海綿城市建設進展與問題分析

王明星

【摘 要】我國城鎮化水平不斷提高，改變了城市原有下墊面的性質，導致了許多問題，例如城市排水不暢、水資源分布不均等，將雨水簡單排出已經不能滿足城市發展的需要。海綿城市建設理論的提出為解決城市水問題提供了新思路，成為城市治水的新方向。文章介紹了海綿城市的提出背景，對國內外海綿城市建設研究進展做了綜述，分析了“海綿體”出現的問題，并對面源污染的原因與機理做出了進一步的探究。

【關鍵詞】城市化;海綿城市;水生態;“海綿體”;面源污染

【中圖分類號】TV121 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）04-0021-03

1 引言

近年來，我國快速的城鎮化發展改變了城市原有的下墊面狀況，減少了雨水的下滲面積，從而引發了一系列的城市問題，如城市水污染、排水不暢引發內澇等。例如：2012年7月21日，北京遭遇61年來的最大暴雨，79人在此次暴雨中遇難，經濟遭受嚴重損失[1]，因此傳統“快排式”排水系統已經不能滿足現代城鎮發展的需求。在淡水資源缺乏的今天，雨水資源的收集與利用就變得尤為重要，2016年全國平均降水量約730 mm[2]，這是一種總量非常可觀的淡水資源，如果這些雨水能夠加以利用，將會緩解我國約1 100座城市的缺水情況[3]。因此，要想解決城市內澇、水污染等問題，合理利用雨水資源，則迫切需要一種新的雨水排放模式。海綿城市（Sponge City）是指一座城市對雨水具有良好“彈性”，能夠像海綿一樣吸水、釋放水，能夠適應環境的變化并對突發的自然災害做出及時應對，下雨時吸納水、凈化水、蓄存水，當需要水時，蓄存的水又可以被“釋放”并加以使用[4]。自然生態環境和海綿城市人工設施的結合，將大幅度地提高雨水的利用率，實現城市雨水資源的下滲、凈化和蓄集。

建設海綿城市，即在城市內建設一系列對環境低影響的雨水管理措施，摒棄傳統的排水模式，采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”相結合的方法，減少地面徑流量，實現雨水的收集與利用，從根本上提高雨水的吸收、存儲、滲透、凈化的能力，讓雨水在城市中自然遷移。海綿城市的建設途徑分為3個方面：①保護原有的水生態系統;②修復受損的水生態系統;③推行低影響開發[5]。通過以上建設途徑，采取相對應的措施，例如綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝、下凹式綠地等，實現對雨洪的管理，提高雨水的滯納程度。

本文主要研究了國內外海綿城市的發展現狀，并對我國海綿城市建設過程中出現的問題進行分析，并提出解決措施，從而給中國的海綿城市建設提供有價值的參考。

2 國內外海綿城市研究現狀

2.1 國內海綿城市建設的研究進展

2015年4月，我國公布海綿城市第一批試點城市名單，武漢作為試點城市之一，全面開展了海綿城市的建設，通過河道儲蓄、城市綠植、推廣綠色建筑、建設綠色下水道等實際工程的實施，增大雨水下滲率與下滲面積，使“水害”轉變為“水利”[6]。通過大力改造，2016年武漢市內澇嚴重區域僅限于近年發展較快的新城區，原來的積水區域基本沒有再次出現積水[7]。海綿城市建設另一試點——重慶市，憑借著獨特的氣候與地形，已經形成具有山地城市特色的海綿城市建設體系。為了建成高滲透、高涵水、高承載的生態城市，重慶市對市內重點區域“華僑城”進行了改建，在“海綿”型城市具體建設方面分為“海綿體”的保護和培育、生態系統的恢復、徑流的分解與消納、減速緩沖、工程設施的連接與融合5個部分，并且創新性地提出了陡坡截留體系，增大了雨水的下滲量，為其他山地城市的海綿城市建設樹立了一個成功的典范[8]。

哈爾濱的群力雨洪公園是“海綿”型公園的典型案例，從中國古代農業吸取經驗，采取填挖土方的簡單方法，在城市中心建造了覆蓋面積為10%的綠色“海綿體”，增大了雨水的下滲面積，增加了城市的涵水量。在建設階段，城內大部分的天然濕地被保存下來，然后通過開挖填充土方的方法在周圍建造一系列的水坑和土堆，為核心濕地提供雨水過濾和凈化的緩沖區，在濕地周圍布置雨水收集管，使其通過水泡系統過濾沉淀后進入自然濕地[9]，采用這種方式更有利于雨水的涵養。在海綿城市建設成果中，另一極具特色的設計就是北京雁棲湖生態發展示范區，在原有生態基礎上建立人工生態濕地，實現雨水的自然凈化，有效收集雨水，用以回補地下。在雁棲湖整個生態規劃中最值得學習的是海綿城市的先進建設技術，例如臺田凈化雨水技術、人工濕地污水處理技術及生態邊溝凈化雨水技術。建造臺田、人工濕地、生態植草溝等“海綿體”，通過“海綿體”中土壤的過濾和植被根系的吸收，去除水體中的顆粒物和污染物，對雨水進行凈化[10]。

2.2 國外先進海綿城市建設理論與發展

早在20世紀40年代，美國就已經開始關注地表水污染問題，1972年，最佳管理措施（BMPs）理念被提出。我國于2014年才頒布了《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》[11]，海綿城市建設理論提出得較晚。近年來，我國大型城市的管網覆蓋率普及到了60%，而小型城鎮僅達到40%，與國外城鎮的排水系統相比，我國的發展還是明顯落后[12]，但與改革開放初期相比，我國在城市生態建設和雨水利用方面已取得了長足進步。為了彌補與西方發達國家的差距，借鑒和學習其他國家的先進技術與經驗是一條加快海綿城市建設的重要途徑。

美國、澳大利亞、德國等發達國家在海綿城市建設方面的實踐相類似，其中最為典型的有美國的低影響開發（LID）、澳大利亞的水敏感城市設計（WSUD）、英國的可持續排水系統（SUDS）等[13-16]。這不僅是發達國家建設海綿型城市的理論基礎，更是歷年來的心得和經驗的總結。在美國，綠色屋頂廣泛流行，由下凹式綠地、滲透性路面、入滲井等組成的地下水回灌系統也得到了推廣，其中佛雷斯諾市采納的回灌技術，芝加哥市實施的隧道蓄水系統，不僅解決了城市的洪澇問題，更是在雨水的收集與利用方面取得了顯著效果，節約了大量的城市用水[17]。德國是最先涉及屋頂綠化的國家，也是目前掌握最為先進的屋頂蓄水技術的國家之一[18]。除了首屈一指的管道排水技術，德國的雨水收集技術經過多年的改進已逐漸成熟，在德國有3種城市雨水收集技術被廣泛應用：屋頂蓄水技術、截污與滲透技術、生態小區的雨水利用系統[19]，其中屋頂蓄水技術被廣泛應用，能夠有效地彌補城市化帶來的綠化面積減小，下墊面雨水滲透性減弱的不足。與傳統處理洪水的方式相比，英國的“可持續性城市排水系統”側重于源頭化處理徑流，減少暴雨徑流量，延緩匯流時間，通過減少城市地面硬化面積，增加地面的滲透能力，蓄集雨水并用于景觀綠化或回補地下水[20]。

3 我國海綿城市建設存在的問題與分析

我國海綿城市理念于2012年4月首次提出，目前仍處于初期階段，雖然我國海綿城市的建設技術日趨成熟與完善，但隨之也暴露出諸多問題，海綿城市建設的開展將面臨著重重的困難。

3.1 雨水入滲所帶來的泥沙淤積問題

透水性鋪裝是建設海綿城市有效措施之一，其作用在于增大路面下滲率便于雨水的收集與利用，但在雨水下滲的同時卻有可能帶來一系列的問題。在海綿型城市建設中，公路路面、公園、廣場等大型場所大部分都采取透水性鋪設，改善了城市下墊面的透水性，增大了雨水的收集面積。雨水在被收集前已經歷過較長的徑流過程，夾雜著徑流途中的大量泥沙，不僅會在雨水下滲過程中淤塞透水性設施，降低雨水下滲率，還會在蓄水裝置中造成泥沙的淤積，難以清洗，更有甚者還會造成“海綿體”的功能失效，喪失對大量雨水的吸納能力。在降雨初期，雨水的泥沙攜帶量是徑流穩定時的數倍[21]，在該時段內，透水性鋪裝更容易被堵塞，從而對后期雨水的下滲與收集造成影響。

3.2 氣候特征對“海綿體”的影響

海綿城市建設大力提倡雨水的收集與利用，雖然理論基礎都已經相對成熟，但在具體實施的過程中仍存在一些實際問題。我國屬于季風氣候，降水大多集中在7、8月份，所以在冬季，海綿城市建造的設施就失去了本身的價值，由于植被不耐嚴寒，植草溝、下凹式綠地、屋頂花園等設施都喪失了自身綠化的功能，這些現狀都對植被的選擇和配置提出了更高的要求;此外，水在冬季低溫狀態下易結冰，結冰后體積會增大10%，就有可能把蓄水罐撐裂，這不僅增大了“海綿體”后期維護的工作難度，更浪費了大量海綿城市建設資金。

3.3 “海綿體”易受污染問題

影響“海綿體”的污染類型及負荷因素有很多，例如降雨強度、降雨量、降雨歷時、土地類型、大氣污染狀況、地表清掃狀況等[22]。在海綿城市建設過程中，“海綿體”的構建不僅能夠減少雨水地表徑流量，還能夠攔截雨水中的泥沙和污染物，起到有效凈化雨水的作用。隨著工業的發展，大氣污染加劇，雨水的水質也變得越來越差，被稱為污染物“過濾器”的“海綿體”則會富集越來越多的污染物，在降雨期間，25%～30%的徑流將帶走至少80%的污染負荷，其污染濃度遠遠超過地表水的劣V類評價標準[23]，這些污染物一旦超標，輕則導致垃圾的堆積，難以清理，重則導致重金屬含量超標，污染“海綿體”所在的土壤或含水層，甚至會對飲用水造成影響，威脅人們的健康。就目前來看，我國對該類面源污染機理的研究還不夠深入，還未找到治理“海綿體”污染的有效方法[24]。

4 海綿城市建設存在問題的解決方法

對于雨水下滲帶來的泥沙淤積問題，最根本措施是降低雨水下滲時泥沙的含量。首先，可以在透水性設施之前安裝過濾網，對粒徑大于透水性設施孔徑的泥沙和污染物進行第一次的攔截，減少隨雨水進入“海綿體”的泥沙含量;其次，可以合理地避開雨水徑流泥沙含量大的時段，從而降低透水性設施被堵塞的可能性;最后，可以加大雨水徑流上游的水土保持工作力度，增大水土保持區的面積，從根本上減少泥沙含量。

“海綿體”種植的植被必須具備耐濕熱、抗嚴寒的特性，一般適合種植耐寒、抗旱的低矮灌木或小型喬木，并且還要兼顧植被自身特性進行搭配種植，保證“海綿體”一年四季都可以發揮功能。在蓄水罐易被凍裂問題上，蓄水模塊的發明與使用解決了這一難題，金屬質框架不僅增加了蓄水罐的支撐強度，也增大了雨水的蓄集量。

“海綿體”的規劃是否合理是影響“海綿體”受污染程度的重要因素之一，雖然“海綿體”有凈化雨水的功能，但單一的“海綿體”效果甚微，要將獨立的“海綿體”有機結合成一個系統，織成一個“海綿網絡”，使相鄰“海綿體”之間可以相互處理污染物，發揮出“1+1>2”的凈化作用，降低面源污染的濃度。所以，在建設海綿城市的過程中，應加大對面源污染機理及解決方法的研究，加快該類污染模型的建立。

5 結語

海綿城市建設對我國城市雨水系統的管理意義重大，從西方發達國家雨洪管理模式的發展歷程來看，我國的海綿城市建設工作是一個長期的系統性任務，在借鑒發達國家經驗的基礎上，應結合中國城市發展的客觀情況，認識海綿城市的基本內涵，推進海綿城市建設進程，逐步解決“海綿體”出現的問題，準確了解我國氣候對海綿城市的影響，對面源污染問題進行深層次的研究。海綿城市的成功經驗和實踐研究為我們建設生態城市指明了方向，為解決城市內澇、徑流污染提供了切實可行的方法。

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[責任編輯：鄧進利]