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章林偉:中國(guó)海綿城市的建設(shè)與實(shí)踐

  城市是人口高度聚集、社會(huì)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的地區(qū),也是資源環(huán)境承載力矛盾最為突出的地方。改革開(kāi)放以來(lái),中國(guó)進(jìn)入了城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段,城鎮(zhèn)化率從1979年的不到20%,到2017年的58.22%,年均增幅接近1%(見(jiàn)圖1)。在傳統(tǒng)建設(shè)理念的影響下,城市開(kāi)發(fā)建設(shè)帶來(lái)的城市下墊面過(guò)度硬化,切斷了水的自然循環(huán)過(guò)程,改變了原有的自然生態(tài)本底和水文特征。

  圖1 中國(guó)城鎮(zhèn)化率演變情況
  天然下墊面本身就是一個(gè)巨大的海綿體,對(duì)降雨具有吸納、滲透和滯蓄的海綿效應(yīng),從而對(duì)雨水徑流起到了一定的控制作用。當(dāng)降雨通過(guò)下墊面的吸納、滲透、滯蓄等作用達(dá)到飽和后,會(huì)通過(guò)地表徑流自然排泄。以中國(guó)北方城市為例,城市開(kāi)發(fā)建設(shè)前,在自然地形地貌的下墊面狀況下,70%~80%的降雨可以通過(guò)自然下墊面滯滲到地下,涵養(yǎng)了本地的水資源和生態(tài),只有20%~30%的雨水形成徑流外排(見(jiàn)圖2)。而城市開(kāi)發(fā)建設(shè)后,由于屋面、道路、廣場(chǎng)等設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致的下墊面硬化,70%~80%的降雨形成了地表快速?gòu)搅?,僅有20%~30%的雨水能夠入滲地下(見(jiàn)圖2),呈現(xiàn)了與自然相反的水文現(xiàn)象,不僅破壞了自然生態(tài)本底,也使自然的“海綿體”像罩了一個(gè)罩子,而喪失“海綿效應(yīng)”,導(dǎo)致“逢雨必澇、雨后即旱”;同時(shí),也帶來(lái)了水生態(tài)惡化、水資源緊缺、水環(huán)境污染、水澇災(zāi)害頻發(fā)等一系列問(wèn)題。

  圖2 城鎮(zhèn)化前后降雨徑流對(duì)比
  (1)水生態(tài)惡化。城市建設(shè)破壞了原有的生態(tài)格局,建設(shè)用地?cái)D占了河湖水系空間,以及攔河筑壩、河道整治“三面光”等過(guò)度工程化,混凝土切斷了生態(tài)聯(lián)系,濱水綠帶難以發(fā)揮應(yīng)有的自然凈化作用,使城市水系由“活水”變成“死水”,乃至黑臭。
  (2)水資源緊缺。城市開(kāi)發(fā)建設(shè)的大量硬化以及依靠管網(wǎng)的快速收排,造成降雨形成快速的徑流,切斷了地下水補(bǔ)給通道,加劇了城市水資源的短缺。
  (3)水環(huán)境污染。雨水地表徑流帶來(lái)了城市面源污染。據(jù)對(duì)北京、上海調(diào)查研究表明,雨水徑流的化學(xué)需氧量(COD)排放量占排入城市地表水環(huán)境COD總量的30%以上,也是城市黑臭水體的誘因之一。
  (4)水災(zāi)害頻發(fā)。大量降雨在短時(shí)間內(nèi)快速形成地表徑流,加大了對(duì)城市排水系統(tǒng)的壓力,也放大了城市災(zāi)害。據(jù)住建部2010年對(duì)全國(guó)351個(gè)城市的抽樣調(diào)查顯示,僅2008~2010年就有62%的城市發(fā)生過(guò)不同程度的暴雨內(nèi)澇。
  我國(guó)正處在城鎮(zhèn)化高速發(fā)展時(shí)期,發(fā)展不平衡、不充分的矛盾十分突出,所面臨的問(wèn)題是既要補(bǔ)齊短板,又要提高品質(zhì)。當(dāng)前我國(guó)城市污水處理設(shè)施嚴(yán)重不足,即使是東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)城市,污水處理設(shè)施的覆蓋水平都很難達(dá)到全收集、全處理、全達(dá)標(biāo)排放的環(huán)境要求,西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平就相差得更遠(yuǎn)了。以品質(zhì)而論,排水管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低,逢雨必澇;污水管網(wǎng)質(zhì)量較差,滲漏嚴(yán)重、雨污混接,以至污水處理廠進(jìn)水“稀湯寡水”;初雨污染失控、CSO溢流污染嚴(yán)重,城市黑臭水體比比皆是等等。
  針對(duì)當(dāng)前我國(guó)城市“水問(wèn)題”的嚴(yán)峻性,習(xí)近平總書(shū)記在2013年中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議首次提出,并在2014年考察京津冀協(xié)同發(fā)展座談會(huì)、中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第5次會(huì)議、2016年中央城市工作會(huì)議等場(chǎng)合,多次強(qiáng)調(diào)要建設(shè)“自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。2015年國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2015〕75號(hào)),明確提出了要轉(zhuǎn)變城市建設(shè)的發(fā)展方式,建設(shè)海綿城市,將70%左右的降雨就地消納和利用;城市新區(qū)要以保護(hù)好生態(tài)格局,修復(fù)水生態(tài)、保護(hù)水環(huán)境、涵養(yǎng)水資源、保障水安全、復(fù)興水文化為目標(biāo)導(dǎo)向;城市老區(qū)要以治澇、治黑為問(wèn)題導(dǎo)向,結(jié)合補(bǔ)短板和城市環(huán)境整治(即海綿+),實(shí)現(xiàn)“小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、水體不黑臭、熱島有緩解”,并要求到2020年,城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求;到2030年,城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。
  海綿城市建設(shè)理念
  早在秦代(公元前200年)中華先賢就發(fā)明了梯田(見(jiàn)圖3),雨水的地表徑流通過(guò)人工修建的坎壩或魚(yú)鱗池塘,歷經(jīng)“滲、滯、蓄、用、排”徑流過(guò)程,既灌溉了農(nóng)作物、調(diào)蓄了水資源、防止水土流失,又沒(méi)有破壞水的循環(huán)和水文規(guī)律,很好地解決了人、地、水的關(guān)系,這是世界上堪稱(chēng)經(jīng)典的雨水管理方法,也被聯(lián)合國(guó)教科文組織列入了世界文化遺產(chǎn)名錄。中國(guó)古人也將這種人與自然和諧相處的發(fā)展方式引入到了當(dāng)時(shí)的城邑和鄉(xiāng)村建設(shè)中。

3 中國(guó)梯田

  許多發(fā)達(dá)國(guó)家在上世紀(jì)80年代前后就已基本完成了城鎮(zhèn)化進(jìn)程,灰色基礎(chǔ)設(shè)施已基本完善,但隨著全球氣候變化以及工業(yè)化帶來(lái)的對(duì)環(huán)境生態(tài)的影響,認(rèn)識(shí)到僅僅依賴灰色基礎(chǔ)設(shè)施的純工程做法,不能完全解決好環(huán)境生態(tài)問(wèn)題,還容易導(dǎo)致過(guò)度工程化,加大政府的財(cái)政包袱。針對(duì)城市水生態(tài)環(huán)境所面臨問(wèn)題的復(fù)雜性和目標(biāo)的多元化,發(fā)達(dá)國(guó)家也在不斷調(diào)整和完善城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的理念,在總結(jié)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上,應(yīng)運(yùn)而生了美國(guó)的低影響開(kāi)發(fā)(LID)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施(GI)、澳大利亞的水敏性城市設(shè)計(jì)(WSUD)、英國(guó)的可持續(xù)排水系統(tǒng)(SUDS)、德國(guó)的分散式雨水管理系統(tǒng)(DRSM)、新加坡的ABC水計(jì)劃等(見(jiàn)圖4)。盡管各國(guó)在提法上不同,但做法上是殊途同歸,都是通過(guò)灰綠設(shè)施的結(jié)合,從控制雨水徑流入手,綜合施策來(lái)解決上述問(wèn)題。

4 一些國(guó)家城市雨水徑流控制

在傳承中華先賢“道法自然”和借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)情,我們提出了中國(guó)海綿城市建設(shè)的發(fā)展策略:通過(guò)城市規(guī)劃、建設(shè)的管控,從“源頭減排、過(guò)程控制、系統(tǒng)治理”著手,綜合采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等技術(shù)措施,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)水量與水質(zhì)、生態(tài)與安全、分布與集中、綠色與灰色、景觀與功能、岸上與岸下、地上與地下等關(guān)系,控制城市雨水徑流,最大限度地減少由于城市開(kāi)發(fā)建設(shè)行為對(duì)原有自然水文特征和水生態(tài)環(huán)境造成破壞,將城市建設(shè)成“自然積存、自然滲透、自然凈化”的“海綿體”,使城市能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化、抵御自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”,實(shí)現(xiàn)“修復(fù)城市水生態(tài)、涵養(yǎng)城市水資源、改善城市水環(huán)境、保障城市水安全、復(fù)興城市水文化”的多重目標(biāo)(見(jiàn)圖5)。

5 末端治理與海綿城市對(duì)比

  源頭減排。即最大限度地減少或切碎硬化面積,充分利用自然下墊面的滯滲作用,減緩地表徑流的產(chǎn)生,控制雨水徑流污染、涵養(yǎng)生態(tài)環(huán)境、積存水資源。從降雨產(chǎn)匯流形成的源頭,改變過(guò)去簡(jiǎn)單收集快排的做法,通過(guò)微地形設(shè)計(jì)、豎向控制、景觀園林等技術(shù)措施控制地表徑流(見(jiàn)圖6),發(fā)揮“滲、滯、蓄、凈、用、排”耦合效應(yīng)。當(dāng)場(chǎng)地下墊面對(duì)雨水徑流達(dá)到一定的飽和程度或設(shè)計(jì)要求后,使其自然溢流排放至城市的市政排水系統(tǒng)中,即古人云的“滿則溢”,以此維系和修復(fù)自然水循環(huán),實(shí)現(xiàn)雨水徑流及面源污染源頭減控的要求,也有利于從源頭解決雨污分流、錯(cuò)接混接等鳩占鵲巢的問(wèn)題。

6 源頭減排做法示意

  過(guò)程控制。充分發(fā)揮綠色設(shè)施滲、滯、蓄對(duì)雨水產(chǎn)匯流的滯峰、錯(cuò)峰、消峰的綜合作用,減緩雨水共排效應(yīng),使從不同區(qū)域匯集到城市排水管網(wǎng)中的徑流雨水不同步集中泄流,而是有先有后、參差不齊、“細(xì)水長(zhǎng)流”地匯流到排水系統(tǒng)中,從而降低排水系統(tǒng)的收排壓力,也提高了排水系統(tǒng)的利用效率。過(guò)程控制就是要通過(guò)優(yōu)化綠、灰設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行管控,對(duì)雨水徑流匯集方式進(jìn)行控制與調(diào)節(jié),延緩或者降低徑流峰值,避免雨水產(chǎn)匯流的“齊步走”(見(jiàn)圖7);依靠大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等智慧管控手段,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行效能的最大化。

7 海綿城市建設(shè)措施前后雨水徑流變化示意

  系統(tǒng)治理。水的外部性很強(qiáng),幾乎無(wú)所不及。水又是重要的生態(tài)環(huán)境的載體,治水絕不能“就水論水”。首先,要從生態(tài)系統(tǒng)的完整性上來(lái)考慮,避免生態(tài)系統(tǒng)的碎片化,牢固樹(shù)立“山水林田湖草”生命共同體的思想,充分發(fā)揮山水林田湖草等自然地理下墊面對(duì)降雨徑流的積存、滲透、凈化作用。其次,要建立完整的水系統(tǒng),水環(huán)境問(wèn)題的表象在水上,但問(wèn)題的根源主要在岸上,事在人為。應(yīng)充分考慮水體的岸上岸下、上下游、左右岸水環(huán)境治理和維護(hù)的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。第三,要以水環(huán)境目標(biāo)為導(dǎo)向建立完整的污染治理設(shè)施系統(tǒng),構(gòu)建從產(chǎn)匯流源頭及污染物排口,到管網(wǎng)、處理廠(站)、受納水體的完整系統(tǒng)。目前我國(guó)大部分城市的市政排水系統(tǒng)的建設(shè)和管理,由于受到管理體制和財(cái)政事權(quán)限制大都是碎片化的分割運(yùn)作,管理機(jī)制上缺乏系統(tǒng)概念,建設(shè)和運(yùn)維上缺乏系統(tǒng)性。第四,構(gòu)建完整的治理體系:控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水保質(zhì)、長(zhǎng)制久清。俗話說(shuō)“三分建、七分管”,要建立一套科學(xué)的、完善的運(yùn)維管理制度,如管網(wǎng)清疏、河道清淤、水草打理和漂浮垃圾處置、智慧管控等等。
  統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好各種關(guān)系


8 統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好各種關(guān)系

  水質(zhì)與水量。有量無(wú)質(zhì),水不能用;有質(zhì)無(wú)量,水不夠用。要統(tǒng)籌考慮量質(zhì)關(guān)系,尤其是豐枯季節(jié)水位變化的量與質(zhì),只有量質(zhì)統(tǒng)一才能支撐水生態(tài)、水環(huán)境及用水需求。
  生態(tài)與安全。針對(duì)大概率小降雨,要從生態(tài)的角度考慮留住雨水涵養(yǎng)生態(tài),細(xì)雨潤(rùn)無(wú)聲;針對(duì)小概率強(qiáng)降雨,要以安全為重,防災(zāi)減災(zāi),統(tǒng)籌兼顧好兩者之間的關(guān)系。
  分散與集中。傳統(tǒng)建設(shè)思路是上游建自來(lái)水廠、下游建污水處理廠,基本上是“個(gè)人自掃門(mén)前雪,休管他人瓦上霜”,且為了追求規(guī)模效益、降低建設(shè)單價(jià),污水處理廠建設(shè)規(guī)模較大,不利于資源再生利用。目前中國(guó)的城市普遍缺乏生態(tài)用水,許多北方城市的污水量遠(yuǎn)大于自然生態(tài)所需的基流,因此,再生污水已成為許多城市生態(tài)用水的主要來(lái)源。要處理好污水處理廠布局與再生利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)關(guān)系。分散與集中需要因地制宜,相互協(xié)調(diào)銜接。
  綠色與灰色?;揖G結(jié)合,避免過(guò)度工程化帶來(lái)的對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的干擾和破壞,適度控制灰色設(shè)施的建設(shè)規(guī)模,提高投資效率?!熬G色”基礎(chǔ)設(shè)施注重自然生態(tài)系統(tǒng)的利用,實(shí)現(xiàn)“自然積存、自然滲透、自然凈化”,主要應(yīng)對(duì)大概率中小降雨;“灰色”基礎(chǔ)設(shè)施依靠工程措施,主要應(yīng)對(duì)小概率強(qiáng)降雨?!熬G色”與“灰色”要相互融合、互補(bǔ),不能顧此失彼。
  景觀與功能。有景觀無(wú)功能,“花架子”;有功能無(wú)景觀,“傻把式”。統(tǒng)籌好兩者的關(guān)系,把景觀留給老百姓,將功能留給工程師,將自然生態(tài)功能融合到景觀中,做到功能和景觀兼具、雨旱皆宜。
  岸上與岸下?,F(xiàn)象在水里、根源在岸上。要處理好水體環(huán)境容量與岸上污染物處理與排放的控制。
  地上與地下。“地上”是城市靚麗風(fēng)貌,“地下”是城市的良心所在。只有筑牢“里子”,才能撐起“面子”。改變“重地上、輕地下”的現(xiàn)象,統(tǒng)籌地上建設(shè)開(kāi)發(fā)與地下配套市政基礎(chǔ)設(shè)施的同步規(guī)劃與建設(shè),統(tǒng)籌考慮地表徑流與地下水入滲、補(bǔ)給。
  試點(diǎn)引領(lǐng),探索模式,穩(wěn)妥推進(jìn)
  推進(jìn)海綿城市建設(shè),一方面要加快城市建設(shè)理念的轉(zhuǎn)型,使中國(guó)未來(lái)城鎮(zhèn)化走向綠色、低碳、生態(tài)、環(huán)保的和諧宜居、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的道路;另一方面要加快補(bǔ)齊城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)短板,使城市既有“面子”、又有“里子”。
  在中央財(cái)政大力支持下,根據(jù)中國(guó)地理氣候的特點(diǎn),針對(duì)不同的降雨分布和城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模,分兩批選擇了30個(gè)城市進(jìn)行試點(diǎn)(見(jiàn)圖9及表1),由國(guó)家財(cái)政部、住建部、水利部共同組織和指導(dǎo),城市人民政府具體負(fù)責(zé)實(shí)施,試點(diǎn)面積不得小于20 km2,試點(diǎn)期限為期3年,試點(diǎn)任務(wù)主要是因地制宜地探索適合本地區(qū)海綿城市建設(shè)的發(fā)展模式,形成一套可復(fù)制、可推廣的做法、經(jīng)驗(yàn)和政策制度等。


9 中國(guó)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)分布及降雨徑流分區(qū)示意

1 中國(guó)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)分布

  以規(guī)劃為龍頭,將理念貫徹到頂層設(shè)計(jì)中(見(jiàn)圖10)。住建部及時(shí)出臺(tái)了海綿城市專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃編制辦法,要求各地按照國(guó)務(wù)院文件要求,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際抓緊編制海綿城市建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃,目前全國(guó)2/3的城市編制了海綿城市建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃。海綿城市專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃應(yīng)以“維系水生態(tài)、保護(hù)水環(huán)境、涵養(yǎng)水資源、保障水安全、復(fù)興水文化”為目標(biāo)導(dǎo)向;以治澇、治黑,“實(shí)現(xiàn)小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、水體不黑臭、熱島有緩解”為問(wèn)題導(dǎo)向,一是明確山水林田湖草等生態(tài)格局,科學(xué)劃定藍(lán)綠線管控范圍、排水分區(qū)和豎向控制要求等;二是依照當(dāng)?shù)刈匀凰奶卣?、水環(huán)境等生態(tài)

10 海綿城市建設(shè)規(guī)劃框架

  本底條件,根據(jù)“生態(tài)功能保障基線、環(huán)境安全質(zhì)量底線、自然資源利用上線”的要求,確定城市徑流控制、水環(huán)境質(zhì)量、城市排水防澇等規(guī)劃管控指標(biāo);三是在統(tǒng)籌協(xié)調(diào)水量與水質(zhì)、生態(tài)與安全、分布與集中、綠色與灰色、景觀與功能、岸上與岸下、地上與地下等關(guān)系的基礎(chǔ)上,提出因地制宜并符合當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)條件的海綿城市建設(shè)方案、計(jì)劃和措施。
  以標(biāo)準(zhǔn)為抓手,倒逼技術(shù)更新。2014年住建部出臺(tái)了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》,及時(shí)修訂城市規(guī)劃、給排水、園林、建筑、道路等領(lǐng)域的十多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表2),消除推進(jìn)海綿城市建設(shè)的障礙,并鼓勵(lì)各地因地制宜建立標(biāo)準(zhǔn)圖集、技術(shù)導(dǎo)則。組織編制《海綿城市建設(shè)績(jī)效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》
                  表2 海綿城市相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)                    

序號(hào)

分類(lèi)

標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)

1

規(guī)劃

城市用地豎向規(guī)劃規(guī)范(CJJ83

2

城市排水工程規(guī)劃規(guī)范(GB50318

3

城市水系規(guī)劃規(guī)范(GB50513

4

建筑與小區(qū)

城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50180

5

建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范(GB50400

6

建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50015

7

道路與廣場(chǎng)

城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范(CJJ37

8

園林綠地

公園設(shè)計(jì)規(guī)范(CJJ 48

9

城市綠地設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50420

10

綠化種植土壤(CJ/T 340)

11

排水設(shè)施

室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50014

  及時(shí)總結(jié)推廣。各省也在國(guó)家試點(diǎn)示范的帶動(dòng)下,積極開(kāi)展本省的試點(diǎn)推廣工作,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前已有13個(gè)省在90個(gè)城市開(kāi)展了地方試點(diǎn)。28個(gè)省市區(qū)出臺(tái)了實(shí)施海綿城市建設(shè)的要求。各級(jí)試點(diǎn)城市都要及時(shí)對(duì)海綿城市建設(shè)的技術(shù)措施和設(shè)施運(yùn)行效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)和績(jī)效評(píng)價(jià),總結(jié)成功案例,形成適宜推廣的技術(shù)措施。