海绵城市建设进展与问题分析

王明星

【摘 要】我国城镇化水平不断提高，改变了城市原有下垫面的性质，导致了许多问题，例如城市排水不畅、水资源分布不均等，将雨水简单排出已经不能满足城市发展的需要。海绵城市建设理论的提出为解决城市水问题提供了新思路，成为城市治水的新方向。文章介绍了海绵城市的提出背景，对国内外海绵城市建设研究进展做了综述，分析了“海绵体”出现的问题，并对面源污染的原因与机理做出了进一步的探究。

【关键词】城市化;海绵城市;水生态;“海绵体”;面源污染

【中图分类号】TV121 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）04-0021-03

1 引言

近年来，我国快速的城镇化发展改变了城市原有的下垫面状况，减少了雨水的下渗面积，从而引发了一系列的城市问题，如城市水污染、排水不畅引发内涝等。例如：2012年7月21日，北京遭遇61年来的最大暴雨，79人在此次暴雨中遇难，经济遭受严重损失[1]，因此传统“快排式”排水系统已经不能满足现代城镇发展的需求。在淡水资源缺乏的今天，雨水资源的收集与利用就变得尤为重要，2016年全国平均降水量约730 mm[2]，这是一种总量非常可观的淡水资源，如果这些雨水能够加以利用，将会缓解我国约1 100座城市的缺水情况[3]。因此，要想解决城市内涝、水污染等问题，合理利用雨水资源，则迫切需要一种新的雨水排放模式。海绵城市（Sponge City）是指一座城市对雨水具有良好“弹性”，能够像海绵一样吸水、释放水，能够适应环境的变化并对突发的自然灾害做出及时应对，下雨时吸纳水、净化水、蓄存水，当需要水时，蓄存的水又可以被“释放”并加以使用[4]。自然生态环境和海绵城市人工设施的结合，将大幅度地提高雨水的利用率，实现城市雨水资源的下渗、净化和蓄集。

建设海绵城市，即在城市内建设一系列对环境低影响的雨水管理措施，摒弃传统的排水模式，采取“渗、滞、蓄、净、用、排”相结合的方法，减少地面径流量，实现雨水的收集与利用，从根本上提高雨水的吸收、存储、渗透、净化的能力，让雨水在城市中自然迁移。海绵城市的建设途径分为3个方面：①保护原有的水生态系统;②修复受损的水生态系统;③推行低影响开发[5]。通过以上建设途径，采取相对应的措施，例如绿色屋顶、雨水花园、透水铺装、下凹式绿地等，实现对雨洪的管理，提高雨水的滞纳程度。

本文主要研究了国内外海绵城市的发展现状，并对我国海绵城市建设过程中出现的问题进行分析，并提出解决措施，从而给中国的海绵城市建设提供有价值的参考。

2 国内外海绵城市研究现状

2.1 国内海绵城市建设的研究进展

2015年4月，我国公布海绵城市第一批试点城市名单，武汉作为试点城市之一，全面开展了海绵城市的建设，通过河道储蓄、城市绿植、推广绿色建筑、建设绿色下水道等实际工程的实施，增大雨水下渗率与下渗面积，使“水害”转变为“水利”[6]。通过大力改造，2016年武汉市内涝严重区域仅限于近年发展较快的新城区，原来的积水区域基本没有再次出现积水[7]。海绵城市建设另一试点——重庆市，凭借着独特的气候与地形，已经形成具有山地城市特色的海绵城市建设体系。为了建成高渗透、高涵水、高承载的生态城市，重庆市对市内重点区域“华侨城”进行了改建，在“海绵”型城市具体建设方面分为“海绵体”的保护和培育、生态系统的恢复、径流的分解与消纳、减速缓冲、工程设施的连接与融合5个部分，并且创新性地提出了陡坡截留体系，增大了雨水的下渗量，为其他山地城市的海绵城市建设树立了一个成功的典范[8]。

哈尔滨的群力雨洪公园是“海绵”型公园的典型案例，从中国古代农业吸取经验，采取填挖土方的简单方法，在城市中心建造了覆盖面积为10%的绿色“海绵体”，增大了雨水的下渗面积，增加了城市的涵水量。在建设阶段，城内大部分的天然湿地被保存下来，然后通过开挖填充土方的方法在周围建造一系列的水坑和土堆，为核心湿地提供雨水过滤和净化的缓冲区，在湿地周围布置雨水收集管，使其通过水泡系统过滤沉淀后进入自然湿地[9]，采用这种方式更有利于雨水的涵养。在海绵城市建设成果中，另一极具特色的设计就是北京雁栖湖生态发展示范区，在原有生态基础上建立人工生态湿地，实现雨水的自然净化，有效收集雨水，用以回补地下。在雁栖湖整个生态规划中最值得学习的是海绵城市的先进建设技术，例如台田净化雨水技术、人工湿地污水处理技术及生态边沟净化雨水技术。建造台田、人工湿地、生态植草沟等“海绵体”，通过“海绵体”中土壤的过滤和植被根系的吸收，去除水体中的颗粒物和污染物，对雨水进行净化[10]。

2.2 国外先进海绵城市建设理论与发展

早在20世纪40年代，美国就已经开始关注地表水污染问题，1972年，最佳管理措施（BMPs）理念被提出。我国于2014年才颁布了《海绵城市建设技术指南——低影響开发雨水系统构建（试行）》[11]，海绵城市建设理论提出得较晚。近年来，我国大型城市的管网覆盖率普及到了60%，而小型城镇仅达到40%，与国外城镇的排水系统相比，我国的发展还是明显落后[12]，但与改革开放初期相比，我国在城市生态建设和雨水利用方面已取得了长足进步。为了弥补与西方发达国家的差距，借鉴和学习其他国家的先进技术与经验是一条加快海绵城市建设的重要途径。

美国、澳大利亚、德国等发达国家在海绵城市建设方面的实践相类似，其中最为典型的有美国的低影响开发（LID）、澳大利亚的水敏感城市设计（WSUD）、英国的可持续排水系统（SUDS）等[13-16]。这不仅是发达国家建设海绵型城市的理论基础，更是历年来的心得和经验的总结。在美国，绿色屋顶广泛流行，由下凹式绿地、渗透性路面、入渗井等组成的地下水回灌系统也得到了推广，其中佛雷斯诺市采纳的回灌技术，芝加哥市实施的隧道蓄水系统，不仅解决了城市的洪涝问题，更是在雨水的收集与利用方面取得了显著效果，节约了大量的城市用水[17]。德国是最先涉及屋顶绿化的国家，也是目前掌握最为先进的屋顶蓄水技术的国家之一[18]。除了首屈一指的管道排水技术，德国的雨水收集技术经过多年的改进已逐渐成熟，在德国有3种城市雨水收集技术被广泛应用：屋顶蓄水技术、截污与渗透技术、生态小区的雨水利用系统[19]，其中屋顶蓄水技术被广泛应用，能够有效地弥补城市化带来的绿化面积减小，下垫面雨水渗透性减弱的不足。与传统处理洪水的方式相比，英国的“可持续性城市排水系统”侧重于源头化处理径流，减少暴雨径流量，延缓汇流时间，通过减少城市地面硬化面积，增加地面的渗透能力，蓄集雨水并用于景观绿化或回补地下水[20]。

3 我国海绵城市建设存在的问题与分析

我国海绵城市理念于2012年4月首次提出，目前仍处于初期阶段，虽然我国海绵城市的建设技术日趋成熟与完善，但随之也暴露出诸多问题，海绵城市建设的开展将面临着重重的困难。

3.1 雨水入渗所带来的泥沙淤积问题

透水性铺装是建设海绵城市有效措施之一，其作用在于增大路面下渗率便于雨水的收集与利用，但在雨水下渗的同时却有可能带来一系列的问题。在海绵型城市建设中，公路路面、公园、广场等大型场所大部分都采取透水性铺设，改善了城市下垫面的透水性，增大了雨水的收集面积。雨水在被收集前已经历过较长的径流过程，夹杂着径流途中的大量泥沙，不仅会在雨水下渗过程中淤塞透水性设施，降低雨水下渗率，还会在蓄水装置中造成泥沙的淤积，难以清洗，更有甚者还会造成“海绵体”的功能失效，丧失对大量雨水的吸纳能力。在降雨初期，雨水的泥沙携带量是径流稳定时的数倍[21]，在该时段内，透水性铺装更容易被堵塞，从而对后期雨水的下渗与收集造成影响。

3.2 气候特征对“海绵体”的影响

海绵城市建设大力提倡雨水的收集与利用，虽然理论基础都已经相对成熟，但在具体实施的过程中仍存在一些实际问题。我国属于季风气候，降水大多集中在7、8月份，所以在冬季，海绵城市建造的设施就失去了本身的价值，由于植被不耐严寒，植草沟、下凹式绿地、屋顶花园等设施都丧失了自身绿化的功能，这些现状都对植被的选择和配置提出了更高的要求;此外，水在冬季低温状态下易结冰，结冰后体积会增大10%，就有可能把蓄水罐撑裂，这不仅增大了“海绵体”后期维护的工作难度，更浪费了大量海绵城市建设资金。

3.3 “海绵体”易受污染问题

影响“海绵体”的污染类型及负荷因素有很多，例如降雨强度、降雨量、降雨历时、土地类型、大气污染状况、地表清扫状况等[22]。在海绵城市建设过程中，“海绵体”的构建不仅能够减少雨水地表径流量，还能够拦截雨水中的泥沙和污染物，起到有效净化雨水的作用。随着工业的发展，大气污染加剧，雨水的水质也变得越来越差，被称为污染物“过滤器”的“海绵体”则会富集越来越多的污染物，在降雨期间，25%～30%的径流将带走至少80%的污染负荷，其污染浓度远远超过地表水的劣V类评价标准[23]，这些污染物一旦超标，轻则导致垃圾的堆积，难以清理，重则导致重金属含量超标，污染“海绵体”所在的土壤或含水层，甚至会对饮用水造成影响，威胁人们的健康。就目前来看，我国对该类面源污染机理的研究还不够深入，还未找到治理“海绵体”污染的有效方法[24]。

4 海绵城市建设存在问题的解决方法

对于雨水下渗带来的泥沙淤积问题，最根本措施是降低雨水下渗时泥沙的含量。首先，可以在透水性设施之前安装过滤网，对粒径大于透水性设施孔径的泥沙和污染物进行第一次的拦截，减少随雨水进入“海绵体”的泥沙含量;其次，可以合理地避开雨水径流泥沙含量大的时段，从而降低透水性设施被堵塞的可能性;最后，可以加大雨水径流上游的水土保持工作力度，增大水土保持区的面积，从根本上减少泥沙含量。

“海绵体”种植的植被必须具备耐湿热、抗严寒的特性，一般适合种植耐寒、抗旱的低矮灌木或小型乔木，并且还要兼顾植被自身特性进行搭配种植，保证“海绵体”一年四季都可以发挥功能。在蓄水罐易被冻裂问题上，蓄水模块的发明与使用解决了这一难题，金属质框架不仅增加了蓄水罐的支撑强度，也增大了雨水的蓄集量。

“海绵体”的规划是否合理是影响“海绵体”受污染程度的重要因素之一，虽然“海绵体”有净化雨水的功能，但单一的“海绵体”效果甚微，要将独立的“海绵体”有机结合成一个系统，织成一个“海绵网络”，使相邻“海绵体”之间可以相互处理污染物，发挥出“1+1>2”的净化作用，降低面源污染的浓度。所以，在建设海绵城市的过程中，应加大对面源污染机理及解决方法的研究，加快该类污染模型的建立。

5 结语

海绵城市建设对我国城市雨水系统的管理意义重大，从西方发达国家雨洪管理模式的发展历程来看，我国的海绵城市建设工作是一个长期的系统性任务，在借鉴发达国家经验的基础上，应结合中国城市发展的客观情况，认识海绵城市的基本内涵，推进海绵城市建设进程，逐步解决“海绵体”出现的问题，准确了解我国气候对海绵城市的影响，对面源污染问题进行深层次的研究。海绵城市的成功经验和实践研究为我们建设生态城市指明了方向，为解决城市内涝、径流污染提供了切实可行的方法。

参 考 文 献

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[责任编辑：邓进利]