基于城市綠道系統網絡的海綿城市胞體構建可行性的探討

楊泊與，徐文輝

（浙江農林大學，浙江 杭州 311300）

1 海綿城市建設的背景

隨著經濟的發展，城市化進程的加速，許多城市問題開始逐漸突顯，其中城市雨洪管理是我國城市當前發展的主要問題之一。近幾年，許多城市在雨水頻繁的夏季都不難遇到到內城“看海”的窘境。城市表面硬質鋪裝面積的激增以及綠地面積的減少使得城市內部的雨水不能有效下滲，匯集在地表的雨水徑流無法通過傳統城市雨洪管理設施有效排放。地表匯集的雨水形成了城市的“內海景觀”，這一現象已經嚴重影響城市居民的生活和安全。

我國一直是淡水資源缺乏的國家，雖然淡水資源總量較多，但是人均淡水資源僅為世界平均水平的1/4。無法利用的城市雨水使得原本淡水資源就不充足的情況更加嚴峻。如果雨水不經有效處理，通過地表徑流直接排入到河道還會造成城市河道水質環境惡化，進一步加劇我國淡水資源短缺的矛盾，影響社會穩定和經濟發展。

傳統城市雨洪管理主要依靠城市灰色排水基礎設施，通過工程管道方式進行排水。由于防洪規劃和城市排水工程規劃的落后、雨水資源利用意識薄弱，傳統城市雨洪管理設施的功能已經無法完全滿足當前的雨洪管理。為有效控制當前雨洪管理問題，以低影響開發和可持續發展模式的海綿城市理論得到相應的發展。在當前新型城鎮化建設背景下，研究海綿城市理論發展和技術途徑有著積極的現實意義。

2 海綿城市概念及內涵

海綿城市是指在尊重自然，保持原有水文特征的基礎下，通過綠色和灰色基礎設施結合，使城市能夠像海綿一樣處理和凈化城市雨水，進而促進城市雨水資源利用，保護城市水生態環境。在正式發布的《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》對海綿城市的概念進行了明確定義：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[1］。通過對“海綿城市”概念的整合可以得出海綿城市的內涵主要有三點：一、彈性的應對城市出現的極端氣候，在城市面對洪澇或者干旱情況下都能夠有效調節；二、海綿城市開發是建立在原有的城市雨洪設施基礎上，保持原有的水文特征，通過低影響開發（LID）相關技術實現；三、海綿城市實現了對水資源的綜合管理利用，體現了對環境可持續的綜合管理思想。

3 海綿城市發展過程中的困難

我國城市建設歷史相比西方國家一些大都市較短，城市建設的許多部分都處于一個初級階段。在城市雨洪管理方面，我國大部分城市雨洪管理均是沿用傳統城市雨洪管理模式，載體主要是以管渠為主的灰色基礎設施。海綿城市理念的提出讓城市雨洪管理有了新的選擇，也為城市雨洪管理矛盾創新發展提供良好的解決環境。但是在熱點的煽動下，大范圍的改造原有雨洪管理設施和盲目運動式地發展海綿城市是不可取的。在海綿城市理論尚未成熟前需要相關工作者冷靜、理性的思考，這樣才能構成更加科學地推進海綿城市建設的有序發展。海綿城市建設是一項復雜的系統工程，在實踐過程中存在一些問題：對海綿城市理論認識不深刻、定量分析困難以及海綿城市雨洪管理模式難以形成系統。

3.1 對海綿城市理論研究不深刻

海綿城市模型在政策的影響下成為城市建設的熱門話題，但是因為海綿城市理論仍出于發展階段，理論尚不成熟，所以在建設過程中存在對海綿城市理論的誤解。從部分試點城市的實施方案和實施計劃看，存在對海綿城市的內涵、低影響開發模式與傳統模式關系的認識模糊。

缺乏對海綿城市理論認識一方面體現狹義地理解海綿城市功能和范疇，過分夸大或者忽視海綿城市體系的作用。主要表現在部分觀點認為海綿城市能夠解決所有的城市雨洪問題，所以要完全摒棄傳統城市雨洪管理設施；另一部分觀點則認為海綿城市完全無用，只是政治噱頭，所以在雨洪管理過程中依舊打著海綿城市建設的旗幟，本質卻還是完全依賴傳統灰色基礎設施。從客觀上講，這兩種觀念是對海綿城市理解不深刻所致。城市雨洪管理模式錯綜復雜，很難簡單的完全依賴單一的灰色或者綠色設施。從國內外海綿城市理論研究發展來看，“海綿城市”的理論基礎是最佳管理措施(BMPs)、低影響開發(LID)和綠色基礎設施(GI)[2］。整理借鑒發達國家雨洪管理的成功經驗，結合本國國情才能更好的發展海綿城市理論。

缺乏對海綿城市理論還表現在構建海綿城市過程中對原有城市資源過度地推到重建。海綿城市理論受到政策的追捧必然導致海綿城市建設的熱潮，然而過度地構建海綿城市系統可能導致城市原有的資源遭受浪費。過度的推到重建體現在兩點：一、完全摒棄傳統城市雨洪管理體系，對當前的雨洪管理設施大面積棄用。傳統雨洪管理模式主要是利用城市灰色基礎設施，在城市發展的初期能夠有效的排放城市雨水徑流。在極端天氣下，傳統的灰色基礎設施雖然不能完全緩解城市內澇的問題，但是由于處理雨水方式的便捷和高效，依然是當前處理城市雨水主力軍。二、海綿城市構建過程中完全摒棄現有的綠地系統，重新構建“綠色基礎設施”。據統計，在已建成的城市綠地系統中，城市綠地系統對雨水徑流的控制率約為30%%～40%，對城市中的雨洪管理仍然起到一定的輔助作用[3］。如果在拆除原有的綠色基礎上構建海綿城市將導致城市原有的綠地資源遭受極大的浪費。海綿城市需要結合GIS、BMP等新型雨水基礎設施，構建綜合的蓄排系統實現對雨水的綜合控制，并結合狹義LID來進一步提升排水能力[4］。適當的利用現有的“灰色基礎設施”和“綠色基礎設施”能更加低碳、環保的推行海綿城市構建。

3.2 定量分析困難

海綿城市建設項目在規劃前期需要對待開發區域進行詳細的調研和量化分析，對開發區域現狀、土地開發強度以及區域邊界需要進行大量的分析。在當前項目前期調研過程中的方法主要有定性分析和定量分析。其中定性分析主要是以研究報告的形式呈現，對當地現狀進行文字描述，雖然簡單易行，但是缺乏數據支持和合理性。相比定性方法，定量分析能夠在基于大量數據的基礎上進行分析，結果更加嚴謹。但是定量分析往往需要大量的數據資料，收集過程較為復雜。兩種方法的差異也造成了在海綿城市建設過程中對不同方法的選擇。

由于定性方法的簡便，在海綿城市構建過程中常常被得到運用，這也導致海綿城市建設在區域建設的合理性缺乏數據參考。比如在海綿城市構建過程中常常缺乏對場地開發前后用地性質、豎向、下墊面等條件分析。城市工程工作者在缺乏數據的參考下無法對海綿城市構建的成效準確的評估，使得海綿城市構建更多停留在理論遐想中。

3.3 海綿城市雨洪管理模式難以形成系統

因城市雨洪管理問題迫在眉睫，許多城市都進行新型雨洪管理模型的嘗試，以城市的局部范圍作為海綿城市的試點，從傳統的城市灰色基礎設施逐步向綠色基礎設施轉變。局部的范圍內的海綿城市模型嘗試能夠在一小部分范圍內對雨水進行管理和利用，但是海綿城市的目標是以整個城市雨洪管理為目標的，分散的單元體構建使得海綿城市構建不能系統化，在雨洪管理過程中也不能最大化的發揮海綿城市理論優勢。因此在海綿城市模型構建過程中需要以整體的視角來考慮，將單一的海綿城市單元體連接成整體。如何連接散落在城市各個區域的海綿城市單元體也是海綿城市體系建設的難點。

4 海綿胞體概念與其適用的功能技術

4.1 海綿城市胞體概念

從結構上說，海綿城市體系是由多個小型系統組成的鑲嵌體，構成城市海綿系統的各個小型系統中存在這物質和能量的流動。因此在海綿城市的規劃設計過程中，能夠處理局部區域的雨洪問題的小型單元系統起著非常重要的作用。俞孔堅教授指出：“海綿城市”最后必須要落實到具體的“海綿體”，包括公園、小區等區域和局域集水單元的建設，在這一尺度對應的則是一系列的水生態基礎設施建設技術的集成，包括：保護自然的最小干預技術、與洪水為友的生態防洪技術、加強型人工濕地凈化技術、城市雨洪管理綠色海綿技術、生態系統服務仿生修復技術等，這些技術重點研究如何通過具體的景觀設計方法，讓水系統的生態功能發揮出來[5］。筆者將這些獨立具有完整處理雨洪能力的單元系統稱之為“綿城市胞體”，它是一種分散的、小規模的管理局部范圍內雨洪的控制機制與設計技術。每個小型的海綿城市胞體都是針對其范圍內的雨洪問題進行管理。海綿城市胞體作用體現在兩方面：一、對雨水進行凈化，削減地面徑流峰值，二、收集雨水資源，加以合理利用，干旱條件下可將蓄積的水釋放，優化城市水資源循環。

小型的海綿城市胞體構建讓海綿城市不需要一開始就對整個城市的雨洪管理系統進行大幅度的整改，通過一個個小的單元構建，最終形成大范圍的海綿城市系統，從一定程度上可以說避免城市原有資源的浪費。海綿城市胞體的運用讓局部范圍內的雨水能夠得處理，而這些“海綿城市胞體”的集合通過城市其他已有的系統構成整體，相互影響，使得城市雨洪管理系統化。

4.2 海綿城市胞體工程技術

海綿城市的理論基礎主要融合國外先進雨洪管理理論，最佳管理措施(BMPs)、低影響開發(LID)和綠色基礎設施(GI)，在工程技術方面主要是低影響開發技術的運用。海綿城市胞體根據城市降雨過程以及城市區域分析充分利用本身的工程技術，對城市的雨洪進行一定量的處理，其主要工程技術有：截留技術、促滲技術和調蓄技術。

4.2.1 截留技術

截留技術是利用海綿城市胞體的覆蓋面積，對區域內的雨水進行收集。在已有的城市雨洪管理系統中，許多設施可以作為海綿城市胞體的雨水收集裝置，利用已有的設施能夠有效減少海綿城市構建推行的成本。除了收集雨水，截留技術還防止了城市雨水對城市表面的直接沖擊，通過海綿城市胞體結構使其形成徑流的速度減緩。在當前的海綿城市胞體試點過程中，截留技術可以通過綠色建筑屋頂或者綠色植物群落冠層作為載體實現。

綠色建筑屋頂截留技術的運用是指對建筑頂部綠色處理來達到對雨水進行收集的效果 （圖1）。綠色建筑屋頂結構通常分植被層、種植土層、蓄排水層，根據植物種植密度及種類可以分為拓展型和密集型兩大類，可蓄積約50%～80%的雨水資源[6］（圖2）。在雨水繁多的夏季，城市建筑屋頂最先接觸來自天空的雨水，屋頂植被層能夠對雨水起到緩沖作用，雨水再通過種植土層下滲到蓄排水層。綠色屋頂除了能夠有效限制城市雨水對地表的直接沖刷，稍加改造的綠色屋頂甚至能夠簡單的處理部分雨水。綠色屋頂收集或者簡單處理后的雨水通過管道直接流入到建造在建筑底部的蓄水池進行二次處理。

圖1 綠色屋頂示意圖

圖2 綠色建筑屋頂結構圖

綠色植物群落冠層的截留技術主要是利用植物群落的冠層和樹干對雨水進行收集（圖3）。落在植物冠層和樹干的雨水能夠順著植物體往下流入到植物底端的蓄水池。由于植物是以群落的方式在城市廣泛分布，因此利用植物冠層的面積能夠廣泛的收集城市雨水。不同的植物冠層對雨水的截留效果不同。通過研究發現針葉林的樹冠截留約為12%，枝干截留約為2%；闊葉林的樹冠截留約為9%，枝干截留約為2%（表1）。通過數據的分析統計，能夠在海綿城市中更加合理高效的利用植物群落資源[6］。

表1 植物冠層對雨水截留效果 %

圖3 植物冠層蓄留示意圖

圖4 滲透性網格磚示意圖

4.2.2 促滲技術

促滲技術在海綿城市胞體作用是對匯集在城市表面中的雨水進行初步處理。它是運用新型的地面材料或結構讓雨水能夠滲透到場地內部，滲透過程中新型的鋪裝材料和結構可以對雨水進行初步的過濾凈化。當前城市大面積的水泥、瀝青和不透水等材質的路面使得雨水通過地面滲透到地下，采用滲透性的鋪裝材料材料能夠減少地表雨水徑流量。目前滲透性路面使用的材料主要有：水泥孔磚、塑料網格磚、透水瀝青和透水混泥土等。在常見的水泥孔磚和網格磚中，空隙的部位通常種植草皮或者用沙土碎石填充（圖4），有別于不透水的傳統硬質鋪裝。城市中包含大量的硬質鋪裝，選取其中具有典型代表的鋪裝加以改造，運用的新型的材料和結構達到更好雨水處理效果。例如傳統停車場可以加以改造形成新型的海綿城市胞體停車場，城市硬質散步道加以改造形成新的海綿城市胞體散步道。

4.2.3 調蓄技術

調蓄技術在海綿城市胞體的作用是對雨水進行蓄留和二次處理。通過調蓄技術蓄留的雨水經過二次處理凈化可以排入市政雨水官網，等到干旱時向周邊的綠地系統內提供水資源。該技術功能可以廣泛的運用在城市綠地系統中，例如在道路周邊建立生態溝，利用城市中的園林建筑建設雨水花園（圖5）。在常見的調蓄技術中，雨水花園因為建設成本低，易于實施而被廣泛運用。城市雨水花園可以是自然形成或者人工建造的生物滯留池，它是海綿城市胞體調蓄技術運用的載體。

圖5 雨水花園示意圖

調蓄技術是海綿城市胞體雨水處理過程中的最后一道工程技術，通過前兩項技術收集的雨水通過管道或者自然下滲到海綿城市胞體的調蓄池中。在簡單的海綿城市胞體模型中，二次處理的雨水可以作為對水質要求不高的城市用水，例如城市路面的清潔、苗木的灌溉。如果在城市中建造較大的蓄水池，那么收集的雨水可以進一步凈化達到飲用水的標準。

5 如何運用綠道技術促進海綿城市胞體形成

5.1 綠道相關概念

“綠道”(Green way)是包含線性元素的綠色土地網絡，是包含生態、游憩、文化、美學及土地的可持續發展等相關概念、多重目的的規劃設計及管理[7］。因此無論從空間還是功能，綠道都可以作為城市各類綠地的重要連接通道。在城市各類系統初期，往往是以區塊的形式來規劃各類功能用地，綠道系統的出現不僅將城市各類綠地連接成整體，使各類用地真正的形成一個系統，為城市居民服務，還將許多塊狀的無法被利用的區塊通過綠道系統的連接得到充分的利用。

5.2 海綿城市胞體技術在綠道中的運用

城市胞體往往能夠對局部范圍內的雨水進行處理，但是由于其作用范圍較小，因此對大面積的海綿城市體系構建作用有限。海綿城市胞體的局限性讓其無法在整個城市雨洪管理過程中形成整體。然而與城市已有的綠道系統結合不僅能夠合理利用城市原有的資源，還能以整體的觀念對城市雨洪管理形成系統，城市綠道的連接作用也為海綿城市胞體的構建提供基礎。由于城市綠道的作為連接功能的屬性較其他城市規劃綠地更為突出，因此用綠道系統作為海綿城市胞體的載體，通過綠道的通道的作用將區域內的海綿城市胞體連接起來能夠有效的解決海綿城市構建無法成為體系的現狀。

從工程技術方面來看，截留技術是利用海綿城市胞體的覆蓋面積，對該區域的雨水進行收集，在城市已有的綠道系統中許多設施可以作為截留技術的載體。綠道中冠幅較大的植物和園林建筑都可以作為截留技術的應用載體。滲透技術在綠道中的運用是改建城市綠地系統中原有的不透水鋪裝。傳統的綠道系統中的鋪裝大部分是不透水的硬質鋪裝，例如：散步道、停車場、休憩小廣場等。將此類不透水鋪裝改造成透水鋪裝能夠增加地面的滲透性，也避免了重新對海綿城市胞體規劃區域。調蓄技術在城市綠道系統中的運用通常需要結合截留技術和滲透技術。海綿城市胞體調蓄技術是海綿城市胞體對雨水處理的最后一道程序，也是海綿城市胞體特有的雨水處理技術。在結合截留技術和滲透技術后形成一個完整的海綿城市胞體，達到對雨水凈化處理的效果。

6 結論與建議

海綿城市作為城市雨洪管理的新型模型，其思想內涵符合當前我國城市發展過程中可持續發展的要求。在積極的政策引導下，發展海綿城市理論有利于促進我國城市雨洪管理模式的創新，為解決城市雨洪問題提供良好的思路。城市綠道系統中構建海綿城市胞體是海綿城市理論的一種嘗試，是針對海綿城市實踐誤區的一種創新。海綿城市理論和實踐尚處于積極探索階段，需要相關工作者不斷深化理解其理論內涵和實踐成效。只有在不斷發展的基礎上，才能發展符合我國不同地域特色的具體實施策略和規范標準。

[1］住房與城鄉建設部.海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建 （試行）[S］.北京:中國建筑工業出版社,2014:2-7.

[2］Stern D N,Mazze E M.Federal water pollution control act amendments of 1972[J］.American Business Law Journal,1974,12(1):81-86.

[3］胡楠,李雄,戈曉宇.因水而變——從城市綠地系統視角談對海綿城市體系的理性認知[J］.中國園林,2015:21-25.

[4］車伍,趙楊,李俊奇,等.海綿城市建設指南解讀之基本概念與綜合目標[J］.中國給水排水,2015,30（8）:1-5.

[5］俞孔堅,李迪華,袁弘,等.“海綿城市”理論與實踐[J］.城市規劃,2015,35（6）:26-36.

[6］張彥婷.上海市拓展型屋頂綠化基質層對雨水的滯蓄及凈化作用研究[D］.上海:上海交通大學,2015.

[7］徐文輝.生態浙江省域綠道網規劃實踐[J］.規劃師，2005，21（5）:69-72.