海绵城市建设研究综述

梁银

摘要：通过梳理海绵城市建设的背景，探析海绵城市的定义，以及与低影响开发的关系，两者的理念和方法是非常契合的。在此基础上，对海绵城市建设的技术进行了叙述，以指导我国海绵城市的建设，推动生态文明的发展。

关键词：海绵城市；低影响开发；绿色屋顶；透水铺装；植草沟；雨水花园

近年来，每当夏天暴雨过后，关于“内陆看海”的笑谈便俯拾即是。几年来虽投入大量财力修建地下管网，但收效甚微，暴雨过后城市仍旧会被水淹没。城市面临的水生态问题以及水资源短缺和水安全问题，主要归咎于传统城市工程管道式灰色排水基础设施、防洪规划和排水工程规划的落后及雨水资源合理利用意识的薄弱，使得我国受灾城市的数量、规模、经济损失程度和人员死伤均呈显著上升的态势^[1-2]。海绵城市是在城市雨季内涝旱季缺水的背景下、水质污染等水环境危机制定的解决办法，旨在让城市保持良好的自我调节能力。本文将从海绵城市的背景、低影响开发、海绵城市技术措施等方面进行综述。

1 海绵城市建设的背景

城市雨洪灾害和水污染管理是制约我国城市生态发展的核心问题之一^[3]，其产生原因是城市地表不透水面积比例的急剧增大、雨水下渗量减少、地表径流增加及市政排水系统的负荷的加重^[4-5]。此外，初期雨水中的污染物直接排入水体，使受纳水体的水质受到了极大的威胁^[6-7]。2012年4月，在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中，“海绵城市”的概念首次提出；2013年12月12日，习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中强调：“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”。

2 海绵城市与低影响开发

2.1 海绵城市的定义

《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》(建城函[2014]275号)对海绵城市的定义为：海绵城市是指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，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

《海绵城市(LID)的内涵、途径与展望》^[8]中提到，“海绵城市的本质是，解决城镇化与资源环境的协调和谐。传统城市开发方式改变了原有的水生态，海绵城市则保护原有的水生态；传统城市的建设模式是粗放式、破坏式的，海绵城市对周边水生态环境则是低影响的；传统城市建成后，地表径流量大幅增加，海绵城市建成后地表径流量能尽量保持不变。因此，海绵城市建设又称为低影响设计和低影响开发”。

图2-1 海绵城市示意图

总体来说，海绵城市的建设主要包括3方面内容：（1）保护原有生态系统；（2）恢复和修复受破坏的水体及其他自然环境；（3）运用低影响开发措施建设城市生态环境。

2.2 低影响开发

低影响开发（Low impact design or development，以下简称LID）是一种通过减小场地开发前后水文特征变化，减少雨水径流对城市以及自然水环境不良影响，以实现水资源良性循环的一种新型雨水管理模式。

很大程度上，海绵城市与国际上流行的城市雨洪管理理念与方法非常契合，如低影响开发( LID) 、绿色雨水基础设施( GSI)及水敏感性城市设计( WSUD) 等，都是将水资源可持续利用、良性水循环、内涝防治、水污染防治、生态友好等作为综合目标。“使整个国土成为一个‘绿色海绵系统’，使雨水就地蓄留、就地资源化，使它与城市中的公园系统、湿地系统，形成统一的水生态基础设施自然保护系统”。

20 世纪70 年代，美国提出了“最佳管理措施”( BMPs) ^[9]，最初主要用于控制城市和农村的面源污染，而后逐渐发展成为控制降雨径流水量和水质的生态可持续的综合性措施^[10]。2003 年，北京大学俞孔坚和李迪华教授共同出版的《城市景观之路: 与市长交流》^[11]一书中最早将“海绵”的概念比喻自然湿地、河流等对城市旱涝灾害的调蓄能力。海绵城市是当今我国力推以解决城市雨洪管理难题的建设新模式，业界也更多将“海绵城市”理论和方法应用到多项规划设计实践中^[12-14]。

3 海绵城市建设技术措施

3.1 绿色屋顶

绿色屋顶由植被层、介质、土壤、排水层及防水层等多层材料构成。根据植物种植密度及种类可以分为拓展型和密集型两大类，可蓄积约50%~80%的雨水资源^[15]。拓展型绿色屋顶几乎不需要管理维护，不需要人工灌溉，对屋顶要求不高，在植物选择上，这类植物几乎不需要修剪，植物属于自然类型，在屋顶能自我维持；密集型绿色屋顶需要像花园般的精心养护，需要加厚的生长介质。绿色屋顶对雨水的滞留是通过介质的储存和植物的蒸发共同实现的，研究发现绿色屋顶能较好的削减径流量、延迟径流汇集时间、减少洪峰流量、提高空气质量和改善雨水水质及促进能量转换，在绿色屋顶的植物极其结构的作用下，能够对雨水进行截留，降低地表雨水径流量，降低排水系统的排水负担，改善区域生态环境

^[16]。

3.2 透水铺装

透水铺装是指通过各种技术手段使不可渗透路面变成可渗透路面，直接减少地表径流的工程性措施。可渗透路面可由水泥孔砖或网格砖、塑料网格砖、透水沥青、透水混凝土等筑成。研究表明，透水铺装径流削减能力为40%~90%，比无收集措施时提高约10%，洪峰削减能力在20%~80%^[17]。当处于降雨过程中，雨水可以在铺装材料的支持下进行下渗或者利用排水系统对雨水进行疏散，降低地表雨水径流量，促进水资源规模的进一步扩大^[18]。

3.3 植草沟

植草沟是指种植植被的景观性地表沟渠排水系统，地表径流以较低流速经植草沟滞留、植物过滤和渗透，使雨水径流中的大多数悬浮颗粒污染物和部分溶解态污染物被有效去除，主要作用是降低径流流速和提高雨水水质。以植草沟结构为依据，可将其分为干式植草沟和湿式植草沟以及传输型植草沟^[19]。

3.4 雨水花园

雨水花园一般是由砾石层、砂层、种植土壤层和蓄水层等组成，其原理是使强降雨过程中不可渗透路面的雨水进入生物滞留区，经土壤、微生物、植物的一系列生物、物理、化学作用实现雨洪滞蓄和水质处理。基于雨水花园的支持下，能够对雨水中的污染物进行有效吸收和净化，从而有效降低雨水污染情况的出现。同时，雨水花园能够降低地表雨水径流量，当产生降雨时，可利用雨水花园进行有效吸收，降低城市排水系统的负担，而且在其中植物和设施的影响下还能导致雨水径流速度明显下降，防止雨水侵蚀现象的出现，避免出现大规模的水土流失^[20]。

4 结论

海绵城市建设遵循尊重自然、顺应自然、保护自然的生态路径，尽量减少开发建设对自然环境的影响。现代海绵城市建设的核心是重构城市水文循环，从峰值、径流总量、峰现时间、水质、生态系统等不同层面进行调控，修复传统“快排式”排水模式所破坏的自然水文循环链。

海绵城市建设可显著提高现有雨水系统的排水能力，降低内涝造成的人民生命健康及财产损失；是属于城市基础设施的一部分，可构建一个集展示、休闲、活动和防灾避难为一体的多功能城市开放空间。

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