海绵城建设概论

海绵城市建设概论海绵城市建设概论 1 1 背景背景 城市是人口聚集度高、社会经济高度发达的地方，也是资源环境 承载力矛盾最为突出的地方。改革开放后，我国城镇化快速发展， 目前全国城镇建设用地不足国土面积的1%，却承载了 54%的人口， 产出了 84%的 GDP。 快速城镇化建设过程中，由于城市开发强度过高，大量的硬质 铺装，改变了原有的自然生态本底和水文特征。以我国北方为例， 城市开发建设前，在自然地势地貌的下垫面条件下，70%~80%的降雨 可以通过自然滞渗进入地下，涵养了本地的水源和生态，只有 20%~30%的雨水形成径流外排(见图 1a)；而城市开发建设后，由于 屋面、道路、地面等设施建设导致的下垫面硬化，70%~80%的降雨形 成径流，仅有 20%~30%的雨水能够入渗地下（见图 1b），破坏了自 然生态本底，呈现了相反的水文特征，破坏了自然“海绵体”，导 致“逢雨必涝、雨后即旱”，也带来了水生态恶化、水资源紧缺、 水环境污染、水安全缺乏保障等一系列问题。 一是水资源短缺。我国水资源匮乏（见图2），人均水资源量 不足世界平均水平的 1/4。城市快速发展对水资源需求大，城市开 发建设过度硬化造成降雨形成径流外排，导致地下水补给不足，同 时地下水过度开采，使城市形成大范围的地下水漏斗，加剧了水资 源的紧缺。 二是水环境污染。地表径流带来了城市面源污染。据对北京、 上海调查研究表明，雨水径流的化学需氧量（COD）排放量占排入城 市地表水环境 COD 总量的 30%以上。挤占水面空间以及拦河筑坝、 “三面光”铺装等河道整治的过度工程化，使城市水系由“活水” 变成“死水”，生态功能和环境质量大大下降。北方城市几乎“有 河皆枯”，南方城市几乎“有水皆污”。 三是水安全问题。大量降雨在短时间内形成地表径流，加大了 城市排水系统的压力。2010 年我部对全国 351 个城市的抽样调查显 示，仅 2008~2010 年就有 62%的城市发生过不同程度的暴雨内涝。 针对当前这种状况，习近平总书记在 2013 年中央城镇化工作会 议、2014 年考察京津冀协同发展座谈会、中央财经领导小组第5 次 会议等场合，多次强调在城市规划建设中要体现“山水林田湖”生 命共同体的系统理念，建设“自然积存、自然渗透、自然净化的海 绵城市”。 海绵城市建设，就是针对城市地下水涵养、雨洪资源利用、雨 水径流污染控制、排水能力提升与内涝风险防控等问题，从“源头 减排、过程控制、系统治理”着手，通过城市规划、建设的管控， 综合采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等工程技术措施，控制城市 雨水径流，实现低影响城市开发建设（LID），最大限度地减少由于 城市开发建设行为对原有自然水文特征和水生态环境造成的破坏， 将城市建设成“自然积存、自然渗透、自然净化”的“海绵体”， 使城市能够像海绵一样，适应环境变化和应对自然灾害等方面具有 良好的“弹性”，丰水期吸水、蓄水、渗水、净水，枯水期将蓄存 的水“缓释”并加以利用，从而实现“修复城市水生态、涵养城市 水资源、改善城市水环境、提高城市水安全、复兴城市水文化”的 多重目标。 2 2 海绵城市建设原理海绵城市建设原理 住建部积极贯彻落实习近平总书记的要求，在国家重大科技专项 “水专项”课题研究成果的基础上，总结国内外实践，于2014 年 10 月编制印发了《海绵城市建设技术指南》（以下简称《指南》）， 指导各地开展海绵城市建设工作，即建设“海绵体”。 海绵城市建设本质是通过降低雨水的产汇流，恢复城市原始的 水文生态特征，使其地表径流尽可能达到开发前自然状态（见图 1a）,即建设“海绵体”。 径流系数是表征水文特征的重要参数，是自然状态下地表径流 量与总降雨量的比值，与自然地理气候状况有直接关系。依据多年 水文气象资料，我国降雨-径流分布规律可划分为 5 个区（如表 1 和 图 3 所示），大致反映了各个区域的自然水文生态特征。 海绵城市建设的目的是要恢复自然水文生态特征，其实质是恢 复原始径流状况。在自然状态下，一般而言，大到暴雨时（小概率 降雨事件）易形成地表径流；而在中小降雨时（大概率降雨事件） 较少形成大量的地表径流，主要入渗地下。因此，海绵城市建设就 是要控制中小降雨的径流，将雨水留在原位，以期达到生态修复的 目的。 鉴于径流系数指标过于理论化，在实际应用过程中不易操作。 因此，通过将径流系数的概念转化为年径流总量控制率，并通过年 径流总量控制率求得所对应的设计雨强（mm/d），作为海绵城市建 设的管控指标，以便于实际操作。 年径流总量控制率是根据本地区自然状况的径流系数推算而得 （年径流总量控制率≈1-径流系数）。与之相对应的设计雨强，是 经过统计分析当地的多年（一般不少于30 年）降雨资料，将日降雨 量由小到大进行排序（扣除小于等于 2 mm 的降雨事件），推导出年 径流总量控制率所对应的设计雨强（mm/d），并以此作为海绵城市 规划、建设和管理的控制性指标。以北京建筑大学对北京市的年径 流总量控制率与设计雨强的关系推导为例，北京市位于半湿润地带， 原始径流系数约 0.15，年径流总量控制率为 85%，对应的设计雨强 为 33.6 mm/d，大约由小至大降雨排序的 92%频次的降雨控制不外排， 即可达到海绵城市的建设目标要求（如表2 和图 4、图 5 所示）。 我国地域辽阔，各地地理气候特征、城镇化水平、经济条件差 异较大，《指南》基于对我国近 200 个城市 1983~2012 年降雨资料， 在统计分析年径流总量控制情况及其对应的设计降雨量值关系基础 上进行计算模拟，得到了不同地区的年径流总量控制率区间（如图 6 所示）。供各地参考使用。 以设计雨强作为海绵城市建设的指标，一是可与气象资料紧密 结合，既便于部门间的信息交换，又便于决策层面做出直观判断； 二是可直接作为具体工程设计计算的参数；三是可量化、可测定、 可考核，为海绵城市建设的绩效考核提供依据。 3 3 海绵城市建设途径海绵城市建设途径 3.13.1 转变建设理念和方式转变建设理念和方式 一是从资源承载力角度，由“以需定供”转变为“以供定需”， 合理确定城市建设规模和社会经济发展结构，实现原位水资源的可 持续供给，支撑城市可持续发展。 二是从城市规划建设管控角度，由过去仅注重空间开发强度控 制转变为开发强度控制与生态环境约束并举。 三是从生态修复和环境治理的角度，由“末端治理”转变为 “源头减排、过程控制、系统治理、统筹建设”。源头减排是从产 汇流的源头减少雨水径流形成，加大入渗；过程控制是延缓径流峰 值出现时间，降低排水强度；系统治理是指将“山水林田湖”作为 生命共同体和完整的生态系统，保护和修复城市“海绵体”；统筹 建设是指城市开发建设应统筹各类宗地开发以及道路、园林、水等 设施建设，落实海绵城市建设要求，实现海绵城市建设的目标。 四是从排水安全和资源利用的角度，将传统“快排”转变为 “渗、滞、蓄、净、用、排”的耦合。 3.23.2 明确建设原则明确建设原则 一是规划引领。海绵城市建设虽然是针对城市水的问题，但绝不 能“就水论水”，因为要实现有效的“径流控制”必然要从形成雨 水产汇流的源头着手，它涉及城市开发建设的方