基于海绵城市理念的城市排水设计

丁 蕊，郑 瀚,，张军红， 胡 勇

(1.长春建筑学院 城建学院，吉林 长春 130607；2.重庆禹智水利电力工程咨询有限公司，重庆 401147；3.重庆水利电力职业技术学院，重庆 402160)

1 引言

近年来，随着我国经济社会的快速发展，城市规模不断扩张，城市人口比重日益提高，2019年底，我国城市化率达到60.6%，预计至2035年我国城市化率将达到70%。城市的快速扩张，极大地改变了原有的地表景观，原来的农田、森林、荒地等被城市建筑、道路等硬化地面所取代。研究表明，一方面，城市热岛效应及大气凝结核浓度的升高导致降水幅度上涨[1]；另一方面，不透水地面的增加，严重阻断了水循环中降水下渗环节，无法下渗的雨水增加了地表径流量，缩短了降雨汇流的时间[2,3]。在城市化进程和气候变化的叠加效应下，因暴雨产生内涝已成为困扰我国多数城市的严重问题。有关资料表明：自2010年起，我国因城市内涝导致的年均经济损失在1000亿元以上，涉及31个省份，年均1亿人遭受灾害，15个省份损失超过百亿元，其中2011年尤甚，竟多达4000亿元[4]。城市内涝严重，直接原因是市政排水系统与城市建设发展不协调，而根本原因却是城市建设对地表景观的改变影响了地表径流量，增加了地下排水管网的负担。当前我国城市不仅面临严峻的内涝问题，水资源短缺问题亦日益严重，主要原因是传统城市排水基础设施建设滞后、雨水资源合理利用意识的薄弱，导致我国因暴雨受灾城市的数量、规模、经济损失程度和人员死伤均呈明显上升的趋势[5]。

为解决我国城市内涝与水资源短缺的问题，我国提出了建设“海绵城市”的发展思路，其本质是改变传统城市建设与发展理念，构建顺应自然、人与自然和谐共处的低影响发展模式，从而实现人、城市与其资源环境的协调发展。海绵城市是城市雨洪管理理论上的内涵发展和进步，明确了生态型城市雨洪综合管理思想和途径，强调城市应对水文自然灾害的弹性和低影响开发的城市雨洪综合管理思路[6]。本文基于海绵城市理念分析我国城市排水设计应注意的问题，以期对我国城市构建人与自然和谐的雨洪利用模式提供有益参考。

2 城市洪水灾害的原因

2.1 排水基础设施不完善

改革开放以来，我国经济社会快速发展，城市化建设日新月异。这期间我国的城市化建设是一个不断探索进步的过程，城市化建设的各种标准在不断完善和优化，如城市防洪标准和城市排水管网建设的标准，40年间在不断的成熟和规范。但是存在的问题是早期建设的城市，排水管网标准较低，许多地方排水管网年久失修、老化严重，排水功能减弱。而系统的更新的成本很高、专业性很强，需要大量的财政资金和专业技术人才投入，增大了工作难度和工作量[7]。同时由于城市人口日益增加，工业规模越来越大，城市用水量不断增加，城市水资源短缺问题日益严峻。为了改善城市内涝与水资源短缺的现状，必须转变发展思路，完善排水的基础设施，优化排水方案。

2.2 全球及局部气候变化影响

随着全球人口的不断增加，人类对地球资源的开发程度达到了前所未有的高度，由于不合理的开发、利用自然资源，破坏生态平衡，使得全球气候变暖形式日益严峻，与之相伴的气候异常、极端天气事件发生频率呈递增趋势，而极端天气引起的灾害性后果，对人类具有严重影响。2012年，北京“7·21”特大暴雨造成79人死亡，160.2万人受灾，经济损失116.4亿元[8]。一定时间内，城市的排水管道的排水能力是有限的，一旦局部排水管网出现问题，将增加临近排水系统的负担，甚至影响整个城市排水管网的功能，从而导致城市内涝，严重威胁人民群众的生命财产安全。

2.3 城市雨水资源利用率低

在人类未干扰的自然状态下，降水过程中绝大部分的雨水会渗透到地下，少部分的雨水会流失掉，下渗到土壤的水分补充地下水，形成径流的降水汇集成江河流入大海，再以水汽形式返回陆地形成降雨，这是自然界的水循环[9]。这样的循环可以有效地对地下水进行补充。然而随我国城市的快速发展，城市硬化路面日益增多，传统的城市排水设计过于注重排水，希望尽快将降雨流排掉，在降雨量较低时，城市排水系统可以及时排放雨水，而当雨量超过排水系统的设计极限时，则会引起城市内涝。我国大多数城市水资源匮乏，而传统的城市排水设计缺乏对降水资源化利用的考虑，因此，合理利用城市雨水资源，是未来缓解我国城市水资源短缺的一个重要途径。

3 海绵城市的内涵

近年来伴随我国城镇化的快速发展，城市内涝频发、城市水资源短缺问题亦日益严峻，其中重要的原因是城市雨水资源没有得到合理的利用。城市建设导致的下垫面硬化，严重阻断了降雨下渗的过程，城市化后约70%～80% 的降雨形成径流，且汇流时间缩短，导致城市内涝的概率及危害增大[10]。海绵城市是针对我国当前日益严峻的城市内涝和水资源短缺问题提出的严重新的城市建设思路[11]。

顾名思义海绵城市，就是让城市能够像海绵一样吸水，能够最大程度地留住雨水，减少地表径流，一方面，可以减少城市内涝；另一方面，可以缓解城市水资源短缺。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、泵站等人工设施来排水，以“快速排除”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》，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[12]。

4 基于海绵城市理念的城市排水建议

4.1 城市渗水设计

传统城市对市政公共区域景观进行铺装时，主要考虑的是材料的耐用性和景观效果的美观，较少考虑生态因素，多采用透水性比较差的材料(不透水砖等)，阻碍了降水向土壤的入渗，地表径流增加。针对这一问题，可采用过透水铺装设计，使用透水砖代替不透水硬化材料，同时尽可能保留或增加城市绿地面积，作为滞纳雨洪的缓冲区[13,14]。采用透水铺装，一方面可以提高雨水的渗透能力，使得雨水的渗透量逐渐增大，地表径流逐渐减少；同时，雨水渗透到地下土壤层的量增加，用于河道和补充地下水，利于地下水的平衡。

4.2 城市蓄水设计

针对日益严峻的城市水资源短缺问题，将降雨有效存蓄并合理利用是一个重要的水源，城市雨洪利用也越来越受到人们的重视。如一些城市通过设置雨水存蓄设施，将雨水资源充分储存，经过净化处理，用来清洁路面、水景补水等[15]。蓄水设施包括人工建造的蓄水池、植被蓄水、土壤层蓄水等。

4.3 城市滞水设计

植被对降雨具有一定的滞留作用，树木茂密的枝叶能够滞留一部分雨水，植被下的枯枝落叶层也具有较强的雨水吸纳能力。因此具有乔-灌-草结构的城市绿地对雨水的滞留作用较好。城市林地(绿地)的设计，不仅可以有效降低地表径流量，还能对地下水源起到涵养作用[16]。原本低洼的地段可以设计城市湿地，形成半自然的生态滞留区，利用植草沟、雨水湿地、雨水塘等方式，促进雨水渗入地下，以便有效地储存水资源或对雨水径流进行控制。城市湿地的设计，可以最大化地利用土壤和植被，改善径流质量，治理径流污染，同时实现城市功能和景观的提升。

5 结语

我国城市普遍面临城市内涝与城市水资源短缺的问题，针对上述问题，国家提出了建设海绵城市的战略。建设海绵城市，是基于人与自然和谐思想的新的城市发展思路，要求我们改变传统的发展理念，牢固树立尊重自然、顺应自然的发展观。基于海绵城市的发展理念，在城市排水设计中要求我们尽可能少地改变城市原有的排水功能，具体如下：使用透水材料铺设人行道、广场等地面，使降水向土壤入渗的过程可以维持；建设蓄水设施、铺以相应的管网、沟渠等，存蓄部分降水作为城市市政用水等；尽可能多地保留城市原有绿地、新增城市绿地(公园)，通过城市绿地植被滞留降雨。通过采取上述措施，一方面，可以有效降低因暴雨导致的城市内涝；另一方面，通过滞留、存蓄部分降雨，缓解城市水资源短缺问题。