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海绵城市，打造一个能吸水的城市
刘树坤 吴丹洁
近些年来,我国一些城市暴雨水灾频发,有些甚至连年受灾,逢雨必涝已成为某些大中城市的痼疾.近期,我国南方多地遭遇特大暴雨,部分城市又出现严重内涝,“城里看海”已然成为常景.河流开闸泄洪,居民小区抽水、排水.暴雨之后,人们想到的,首先是千方百计把水排出去.然而,暴雨之后,由于一些地方的河湖水位比较高,以致刚把水从这里排出去,又从别处灌了回来,排无可排.
灾害加剧
以北京、深圳两座城市为例,一个是千年古城,一个是新兴的现代化都市,两座城市建设年代不同,却面临着同样的内涝问题.
北京在2004年、2006年、2011年和2012年夏季均发生了洪涝灾害,造成城市道路瘫痪、航班取消.2011年,北京市政府决定重新开展城市管网规划；然而,第二年,北京再次发生洪水,有79人不幸丧命.
与北京相比,深圳的内涝灾害更加频繁,可以说是“逢大雨即成灾”.深圳市民对洪灾似乎已习以为常：公交车进水,市民就站在公交车上；医院被水淹,医生照样做手术；雨中情侣悠闲散步；小学生坐在父亲的肩膀上去上学……
城市暴雨灾害不断加剧,归根结底有以下几个原因：一是自然因素,主要是热岛效应.城市上空被热气笼罩,温度比郊区高上好几度,城区的上升热对流与水平方向的湿冷空气交汇,就会产生降雨；二是随着全球气候变暖,我国部分地区出现更多持续性暴雨；三是城市化的推进使得大量地表被硬化,雨水难以下渗,地表径流增加,而城市排涝能力不足,其中70%~80%的降雨形成径流,仅有20%~30%的雨水能够入渗地下,加之城市建设只注重地上,不投资地下,使得内涝灾害不断加剧,积水成灾；四是过量抽取地下水造成地面沉降、海水倒灌、城市排水困难,再加上大量湖泊被填满,水流调节能力降低.
统计显示,全国有360 多个城市遭遇内涝,其中200多座大中型城市中有三分之二“逢雨必涝,遇晴易旱”.60余座城市单次内涝时间超过12小时,积水深度大于0.5米；北京、济南等城市的严重内涝甚至导致人员伤亡发生.在内涝最严重的2011年,全国城市损失达到了惊人的4000亿元；从2010年以来,年均损失在千亿元以上,全国有15个省份的损失过百亿元.城市内涝基本覆盖所有31个省份,全国城乡年均受灾人口在1亿人左右.雨洪问题引人关注.
另外,这些城市遭遇灾害之后的处置措施也只是简单的补水和排水.对补水和排水的过度依赖,让许多城市成为防涝、防旱方面的“单向度的城市”.这种单向度的处置方式在局部受灾时一般能够奏效,但如果周边地区同样旱涝严重,就很可能产生一系列问题.比如,涝水外排会不会“干了这边,淹了那边；排了上游,淹了下游”？有能力往外排水的城市得以保全,但排水能力弱的城市怎么办？
看来,要解决城市“看海”的问题,不仅仅是管道扩容这么简单.
那么,还有什么好的办法可以解决这一切？国外有哪些好的做法可供借鉴呢？
打破困局
在2010年出版的《气候城市》一书中,美国加利福尼亚大学教授卡恩探讨了在未来气候变暖过程中,城市如何健康发展的问题.卡恩教授提出“城市竞争”的概念,即城市之间为了健康发展,将推行各种政策和措施,以改善环境与设施,让城市更为宜居和更具吸引力.在气候变暖的趋势下,城市竞争的关键之一是能否提出本地区应对极端气候灾难的策略.
城市发生内涝,表面上看是由于城市地下排水系统落后于城市建设,究其根源却是建设和建筑改变了地表径流量,增加了地下管网的负担.
目前,随着城镇化的快速发展和城市群的兴起,我国正面临着城市内涝、雾霾污染、水系污染、水资源短缺、地下水位下降、地下水枯竭、水生物栖息地丧失等一系列生态问题.
我国新建成的建筑相当于世界建筑总量的一半.随着城市化进程的加快,城市的不透水面积急剧增加,不少城市正演变为钢筋水泥筑成的“硬壳城市”,这破坏了自然生态本底,导致逢雨必涝、遇涝则瘫、城里“看海”和雨后即旱、旱涝急转、逢旱则干、热岛效应等多个问题.另一方面,雨水资源不仅得不到有效利用,还给民众生活带来不便甚至灾难,导致城市水循环系统和生态系统进一步恶化,北方城市几乎“有河皆枯”,南方城市几乎“有水皆污”.
由于大量人口涌入,本已缺水的城市更是难以为继.资源型缺水和水质型缺水交互作用,使城市原有的生态平衡被打破,形成了更为复杂的生态型缺水状态,水成为城市社会经济发展的主要制约因素,治水形势严峻.
为了解决城市缺水问题,把有限的雨水留下来,改善城市生态环境,消除城市内涝隐患,杜绝市内“看海”现象,建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市被提到国家战略层面.2014 年 10 月,我国住房和城乡建设部发布了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试用）》（简称《指南》）.2015年1月,我国启动了16个试点城市的海绵城市建设.2015年9月29日,国务院常务会议部署加快海绵城市建设,首批海绵
城市建设总投资额超过300亿元.
那么,什么是海绵城市？
回归自然
海绵本身有水分与力学两个特征.水分特征指的是海绵吸水、保水、释水等性质,力学特征指的是海绵本身的回弹、压缩、恢复等性质.海绵城市概念是一种形象的表达,源自于行业内和学术界习惯借用海绵的物理特性来比喻城市的某种吸附功能,比喻城市吐纳雨水的能力,其学术术语也被称为“低影响开发雨水系统构建”（Low impact development of rainwater system construction,简称LID）.它最早被澳大利亚学者用来隐喻城市对周边乡村人口的吸附效应.
我国住建部在《指南》中对海绵城市给出了明确的定义,即城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水释放并加以利用.
海绵城市是从城市雨洪管理角度来描述的一种可持续的城市建设模式,其内涵是：现代城市应该具有像海绵一样吸纳、净化和利用雨水的功能,以及应对气候变化、极端降雨的防灾减灾、维持生态功能的能力.
很大程度上,海绵城市与国际上流行的城市雨洪管理理念与方法非常契合,如低影响开发（LID）、绿色雨水基础设施（GSI）及水敏感性城市设计（WSUD）等,都是将水资源可持续利用、良性水循环、内涝防治、水污染防治、生态友好等作为综合目标,“使整个国土成为一个‘绿色海绵系统’,使雨水就地蓄留、就地资源化,使它与城市中的公园系统、湿地系统,形成统一的水生态基础设施自然保护系统”.
传统的市政管理遵循“雨水排得越多、越快、越顺畅”这一模式,实际上忽略了雨水的循环利用.海绵城市突破了以排为主、只排不蓄、只排不用的传统城市雨水管理理念,通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种生态化技术,构建低影响开发、具有自然循环的“绿色海绵”雨水系统,统筹解决城市内涝、雨水资源化利用等多个问题,使整个城市容易适应新的环境,遭遇水灾害后能够快速恢复,能够让城市弹性适应环境变化和自然灾害,并且不危及其中长期发展.这样不仅有利于修复城市水生态环境,还能为综合生态环境带来效益.
在海绵城市中,可以用绿地广场、绿色房顶、人工沟渠抓住雨水,让其下渗、滞留；用河边的生态滤池过滤雨污水,净化水体.收集、净化后的雨水可以用于绿地浇灌、道路清洗、景观水体
补充等.变“工程治水”为“生态治水”,促进城市顺畅“吐纳呼吸”,让城市变为能够吸纳雨水、过滤空气、过滤污染物质的超级大海绵,使其具有降温、防洪、抗旱等效益,从根本上解决城市阻绝水与生态的问题,将城市从快排、及时排、就近排的工程排水时代,跨入综合排水、生态排水时代,使城市迈向真正的生态与低碳城市.
海绵城市建设的核心就是雨水的有效管理：将自然途径与人工措施相结合,通过统筹处理降水、地表水、地下水和人工给排水,最大限度地实现雨水在城区的积存、渗透、净化和利用,协调给水、排水等水循环利用环节,从而实现城市和水生态环境的完美结合.经验表明,在正常的气候条件下,典型海绵城市可以截留80%以上的雨水.
海绵城市的精髓是让水蓄得住、挤得出.要实现这一目的,必须建设有一定厚度的海绵体.目前全国陆续建设的透水路面、人工蓄水池、渗水沟等设施仅仅是海绵体的一层皮,真正的海绵体包括地表系统、浅层地下系统和深层地下系统,不是一朝一夕可以建成的.
另外,城市内涝主要是大暴雨排水不畅造成的,仅仅在城市建设一定的海绵体还不够,还要建设海绵流域,在更大尺度的流域层面层层截流、储存暴雨,防止暴雨径流迅速流入城市,减少城市排洪负担.
归根结底,海绵城市有别于传统排水系统的最大区别,就在于“回归自然的水文循环”这一理念.通俗来讲,就是充分利用城市绿地空间、水系等,使其发挥“海绵”的积存、渗透、净化、释放作用,让水在城市中的迁移活动更加“自然”.
具体来看,海绵城市强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排放径流雨水,以“慢排缓释”和“源头分散式”控制为主要规划设计理念,先利用场地源头设施对径流进行促渗减排,部分径流雨水可予以调蓄净化和回收利用,最后实现安全有序排放.
对于建筑与小区,可以让屋顶绿起来,在滞留雨水的同时起到节能减排、缓解热岛效应的功效；人行道、广场可以采用透水铺装；有条件的小区绿地应“沉下去”,让雨水进入下沉式绿地进行调蓄、下渗与净化,而不是直接通过下水道排放；可将小区的景观水体作为调蓄、净化与利用雨水的综合设施.
城市道路是径流雨水及其污染物产生的主要场所之一,对城市道路径流雨水的控制尤为重要.人行道可采用透水铺装,道路绿化带可下沉,若绿化带空间不足,还可将路面雨水引入周边公共绿地进行消纳.
城市绿地与广场应建成具有雨水调蓄功能的多功能“雨洪公园”,城市水系应具备足够的雨水调蓄与排放能力,滨水绿带应具备净化城市所汇入雨水的能力,水系岸线应设计为生态驳岸,提高水系的自净能力.
另外,把城市内机关、学校的运动场以及社区、公园的绿地都降低0.5米,下雨时作为蓄水池,可以使城市暴雨内涝问题得到很大缓解.这种方法不需征地,补贴费用少,也是国外的成功经验之一.
疏通血脉
其实,海绵城市的理念并不是一个全新的概念,我国古代就有海绵城市建设经典的踪
影.在古代中国城市的排水设计中,首要考虑的是如何适应当地气候.像北京北海公园的团城,这一在12世纪就已出现的透水设施,在当代仍被认为具有一种LID设计的关键特质.
此外,城市水系在排水管理中也具有重要作用.古人把城市水系当作城市的血脉,战国时代《管子·水地》中提出：“水者,地之血气,如筋脉之流通者也.”清康熙三十四年（1695）,吕弘诰在《重开城内河道记》中说：“夫地之有水,犹身之有血脉.河流塞,则风水伤；血脉滞,则身病,必然之理也.”如果人的血脉不畅通了,肯定要出毛病,城市也是如此.
2500多年前伍子胥规划苏州城时,设计了8个水门和8个路门,形成路与河平行的双棋盘格局和道路景观.1998年的特大洪灾,苏州既要排出市内的渍水,还要泄太湖的来水,整个城市虽低于洪水水面,但古城内基本未遭灾.
再如北京的前身——元大都,于1267年兴建,经18年完成.规划设计师为刘秉忠及其学生赵秉温和郭守敬.元大都选址于永定河冲击扇的脊背位置,又引昌平白浮泉水,汇西山泉水与瓮山泊,连接高梁河,形成城市河湖水系.城市主要街道有排水明渠和暗渠,汇入金水河、坝河和通惠河排出.城区有大量湖泊,既可调蓄洪水,又利用滨水空间营造了大量皇家园林.
另一处古代海绵城市设计的范例是菏泽.菏泽最初拥有72处池塘,占城市面积的30%.这些池塘在抵御洪水、调控气候和蓄水层补给方面起到了重要的作用.
仅从减少内涝的角度来讲,我们现在的城市规划比过去要退步,主要体现在与水争地、填埋河湖上.20世纪50年代,北京有名字的湖泊有200多个,现在只有50多个.至于前面提到的菏泽,由于近年来城市化发展,截至2000年,菏泽市的水体已经减少了近一半,仅占城区面积的16.2%.水面面积的减少造成了菏泽严重的内涝和更高的洪水风险.
变灾为财
在其他国家和地区,也有类似于海绵城市这样的雨洪系统.
1999 年,美国可持续发展委员会提出绿色基础设施理念,即空间上由网络中心、连接廊道和小型场地组成的天然与人工化绿色空间网络系统,通过模仿自然进程来蓄积、延滞、渗透、蒸腾并重新利用雨水径流,削减城市灰色基础设施的负荷.
据美国波特兰大学“无限绿色屋顶小组”（Green roofs unlimited）对占地723英亩（约2.93平方千米）的波特兰商业区进行分析,将219英亩（约0.89平方千米）的屋顶空间——即1/3商业区修建成绿色屋顶,就可截留60%的降雨,每年将保持约6700万加仑（约25万立方米）的雨水,可以减少溢流量的11%~15%.
澳大利亚研究学者提出了城市洪水、供水、排水、污水、雨水利用和中水回用系统治理的水资源综合管理软件系统工具包（IWM Toolkit）,在悉尼波特尼地区应用后,通过模型计算和优化分析,市政供水需求减少55%,污水向河流排放减少80%,实现了节水、减排、防洪的综合目标,促进了悉尼的水环境改善.
英国政府通过《住房建筑管理规定》等法律规定,积极鼓励在居民家中、社区和商业建
筑设立雨水收集利用系统,雨水直接从屋顶收集,并通过导水管简单过滤或者更为复杂的自净过滤系统后导入地下储水罐储存.2015年后,英国政府为更有针对性控制水资源利用效率,直接要求单一住房单元的居民每天设计用水量不超过125升才能获得开工许可,要求开发商和居民积极地在家中建立雨水回收系统.同时,英国也在大力推动大型市政建筑和商业建筑的雨水利用,最为典型的就是伦敦奥林匹克公园,园内主体建筑和林地在建设过程中建立了完善的雨水收集系统.通过回收雨水和废水再利用等方式,这一占地225公顷的公园灌溉用水完全来自于雨水和经过处理的中水.此外,公园还将回收的雨水和中水供给周边居民,使周边街区用水量较其他类似街区下降了40%.
法国里昂并不过分突出地下排水管的作用,其雨水收集充分借助了地面走势的特点,让雨水通过精密设计的水渠流入城市的低洼地域.里昂公园特意留出了一个容量为870立方米的储水池,池内不仅安装了现代化的雨水净化系统,还种植了许多水生植被以辅助雨水净化,经过净化后的水被重新引入到城市绿化区中灌溉植被.法国童话小镇科尔马也拥有设计精妙的水循环系统.这种让冰冷的混凝土河堤与水电站被设计精妙的植被与大片绿化带代替,既有利于城市内水的自然循环,也有助于环保,实现了人与自然的和谐共处.
人口密集的日本早年间发展“顾地上,不顾地下”,因而饱受内涝之苦.20世纪90年代,日本建筑法修订案规定,大型建筑必须建设地下雨水储存池和再利用系统.地标建筑——“天空树”的蓄水池能储存7000吨雨水,可供其所在的墨田区23万人使用一天,主要用作灾害发生时的生活用水或消防用水.
20世纪90年代,大兴土木,建设了巨型分洪工程——“首都圈外郭放水路”.该工程的主体项目是一条位于地下50米处,全长6.3千米、直径10.6 米的隧道.隧道一头连接城市下水道,另一头连接入海河流江户川,在发生暴雨时可以用大型抽水机把城市雨水抽入河流,使之排入大海.
除了基础工程的建设,日本在教育上也颇下功夫,力争提高全民的能动性.
2003年,日本出台一个治理城市内涝的法规,把责任归为全民所有.每一个单位、家庭都有义务将雨水留下来.不能因为自己的开发改变家庭的排放,导致外排的流量增加.
在日本,有不少城市的大楼和民居都实行楼顶绿化,大雨下来后被植物过滤并从根系渗漏到地下大大小小的蓄水池里,既可以补充地下水,也可以用于灌溉、洗车等.
这些城市被人们形象地称为海绵城市,它们是城市建设中为防灾减灾和生态建设留出弹性空间的结果.
事实上,海绵城市不仅可以解决当前的城市内涝灾害、雨水径流污染、水资源短缺等突出问题,还可以带来综合生态效益.例如,通过城市植被、湿地、坑塘、溪流的保存和修复,可以明显增加城市“蓝”“绿”空间,减小城市热岛效应,改善人居环境.同时,海绵城市还为更多生物——特别是水生动植物提供栖息地,提高了生物多样性水平,营造出美妙而多变的城市景观.
【责任编辑】赵 菲
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