夏军|中国海绵城市建设的水问题研究与展望

来源 ：水利家园

作者简介

夏军，中国科学院院士，武汉大学教授，博士生导师。主要从事水文水资源研究。

随着城市化的迅速发展，我国城市内涝、水体黑臭、河湖生态退化等水问题日益突出。这些问题与城市化的水文效应密切相关，主要表现在城市化改变了城市微气象和下垫面条件，导致水文循环发生变化；污染物排放量增多导致水环境恶化；城市建设挤占原有的生态系统导致湿地退化与湖泊萎缩，进一步引起城市内涝等。

针对上述水问题，海绵城市应运而生，并已成为我国城市建设中的热点。虽然海绵城市建设在理论和实践方面均取得了长足的进展，但在水文学基础方面仍然存在着许多薄弱环节。

针对我国海绵城市建设，在城市化水文效应分析的基础上，提出了海绵城市中关于科技创新与应用基础研究的若干对策与建议。

中国城市建设的水问题

我国是城市水问题十分突出的发展中国家之一。随着全球变化和社会发展，城市建设面临愈来愈严峻的挑战。

城市

水问题

1

城市内涝。

2

水体黑臭。

3

城市河湖生态退化。

4

城市热岛效应。

5

城市人群疾病多发。

这些“城市病”的核心在于城市的水问题。因此，在海绵城市建设过程中，城市的水问题应该引起各方的重视。

城市水问题产生原因

导致以城市水问题为核心的 “城市病”的原因有多方面，其中城市化的水文效应是重要原因之一。

1 城市化对水文过程的影响

由于城市化的影响，城市降水大于郊区降水且暴雨日明显增加，蒸散发量和蓄水变化量减少，城市化使得区域产流量增加。此外，广场、柏油马路等不透水平面较城市化前下垫面糙率减小，使得地表汇流速度加快，城市排水系统管网化也进一步增加了城市排水能力，使暴雨径流尽快就近排入当地接受水体，使城市径流流态、洪水过程线形状及洪峰流量均发生变化，其特点是洪水汇流速度增加，洪量集中，导致洪水历时缩短，峰现时间提前，洪峰流量增大。城市化前后的水文过程如图1所示。

图1 城市化对水文过程的影响

2 城市化对水环境的影响

城市化前，人口密度相对较少，人类活动对水环境的影响不明显，水体自净能力足以降解受纳的总污染负荷；但在城市化后，人口迅速增长，人类活动增加引起污染排放量的明显增多，远远超出天然水体自净能力，使得水环境恶化。

3 城市管网老旧存在的隐患

城市管网老旧和设计标准偏低，已难以满足当今城市化发展的需求。当降雨强度大时，特别是短历时强降雨时，往往会超过排水管道设计承受能力。我国城市管网维护管理薄弱，绝大多数城市排水设施运行维护费到位率较低；管道及检查井淤积严重，设备老化；降雨时不能及时清理雨水口前的杂物，导致排水能力降低等。此外，由于设计理念的原因，早期城市建设排水体制大多采用合流制，而且现在很多城市老城区内仍未实行雨污分流制，雨污混接使得相当一部分污水通过雨水管道直接排入受纳水体，这也加剧了城市水环境的恶化。

亟待研究解决的问题

国家关于推进海绵城市建设的部署，为彻底改变我国城市建设工作提供了战略性的发展机遇。但是我国海绵城市建设过程中存在许多挑战性的问题。

01

海绵城市的概念需要进一步明晰。海绵措施不仅包括源头LID治理、城市管网排水、河湖调蓄和江河湖库防洪等；各海绵措施的相互衔接与协调、统一规划以及不同行业之间关系，需要厘清，达成共识。

02

海绵城市建设的水文学基础仍亟待加强。尽管我国海绵城市建设热情高，但目前仍需要发展针对中国不同气候区和暴雨特点的城市水文模型，加强对城市化蒸散发变化认识与应用，针对海绵城市的综合水系统及其交叉学科的先进技术要开展研究与应用。

03

海绵城市建设和管理各部门需协调与协同。海绵城市建设涉及住建部、水利部、环保部、国土资源部以及城市建设规划、水务、环保、园林、工程、湖泊管理等多个部门，各部门避免职责不明确导致的多龙治水，要加强海绵城市建设的体制与制度创新。

04

加强风险管理意识与应对能力建设。海绵城市在抵御极端气候的暴雨洪水方面仍有一定限度与极限。当暴雨超过海绵城市纳洪的承载力时，“城市看海”将成为必然。因此，我国海绵城市建设中应该针对不同的地区自然地理和气候特征，其推进当地海绵模式是逐步完善与提高，并提升城市应对极端灾害的预警预报以及应急响应能力等。

建议与对策

我国海绵城市建设正处于起步阶段，已经取得了有目共睹的成就，但是在海绵城市建设与规划的水文学基础方面，仍存在许多亟待改进的方面，特别是需要开展科学技术创新与应用基础研究。笔者认为需要加强如下方面的研究：

01

城市水文学机理研究。我国城市正处于高速发展的阶段，城市化水平和面积将越来越大。城市化使土地利用方式发生了明显的变化，导致不透水面积大幅增加，城市热岛和雨岛效应将明显增强。通过开展室内和野外实验，探索城市水循环与水系统演变机理研究，分析不同气象与下垫面组合条件下的水循环过程（如径流、蒸散发、下渗等）变化情况，为海绵城市建设提供坚实的水文学理论基础。同时，另一方面，城市水系统不仅包括降雨径流过程、社会经济供用水、城市生态耗水等，还包括“渗、滞、蓄、净、用、排”等一系列LID海绵设施，因此急需通过野外观测、机理实验和数字模拟等相结合的手段定量评估不同海绵措施对城市水文过程的影响。

02

海绵城市水系统智能监测体系研究。以物联网技术为主导，以计算机通信网络和各采集控制终端为基础，研究集高新技术应用为一体的城市水系统智能化监测体系，实现信息数字化、控制自动化、决策智能化，使得感知内容全覆盖、采集信息全掌握、传输时间全天候、应用贯穿全过程，为海绵城市年径流总量控制率、面源污染削减率目标的评估以及海绵措施的维护管理等提供基础数据。

03

城市水系统模拟与调控研究。城市水系统是以水循环为纽带，研究城市降雨径流过程，雨洪蓄、引、用、排社会经济用水过程以及城市生物地球化学过程相耦合的复杂巨系统。城市水系统模拟以分布式水循环模型为核心，针对典型区域特点建立水文-水动力-水质耦合模型，实现基于GIS平台的城市分布式水系统模拟；在分布式水系统模拟基础上，综合考虑海绵设施渗、滞、蓄、净、用、排功能和外江湖库蓄排水功能等，使海绵城市建设理论研究中自然过程、社会过程、生物地球化学过程之间有机结合，进而构建城市水系统水质-水量-水生态联合调控模型。

04

城市雨洪控制和内涝预报预警研究。城市化使地表径流的总量和洪峰流量显著增加，洪峰提前，径流面源污染趋于严重，因此需要在城市分布式水系统模型的基础上，建立以监测、模拟、调控一体化的城市暴雨内涝预报预警平台，在城市雨洪规律研究和预测预报模型的基础上，科学规划，制定合理的径流和污染的控制与管理措施，并对其效果进行评估。

05

城市雨洪控制管理与风险评估研究。海绵城市建设关乎城市发展命脉，而各个城市（区域）有其独特的气象、水文、经济条件，因此海绵城市不应是“一刀切”，而需因地制宜。根据各城市特点，制订符合该城市发展现状及远景规划的水系统综合评价指标体系，进而开展以水循环水文学为基础，耦合水文物理过程、城市水环境及水生态和城市建设发展管理系统为对象的水系统综合评价及风险评估研究。

我国海绵城市建设与实践阶段还不长，仍有很多成功的经验值得总结，也有一些教训需要吸取。未来的发展一定要多部门协调，科学与技术支撑、规划与管理先行，最大限度解决好当前和未来面临的问题。在基础理论方面需要开展多学科的交叉研究和复杂水系统问题的探索。

致谢：该文得到住建部城建司水务处、武汉市建委、武汉大学海绵城市研究中心专家委员会相关专家的研讨和帮助，也得到了中国科学院地学部“生态水文学发展战略”咨询项目的支持， 一并表示感谢！

以上内容摘自夏军院士的论文《中国海绵城市建设的水问题研究与展望》，全文即将发表在《人民长江》杂志2017年第20期上，敬请关注

史上最全国外海绵城市案例详细解析！

来源 ： 水利家园

今天小编带大家来学习下国外“海绵城市”的案例，看看他们是怎么样建设海绵城市，将城市雨水就地消纳和吸收利用的吧！

1、金斯敦市水敏性城市

金斯敦市水敏性城市设计2001年开始，金斯敦市议会设计和建造了一大批水敏性设计项目（包括200多个雨水花园）

雨水花园是一个术语，通常被用于描述一个植被繁茂的区域，从雨水径流当中去除污染物质（也称为生物滞留系统）。雨水流入到花坛中，通过一层工程土进行过滤。净水被收集在有沟槽的管道中并引到传统的排水系统中。这个表面会留住雨水径流中的垃圾、树叶和沉积物，同时土壤（和植物根部系统结合）帮助过滤和分解微观污染物例如营养物、重金属和碳氢化合物。设计雨水花园是利用它在频繁的低强度降雨中过滤污染物。传统的排水系统依然需要适应稀少的较大型降水，防止洪涝灾害。

蒙通镇的Stawell 街项目2008年，这些雨水花园升级到现在的设计形式，花费了6.8万美元（每个雨水花园6800美元）。这个设计结合运用了具有表现力的岩石、更加有趣的形状、裸露的聚合混凝土铺路材料，以及对松树梯田地的妙用。

Mordialloc的Peter Scullin停车场项目这个水敏性停车场使用雨水径流去灌溉景观，把多余的雨水输送到生物滞留池里。

Mordialloc的Bear St项目Bear St于2007年重建成一条狭窄的弧形道路。在长条状草地里建造了5个雨水花园和1个大型的70米长的生物滞留池。这个生物滞留池有多功能用途，减少污染物、减少洪涝、加强街道景观。

Parkdale的Warren Rd项目Warren Rd项目于2007年被重新建造，升级了道路材料，解决了交通问题，整治了雨水径流。这个项目把雨水花园与路边石进行了融合设计，使用石墙最小化腐蚀性。这种处理方法尽可能进行自然化设计，最小化维护工作。

Aspendale的Coleman Rd项目Aspendale的这个海滩那时受到了沙丘和3个雨水排放口的侵蚀。这个项目包括建造一个防冲墙，通过重新指引雨水径流到渗水井中而移除了管道，进入到大型的生物滞留洼地里。这是在2008年期间与可持续性和环境部联合设计的。

2、 德国弗莱堡市扎哈伦广场

该广场完全摆脱了污水处理系统，成为了一个很好的水敏性城市设计的案例。美丽的种植池提供了渗透点，拥有创新式内置过滤基质的地下砂石沟渠减轻了污水处理系统的水压负载。缩进的广场区域创建了一个地表防洪区。雨水没有汇入地下污水处理系统，而是补给地下水位。该设计建造于曾经的铁路院落场地之内。

富有年代感、多功能的座椅唤起了人们对于铁路轨道枕木的记忆，而旧的铁路轨道则被镶嵌于地面铺装之中。一片明快的樱花树林提供了充足的树荫，渗透式种植池之中育有多年生植物和观赏草类，形成鲜艳、柔美的花草景观。100%的硬质景观材料均来自旧的铁路院落场地回收利用的优质材料。

因此，不论从资源管理的角度、还是建造材料的来源方面，这一新型、清洁的现代化广场设计都与具有历史意义的海关大厦建筑形式相互映衬。

3、 新加坡JTC清洁科技园

于2014年6月1日建成开幕、占地面积50公顷的JTC清洁科技园区被构想为设置于热带雨林地区的首个商业园区。它坐落在清洁科技园区的中心区域，与南洋理工大学毗邻。5公顷面积的中央核心区–裕廊生态园被设计为园区肺部和心脏，由森林之峰、野生走廊、淡水沼泽森林与溪流山谷四大主题区块组成，有效地保留了当地原有的此生森林。其中，淡水沼泽森林能够收集65%的雨水径流，过滤、净化，用作如厕冲刷、植物灌溉以及室外冲洗之用。 基于整体的设计方式，5公顷的裕廊生态园中央核心区规划充分尊重大自然，不仅保留、而且在它所有不同的功能和层面上理解从而尊重自然和场地内独特的自然特征。通过一系列包括地形、地质、水文、植物以及动物方面的调查和研究，场地的原始状态被清晰解读。这些层面信息的集成显示了在山谷地势较低的沼泽之地开发淡水湿地森林的潜力。从历史上看，裕廊镇曾拥有更大面积的此类型的生态栖息地。多年来，尽管它们当中的许多已经被移除，且并不确定清洁科技园区场地构成其中之一，不过一些淡水沼泽树种已被确定在场地之内存在，并被证明适合在该场地内生长。

现有的生态栖息地，包括草地、林地和泥炭沼泽区都被尽可能地保留。现存的野生动物物种被记录，通过增加的植被种植，为野生动植物提供食物和栖息地，将场地与更大范围的周边环境相连，特别是跨越南洋大道的北部森林区域，自然野生动物廊道功能被增强。同样，自然地形会被尽可能多地加以保留，并与新加坡公用事业局的“活跃、美观、洁净”（Active,Beautiful,Clean）水域方案理念相呼应。该ABC水域方案将被实施，以支持场地内现有的水文流动。生态洼地将净化雨水，并将之从路边排水渠道引流至中央核心区。在那里，一系列的沼泽和池塘将收集和保存雨水。这些雨水将通过生态净化群落加以循环，以进行进一步的净化，被重新利用成为厕所冲刷用水。

4 、布里斯托尔海滨公共空间

布里斯托尔Harbourside公共区域景观设计的最后阶段由英国景观建筑师Grant联合公司完成。再建项目完成之际，布里斯托尔庆祝自己在2015年成为欧洲绿色之都——授予优秀的致力于可持续发展、创造力、文化和创新的城市。

布里斯托尔Harbourside是一个位于城市边缘浮动港的价值1.2亿英镑的多功能区域，对布里斯托尔的历史滨水区的核心进行重建。可持续景观设计在总体方案中发挥了关键作用。

Grant联合公司将废弃的6.6公顷前码头污染场地和煤气厂改造成充满活力的新街景、海滨散步区、公共开放空间和可持续城市排水系统。其亮点包括：一个充满活力的空间、路线和公共广场：创建一系列的空间和路线可以为浮动港提供更广泛的公共领域，包括新的公共广场、林荫大道、harbourside新港口进口。滨水区的视野和通道极其开放，尤其是大教堂和先前难以接近的港口，加强了此地的视觉联系，让海滨回归城市。

可持续城市排水： 可持续城市排水将雨水从建筑屋顶导流至港口，通过一系列管道、渠道和小溪，还可以灌溉种植。浮动的海港边缘芦苇在水进入港口之前过滤雨水和地表水。芦苇也创造了宝贵的栖息地，并提供一个有吸引力的水边设置。其他栖息地包括面对中央广场的绿墙。

5 、法国佩尔勒Perreux河岸

马恩河畔莱佩尔勒市重新思考了与河流的联系，把它看成是一个主要的环境、社会、城市和政治问题。该项目的目标在于让人们重新记起河岸，让其他种类的动植物回归马恩河岸，焕发河岸的活力，弱化水与城市的界限。混凝土防护转变成植物防御，抵御洪水泛滥，扩大环境功能。河岸一旦被改造成景观（阴凉、植被、适宜的地表、照明设备、装置），人们就会被水景吸引，开始改变他们的生活方式和与城市的联系。