基于海綿城市理念的城市排水設計

丁 蕊，鄭 瀚,，張軍紅， 胡 勇

(1.長春建筑學院 城建學院，吉林 長春 130607；2.重慶禹智水利電力工程咨詢有限公司，重慶 401147；3.重慶水利電力職業技術學院，重慶 402160)

1 引言

近年來，隨著我國經濟社會的快速發展，城市規模不斷擴張，城市人口比重日益提高，2019年底，我國城市化率達到60.6%，預計至2035年我國城市化率將達到70%。城市的快速擴張，極大地改變了原有的地表景觀，原來的農田、森林、荒地等被城市建筑、道路等硬化地面所取代。研究表明，一方面，城市熱島效應及大氣凝結核濃度的升高導致降水幅度上漲[1]；另一方面，不透水地面的增加，嚴重阻斷了水循環中降水下滲環節，無法下滲的雨水增加了地表徑流量，縮短了降雨匯流的時間[2,3]。在城市化進程和氣候變化的疊加效應下，因暴雨產生內澇已成為困擾我國多數城市的嚴重問題。有關資料表明：自2010年起，我國因城市內澇導致的年均經濟損失在1000億元以上，涉及31個省份，年均1億人遭受災害，15個省份損失超過百億元，其中2011年尤甚，竟多達4000億元[4]。城市內澇嚴重，直接原因是市政排水系統與城市建設發展不協調，而根本原因卻是城市建設對地表景觀的改變影響了地表徑流量，增加了地下排水管網的負擔。當前我國城市不僅面臨嚴峻的內澇問題，水資源短缺問題亦日益嚴重，主要原因是傳統城市排水基礎設施建設滯后、雨水資源合理利用意識的薄弱，導致我國因暴雨受災城市的數量、規模、經濟損失程度和人員死傷均呈明顯上升的趨勢[5]。

為解決我國城市內澇與水資源短缺的問題，我國提出了建設“海綿城市”的發展思路，其本質是改變傳統城市建設與發展理念，構建順應自然、人與自然和諧共處的低影響發展模式，從而實現人、城市與其資源環境的協調發展。海綿城市是城市雨洪管理理論上的內涵發展和進步，明確了生態型城市雨洪綜合管理思想和途徑，強調城市應對水文自然災害的彈性和低影響開發的城市雨洪綜合管理思路[6]。本文基于海綿城市理念分析我國城市排水設計應注意的問題，以期對我國城市構建人與自然和諧的雨洪利用模式提供有益參考。

2 城市洪水災害的原因

2.1 排水基礎設施不完善

改革開放以來，我國經濟社會快速發展，城市化建設日新月異。這期間我國的城市化建設是一個不斷探索進步的過程，城市化建設的各種標準在不斷完善和優化，如城市防洪標準和城市排水管網建設的標準，40年間在不斷的成熟和規范。但是存在的問題是早期建設的城市，排水管網標準較低，許多地方排水管網年久失修、老化嚴重，排水功能減弱。而系統的更新的成本很高、專業性很強，需要大量的財政資金和專業技術人才投入，增大了工作難度和工作量[7]。同時由于城市人口日益增加，工業規模越來越大，城市用水量不斷增加，城市水資源短缺問題日益嚴峻。為了改善城市內澇與水資源短缺的現狀，必須轉變發展思路，完善排水的基礎設施，優化排水方案。

2.2 全球及局部氣候變化影響

隨著全球人口的不斷增加，人類對地球資源的開發程度達到了前所未有的高度，由于不合理的開發、利用自然資源，破壞生態平衡，使得全球氣候變暖形式日益嚴峻，與之相伴的氣候異常、極端天氣事件發生頻率呈遞增趨勢，而極端天氣引起的災害性后果，對人類具有嚴重影響。2012年，北京“7·21”特大暴雨造成79人死亡，160.2萬人受災，經濟損失116.4億元[8]。一定時間內，城市的排水管道的排水能力是有限的，一旦局部排水管網出現問題，將增加臨近排水系統的負擔，甚至影響整個城市排水管網的功能，從而導致城市內澇，嚴重威脅人民群眾的生命財產安全。

2.3 城市雨水資源利用率低

在人類未干擾的自然狀態下，降水過程中絕大部分的雨水會滲透到地下，少部分的雨水會流失掉，下滲到土壤的水分補充地下水，形成徑流的降水匯集成江河流入大海，再以水汽形式返回陸地形成降雨，這是自然界的水循環[9]。這樣的循環可以有效地對地下水進行補充。然而隨我國城市的快速發展，城市硬化路面日益增多，傳統的城市排水設計過于注重排水，希望盡快將降雨流排掉，在降雨量較低時，城市排水系統可以及時排放雨水，而當雨量超過排水系統的設計極限時，則會引起城市內澇。我國大多數城市水資源匱乏，而傳統的城市排水設計缺乏對降水資源化利用的考慮，因此，合理利用城市雨水資源，是未來緩解我國城市水資源短缺的一個重要途徑。

3 海綿城市的內涵

近年來伴隨我國城鎮化的快速發展，城市內澇頻發、城市水資源短缺問題亦日益嚴峻，其中重要的原因是城市雨水資源沒有得到合理的利用。城市建設導致的下墊面硬化，嚴重阻斷了降雨下滲的過程，城市化后約70%～80% 的降雨形成徑流，且匯流時間縮短，導致城市內澇的概率及危害增大[10]。海綿城市是針對我國當前日益嚴峻的城市內澇和水資源短缺問題提出的嚴重新的城市建設思路[11]。

顧名思義海綿城市，就是讓城市能夠像海綿一樣吸水，能夠最大程度地留住雨水，減少地表徑流，一方面，可以減少城市內澇；另一方面，可以緩解城市水資源短缺。傳統城市建設模式，處處是硬化路面。每逢大雨，主要依靠管渠、泵站等人工設施來排水，以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規劃設計理念，往往造成逢雨必澇，旱澇急轉。根據《海綿城市建設技術指南》，城市建設將強調優先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水[12]。

4 基于海綿城市理念的城市排水建議

4.1 城市滲水設計

傳統城市對市政公共區域景觀進行鋪裝時，主要考慮的是材料的耐用性和景觀效果的美觀，較少考慮生態因素，多采用透水性比較差的材料(不透水磚等)，阻礙了降水向土壤的入滲，地表徑流增加。針對這一問題，可采用過透水鋪裝設計，使用透水磚代替不透水硬化材料，同時盡可能保留或增加城市綠地面積，作為滯納雨洪的緩沖區[13,14]。采用透水鋪裝，一方面可以提高雨水的滲透能力，使得雨水的滲透量逐漸增大，地表徑流逐漸減少；同時，雨水滲透到地下土壤層的量增加，用于河道和補充地下水，利于地下水的平衡。

4.2 城市蓄水設計

針對日益嚴峻的城市水資源短缺問題，將降雨有效存蓄并合理利用是一個重要的水源，城市雨洪利用也越來越受到人們的重視。如一些城市通過設置雨水存蓄設施，將雨水資源充分儲存，經過凈化處理，用來清潔路面、水景補水等[15]。蓄水設施包括人工建造的蓄水池、植被蓄水、土壤層蓄水等。

4.3 城市滯水設計

植被對降雨具有一定的滯留作用，樹木茂密的枝葉能夠滯留一部分雨水，植被下的枯枝落葉層也具有較強的雨水吸納能力。因此具有喬-灌-草結構的城市綠地對雨水的滯留作用較好。城市林地(綠地)的設計，不僅可以有效降低地表徑流量，還能對地下水源起到涵養作用[16]。原本低洼的地段可以設計城市濕地，形成半自然的生態滯留區，利用植草溝、雨水濕地、雨水塘等方式，促進雨水滲入地下，以便有效地儲存水資源或對雨水徑流進行控制。城市濕地的設計，可以最大化地利用土壤和植被，改善徑流質量，治理徑流污染，同時實現城市功能和景觀的提升。

5 結語

我國城市普遍面臨城市內澇與城市水資源短缺的問題，針對上述問題，國家提出了建設海綿城市的戰略。建設海綿城市，是基于人與自然和諧思想的新的城市發展思路，要求我們改變傳統的發展理念，牢固樹立尊重自然、順應自然的發展觀。基于海綿城市的發展理念，在城市排水設計中要求我們盡可能少地改變城市原有的排水功能，具體如下：使用透水材料鋪設人行道、廣場等地面，使降水向土壤入滲的過程可以維持；建設蓄水設施、鋪以相應的管網、溝渠等，存蓄部分降水作為城市市政用水等；盡可能多地保留城市原有綠地、新增城市綠地(公園)，通過城市綠地植被滯留降雨。通過采取上述措施，一方面，可以有效降低因暴雨導致的城市內澇；另一方面，通過滯留、存蓄部分降雨，緩解城市水資源短缺問題。