海綿城市建設(shè)在城市水資源綜合利用中的應(yīng)用探析

孫寬

摘要：隨著我國生態(tài)治理工作的穩(wěn)步推進，城市生態(tài)化取得了長足發(fā)展，城市生態(tài)環(huán)境有了顯著的改善。但由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)之間的氣候差異較大，在生態(tài)城市建設(shè)過程中，水資源的合理利用一直是非常棘手的問題。南方地區(qū)水資源充沛，城市內(nèi)澇問題嚴(yán)重，而北方地區(qū)氣候干燥，水資源短缺。為了有效增強城市水資源的利用能力，解決城市防洪排澇問題，要重視海綿城市建設(shè)。海綿城市能顯著提高城市的蓄水能力，解決城市洪澇問題，合理調(diào)配水資源，滿足城市的水資源使用需求。相較于傳統(tǒng)的城市，海綿城市具有更強的“彈性”，使用范圍廣，具有極高的推廣價值。基于此，本文重點研究海綿城市水資源綜合利用功能，分析其應(yīng)用優(yōu)勢和應(yīng)用可行性，旨在為海綿城市建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：海綿城市；水資源；綜合利用

城市是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的樞紐，也是人口高度密集的聚集地，作為文明發(fā)展的重要標(biāo)志，城市的宜居性建設(shè)和現(xiàn)代化建設(shè)一直是我國的發(fā)展重點。隨著綠色生態(tài)型城市建設(shè)理念的推進，城市發(fā)展與水資源的利用已深度綁定，如何有效利用水資源是當(dāng)前城市發(fā)展中必須要面對和解決的問題。在此背景下，海綿城市理念被提出，通過提高城市的排水、蓄水能力，使城市具備更強的抗旱和耐澇能力，同時還能改善城市排水系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，合理分配水資源，達到建設(shè)生態(tài)宜居城市的目標(biāo)。從應(yīng)用效果看，海綿城市能更好地提高城市與自然環(huán)境的和諧度，實現(xiàn)凈水、青山、綠化等城市綜合發(fā)展目標(biāo)，具有較高的研究價值與實踐應(yīng)用價值。

一、海綿城市理念概述

海綿城市理念指的是優(yōu)化和改良城市水資源系統(tǒng)，使其像海綿一樣靈活地對自然水資源進行人工干預(yù)，提高城市范圍內(nèi)水資源的利用效率，為城市發(fā)展和環(huán)境保護提供充足的水資源供應(yīng)。在雨季，海綿城市能實現(xiàn)吸水、蓄水、滲水和凈水，通過城市的排水系統(tǒng)，能吸收、存儲和凈化降水。在干旱季節(jié)，海綿城市能蓄水單元中存儲的水資源分配給需水單位，從而解決城市的水資源季節(jié)性短缺問題。可以說，在海綿城市建設(shè)中，關(guān)鍵是建設(shè)城市海綿體。城市海綿體是存儲水資源的核心構(gòu)件，造成包括城市透水路面、道路排水系統(tǒng)、建筑排水系統(tǒng)、下凹式綠地、植物公園、活動廣場等眾多城市公共設(shè)施和場所，這些設(shè)施能吸收蓄水，然后存儲到相應(yīng)設(shè)施中，在需要時進行緩慢釋放，使城市水資源始終處于良好的狀態(tài)。可以說，海綿城市是一個人工的水循環(huán)系統(tǒng)，能放慢自然水循環(huán)的節(jié)奏，消除洪澇與干旱，促進城市與自然生態(tài)有機融合。

二、海綿城市建設(shè)的需求

（一）城市雨季水資源調(diào)配需求

從當(dāng)前城市發(fā)展現(xiàn)狀看，水資源分布不均衡已成為城市發(fā)展一大阻礙。如果不能有效解決洪澇問題，不僅會導(dǎo)致雨季大量的水資源流失，還會給區(qū)域造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害。所以建設(shè)新型的防洪排澇系統(tǒng)已成為城市可持續(xù)發(fā)展必然的趨勢。尤其是海綿城市理念出現(xiàn)后，我國部分受制于水資源分布不均衡問題的城市獲得了新的發(fā)展契機，不僅有望擺脫城市內(nèi)澇帶來的經(jīng)濟損失，還能解決城市用水問題，促進城市可持續(xù)發(fā)展。因此，海綿城市建設(shè)具有極大的適用性和需求性，是我國城市建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。

（二）亟需調(diào)整當(dāng)前城市的水資源利用模式

城市水循環(huán)系統(tǒng)是保障城市健康運轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，城市的建設(shè)和發(fā)展都要將水資源的利用放在首位。但是從實際的發(fā)展?fàn)顩r看，雖然我國大部分城市具有完善的排水系統(tǒng)，但沒有解決城市的內(nèi)澇問題，在降水量劇增的情況下，城市內(nèi)部洪水泛濫已成為普遍現(xiàn)象，主要是因為城市水循環(huán)系統(tǒng)建設(shè)的根本方向出現(xiàn)了問題，在降水旺季僅依靠排水無法解決城市內(nèi)澇問題，極度豐富的水資源導(dǎo)致城市積水無處可排。所以調(diào)整城市防洪排澇模式，將排水轉(zhuǎn)化為蓄水具有極大的可行性，有望解決當(dāng)前城市內(nèi)澇問題，提高城市自然降水資源的綜合利用水平。

三、海綿城市理念下地下水庫建設(shè)在水資源綜合利用中應(yīng)用分析

在海綿城市建設(shè)中，蓄水結(jié)構(gòu)，即城市“海綿體”的建設(shè)非常關(guān)鍵，既需要滿足城市的水資源存蓄要求，還要符合城市發(fā)展的特征，盡量避免占用城市土地，改變城市地質(zhì)地貌。為此，地下水庫的建設(shè)是海綿城市建設(shè)的首選途徑。常見的水庫設(shè)施通常為地表水域水庫，依據(jù)地形將水資源集中在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，不僅會影響周圍的自然生態(tài)結(jié)構(gòu)，還會影響自然水域的上下游生態(tài)。地下水庫的建設(shè)并非建設(shè)地下集中性的儲水設(shè)施，而是利用地質(zhì)結(jié)構(gòu)加快自然降水的回流滲透，將其儲存在地下含水層中，具有非常高的生態(tài)價值。

（一）應(yīng)用優(yōu)勢分析

通過分析海綿城市中地下水庫建設(shè)的優(yōu)勢，可以進一步了解地下水庫作為城市“海綿體”的積極作用，解決地下水匱乏造成的地質(zhì)問題。

1.改善城市生態(tài)氣候

首先，地下水庫建設(shè)可以顯著改善城市生態(tài)氣候。在城市洪澇問題多發(fā)季節(jié)，通過排水系統(tǒng)將水資源快速排放到地下水庫中，可以顯著減少地表徑流量，避免城市出現(xiàn)積水問題。相較于傳統(tǒng)的城市排水結(jié)構(gòu)，將原本的積水轉(zhuǎn)化為蓄水，不僅不會出現(xiàn)無處可排的問題，還能避免洪水破壞自然水域周圍的植被生長。其次，滿足城市周圍自然植物對水資源的需求，實現(xiàn)城市水循環(huán)系統(tǒng)與自然生態(tài)水循環(huán)系統(tǒng)的和諧共存。最后，地下水儲量豐富可以滿足城市周圍植被在旱季的生長需求，通過根系能在土壤中吸收更多的水分，利用蒸騰作用改善城市周圍的氣候環(huán)境，實現(xiàn)城市水循環(huán)體系與自然水循環(huán)體系改善居住空間的生態(tài)城市建設(shè)目標(biāo)。

2.緩和城市地質(zhì)災(zāi)害

城市水資源的不均衡是造成區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的重要原因，常見的地質(zhì)災(zāi)害包括洪水、泥石流、地下水過度開采導(dǎo)致的沉降、塌陷等，這些自然災(zāi)害都與水資源的利用不合理存在直接關(guān)系。通過海綿城市的建設(shè)，地下水庫能提高城市的洪澇應(yīng)對能力，水流可以直接存蓄在地下水庫中，補充地下水儲量，解決由于地下水過度開采導(dǎo)致的地質(zhì)問題。地表水量的減少能避免水流匯集造成的洪水或泥石流問題，使城市周邊的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定，為城市穩(wěn)定發(fā)展提供必要的水環(huán)境。

3.解決城市內(nèi)澇問題

城市內(nèi)澇問題的解決是海綿城市建設(shè)的較大優(yōu)勢，尤其是城市內(nèi)部的積水，不僅會導(dǎo)致城市內(nèi)部交通系統(tǒng)的癱瘓，還會導(dǎo)致城市建筑物、構(gòu)筑物長期處于水流沖刷和侵蝕中，縮短使用壽命，給城市帶來巨大的經(jīng)濟損失，嚴(yán)重影響城市發(fā)展。海綿城市的建設(shè)可以解決城市內(nèi)澇問題，城市道路、綠地、屋面具有更為先進的排水系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)快速排水，還能蓄水解決城市雨季排水不暢導(dǎo)致的內(nèi)澇問題。

4.提高資源利用效率

水資源不僅是城市居民生活的重要保障物資，也是城市發(fā)展過程中關(guān)鍵的生產(chǎn)資料。但是由于水資源分布的不均衡，雨季水資源過剩，旱季水資源嚴(yán)重匱乏，影響著人們的生活和城市的發(fā)展。海綿城市建設(shè)能調(diào)節(jié)不同時段的水資源分配狀態(tài)，存儲雨季過剩的水資源，并在旱季降水較少時緩慢釋放，避免水資源浪費和旱季供水的高額成本，實現(xiàn)水資源綜合利用。

（二）應(yīng)用可行性分析

可行性分析是海綿城市建設(shè)的必要流程，通過可行性分析能掌握城市的水資源分布狀況和特征，從而選擇最佳的海綿城市建設(shè)方式，實現(xiàn)城市防洪排澇和水資源的綜合利用。在地下水庫式海綿城市建設(shè)中，要綜合分析城市的地質(zhì)特征、水量特征，以確保海綿城市建設(shè)發(fā)揮預(yù)期作用。

1.城市地質(zhì)環(huán)境分析

通常適宜建設(shè)地下水庫式海綿城市的地質(zhì)環(huán)境主要分布在我國的華北地區(qū)、濱海地區(qū)、地下水超采地區(qū)。我國華北地區(qū)有大規(guī)模的沖洪積扇平原，其中，含水層分布在數(shù)十米到數(shù)百米不等，主要以卵石和礫石為主，具有非常充足的地下儲水空間，能有效存儲和過濾自然降水，避免污染地下水。濱海地區(qū)對淡水資源的需求較大，而淡水的主要來源是開采地下水，地下水的過度開采導(dǎo)致水資源虧空，出現(xiàn)海水倒灌等問題。建設(shè)地下水庫海綿城市能將自然降水回饋給地下含水層，不僅可以解決城市內(nèi)澇問題，還有利于解決濱海地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害問題。地下水超采地區(qū)同樣如此，不僅存在地下水匱乏問題，還具有豐富的地下儲水空間，有著極強的可行性。

2.城市水資源分析

城市水資源分析是海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容。當(dāng)前，我國部分城市由于各種因素影響，降水非常不均衡，城市水資源短缺和洪澇問題同時存在，導(dǎo)致季節(jié)性的水資源災(zāi)害。適宜進行地下水庫式海綿城市建設(shè)的地區(qū)，需要滿足以下條件：第一，豐水季節(jié)自然降水會引發(fā)嚴(yán)重的自然災(zāi)害。第二，枯水季節(jié)，降水量驟減，無法滿足城市的正常運轉(zhuǎn)，并且水量在一定程度上區(qū)域平衡。具備這種水資源分布特征的城市通常來說比較適宜建設(shè)海綿城市，而對于持續(xù)性缺水或長期含水量過剩的地區(qū)，地下水庫式海綿城市應(yīng)用價值并不高，難以發(fā)揮其真正的價值與作用。

3.生態(tài)效應(yīng)分析

在海綿城市建設(shè)可行性的研究上，生態(tài)效益的研究與分析非常必要。建設(shè)海綿城市，不僅要幫助城市發(fā)展，還要修復(fù)自然生態(tài)環(huán)境，使其具有更加穩(wěn)定的生態(tài)結(jié)構(gòu)。海綿城市的“海綿體”蓄水可以在一定程度上滿足自然植被生長需要的水資源，自然生態(tài)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)能進一步提高地表涵水能力，避免地表水流猛增引發(fā)的山洪或泥石流問題，并且在提高自然生態(tài)對災(zāi)害的抵抗能力方面具有良好的應(yīng)用效果。

（三）海綿城市的建設(shè)

在海綿城市建設(shè)中，可以分為地表排水系統(tǒng)的建設(shè)、地下水庫建設(shè)以及取水系統(tǒng)建設(shè)三個部分。通過三個部分的建設(shè)形成人工水資源循環(huán)體系，完成城市與自然生態(tài)水循環(huán)系統(tǒng)的有機結(jié)合，從而在滿足城市水資源自給自足的情況下，解決城市防洪排澇與水資源科學(xué)調(diào)配問題。

1.城市排水系統(tǒng)建設(shè)

城市排水系統(tǒng)包括常規(guī)的排水結(jié)構(gòu)，為了提高排水效率，還增加了屋面降水收集系統(tǒng)、下沉式綠化、透水路面和道路排水邊溝等，能加快城市降水的匯集速度。地表排水系統(tǒng)要將雨水集中在深水井或地下回水井中，通過地層的砂石過濾系統(tǒng)將潔凈的雨水補充到地下水庫。在排水系統(tǒng)建設(shè)中，要重點考慮排水系統(tǒng)收集雨水的潔凈度，舍棄降水初期帶有較多污染物的雨水，儲存后續(xù)潔凈的水資源，降低水資源處理的成本和利用的難度。

2.地下水庫建設(shè)

適宜海綿城市地下水庫建設(shè)的區(qū)域往往具有豐富的地下儲水空間，能有效節(jié)約地下水庫建設(shè)的成本。同時，由于地下水系發(fā)達，無需建設(shè)地下攔水壩，能將汛期多余的水分導(dǎo)流到地下含水層，完成水資源存儲。對于一些地層滲透性能較差的地區(qū)，要通過人工開鑿不透水的地層，采用砂石、卵石回填建設(shè)人工滲水井，提高水資源存蓄速度，避免城市出現(xiàn)內(nèi)澇問題。對于地質(zhì)條件優(yōu)勢不足的地區(qū)，要通過建設(shè)地下攔水壩形成一片穩(wěn)定的地下水庫區(qū)域，將水資源集中約束在城市地下含水層范圍內(nèi)，避免水資源流失導(dǎo)致海綿城市蓄水功能失去效用。

3.取水系統(tǒng)建設(shè)

海綿城市地下水庫的取水系統(tǒng)是常規(guī)的地下水開采技術(shù)，通過建設(shè)地下水庫，可以在豐水季節(jié)儲存大量的潔凈水資源，補充到地下含水層中，從而提高地下水位，提升地下水開采的效率，降低開采成本。開采的地下水可以直接應(yīng)用于城市生活、工業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)灌溉。需要注意的是，取水系統(tǒng)通常要與海綿城市集水系統(tǒng)保持一定的距離，避免雨水未經(jīng)過地層過濾處理，攜帶污染物質(zhì)直接進入到取水系統(tǒng)中，影響水資源的質(zhì)量。

四、結(jié)語

綜上所述，基于海綿城市理念的城市水循環(huán)系統(tǒng)建設(shè)，能有效解決城市的防洪內(nèi)澇問題，合理規(guī)劃和配置城市水資源，存儲城市過剩的水資源，利用城市海綿體，在干旱季節(jié)緩慢釋放，完成水資源的人工調(diào)節(jié)。將海綿城市理念應(yīng)用在城市水資源管理中，能利用海綿結(jié)構(gòu)存儲水資源，將多余的水資源反饋給生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)城市與自然的和諧共存，在一定程度上解決由于水資源管理不善導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害。由此可見，這種城市水循環(huán)體系的應(yīng)用可以有效解決水資源短缺問題，優(yōu)化城市環(huán)境，改善自然生態(tài)，具有極高的推廣價值。

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