長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)的碳減排效益探討及其對(duì)環(huán)境教育的啟示*

吳兆康 包興燕 謝 勝 程瑞輝 楊 凱*

（1. 華東師范大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 上海 200241; 2. 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司, 上海 200092）

一、海綿城市建設(shè)的背景與城市化水文效應(yīng)

城市化過(guò)程伴隨著地表不透水面的顯著增加，這一變化影響了自然界原有的水循環(huán)機(jī)制。城市化地區(qū)由于不透水面積增大，土壤下滲減少，產(chǎn)流量增加，匯流速度加快，使得城市化地區(qū)的洪水流量過(guò)程線變得相對(duì)尖陡，峰值增大，峰現(xiàn)時(shí)間提前。因此，城市化增大了產(chǎn)生迅猛洪水及洪澇的可能性。在雨季尤其是暴雨強(qiáng)度大的情況下，城市化地區(qū)易發(fā)生澇災(zāi)。

城市河道面臨的洪澇增加、斷面渠化、水質(zhì)變差、生態(tài)受損等“水文綜合征”現(xiàn)象，[1]可通過(guò)建設(shè)透水鋪裝、雨水花園、下凹式綠地等低影響開(kāi)發(fā)（LID）設(shè)施，減小城市地表徑流量的瞬時(shí)峰值，延緩徑流匯聚的時(shí)間，從而緩解城市化導(dǎo)致的水文綜合征，使城市硬質(zhì)化流域的水循環(huán)條件逐步恢復(fù)到高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)以前的狀況。城市海綿建設(shè)前后的水循環(huán)狀況的示意如圖1所示。[2]

圖1 海綿城市建設(shè)前后的水循環(huán)變化示意圖

二、長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)現(xiàn)狀

海綿城市作為一種新的城市建設(shè)理念，旨在通過(guò)有效管理城市雨水循環(huán)過(guò)程，緩解城市內(nèi)澇，提高城市水環(huán)境質(zhì)量，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，從而促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)已先后確定了五批共計(jì)90個(gè)海綿城市建設(shè)示范或試點(diǎn)城市，如表1所示。其中，長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)示范、試點(diǎn)城市占15個(gè)，涵蓋了鎮(zhèn)江、嘉興、池州、寧波、上海、無(wú)錫、宿遷、杭州、馬鞍山、昆山、金華、蕪湖、揚(yáng)州、衢州、六安等城市，如圖2所示。

表1 我國(guó)海綿城市建設(shè)示范、試點(diǎn)城市匯總

圖2 長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)示范及試點(diǎn)城市分布示意圖（注：根據(jù)自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站審圖號(hào)為GS（2023）2767號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖初步繪制）

長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)主要圍繞低影響開(kāi)發(fā)以及生態(tài)保護(hù)、生態(tài)修復(fù)等方面開(kāi)展，從水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全等方面提出控制目標(biāo)，旨在建設(shè)能夠適應(yīng)氣候變化，具有抵御雨洪災(zāi)害能力以及水生態(tài)與城市景觀協(xié)調(diào)的韌性城市。長(zhǎng)三角地區(qū)部分海綿城市建設(shè)目標(biāo)如表2所示。[3][4][5]

表2 長(zhǎng)三角地區(qū)部分海綿城市建設(shè)目標(biāo)節(jié)選

通過(guò)實(shí)施低影響開(kāi)發(fā)，長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)取得了顯著進(jìn)展與成效。上海自2016年入選海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市，在臨港國(guó)家級(jí)海綿試點(diǎn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定了16個(gè)市級(jí)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)，推進(jìn)全市海綿城市建設(shè)。[6]截至2022年，上海城市建成區(qū)358.9平方公米達(dá)到海綿城市建設(shè)要求，完成約100個(gè)海綿城市示范性工程。[7]2022年，江蘇昆山市入選第二批全國(guó)系統(tǒng)化全域推進(jìn)海綿城市建設(shè)示范城市，實(shí)現(xiàn)從“試點(diǎn)”到“示范”的跨越。截至2023年底，江蘇省昆山市累計(jì)建成海綿項(xiàng)目700多個(gè)，海綿城市建設(shè)2022年度績(jī)效評(píng)價(jià)突出。[8]安徽省蕪湖市于2022年入選第二批系統(tǒng)化全域推進(jìn)海綿城市建設(shè)示范后，相繼頒布了《蕪湖市海綿城市建設(shè)規(guī)劃（2016-2030）》《蕪湖市海綿城市建設(shè)方案設(shè)計(jì)導(dǎo)則》《蕪湖市海綿設(shè)施運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理辦法》等文件，明確提出至2030年蕪湖市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到海綿城市建設(shè)的要求。

三、長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)的碳減排效益及對(duì)環(huán)境教育的啟示

1.海綿城市建設(shè)的碳減排效益探討

從全生命周期視角看，海綿城市建設(shè)在其生命周期上游（材料生產(chǎn)和運(yùn)輸）、中游（海綿項(xiàng)目建造施工）和下游（拆除）的各個(gè)階段，由于工藝、運(yùn)輸、施工等過(guò)程造成各類(lèi)化石能源和電力的消耗，會(huì)產(chǎn)生直接或間接的碳排放。而在海綿設(shè)施運(yùn)行階段，則會(huì)由于其徑流總量削減、雨水集蓄利用、徑流污染削減（除污）以及熱島效應(yīng)緩解等效益，間接減少城市水系統(tǒng)上游自來(lái)水取用和下游雨水、污水收集處理工藝的能源或電力碳排放，以及城市建筑制冷等的化石能源或電力碳排放。

海綿城市建設(shè)促進(jìn)了城市對(duì)雨水資源以及污水廠再生水等非常規(guī)水資源的利用，對(duì)間接降低城市自來(lái)水廠制水碳排放量、減少制水副產(chǎn)物（脫水污泥）等方面均具有正向作用。從生命周期視角，海綿城市建設(shè)也有利于減少城市水系統(tǒng)上下游碳排放，對(duì)緩解城市內(nèi)澇及節(jié)能減碳均具有現(xiàn)實(shí)意義。以上海為例，對(duì)上海30多家供水企業(yè)碳排放狀況調(diào)查初步表明，目前城市供水企業(yè)在制水環(huán)節(jié)電力及藥劑使用的平均碳排放強(qiáng)度約0.12千克二氧化碳每立方米。2022年上海全市雨水利用量74.14萬(wàn)立方米，污水資源化利用量1982.19萬(wàn)立方米，非常規(guī)水源利用量共2056.33萬(wàn)立方米。[9]上海持續(xù)開(kāi)展非常規(guī)水資源利用，如在上海環(huán)城綠帶規(guī)劃建設(shè)中，優(yōu)先考慮周邊污水廠達(dá)標(biāo)尾水資源化利用，積極推進(jìn)雨水集蓄利用和再生水循環(huán)利用。[10]

由于海綿城市建設(shè)碳減排效益發(fā)揮的長(zhǎng)期持續(xù)性，在長(zhǎng)時(shí)間跨度下其具有較大的碳減排潛勢(shì)。海綿城市建設(shè)在運(yùn)行期持續(xù)發(fā)揮的碳減排效益，在一定程度上可以抵消其建設(shè)過(guò)程產(chǎn)生的碳排放影響，之后則持續(xù)發(fā)揮凈碳匯及減排作用。[11][12]海綿城市建設(shè)促進(jìn)碳增匯和減排的過(guò)程示意圖如圖3所示。

圖3 海綿城市建設(shè)促進(jìn)碳增匯和減排的過(guò)程示意圖

以蕪湖市為例，通過(guò)海綿城市頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)城市水安全從“以排為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶钆沤Y(jié)合”，城市水環(huán)境從“黑臭水體整治”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎謴?fù)水生態(tài)健康”，城市水污染治理從“單一灰色排水”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八{(lán)、綠、灰統(tǒng)籌協(xié)調(diào)”，在優(yōu)先減排的同時(shí)也增加了碳匯空間。在典型海綿城市示范項(xiàng)目方面，蕪湖市江東水生態(tài)公園建設(shè)是長(zhǎng)江大保護(hù)項(xiàng)目朱家橋污水處理系統(tǒng)的重要組成部分，是集碳中和、生態(tài)、景觀等于一體的水生態(tài)公園，利用濕地的吸附作用以及微生物的生化作用，對(duì)蕪湖朱家橋污水處理廠的尾水進(jìn)行深度處理，尾水處理規(guī)模約每天12萬(wàn)噸。項(xiàng)目通過(guò)生態(tài)濕地持續(xù)消納污水處理廠尾水，減少了灰色排水管網(wǎng)與泵站的運(yùn)行負(fù)荷，在增強(qiáng)城市水生態(tài)和水環(huán)境安全的同時(shí)，降低了能源消耗碳排放量，對(duì)城市建設(shè)系統(tǒng)雙碳控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有促進(jìn)作用。

海綿城市建設(shè)強(qiáng)調(diào)“海綿—綠色”協(xié)同，從改善城市水文條件出發(fā)，拓展到優(yōu)化城市生態(tài)、提升城市韌性和促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展；強(qiáng)調(diào)“海綿—低碳”銜接，在頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)規(guī)劃中充分考慮海綿建設(shè)與雙碳目標(biāo)的銜接，從而有效發(fā)揮海綿城市的碳減排效益；強(qiáng)調(diào)“海綿—智慧”融合，通過(guò)加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的推廣應(yīng)用，提升海綿城市建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)環(huán)節(jié)的效率和智能化水平。

2.城市社區(qū)海綿化改造的社會(huì)效益及科普作用

城市社區(qū)海綿化改造具有顯著的社會(huì)效益。在老舊小區(qū)改造中，落實(shí)海綿城市建設(shè)的理念與要求，消除居民小區(qū)內(nèi)澇積水點(diǎn)，為居民創(chuàng)造更舒適、美觀、宜居的居住環(huán)境和生活空間，提升了居民幸福感和獲得感。海綿化社區(qū)建設(shè)已成為市民近距離感知和認(rèn)識(shí)海綿城市的實(shí)地課堂。例如，上海長(zhǎng)寧區(qū)定西路1235生境花園通過(guò)利用城市斑塊生境，布置多處居民休憩設(shè)施，匯集數(shù)十種植物，結(jié)合昆蟲(chóng)箱等設(shè)施補(bǔ)充生境元素，為部分城市生物提供棲息環(huán)境，也引導(dǎo)社區(qū)居民共同參與維護(hù)小區(qū)生境花園。類(lèi)似的社區(qū)生境花園如上海江蘇路街道的西園大廈、岐山村和萬(wàn)村居民區(qū)等老弄堂設(shè)置的生境花園，以觀鳥(niǎo)花園、松鼠樂(lè)園和昆蟲(chóng)百草園等為主題，展示海綿城市建設(shè)及低影響開(kāi)發(fā)理念的科普意義及價(jià)值，在社會(huì)教育層面起到了普及環(huán)境保護(hù)知識(shí)、提升公眾環(huán)保意識(shí)等現(xiàn)實(shí)作用。

3.海綿城市建設(shè)融入環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展教育的路徑探討

海綿城市建設(shè)涉及環(huán)境、生態(tài)、地理、水文以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工程建設(shè)等多學(xué)科交叉，為環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展教育帶來(lái)了新的思路和契機(jī)，是環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展教育的重要抓手之一。在相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)教育及高等教育課程體系中，可以將海綿城市建設(shè)融入環(huán)境教育，從現(xiàn)象、原理、措施、應(yīng)對(duì)四個(gè)層面著手，增強(qiáng)對(duì)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)、理論基礎(chǔ)、應(yīng)用能力以及社會(huì)責(zé)任感四個(gè)方面素養(yǎng)的培養(yǎng)，如圖4所示。

圖4 海綿城市建設(shè)融入環(huán)境教育路徑示意圖

海綿城市建設(shè)體現(xiàn)了鮮明的低影響開(kāi)發(fā)理念，有利于改善城市的水文條件，逐步實(shí)現(xiàn)近自然的城市水循環(huán)，其以“自然積存、自然滲透、自然凈化”為特征，也體現(xiàn)了人與自然和諧共生的重要性及價(jià)值觀。[13]長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及實(shí)施路徑為實(shí)踐教學(xué)和相關(guān)展示提供了條件，可以作為實(shí)踐課堂的內(nèi)容，讓學(xué)生親身觀察與體驗(yàn)海綿城市建設(shè)方式和成效，加深其對(duì)于城市化的水文效應(yīng)以及建設(shè)韌性生態(tài)城市的理解。

致謝：感謝蕪湖市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局、蕪湖市排水管理處（蕪湖市海綿城市建設(shè)中心）對(duì)調(diào)研工作的支持。感謝上海市供水管理事務(wù)中心對(duì)供排水企業(yè)碳排放狀況及非常規(guī)水資源利用調(diào)查提供的支持。華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院的研究生呂博文、張博笑、王超參與了部分調(diào)研，一并致謝。