海绵城市发展与建设

1、海绵城市建设展望与发展一、“海绵城市”理论提出背景当今中国正面临着多种水危机：水资源短缺、水质污染、洪水、城市内涝、地下水位下降、水生物栖息地丧失等。这些水问题的综合症带来的水危机并不是水利部门或者某一部门管理下发生的问题，而是一个系统性、综合的问题，急需一个更为综合全面的解决方案。“海绵城市”理论的提出便是建立在我国如此的水问题的背景之下。图1 水污染1.1自然因素导致的水危机我国降水受东南季风和西南季风控制，年际变化大，年内季节分布不均，地域分布不均，而气候的不确定变化导致我国暴雨洪水频发，每年夏季内涝多发。而汛期由于洪水峰高量大，绝大部分未得到利用和下渗，导致河流断流与洪水泛滥交替出现。

2、图2 河流断流干涸（左）及洪水灾害（右）1.2城市化因素导致的水危机我国对水资源的开发空前过度，特别是北方地区，黄河、塔里木河、黑河等河流下游出现断流局面，湿地和湖泊大面积消失。地下水严重超采的问题也日益加剧，北方许多地下水降落漏斗区已面临地下水资源的严重危机。地表水质状况糟糕。根据水利系统全国水资源质量检测网站于2012年发布的监测资料，对全国20.1万km的河流水质状况评价显示：全年I类水河长占评价河长的5.5%，类水河长占39.7%，类水河长占21.8%，类水河长占11.8%，类水河长占5.5%，劣类水河长占15.7%。对全国103个主要湖泊的评价中，-类湖泊有32个，占28.6%，而劣

3、类湖泊有25个，占22.3%。另外，沿海海域也呈现出严重的富营养化现象。图3 江河湖泊污染及海水富营养化导致的赤潮现象1.3不科学的工程性措施导致水系统功能整体退化城市化和各项灰色基础设施建设导致植被破坏、水土流失、不透水面增加，河湖水体破碎化，地表水与地下水连通中断，极大改变了径流汇流等水温条件，总体趋势呈现汇流加速、洪峰值高。堤坝建设导致河径流量大幅下降，我国河流下降比率超过了30%。自20世纪90年代以来，长江、松花江、辽河、珠江、淮河、太湖流域等多地出现特大洪水和不利洪水组合，设计洪水量被迫大幅增加；缩河造地，盲目围垦湖泊、湿地和河漫滩等行为，导致全国湖泊面积减少了15%，路域湿地面积

4、减少了28%，河道行洪、蓄洪能力下降。水库的建设几乎彻底改变了河流的生态环境。三峡水库竣工运行后，生物多样性锐减，污染加剧，出现水库回水区水体富营养化、鱼类减少以及鱼类生存环境下降等问题。图4 三峡水库区污染二、“海绵城市”理论内容2.1海绵城市的定义海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面有良好的“弹性”，也可以称之为“水弹性城市”。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，需要时将储存的水“释放”并加以利用。海绵城市的本质是改变传统建设理念，实现与资源环境的协调发展。海绵城市遵循的

5、是顺应自然、与自然和谐共处的低影响发展模式。2.2海绵城市的本质2.3海绵城市的设计海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。建设“海绵城市”并不是推倒重来，取代传统的排水系统，而是对传统排水系统的一种“减负”和补充，最大程度地发挥城市本身的作用。在海绵城市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。传统城市建设模式，处处是硬化路面。每逢大雨，主要依靠管渠、泵站等“灰色”设施来排水，以“快速排除”

6、和“末端集中”控制为主要规划设计理念，往往造成逢雨必涝，旱涝急转。根据海绵城市建设技术指南，海绵城市建设将强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念。图5 海绵城市结构示意图城市“海绵体”既包括河、湖、池塘等水系，也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用，最后剩余部分径流通过管网、泵站外派，从而有效提高城市排水系统的标准，减缓城市内涝的压力。图6 海绵城市示意图2.4海绵城市的目标海绵城市的目标是让城市“弹性适应”环境变化与自然灾害。其具体目标有：（1）保护原有水生态系

7、统。通过科学合理划定城市的“蓝线”、“绿线”等开发边界和保护区域，最大限度地保护原有河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠、树林、公园草地等生态体系，维持城市开发前的自然水文特征。（2）恢复被破坏水生态。对传统粗放城市建设模式下已经收到破坏的城市绿地、水体、湿地等，综合运用物理、生物和生态等技术手段，使其水文循环特征和生态功能逐步得以恢复和修复。（3）推行低影响开发。在城市开发建设过程中，合理控制开发强度，减少对城市原有水生态环境的破坏。留足生态用地，适当开挖呵护沟渠，增加水域面积。（4）通过种种低影响措施及其系统组合有效减少地表水径流量，减轻暴雨对城市运行的影响。2.5海绵城市相比于传统城市的优点海绵

8、城市转变了排水防洪思路。传统的市政模式认为，雨水排得越多、越快、越通畅越好，这种“快排式”的传统模式没有考虑水的循环利用。海绵城市遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针，把雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用和排水密切结合，统筹考虑内涝防治、径流污染控制、雨水资源化利用和水生态修复等多个项目。总之，只要能够把上述六字方针落到实处，城市地表水的年径流量就会大幅下降。通过海绵城市的建设，可以实现开发前后水文特征基本不变。不仅保持径流量总量和峰值流量不变，在渗透、调节、储存等诸多方面的作用下，径流峰值的出现时间也可以基本保持不变。图7 传统城市与海绵城市的比较三、“海绵城市”的建设途径3.1区域

9、水生态系统的保护和修复（1）识别生态斑块。城市周边的生态斑块按地貌特征可分为：第一类是森林草甸；第二类是河流湖泊和湿地或者水源的涵养区；第三类是农田和原野。按功能来划分可将其分为重要生物栖息地、珍惜动植物保护区、自然遗产及景观资源分布区、地址灾害风险识别区和水资源保护区等等。（2）构建生态廊道。生态廊道起到对各生态斑块进行联系或区别的功能。通过分别对各斑块与廊道进行综合评价与优化，使分散的、破碎的斑块有机地联系到一起，成为更具规模和多样性的生物栖息地和水生态资源涵养区，为生物迁移、水资源调节提供必要的通道与网络。（3）划定全规划区的蓝线与绿线。以深圳光明新区为例，作为国家级的生态城市示范区，光

10、明新区规划区范围之内严格实施蓝线和绿线控制，保护重要的坑塘、湿地、园林等水生态敏感地区，维持其水的涵养性能。图8 蓝线与绿线的划定 （4）水生态环境的修复。水生态环境的修复立足于净化原有的水体，通过截污、底泥疏浚构建人工湿地、生态砌岸和培育水生物等技术手段，将劣类水提升到具有一定自净能力的类水水平，或将类水提升到类水水平。（5）建设人工湿地。湿地是城市之肾，保护自然湿地，因地制宜建设人工湿地，对于维护城市生态环境具有重要意义。图9 人工湿地3.2城市规划区海绵城市设计与改造海绵城市建设必须要借助良好的城市规划作为分层设计来明确要求。（1）第一层次是城市总体规划。要强调自然水文条件的保护、自然斑

11、块的利用、紧凑式的开发等方略。还必须因地制宜确定城市年径流总量控制率等控制目标，明确城市低影响开发的实施策略、原则和重点实施区域，并将有关要求和内容纳入城市水系、排水防涝、绿地系统、道路交通等相关专项或专业规划。（2）第二层次是专项规划。包括城市水系统、绿地系统、道路交通等基础设施专项规划。其中，城市水系统规划涉及到供水、节水、污水（再生利用）、排水（防涝）、蓝线等等要素；绿色建筑方面，由于节水占较大比重，绿色建筑也被称之为海绵建筑，并把绿色建筑的实施纳入到海绵城市发展战略之中。3.2.1分层设计（3）第三层次是控制性详细规划。分解和细化城市总体规划及相关专项规划提出的低影响开发控制目标要求，

12、提出各地块的低影响开发控制指标，并纳入地块规划设计要点，作为土地开发建设的规划设计条件，统筹协调、系统设计和建设各类低影响开发设施。通过详细规划可以实现指标控制、布局控制、实施要求、时间控制这几个环节的紧密协同，同时还可以把顶层设计和具体项目的建设运行管理结合在一起。图10 海绵城市建设规划顶层设计具体来讲，要结合城市水系、道路、广场、居住区和商业区、园林绿地等空间载体，建设低影响开发的雨水控制和利用系统。（1）在扩建和新建城市水系的过程中，采取一些技术措施，如加深蓄水池深度、降低水温来增加需水量并合理控制蒸发量，充分发挥自然水体的调节作用。（2）改造城市的广场、道路，通过建设模块式的雨水调蓄

13、系统、地下水的调蓄池或者下沉式雨水调蓄广场等设施，最大程度地把雨水保留下来。在一些实践中，实现了道路广场的透水地面比例70%，下凹式绿地比例25%，综合径流径流系数0.5。3.2.2低影响开发的雨水控制和利用系统（3）在居住区、工商业区LLID设计中，改变传统的集中绿地建设模式，将小规模下凹式绿地渗透到每个街区中，在不减少建筑面积的前提下增加绿地比例，可实现透水性地面75%，绿地率30%，径流系数0.45。图11 传统绿色系统与海绵城市绿色系统对比（4）在园林绿地采用LID设计，绿地的生态效益更加明显。在海绵城市建设中，通过建设滞留塘、下凹式绿地等影响开发设施，并将雨水调蓄设施与景观设计紧密结

14、合。3.3建筑雨水利用与中水回用在海绵城市建设中，建筑设计与改造的主要途径是推广普及绿色屋顶、透水停车场、雨水收集利用设施，以及建筑中水的回用。首先，将建筑中的灰色水和黑色水分离，将雨水、洗衣洗浴水河生活杂用水等污染程度较轻的“灰水”经简单处理后回用于冲刷，可实现节水30%，而成本只需每平方米0.8至1元。其次，通过绿色屋顶、透水地面和雨水储罐收集到的雨水，经过净化既可以作为生活杂用水，也可以作为消费用水和应急用水，可大幅提高建筑用水节约和循环利用，体现低影响开发的内涵。综上，对于整体海绵建筑设计而言，为同步实现屋顶雨水收集利用和灰色水循环的综合利用，可将整个建筑水系统设计成双管线，抽水马桶供

15、水采用雨水和灰水双水源。既然可以做到建筑中水回用，那么在城市中市政污水再生水更有利用价值。通过铺设再生水专用管道，就能够实现再生水的有效利用，从而能大幅降低对水资源的需求。图12 绿色屋顶及透水地面四、“海绵城市”的未来展望4.1引入弹性城市和垂直园林建筑的精细化设计园林设计与弹性城市的结合有利于海绵城市的发展。（1）引入弹性城市的设计理念。弹性城市，是指城市能够准备、响应特定的多重威胁并从中恢复，并将其对公共安全健康和经济的影响降至最低的能力。弹性城市设计多个方面，从城市应对气候变化引起的水资源短缺的弹性来看，一旦把水循环利用起来，每利用一次就等于水资源增加了一倍，利用两次就增加了两倍，以此

16、类推。如果能够实现水资源的多次利用，就可以做到诚实建设和水资源和谐发展，这就是一种“水资源弹性”。（2）结合园林设计的理念。如果把中水和雨水在建筑中充分综合利用，就可以把整个园林搬到建筑上去，即垂直园林建筑。这种建筑整体上呈现出海绵状态，能将雨水充分收集利用，实现中水回用，排到自然界中的水体污染物几乎为零，所有的营养素都能在建筑内循环利用，并且绿色植物还能固定二氧化碳。图13 垂直园林4.2海绵社区结合水景观再造海绵建筑推而广之就是海绵社区。当代城市规划师应该传承历史文化，回归社区魅力，增加社区的凝聚力。通过由上而下的再设计，将社区水的循环利用和景观化、人性化相融合，并结合特定的历史文化，开展

17、海绵社区建设。与此同时，海绵社区建设可以激发起居民爱护水环境、呵护水环境、敬重水环境的心态，实现人类与自然水生态和谐相处的目标。图14 海绵社区结合水景观4.3海绵城市建设智慧化海绵城市建设可以与国家正在开展的智慧城市建设试点工作相结合，实现海绵城市的智慧化，重点放在社会效益和生态效益显著的领域，以及灾害应对领域。智慧化的海绵城市建设，能够结合物联网、云计算、大数据等信息技术手段，使原来非常困难的监控参量，变得容易实现。未来，我们将实现智慧排水和雨水收集，对管网堵塞采用在线监测并实时反应；通过智慧水循环利用，可以达到减少碳排放、节约水资源的目的；通过遥感技术对城市地表水污染总体情况进行实时监测；通过暴雨预警与水系统智慧反应，及时了解分段积水情况，实现对地表径流量的实时监测，并快速做出反应；通过集中和分散相结合的