體系和實(shí)踐研究，使海綿城市理論

參考文獻(xiàn)：

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[3]蘇荇霄.基于海綿城市視角的深圳市口袋公園提升模式與方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015：3～5.

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