中國海綿城市建設理論研究進展

肖 龍

方露萍

李雷婷

據中國網報道，2016年以來全國14個省（區、市）遭遇暴雨，共573個縣遭受洪澇災害，受災人口近900萬人，農作物受災面積超800多萬畝，直接經濟損失超138億元[1]。此外，隨著我國城市化進程的加速推進，一系列環境與生態問題不斷衍生，例如雨水下滲困難、地下水資源過度開采、水體污染與水質惡化、水系統徑流功能退化等，這些問題進一步影響我國經濟社會發展。2013年12月，習近平總書記在中央城鎮化工作會議上明確指出了建立海綿城市的重要性。2014年，住房與城鄉建設部印發《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試用）的通知》（后文簡稱“指南”）。根據指南，“海綿城市”就是比喻城市像海綿一樣，遇到降雨時能夠就地或者就近吸收、存蓄、滲透、凈化雨水，補充地下水、調節水循環；在干旱缺水時有條件將蓄存的水釋放出來，并加以利用，從而讓水在城市中的活動符合自然規律的城市形態。2015年，住房與城鄉建設部辦公廳印發《海綿城市建設績效評價與考核辦法（試行）的通知》。在上述一系列政府文件的推動下，近年我國在海綿城市建設領域進行了諸多探索，并取得了大量成績。

為方便我國學界在海綿城市建設領域開展深入研究，本文從專項設計、技術應用等方面梳理并述評我國在海綿城市建設領域中的已有實踐成果與研究文獻，通過探討這些成果與文獻的先進與不足之處，對未來該領域的研究方向進行展望，并為現實應用研究與實踐工作提供參考。

1 專項設計研究

海綿城市在建設之初，應基于生態理念統籌開展水系工程、道路交通、綠地景觀、市政工程等領域的工作，事先提出有針對性的專項系統規劃，并將其同城市總體規劃、控制性詳細規劃進行協調與結合，以確保海綿城市建設的科學性、系統性與可實施性。

1.1 城市水系

城市水系是城市小區域生態與自然環境的重要構成部分，同時也是城市徑流雨水自然排放，甚至城市用水排放的重要受納體、通道和調蓄空間。在未來海綿城市建設與城市水系統調度運行中，除現有溢洪道、排水渠等泄洪主體外，亦應考慮自然水系連通段的景觀廊道與泄洪排水渠道的雙重功能。在人工水道方面，應充分利用原有自然地形和地貌，工程設計宜與建設地點地勢相一致，廠區雨水宜就近排入處理單元。水系的布局與規劃可以由單一或多種類型構成，現實當中既有的構成形式包括串聯式、并聯式與組合式三種。具體來看，既可以根據出水用途獨立規劃設計雨水通道和濕地，也可按照預處理、調蓄與處理單元的先后順序選擇使用串聯和并聯形式。若要循環處理雨水和用水，可以采用串聯式實現水資源循環使用；若雨水和用水可以直接進行排放，可采用并聯式設計水系統以方便出水向附近自然水系排放；組合式的運用則應該綜合考慮現實情況與城市需求。

1.2 市政道路

在市政道路的海綿化方面，主要是要在道路雙側鋪設具有吸收、滯蓄、過濾、下滲、凈化雨水與補充地下水的低影響設施[2]。以廈門市洋塘居住區的海綿化建設為例，市政道路雙側海綿體的建設應具備匯入徑流、凈化徑流、減緩徑流速度、滯留徑流、下滲徑流、排放徑流、防治泥土沖刷流失與攔截污染物的功能。在市政道路海綿體的具體內容方面，應該依托優化豎向設計，借助自然地勢地形來對市政道路周邊的雨水進行收集。馬越等（2016）指出市政道路雙側的海綿體包括下沉式綠地、植草溝、速滲井等不同類型[3]。現有的海綿城市建設研究主要側重于針對市政道路海綿體的功能、形式與建設等方面進行探討。

1.3 綠地系統

綠地系統的構筑是實現生態與景觀綠化目標的重要舉措。當前，海綿城市建設主要傾向于從園林設計、生態環境系統規劃、作用功能等角度切入，以探討綠地系統的重要性、必要性與建設路徑。功能方面，綠地系統除具備海綿城市理念要求的吸水、蓄水、滲水、凈水與排水功能外，還具有生態環境保護與城市美化的作用。鄭鍇（2016）指出風景園林專業的工作原則建立在尊重與善待自然的基礎之上，海綿城市針對風景園林的規劃設計提出了更高的要求[4]，也預示著園林與海綿城市建設的結合已成為未來城市建設和發展的大趨勢。在更微觀的具體建設技術方面，張冠等（2015）指出植被的選擇是構建生態系統的關鍵，也是綠色系統和基礎設施發揮效用的切入點，并提出應以滿足受淹時間的要求為前提來選擇景觀設計所需要的具體植物類型[5]。

1.4 排水防澇

在排水防澇方面，應綜合考慮城市及大區域內的地形地勢、水系格局、排水系統與水利工程的現實情況，以規劃建設科學有效的排水防澇系統。具體來看，在自然排水防澇通道方面，應對下游水壩大閘進行除險加固，以提升其泄洪擋潮排澇的整體能力；對于上游通道，應人工新開渠道、排水防澇水閘與排水出口，以增強上游分流能力。此外，開展生態恢復治理工程，加強流域水土保持以及增加濕地建設，提升區域整體滯蓄能力也是排水防澇工程的重要內容。王強等（2015）通過分析北京永定河文化新區的雨水系統，指出在區內最南端雨水調蓄區建設流量約12m3/s，且4小時能排空的雨水排澇泵站，對于緩解北京永定河文化新區的水澇問題具有重要作用[6]。通過梳理已有成果和研究文獻，可以知道在排水防澇領域研究，主要傾向于針對整體規劃、設計思路、技術路線等方面進行。

2 應用技術研究

指南中，關于具體技術的介紹與說明也是一個重要部分。通過梳理實踐經驗和研究文獻，本部分主要探討在綠色屋頂、透水鋪裝、生態駁岸、下沉式綠地、植草溝、生態駁岸和雨水花園等方面針對具體應用技術的研究情況。

2.1 綠色屋頂

綠色屋頂即通過合理設計，在建筑物頂上種植植物，以實現雨水收集，并達到美化環境、改善水質等目的的重要海綿城市建設技術。對于綠色屋頂，現有的研究主要側重于其功能與建設方法的探討。首先，綠色屋頂是最為便捷的雨水資源收集方式，適用于工廠、辦公樓、居住區、學校等各類建筑。綠色屋頂借助集雨桶或蓄水池可直接實現對雨水的收集儲存，收集的雨水可以替代非飲用水，用于洗車、澆灑道路、沖洗廁所等。其次，綠色屋頂技術可有效實現地表徑流的減少和緩解徑流流速，從而減少地表徑流帶來的水土流失。再次，綠色屋頂對于美化環境、提升水質，以及為鄉土植物提供豐富的生長環境亦具有重要作用[7]。

2.2 透水鋪裝

透水鋪裝對于城市景觀滲水性的提升具有重要意義，可以促進其表面部分雨水的下滲效率[8]，對于地表積水的減少和地下水的補充具有重要推動作用。透水鋪裝運用范圍較廣，適用于廣場、停車場、車流量和荷載較小的道路（市政道路的非機動車道）、人行道等。針對不同的建設對象需要選擇不同的透水鋪裝方式。小區內荷載較小的硬化地面可采用純透水鋪裝地面，而機動車與消防車路面則宜選用透水磚和透水混凝土等較堅固的材料進行鋪裝建設；公園內道路采用透水混凝土路面鋪筑，支路以透水磚/透水礫石路面為主，全部材料的選用以引導雨水通過面層補給地下水為目標；廣場則選用具有仿石材規格和質感的預制透水混凝土，以保證機構層承重的同時，又兼具透水功能[9]。此外，非常用地面可考慮選擇松散的礫石與卵石作為鋪裝材料，并通過在鋪裝表面撒播草籽，形成一層堅固的綠色表皮，從而充分發揮透水鋪裝的效用。

2.3 下沉式綠地

下沉式綠地又稱下凹式綠地，是一種低于周邊地表，且能借助凹槽的作用實現周邊雨水匯流的綠地空間。下沉式綠地具有狹義與廣義之分，狹義上是指低于周邊路面或硬化地面約20cm以下的綠地。廣義的下沉式綠地除包含狹義內涵之外，還涉及生物滯留設施、雨水濕地和滲透塘等[10]。對于下沉式綠地的下凹深度，李俊奇等（2004）明確劃定為0.05～0.25m的下凹深度范圍以內[11]。對于下沉式綠地的建設，土質與綠化率等情況也是需要考慮的。例如西北黃土地區，因土壤滲透性較高，其下沉式綠地可直接利用原有土壤種植植物，而對于南方粘性較強的紅土區域則需考慮加入一些滲透性更好的沙質土壤以方便下沉式綠地作用的發揮。此外，實踐中需要合理計算下沉式綠地的蓄水量與植物淹水時間，以規劃出足夠的建設比率。同時，可實現下沉式綠地同其他雨水設施的有效結合，增強海綿城市的局部與整體觀賞性。而在下沉式綠地植物的選擇方面，則宜種植多種耐水植物，形成耐水植物體系。

2.4 植草溝

植草溝又稱植被淺溝，指擁有植被覆蓋的地表溝渠，是一種徑流引導設施。植草溝可以結合海綿城市的其他設施，用于收集、輸送、調蓄和排放雨水徑流，且具有凈化雨水的功能[12]。現實中，植草溝的適用對象、類型、功能與建設標準是實踐者與研究者們探討的主要方面。一般的，植草溝適用的對象涉及工業區、商業區與住宅區等多種區域，且具體可用于建筑、小區內道路、廣場與停車場等不透水面的周邊區域。植草溝的建設一般屬于整體綠化帶的一部分，常與生態水塘結合而建設。例如在小區、公園、廣場、校園等主要道路兩側修建植草溝，主要起到收集路面雨水和凈化、減少雨水污染的作用[13]。此外，植草溝還具有形成綠色生態廊道的功能。

2.5 生態駁岸

生態駁岸是指借助植物或植物同土木工程、非生命植物材料的結合，以緩解坡面與坡腳的易侵蝕性和不穩定性為目的，同時又能實現多種生物共生與繁殖的設施[14]。生態駁岸的運作機制在于其可借助不同的植物帶截留雨水與地表徑流中的大型固體顆狀物，起到緩解徑流和凈化雨水的作用。在海綿城市的建設中，生態駁岸可因使用建材的不同而具有不同的形式，比如置石駁岸、松樁駁岸、草坡入水式駁岸、親水平臺與卵石灘等，各城市在生態駁岸的建設中，可根據自身需求選擇具體建設類型。在生態駁岸的具體設計與建設方面，生態駁岸的寬度宜維持在50m以上，其邊坡則應保持在1∶9～1∶6的范圍內，生態駁岸自陸地至河流依次可種植陸生植物、挺水植物、沉水植物、藻類與浮生植物[15]。

2.6 雨水花園

雨水花園是一種通過較大范圍的園林形式來收集雨水的重要海綿城市建設技術，是城市雨水利用基礎設施的構成部分，一般設在地勢較低的低洼之處。雨水花園的功能主要在于借助植物來實現初期雨水的凈化、滯留和消納等目的。此外，雨水花園還具有豐富景觀、改善局部氣候環境等多種功效。張毅川等（2015）指出雨水花園結構簡單、建造靈活、成本低廉，是值得推廣的綠地雨水利用設施[16]。雨水花園可廣泛運用于居住、商業等不同類型區域，主要由種植土層、礫石層、蓄水層、覆蓋層與人工填料層等多個部分構成。而在設計時，既可選取具有較高觀賞價值或特殊的鄉土植物，也可選擇長勢強、根系發達、耐寒，又擁有短暫耐水濕能力與抗逆性良好的植物。

除了以上6個突出的海綿城市常用建設技術外，按照滲、滯、蓄、凈、用、排6個海綿城市建設目標，海綿城市建設技術研究領域還包括滲透管溝、滲透塘（滲）；植被緩沖帶、旱溪（滯）；人工湖面、景觀水體、蓄水池等人工水體與天然湖泊、池塘、河流等自然水系（蓄）；人工濕地、穩定塘、濕塘、雨水濕地（凈）；雨水罐、雨水儲存池（用）；滲渠、初期雨水棄流設施（排）等。

3 其他研究

3.1 資金來源

我國海綿城市建設的資金來源主要是政府與社會兩個方面，其中使用最多的融資方式是PPP模式，即政府與社會資本合作的方式，該方式有利于先進技術、管理運營經驗與行業領軍企業的引入，對于海綿城市投資、建設、運營的體制與機制問題的解決效果顯著[17]。政府資金投入方面，國家開發銀行、農業發展銀行等政策性金融機構也是我國海綿城市建設的重要金融力量。

3.2 建設評估

在海綿城市的建設過程中，評估評價主要可劃分為建設前的風險評價與建成后的驗收考核兩個方面。建設前的風險評價涉及經濟風險、健康風險、環境風險等，而其中評價的較多的為健康風險和環境風險兩個方面。健康風險方面主要考慮收集來的雨水所帶來的疾病傳播和感染的潛在可能性[18]；而環境風險方面則主要表現為海綿城市建設中材料、建造、運輸、操作與維護對于環境的影響[19]。在建成后的驗收考核方面側重于從建設質量以及同城市的匹配度等方面進行。

3.3 政策法規

現有研究表明我國在保障海綿城市實施的政策、法律法規領域的建設力度是不夠的，目前僅有的是一些試行指南、辦法、倡議書、意見等，而缺乏專門針對海綿城市或其中內容的權威性政策法律法規，因此法律法規體系不健全[20]。

3.4 經驗介紹

海綿城市建設理論研究的現有成果涉及古今中外，其中以我國古代經驗與國外經驗介紹為代表。國外海綿城市建設經驗及對我國的啟示是實施者與研究們探討的重要領域，在國外經驗研究方面，主要傾向于先進理念與技術應用介紹。例如，對日本、德國、新西蘭、美國等國家的具體工程與法律體系建設的推崇[21]。古代經驗介紹方面，以古人的防水思想和雨水利用為主，例如通過分析我國古代傳統民居、古典園林與城市排水中的雨水利用思想，總結出現代海綿城市建設可以借鑒的思路和方法，為城市的可持續發展提供有益啟示[22]。

4 研究述評與展望

以《海綿城市建設技術指南》的內容劃分為基礎，結合海綿城市學術研究的基本模塊和方向，本文針對我國的海綿城市建設研究成果進行了文獻梳理，發現我國在專項設計、技術應用等海綿城市建設的宏微觀領域取得了很多先進的成果，這為我國海綿城市進一步的建設提供了有益指導和經驗。雖然我國在海綿城市建設研究中取得了不少的研究成果，但是因受很多因素的限制，仍然存在一些研究不足。

第一，加強理論研究，為具體應用提供指導。因為海綿城市建設的起步較晚，我國用于海綿城市建設的指導理論與思想多從國外發達國家引入，因而出現了一昧追求建設與應用，而忽視扎根本土的指導理論與思想體系建設。因此，基于我國特殊情況開展土生土長的關于海綿城市的基礎理論研究是未來我國海綿城市建設研究領域的一個重要方面。

第二，繼續發展技術，提升海綿城市功能。譚術魁等以我國首批16個海綿城市的建設為例，考察了我國海綿城市的建設進展情況，結果發現這16座城市中有近一半的城市的海綿化情況同城市需求不匹配，不能很好地解決城市排水排澇問題，這在一定程度上可以反映出我國海綿城市建設的技術存在缺陷，有待于實施者與研究者們的進一步完善或開發更有效的應用技術。另外，我國很多試點城市在建設過程中仍存在迷茫情況，不知該從何入手。因此，繼續完善技術，為建設者們提供指導，以推動海綿城市建設力度，仍是未來需要探討的內容。

第三，開展綜合研究，全方位打造海綿城市。海綿城市建設是一個復雜的過程，規劃制定與工程實施橫跨多個部門、多個學科與領域。而目前的研究多從規劃、建筑、土木與水利等理工科視角進行，而在一定程度上忽視了文化、社會與經濟等部門和學科的作用。從人文社會科學等領域來審視海綿城市的建設對于我國建成適應人類生活與動植物生存的健康的、科學的海綿城市具有重要意義。因此，未來具體的海綿城市建設過程應該是一個融合多部門、多學科、多專業理念的過程，綜合從多個視角探討海綿城市的建設實踐與研究是未來實踐與學術活動的一個方向。