淺談海綿城市在北方寒地建設中的現存問題

林英姿 楊丞南 王漢卿 楊 紅

（1吉林建筑大學松遼流域水環境教育部重點實驗室 吉林長春 130118 2吉林建筑大學市政與環境工程學院 吉林長春 130118 3中國建筑東北設計研究院有限公司 吉林長春 130118）

引言

近年來，城市洪澇災害頻發，地下水位得不到補給，水資源短缺和污染問題日益加重，2011年，內澇在全國范圍內帶來的經濟損失高達四千億元[1]；2012年，全國遭遇內澇災害的縣級以上城市有184個[2]；2016年夏季，全國29個省受到洪澇災害影響，受災災民高達8000萬人，造成直接經濟損失大約為1440億元[3]，由此可見，我國目前所面臨的水環境問題相當嚴重，海綿城市的提出正是針對以上一系列情況，旨在綜合而系統性的解決我國所面臨的水環境問題[4]。

我國國土廣闊，地域差異和南北方氣候特征差異較大，海綿城市建設也會面臨不同問題，北方地區寒冷干旱，降雨主要集中在夏季，大規模降雨量的集中使北方城市夏季洪澇災害頻發，由于地表硬化和降雨的高度集中，大部分雨水流入市政管網最終排入河道，地下水位得不到補給，所以內澇和干旱是北方同時存在的兩個問題。北方城市獨有的寒冷氣候特征也會給海綿城市的建設提出新的難題。

海綿城市在我國發展時間較短，屬于新興時期[5]，新問題的發現與討論意義重大，針對性問題的提出和討論會為今后的實踐與建設提供理論基礎。

1 北方地區建設海綿城市的必要性

部分相關人士認為，南方雨季較長，易發洪澇災害，海綿城市建設發展空間大，而北方地區天氣寒冷干燥，海綿城市建設意義不大，其實不然，海綿城市要解決的問題可以總結為以下幾個：小雨時不積水、大雨時不內澇、水體不黑臭、熱島效應有緩解[6]。其中水體黑臭與城市熱島問題是北方城市普遍存在的，至于積水和內澇問題，在極端氣候越來越頻繁以及城市地表硬化雙重不利因素的影響下，北方城市也不能幸免于難，2012年北京發生7.21特大暴雨[7]，全市的平均降雨量170mm，城區的平均降雨量215mm，降雨時間為16h，共造成房屋倒塌10660間，受災人口190萬，其中死亡人數79人，25條10千伏架空線路發生永久性故障，暴雨使城市儼然成了"地面海，給全市帶來了116.4億元的直接經濟損失。

由此可見，內澇問題在北方地區已相當嚴重，水體治理也是北方城市急待解決的問題，北方地區建設海綿城市勢在必行。海綿城市是城市雨洪管理概念中新興的一代[8]，這意味著城市應該具有"彈性"，能夠適應環境變化，應對雨水造成的自然災害。下雨時，它應該吸水，儲水，滲水，凈水，在需要時“釋放”并使用儲存的水。[9]又稱“水彈性城市”。國際術語是“低影響發展雨水系統的建設”[10]。生態優先應該是海綿城市建設的原則[11]，結合人工措施和自然手段[12]，在確保城市安全排水和防澇的前提下，最大限度地提高城市雨水的積累和滲透、并凈化，促進雨水資源的利用和生態環境保護[13]。

2 我國北方寒地海綿城市建設存在的問題

目前海綿城市雖已得到國家水利部、住建部的積極推進[14]，但由于研究時間較短、涉及研究學科跨度較大等原因，再加上我國北方獨特的地域氣候特征，海綿城市在推動中仍存在一定問題[15]，海綿城市的研究與建設也將面臨巨大挑戰。

2.1 北方城市雨水處理現狀

近年來，北方城市發展迅速，地面硬度也有所增加，污水量增加，雨水滲漏難度加大。徑流系數從原來的0.5增加到0.6～0.7，地表雨水也迅速增加。傳統的雨水排水系統直接將收集的地表徑流排入河道，合流制區域內的雨水大部分通過市政管網進入污水處理廠，以傳統的方式與污水一起進行處理，最后排入河中，這種常用的雨水處理方式導致大部分雨水通過排水管網排入河道，成為無法補充地下水的河流徑流，地下水短缺不斷加重。雨水系統的不夠完善，導致雨水資源被浪費。

此外市民普遍對雨水利用認識不足。目前雖然人們的節水觀念逐漸提升，但是仍然沒有樹立起城市雨水利用的超前理念，市民對雨水利用的意義認識不清晰，節約資源、保護水環境的意識比較差，公眾參與意識淡薄。[16]

2.2 北方寒冷地區對海綿城市建設的局限性

首先北方降雪量大，為保證機動車及行人正常通行，常使用融雪劑，其主要成分為氯鹽和醋酸鉀，隨著雪水滲入地面會對地面以及淺層地下水造成污染。如果這些雪水滲入海綿城市蓄水模塊，并使用這些水進行澆灌，會使植物根部水分中的鹽濃度增加，打破其原有的滲透平衡，植物為了維持滲透平衡，細胞內的水分和養分就會“反常”地向外滲透，當“體內被掏空”后，便植物形成不可逆的傷害，最后導致死亡。除此之外，額外增加的鹽分，使土壤肥力原本就不強的城市綠地土壤更加貧瘠，導致土壤板結，阻斷了根系與空氣、水分的“連接通道”。過多的鹽分還會對植物的毛細根有很大程度的損害，影響根部的生命活力，降低植物對可溶性鹽的正常分解能力及忍耐能力，逐漸形成了一種惡性循環[17]。這一系列的影響使北方地區海綿設施部分功能和綠化難以完成。

其次，北方地區冬季漫長，天氣寒冷，東北地區冬季氣溫可達到零下三十幾度，黑龍江省漠河縣最低溫度可低至零下四十幾度，如此嚴寒氣候使得許多海綿設施無法使用，例如綠色屋頂，普通的透水鋪裝等，海綿設施應用于北方地區時需先進行凍融實驗，這就使得北方地區在海綿設施應用方面具有一定的局限性。

2.3 現行法規針對性應進一步強化

我國北方寒冷干旱，與南方城市之間的降雨量、土壤特性、氣候特點存在明顯差異，不同地區所存在的關鍵性問題也并不相同，部分城市水污染嚴重，部分城市洪澇災害頻發，針對各種不同地區不同情況，可以發現在國家政策層面上，一方面不斷提供海綿城市建設財政支撐，另一方面也不斷更新規范標準以指導海綿城市的建設。但目前在海綿城市法規中要求的部分設施構造及相關參數等方面并沒有考慮各地區不同水文地質條件、氣候狀況、經濟發展水平等情況，多數現行法規中僅提及要考慮具體因素確定方案，針對不同城市的設計參數，針對北方地區建設海綿城市的的指導性法規，需要相關部門進一步強化。

2.4 海綿城市建設是一項長期工程

在《關于推進海綿城市建設的指導意見》[19]中要求城市70%的降雨量要能夠原地消納與利用，到2030年要求達到80%以上。這意味著自我國自2015年第一批海綿城市試點確立后，僅5年時間海綿城市建設要初見成效，15年海綿城市建設基本完成，而海綿城市的建設是涉及前期規劃設計、中期建設施工、后期運行與維護管理等多個階段，時間期限短使海綿城市建設難度更為增加[20]。

2.5 需要科學性的結果預測與評價

海綿城市建設的目標之一是使城市開發建設后的水文特征接近開發前[21]，《海綿城市建設指南》中也多次提到有條件的情況下可使用水文計算和模型模擬來研究海綿城市的控制指標、設施規模和年徑流總控制率目標，但有些項目在規劃設計前沒有進行這項工作，這將使海綿城市建設的最終實施效果難以預測和實現。在實施效果評估方面，目前根據“海綿城市建設績效評估與評估方法(試行)”[22]、“海綿城市建設指南”和與雨洪有關的規定，判斷設計是否合理。其中所涉及的評估方法和評估指標很多，規范要求和指定參數的分布是分散的。難以整合出完整且具有科學性的評價體系，針對北方地區興建的海綿設施更是需要針對性的考核與評價，來驗證其是否能經受住嚴寒天氣而發揮海綿體應有的作用，綜上所述，為了保證海綿城市建設最終實施效果得以達到建設目標，需要建立完整的海綿城市實施效果預評價體系。

3 北方寒地海綿城市建設的總結與展望

無論是工程界、學術界還是政府管理者都已經清晰認識到原來的單一目標、高污染、高碳排放、粗放型的雨水排放模式已經難以為繼，海綿城市的發展勢在必行，但我國海綿城市建設過程中由于推行時間較短而面臨諸多問題，尤其像北方地區這種地域特征明顯的地區，更是需要具體問題具體解決，這些問題需要政府職能部門工作人員、城市規劃師、市政工程師、景觀設計師等各行各業從業人員共同解決，同時海綿城市的建設也需要積極吸取國外雨洪體系建設的成功或失敗經驗[23]，但不可完全照搬，應針對我國具體情況因地制宜的適當借鑒，以應對我國海綿城市建設出現的問題。

結語

海綿城市的建設絕非能一蹴而就，是一個長期而艱巨的系統工程，需要各個學科專業人士積極配合，統籌協調，在真正落地實施前必須經過前期科學的項目背景分析和結果預測評價，我們要讓海綿城市建設真正成為"美麗中國"和未來"綠色城鎮化"的有力抓手和一種長效機制，充分發揮其對我國的城鎮化和城市建設發展過程中的歷史作用，為我國人民共謀福祉，共創安康美好環境[24]。