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赤鱼追波

建筑日记

 
 
 

日志

 
 

海绵城市建设  

2017-01-21 00:54:43|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国的海绵城市建设:整体思路与政策建议

谢映霞

近期,国家出台了一系列政策,积极推进海绵城市的建设,在国家政策的支持下,2015年和2016年,财政部、住房城乡建设部、水利部组织开展了海绵城市建设试点工作。根据竞争性评审,迁安、白城、镇江、嘉兴、池州、厦门、萍乡、济南、鹤壁、武汉、常德、南宁、重庆、遂宁、贵安新区和西咸新区等城市入选第一批试点城市,福州、珠海、宁波、大连、玉溪、深圳、上海、庆阳、西宁、固原、三亚、青岛、天津、北京等城市入选第二批试点城市。目前,30个试点城市正有序地开展海绵城市建设,那么什么是海绵城市?建设海绵城市的意义又如何呢?

海绵城市是一种形象的比喻,简而言之,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"。我们现在所说的海绵城市特指雨水的综合管理,其本质是要科学地考虑城市生态需求并改善城市的水循环过程,就是要让水在城市的迁移、转化和转换等活动中更加"自然",下雨时下垫面能够有效地吸水、蓄水、渗水、净水,需要时又可经适当的迁移和转化作用,将蓄存的水"释放"并加以利用。充分发挥原始地形地貌对垫面和生态本底对雨水的渗透作用,植被、土壤、湿地等对水质的自然净化作用,通过自然和人工相结合的手段,使城市对雨水具有吸收和释放的功能。海绵城市提出的背景是改革开放以来,我国经济高速发展,城镇化率也由1978年的17.92%提高到2015年的56.1%。城镇化在带来经济繁荣的同时,也带来了一系列的生态环境问题。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化等问题,《国家新型城镇化规划(2014—2020)》明确提出,我国的城镇化必须进入以提升质量为主的转型发展新阶段,要大力推进绿色城镇化。

城镇过度开发造成了水资源短缺、水污染严重、内涝灾害频发、生态环境恶化等问题。这些年,城市建设中拦水造坝、毁林占田、开山断水、填湖造地、河道加盖版、明渠变阴沟等破坏生态的现象比比皆是。随着城镇化的日益发展,城市人口的不断增加,高耸林立的大楼使城市变成了水泥森林,增加了热岛效应、雨岛效应。建筑、道路、广场等高强度建设导致下垫面过度硬化,改变了城市原有的自然生态本底和水文特征,改变了雨水径流,水资源自然滞蓄能力锐减,使城市"大雨必涝、雨后即旱"。调查显示,城市地区70%以上的降雨形成径流被排放。雨水资源流失、径流污染增加、城市内涝灾害频发,严重影响了人们生活和城市有序运行。面对这一系列问题,海绵城市的理念和建设模式应运而生,合理控制城市开发强度、转变传统的粗狂的开发建设模式,走生态文明和绿色发展的道路成为解决这些问题的一剂良药。

建设海绵城市的意义

海绵城市是一种城市发展的新理念、新方式和新模式。建设海绵城市就是要转变城市传统的开发模式,从粗放的建设模式向生态绿色文明的发展方式转变。正如《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》(国办发[2015]75号)指出的"海绵城市是指通过加强城市规划建设管理,充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,有效控制雨水径流,实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式"。传统城市建设模式主要依靠管渠、泵站等"灰色基础设施"来组织排放径流雨水,以"快速排除"和"末端集中"控制为主要设计原则,而海绵城市则强调优先利用植被草沟、雨水花园、生物滞留池、下沉式绿地等"绿色基础设施"来组织排放径流雨水,以"慢排缓释"和"源头分散"控制为主要设计理念,强调采用低影响开发理念,合理利用城市雨洪资源,通过加强城市规划建设管理,实现雨水径流的有效控制,从而建立新的城市发展模式,实现资源与环境的协调发展。

海绵城市以建筑与小区、道路与广场、公园与绿地、湖泊水系等建设为载体,通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种生态化技术,实现对雨水的自然积存、自然渗透、自然净化功能。充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,融合绿色基础设施和灰色基础设施,实现雨水的有序排放。

海绵城市是落实生态文明建设的重要举措。海绵城市建设,就是要保护城市原有的河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等生态敏感区,发挥其海绵功能;要结合绿色建筑、低影响开发以及绿色基础设施建设,利用天然植被、土壤、微生物等净化水质,最大限度地减少城市开发建设行为对原有生态环境造成的破坏,并逐步恢复被破坏的城市生态。海绵城市是城镇化绿色发展的重要方式。海绵城市建设强调保护自然、师法自然、涵养水源、净化水质、调解城市小气候、减少热岛效应;尽可能保留城市生态空间,恢复生态多样性,营造优美的景观环境。海绵城市体现了创新发展、协调发展、绿色发展、开放发展的新思路,是我国"稳增长、调结构、促改革、惠民生"大政方针的重要内容。海绵城市涉及房地产、道路、园林绿化、水体、市政基础设施等城市建设的方方面面,与新区建设、旧城改造以及棚户区改造密切相关,能够改善城市环境,还可带动环保、新材料、信息等相关产业的发展。通过海绵城市建设促进产业发展和技术进步,包括调蓄、促渗技术的发展,水污染治理行业的发展,以及相关产业新技术、新材料、新设备、新工艺的发展。海绵城市建设鼓励各地采用PPP模式、政府购买服务等方式吸引社会资本投入,可发挥财政资金撬动作用,将公益性项目和收益性项目配整合,吸引社会资本共同参与城市建设,有助于拉动投资、助力政府和社会资本合作。总之,海绵城市即是健康城镇化的一种发展模式,也是促进经济和环境协调发展的手段之一。

海绵城市的内涵

建设海绵城市就要有"海绵体"。城市"海绵体"既包括河、湖、池、塘等水系,又包括植被草沟、绿色屋顶、可渗透路面等。对海绵城市的理解可以分为广义的和狭义的两个层面。广义讲,海绵城市是指山、水、林、田、湖这一生命共同体,这些大海绵具有良好的生态机能,能够实现城市的自然循环、自然平衡和有序发展。这就要求城市开发建设要以保护自然生态环境为前提,尊重自然、顺应自然,保护城市生态格局。海绵城市建设首先要对城市原有的生态系统进行保护,尤其是河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等水敏感地区的保护,最大限度地保护"山水林田湖";其次对已经受到破坏的水体和其他自然环境进行生态恢复和修复,维持城市一定比例的生态空间;再有在对城市进行新的开发建设过程中要遵循低影响开发的原则,合理控制开发强度,在城市中保留足够的生态用地,遵循生态优先的原则,将自然途径与人工措施相结合,控制城市不透水面积比例,最大限度地减少对原有水生态环境的破坏,增加水域面积,促进雨水的积存、渗透和净化。在确保城市排水防涝安全的前提下,充分利用雨水资源,保护生态环境。

狭义讲,海绵城市是指分散的、小规模源头初期雨水控制机制与技术,又叫低影响开发雨水系统。雨水进入市政管网前先要通过植被草沟、雨水花园、透水铺装等雨水调蓄净化设施对雨水进行过滤和流量控制,有效降低雨水径流,达到对雨水径流总量、峰值流量和径流污染进行控制的目的,使城市开发建设后的自然水文状态尽量接近于开发前。研究成果表明,屋顶绿化、雨水蓄渗、下凹式绿地、透水铺装地面、生物滞留池等低影响开发设施对雨水径流的大小有一定的影响,可以减少雨水径流量,减少进入分流制雨水管道和合流制管道的雨水量。大面积透水铺装及下凹式绿地等雨水控制和利用措施对小区综合径流的削减作用十分明显,尤其在低重现期时效果更明显;通过这些"小海绵"可以有效地控制水污染,削减雨水峰值流量,同时涵养水资源,补充城市地下水,促进水循环,保护和恢复自然生态系统。源头控制的措施,在国内外具有广泛的应用,对初期雨水可以起到控制污染、净化水质的作用,还可起到一定的削峰、错峰作用。

为实现保障水安全、治理水环境、涵养水资源、改善水生态的目标,我国提出了"渗、滞、蓄、净、用、排"的海绵城市建设六字方针,转变了过去雨水要快排、及时排、就近排、速排干的工程排水思路,使雨水管理迈向综合排水、生态排水的新阶段。随着海绵城市理念的深入和试点城市示范的进展,海绵城市的概念和内涵也发生了变化,向广度和深度延伸。"小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解"已成为业内和全社会的广泛共识,以保障水安全、治理水环境、涵养水资源、改善水生态为目标的海绵城市建设正在全国轰轰烈烈地展开。海绵城市建设已从雨水的源头减控发展为综合治水的国家战略。城市中水的问题非常复杂,既相互关联,又自成系统,海绵城市将这些子系统整合起来,综合考虑解决城市内涝、水环境污染、水资源利用和水生态保护的最佳方案。因此,海绵城市建设和目前政府大力推进的黑臭河整治、排水防涝、水资源利用和水生态保护结合起来,是一项复杂的系统工程,涉及到排入河道的出口、污水截留干管、市政及小区管网收集系统、污水处理、再生水利用等等。由此可见,海绵城市建设内容涉及城市建设的很多方面,除了在建筑与小区、道路与广场、公园与绿地采取源头控制的措施外,还涉及市政基础设施的建设、改造和优化。无论采取何种"渗透、滞流、蓄存、净化、利用、排放"手段和措施,目的都是缓解城市内涝、控制水体污染、提高雨水资源利用率,实现城市的可持续发展。

海绵城市的国内外经验

我国的海绵城市源于美国的"最佳管理实践""低影响开发""绿色基础设施"、英国的"可持续排水系统"、澳大利亚的"水敏性城市设计"等理论和实践,但又不同于国外的概念,它的内涵更宽泛、更深入。可以说中国的海绵城市建设是国外经验的整合和集大成。发达国家在城镇化进程中,也曾出现过水体严重污染、内涝灾害频发、生态环境恶化等类似情况,这些国家通过实施雨水的综合管理,合理控制雨水径流,有效解决或缓解了上述问题。例如美国在上世纪90年代初就提出了低冲击开发的理念,又称低影响开发(简称LID),其基本原理是在人工系统的开发建设活动中,尽可能减少对自然生态系统的冲击和破坏。LID的方法包括储存、下渗、蒸发、滞留,以削减地表径流,促进地下水补充,通过分散的、小规模的源头控制机制和设计技术,达到对暴雨所产生的径流和污染的控制,从而使开发区域尽量接近于开发前的自然水文循环状态。英国提出可持续排水系统(Sustainable Drainage Systems, SUDS)的概念,其基本原理也是模仿自然过程,对雨水进行存蓄然后缓慢释放,促进雨水下渗,运用设计技术过滤污染物,控制流速,创造宜人的环境。澳大利亚提出水敏感城市设计(Water Sensitive Urban Design,WSUD)的思想,也是体现了一种雨水源头控制的理念,其原则是在城市开发中保护自然系统、保护水质,将雨水处理与景观相结合,降低雨水径流量和峰值流量。实质是将雨水在源头上进行收集、控制,减少暴雨径流,同时减少水资源的浪费,也是一种新型的节水技术。德国、新西兰等其他国家也都基于雨水管理提出了相应的措施。中国借鉴了上述国家的经验,结合我国城镇化的特点,在城市建设和治水方面强调绿色、低影响开发和可持续发展等理念;推广低影响开发、可持续排水系统、水敏感设计等技术,采用源头削减、过程控制、末端处理的方法,降低雨水径流量和高峰流量,减少对下游受纳水体的冲击;保护利用自然水系,保证透水地面比例,使土地开发时能最大限度地保持原有的自然水文特征和生态系统,通过工程措施和非工程措施,达到防治内涝灾害、控制面源污染、合理利用雨水资源的目的。海绵城市建设是城市规划建设管理的重要环节,它提出的方向和目标与国际上发达国家几十年来走过的水环境治理的道路是一致的。而且描述更形象,指向更有针对性,更结合我国的实际情况。雨水从源头控制走向综合管理是水行业发展的趋势,海绵城市发展了雨水综合管理的理论,代表了这一发展方向,提升了我国城市市政基础设施建设的整体水平。

海绵城市的作用

海绵城市对初期雨水的污染控制效果是显而易见的。除此之外,还大大加快了我国合流制溢流污染改造的治理进程。城市排水系统包括合流制排水系统和分流制排水系统。合流制排水系统是将生活污水、工业废水及雨水通过同一管渠进行收集、输送、处理和利用。目前国内外合流制排水系统的使用仍然非常广泛。德国、日本、英国和美国等国家的城市都有很多地区采用合流制排水系统。在我国,尤其是城市老城区依然沿用着合流制排水系统,例如北京、天津、上海、杭州、武汉、厦门等历史悠久的发达地区,基本都保留了很大比例的合流制排水系统。而合流制溢流污染是造成水体严重污染的重要原因之一,也是一个普遍性的世界性的难题。随着海绵城市的深入开展,很多城市结合老城区改造,排查排污口、修建截流管、雨水溢流污染调蓄池,进行合流制溢流污染的防治,从根本上改善水环境。雨污管道的错接、混接也是造成污染的重要原因。在我国的排水系统中,由于污水污染负荷高、危害性强,因此污水会通过污水管道送到污水处理厂处理,达标后排放到受纳水体,而雨水管道则是不经处理直接排放的。当雨污管道错接时,大量的污水会不经处理直接排放,造成严重的城市水环境污染。此外,降雨时大量雨水随污水进入污水处理厂,增加了构筑物的处理负荷,破坏了处理系统中微生物的生物活性,导致污水处理厂无法正常运行,进而难以达标排放,造成城市水环境的严重污染。海绵城市建设落实国务院《水污染防治行动计划》,和黑臭河整治相结合,在管网收集系统的改造、优化上下功夫,推进了水污染防治这一关乎群众切身利益的重大工作。

众所周知,我国排水设施建设标准低,年久失修,排水防涝能力严重不足,汛期城市"看海"已成为常态。因此内涝灾害防治是海绵城市建设的重要任务之一。要借助海绵城市建设,提高排水系统的建设标准,构建城市内涝防治工程体系,包括工程措施和非工程措施。留足调蓄空间和排涝通道,蓄排结合,疏通排放脉络、建设调蓄池、调蓄隧道、排水管渠等骨干工程,使城市能够有效应对暴雨、大暴雨、超大暴雨。我国市政基础设施底子薄、欠账多,通过海绵城市建设可以有针对性地解决不同城市的各类问题,补短板、上台阶。当前,海绵城市试点工作正有序推动。30个试点城市,每个试点城市确定了不小于15平方公里的试点区域,试点区域总面积达920平方公里。各试点城市坚持问题导向,初步取得了成效。除了开展建筑与小区、道路与广场、公园与绿地的海绵体建设外,还开展了大量的涉水系统的综合整治建设工作。萍乡、遂宁等城市有计划地进行积水点改造,今年汛期试点区内均无明显内涝;厦门、南宁等城市开展了水污染防治和水系整治工作;池州在进行合流制溢流污染的改造;镇江、嘉兴、常德、鹤壁等城市在旧城改造中结合海绵要素建设,既改变了老旧小区的面貌,又给老旧小区注入了消纳雨水、净化雨水的功能;西咸新区在新区建设中融入了海绵城市的理念,与建筑、道路、广场、公园整体设计、整体施工,减少了城市硬化面积,景观效果明显,其他试点城市也各具特色,在此不一一列举。

通过海绵城市建设,将进一步完 善管网收集系统,控制初期雨水污染和合流制溢流污染,助力黑臭河整治,加强管网系统升级改造,提升排水防涝能力,促进水资源涵养和雨水资源综合利用,推进老旧小区改造,改善人居环境,使城市更美好。海绵城市建设需要相关部门之间专业配合。水的问题非常复杂,既要考虑汛期防洪排涝问题,又要考虑水资源合理利用问题;既要考虑水污染防治,又要考虑景观用水需求;既要考虑绿色基础设施,又要考虑灰色基础设施。这就要建立以多目标为导向的雨水综合管理体系,从而实现雨水的源头减排、过程控制、系统治理。建立雨水综合管理体系将涉及气象、水文、水利、市政、环境等多个学科和城建、水利、环保等多个城市管理部门,因此专业间的理解和部门间的支持十分重要。市政、环保、水利、景观、道路各部门的专业的支持和配合是建设海绵城市的基础。因地制宜,提高实效。我国幅员辽阔,南北方气候条件不同,降雨量及时空分布差异很大,地下水位、土壤渗透、植被类别也有很大差异。河流水体特征不同,污染源不同,治水治污的方法也不同。因此因地制宜,有针对性地解决问题是建设海绵城市的根本。两批海绵城市试点选取了全国不同降雨分区、不同自然条件的不同类型的城市,就是希望根据各自城市的特点,探索出适合不同地区的建设经验和途径,制定有针对性的措施,提高实效。正确认识海绵城市建设。建设海绵城市可以缓解城市内涝,但不能把建设海绵城市和"看海"划等号。不能认为一发生城市内涝,就是海绵城市试点失败了。可以肯定地说,即便建成了海绵城市,一遇极端天气,城市仍有发生内涝的风险。人类的历史就是适应自然、和自然共存的历史,自然界有其自身的规律,气候周期的变化、旱涝的更迭是客观规律,不以人的意志为转移,即使人类做好了准备,仍然会有极端气候的发生。我们倡导的是建设韧性城市,使城市能够有效应对各类自然灾害,减少灾害损失,一旦发生灾害城市能尽快恢复各项功能。

任何工程措施都是在一定标准下的措施,而这个标准是技术经济的平衡点,是根据经济水平和社会可接受程度决定的,而不是一个无限高的标准。再高的标准,也会有超标的情况发生。超过设计标准,需要靠应急管理来应对。内涝防治要采取工程措施和非工程措施相结合的方式,做好应急预案和准备,例如在可能出现风险的地方设置标识标志,加强抢险培训,提高快速抢修和修复的能力;暴雨来袭前及时准确地进行预警预报,采取预防措施,例如减少出行、甚至停工停课,使暴雨不成灾。加强管理。海绵城市需要精细化设计、精细化施工和精细化管理。这对城市建设管理提出了更高的要求。从业人员要积极学习相关知识,提高专业技能,同时,海绵城市的建设离不开全社会的广泛关注和支持,需要大家共同维护。我们国家城市建设长期存在着重建设、轻管理的问题,试想一下,我们有多少工程,建设时轰轰烈烈,后来却不了了之?所以说海绵城市要真正见效,必须抓好管理这一环节,不仅要建好,更要管好,这才是管理城市的最高境界。

海绵城市建设任重道远。当前有些人对海绵城市建设的长期性、艰巨性认识不足,以为短期内就可以见效了。殊不知海绵城市建设是一项长期的艰巨的任务,绝不是一蹴而就的,特别是当前海绵城市建设不仅仅是雨水源头减排的内容,而是要系统地考虑水问题,要和水污染治理、黑臭河整治、排水防涝相结合,这些更增加了海绵城市建设的复杂性。这里每一项工作都是一个复杂的系统。欧洲国家治水用了整整半个世纪,足以说明治水工作的艰巨性和长期性。若没有解决问题的系统性方案,没有循序渐进、谨慎反思和充分总结,没有从小至大的摸索和再逐步推广的过程,没有几十年各方能力建设和规划建设管理水平的提高,海绵城市是很难见效的。对这一点一定要有清醒的认识,要有长期作战的思想准备和技术储备。海绵城市涉及工程和技术,也涉及管理和政策。海绵城市建设是一个科学问题,还有很多未知,有待于我们进一步研究探讨和实践。■

[作者系中国城市规划设计研究院教授级高级工程师。本文转自《学术前沿》(2016年11月上)。经授权重刊。]

国外经验

海绵城市建设工作在我国历时短,对海绵城市建设内涵及外延掌握有待加强,海绵城市理念和建设内容仍在不断发展、创新和完善中。美国、日本、澳大利亚以及欧洲等国的城市水资源利用管理的实践起步较早,他们提出的"低影响开发技术"、"水敏性城市设计"、"水资源综合管理"等理念,在城市规划设计中得到了很好的应用,可借鉴。

美国-最佳管理措施和低影响开发技术

最佳管理措施(best management practice, BMP)最初关注的焦点是非点源污染源的削减与控制。美国1987年修订了《联邦清洁水法案》,公布了《清洁水法案的修正案》,制订了非点源污染源控制的条款,将雨水径流污染的控制要求纳入国家污染排放许可制度。1997年通过的《联邦水污染控制法修正案》(Federal Water Pollution Control Act Amendment, FWPCA), 首次将 FS2 理念纳入立法层次。2003年将 BMP目标扩大为涵盖雨洪控制、土壤冲蚀控制及非点源污染源的削减与控制等雨水综合管理决策体系,更强调与自然生态结合的生态设计和非工程性管理措施。

低影响开发技术(The Low Impact Development,LID)是在 FS2 的基础上发展起来的城市雨水管理新概念。由于BMP在实施中具有占地面积较大,建设及维护费用较高,处理效率较低,以及可能产生的洪峰迭加负面效应,故1990年美国马里兰州乔治王子县推出了一种微观尺度的LID理念与技术体系,作为宏观尺度BMP 的补充。与BMP相比,LID 强调在降雨时尽可能通过储存、渗透、蒸发、过滤、净化及滞留等多种雨水控制技术,将城市开发后的雨水排出状态恢复接近城市开发前的状态。

澳大利亚-水敏感城市设计

澳大利亚在20世纪90年代末提出水敏性城市设计(water sensitivity urban design,WSUD)。WSUD是针对传统排水体制所产生的问题而提出的一种雨水管理模式与方法,其核心观点是从城市规划与设施设计的角度来呈现雨水管理的重要性,并把城市水循环视为一个整体,将自来水、污水、雨水排放作为城市水循环的构成要素来综合考虑和管理。

英国-可持续城市排水系统

为解决传统城市排水体制所产生的问题,英国国家可持续城市排水系统工作小组于2004年发布了《可持续城市排水系统(sustainable urban drainage system,SUDS)的过渡期实践规范》,提出了实施可持续城市排水系统的思路方法及技术规范。SUDS将环境与社会因素纳入城市排水体制及排水系统中,综合考虑水量、水质、污废水及回收再利用、小区参与、经济发展、自然生态保育、景观设计及生态价值,通过综合措施来改善城市整体水循环。

日本-健全水循环体系

日本早在1980年就开始推行雨水贮留渗透计划,该计划通过补充涵养地下水、复活泉水、恢复河流,改善生态环境。日本政府规定每开发1公顷土地必须设立500立方米的雨洪调蓄区。1992年颁布的"第二代城市下水总体规划"正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置地下雨水储存池和再利用系统。

依据1992年制订的《环境基本法》和1994年制订的环境基本计划,日本从环境保护层面明确健全水循环体系的重要性。1998年8月日本召开"建构完善水循环系统的相关部门联络会议",以协调相关部门的工作。2000年在修订《环境基本计划》时,日本强调以流域为单位建立健全的水循环体系,流域内的都道府县、国家办事处等所辖行政机关,应就有关流域的水循环体系开展现状评价,制订健全的水循环计划。2003年10月日本完成"建构完善的水循环体系之实施计划",明确指出水循环系统的问题所在和解决方案。该计划综观整个流域,描述在城市范围内如何储存雨水、渗透雨水和培养城市保水性功能,提高水资源利用效率。2014年7月1日起,《日本水循环基本法》生效,其主要目的是采取推动水循环的措施,恢复、维持健全的水循环系统,以发展健全的经济社会,提升国民生活的安定性。

德国-水资源综合管理

德国城市地下管网的发达程度与排污能力处于世界领先地位。以柏林为例,其地下水道长度总计约 9646 公里,其中一些有近 140 年历史,管道多为混合管道系统,可以同时处理污水和雨水。而在郊区,主要采用污水和雨水分离管道系统,以提高水处理的针对性,提高效率。近年来,德国开始广泛推广"洼地—渗渠系统",使各个就地设置的洼地、渗渠等设施与带有孔洞的排水管道相连,形成了分散的雨水处理系统。低洼的草地能短期储存下渗的雨水,渗渠则能长期储存雨水,从而减轻城市排水管道的负担。

专家解读

仇保兴:海绵城市(LID)与规划变革

仇保兴 国务院参事、中国城市规划学会理事长、中国城市科学研究会理事长

仇保兴:尊敬的陈刚书记,尊敬的各位来宾,女士们先生们,我们今天和大家交流的题目就是海绵城市与规划的变革。

大家知道最近党中央国务院提出了绿色发展,那么绿色发展我的理解一共分为三块:第一块就是大自然,人类如果不去干扰,如果我们城乡规划能够坚强守卫的话,大自然永远是绿色的;第二块是大自然与人工的建筑融合在一起,乡村是城市发展的底板,应该是绿色的底版,我们的城乡规划在乡村建设应是顺应自然合乎自然,那么乡村也应该是美丽绿色的;绿色发展最艰难的是第三个板块,就是城市,因为城市是人类最大的唯一能够挑战自然的构筑物,如果我们把这个构筑物,能够根据天人合一的理念传承,这样的话,我们绿色发展就会攻下最后一个堡垒。海绵城市其实就是一种规划思想的变革,让城市--人类最大的构筑物能够跟自然和谐相处,所以它包含一种传承与变革的理念。

一、海绵城市的三个内涵

首先它的本质是城镇化与资源环境的协调发展。传统城市是以改造自然,把自然改造成适应产业发展和人的,但是海绵城市是顺应自然;传统城市把自然作为一个产业基地,为经济增长来作为一个建设,而海绵城市一个可持续发展的依托;传统城市以自己的规划手段来改变原有的生态,而海绵城市是保护自然的;传统城市是一个高强度的建设,但是海绵城市是一种低成本、低冲击的开发模式;传统城市一旦建成了以后,地表径流量大增多,但是海绵城市建以后基本上是不变的。大家看到海绵城市的本质是绿色。

第二,我们的思路转变了,传统城市的发展模式就意味着每年的径流量或者多年的平均值,它是发生大变。我们如果下了一百毫米雨,我们有80毫米以上都是立即排放,我们下沉的部分非常少,因为城市是一个硬底板,我们把地面和地下割裂开。但是海绵城市通过渗透通过集蓄、通过净化、通过循环利用,然后多余的再开放,所以我们的排放少于原有的40%,排放大大减少了,大部分是天地沟通了,所以我们通过下渗排放,继续利用,大大减少了我们传统意义上的排放,对城市周边水生态的环境大大减少。这就是城市作为人工的过度,它模仿了大自然,顺应了大自然,大家看到在规划出来以后,我们发现传统规划不一样的在每个小区每一个组团,都呈现我们公园、道路,都能够把雨水进行渗透,把雨水进行净化。

第三,就是水文特征不变,如果是传统规划如果下了50毫米,然后形成一个非常巨大的高峰,这个就是传统和开发带来的径流量的突变。道路可以形成,内涝非常严重,城市基本上陷入瘫痪。前段时间有些城市出现一些情况,都能抓鱼,能够游泳,这样的城市基本上中断了正常的生活生产,但是低影响开发的海绵城市,因为径流量保持不变,蓄水的功能,净化的功能,跟原来生态一致,这样一来大部分就渗透进去了,大地作为水库把这些水储藏起来,这样看到同样是50毫米,道路不会是游泳池。我们公园临时起到了蓄水池的作用,城市的生活秩序是跟下雨前是一样的,所以我们有三个转变,就是径流总量的不变,峰值流量不变,因为它渗透的太多,峰现时间不变,海绵城市就是持久调节这些发挥作用的。所以海绵城市就是通过对降雨以后,我们径流量源头进行减少,过程进行控制,末端采取措施。这样雨前雨后城市是正常的,我们能够弹性的来应对我们突如其来的暴雨。正因为这样,我们习近平总书记在2013年城市规划建设中指出,为什么这么多城市缺水,一个重要原因是水泥地太多,把能够涵养水源的林地、草地、湖泊、湿地给占用了,切断了自然的水循环,雨水来了,只能当做污水排走,地下水越抽越少。解决城市缺水问题,必须顺应自然,比如,在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,建设自然积存、自然渗透、自然净化的"海绵城市"。在习近平总书记提出来海绵城市之前,也没有人说用海绵来表达,我们已经在国外用了多年的模式,但是自从提出了海绵城市以后,国外都把海绵城市作为一个提法更加新颖,更加集中更擅于表达的模式。

二、实现海绵城市的途径

那么海绵城市怎么样去实现,应该在三个途径上实现,一个在区域层面上,第二个规划层面上,第三个在社区建设层面上,只有把三个层面的规划进行变革,适应城市绿色化时代的到来,我们真正能够把海绵城市这么一个好的理念,转化成实际的城市绿色。

1、实现海绵城市途径之一:区域水生态系统保护与修复

首先我们要保护城市重要的生态板块,同时重构这些生态板块。因为城市处在一个大自然保卫之中,这些是相互结合的,同时大自然的水文条件影响城市的弹性度,所以我们能够把城市周边的山体,都能够作为一个水源涵养地,让它郁郁葱葱,让它与大地水涵养功能结合在一起。只有这个底板是绿色,我们城市才有绿色的可能。我们从北京的状态来看,北京最新一轮的规划思路首先就把城市规划用地全部作为水源涵养地的保护地,用绿线蓝线来严格划定这些保护的范围,这样才能保持城市的安全。所以在新一轮的国务院批准的北京市的总体规划,我们都注意到了水源涵养的生态敏感区的保护,使这些能够进行生态的重构,它的水土涵养性能逐步提高。

第二是我们要规划尊重自然。因为我们城乡规划,最高的纲领是三个尊重,首先就是尊重自然生态,第二是尊重当地的历史文化,第三就是尊重普通居民的利益。从而实现宽敞的农村和园林,与紧凑城市能够和谐并存,这样我们相当把一个城市轻轻的安放在我们的原野之中,这是实现城市绿色化的基本条件。

第三就是水生态系统的修复。如何把原有水生态系统,能够修复成绿色。原有的六类水能够变成自己的水体,使原有的不可渗水的河渠可以变成与大自然地下水能够沟通起来,等于说把涵养功能放大10倍,然后把整个大地作为一个无形的水库,所以生态修复是一个非常重要的区域保护的理念。比如说我在杭州工作的时候,我们发现一个城市的湿地叫西溪湿地,它是城市的一个肾脏。可惜经过30年的发展,最后我们决定把这个15平方公里进行仔细的保护。但是农民在里面养了35000头猪,把猪粪排到这里面去,原来干净的水变成了肮脏的水。西溪原来是一个肾枯竭的,为城市提供污染源的这么一个,使我们城市得了一个败血病,下游学校都受影响,因为是凝结这里排出来的。后来把35000头猪赶走,现在我们进去的水是50毫升,结果出来变成了30毫升,整个湿地发挥了肾的物理功能,而且成为了一个著名的旅游圣地,重新成为城市的肺。在这个时候我们可以通过计算机软件,把一定量的吸收功能,转化成大地能够接受的,而且能够根据水文条件,那么这种湿地在我们这个电脑的模拟设计当中,然后在转化成真正可以实现而且充满着海绵特性的这么一种绿色的功能体现。

2、实现海绵城市途径之二:城市规划区(LID)设计

城市总体规划:这指的是一个区域,城市离不开区域,区域是城市的绿色的围栏和底板。你像北京前年的洪水,基本上不是来自外部的水,而是城市容纳不了那么多水,结果整个城市泡在水里,许多地方超过了4米多的水,整个城市瘫痪了。所以我们要实现海绵城市,就是要在城市规划区范围之内怎么样进行地表水的存储。首先从这个规划顶层设计来明确要求,把自然的紧凑型的开发指标,把海绵城市理念进行渗透贯彻。

三个专项规划:在城市水系规划中我们把供水、节水、排水、污水,把这些水能够尽可能的组装在一起,相互之间循环利用。水是最可以循环的,能够多次循环的这么一种物质,如果水不能在城市里面循环利用,我们的循环经济无从谈起。第二个是城市绿地系统规划,我们和周边的雨水控制,都通过绿地来控制。在暴雨来的时候,绿地都成为了临时的水库和下渗的通道,等雨水停了,我们的绿地就更加肥沃。第三个是城市道路与交通专项规划,我们交通规划应该是水文的保护道路红线内外海绵的设施,都依托于交通设施建设,上面一张图是混凝土,应该是海绵状的。

第三个层次是控制性详规,通过控制性详规划定绿线、蓝线,更重要的每一个地块分别根据土地的性质来提出控制措施,同时来协调城市的水,尽可能的做好。

再一个来,我们海绵城市是一个规划系统。在真正主体方面,我们可以看到城市政府是主要责任体,但是规划部门,市政部门,道路部门,园林建设部门,这些都是主要的实际的承担者,他们都要接受海绵的理念。如果我们的规划不渗透海绵理念,然后在具体的规划层面,我们把总体规划、专项规划、详细规划都进行指标控制、布局控制和实施控制。在这三大层面我们用奖励惩罚来做,所以使我们的海绵从每一个规划,各种分类空间都能够贯彻实施。第三在城市设计理念方面,通过一书两证,把海绵指标落实到每一栋建筑上,把这作为项目来检查落实。更重要的是最后海绵城市每一个项目都应该进行精心的物业管理,反馈和纠正不断提高海绵性质。只有这样,把一个体系建设起来,我们规划才能落实,所以规划是一个过程,如果把规划看成一张图,我们就错了,这就是规划变革的根本要求。

所以大家可以看到我们通过三大海绵目标,径流总量控制目标、径流流量的控制目标和径流量污染的控制目标,我们把不同的区域提出了不同的要求。

A.我们对那些扩建或者新建的城市水系,我们把蓄水量增加率大于等于20%,但是我们把蒸发量控制在10%。所以在所有城市里面,我们不主张浅层的。蒸发量在四千,降雨量是四百,不控制水文的话,那么水会很快的蒸发,就是一种浪费。同时我们把自然水体的作用和自然水体与地下水的沟通。

B.再比方说我们城市的道路和广场,我们的海绵目标是透水性的地面大于等于70%,其中下凹式绿地大于等于25%,径流系数小于等于0.5。这样的话,就小于或者等于一半以上的水,就渗透下去。那么通过各种样的措施,这是非常容易,做到的,相对也是工程量最大的。大家可以看到道路表面上和原来没有变化,但是内涵本质完全变了。我们在降雨量800毫米以下,我们完全通过重现暴雨十年,希望通过道路改造完成。也就是说到降雨量800毫米左右的城市,海绵道路建设完全可以取代原来,只有十五年以上才会出现我们大排水,才会发挥作用。这是一种简单的事情,而且我们算了一下整个投资成本比原来的还是便宜,所以也并不是昂贵。

C.第三个层面居民区和工商业区的开发。我们目标是透水性的地面应该大于等于75%,其中绿地率大于等于30%,径流溪水小于等于0.45,也就是60%的水都可以下渗,这也是有可能比原有突出来的绿地,直接投资更小。

D.第四点是园林绿化的海绵设施,我们目标人均大于20平方米,加上绿地率大于40%,透水性地面大于等于75%,其中下凹式的也大于70%,径流系数小于等于0.15,这意味着85%的雨水可以与大地共通,这些设施也并不复杂,但是需要我们城市规划工作者的创新和变革。那么在城市规划区我们通过这五个方面,进行规划的落实,规划的调控,规划的后阶段的物业的管理我们可以确保。

3、实现海绵城市途径之三:建筑雨水利用与中水回用

但是远远不够,因为大部分的雨水径流量来自于建筑,所以第三个方面说是建筑雨水的应用。我们的目标绿色屋顶能够普及,我们的停车场透水应该是100%做到,雨水收集和中水的回收率要大于30%。这些设计实际上并不增加建筑的成本,比方说我们从传统雨水管下去,加上一个管,然后再放出来,像现在的是多廉价,但是一吨水在北方地区成本10块钱,只要一年下来成本就收回来了。在建设中我们把这个分开,我们使灰色水储存起来,都能够简单的净化。这样的建筑如果在北京市达到80%的话,我们会接受一个南水北调?成本只有南水北调的十分之一。它是可以跟我们水景观的改造,把中国古代园林结合在一起,我们古代园林就是天人合一的建筑,把建筑包围在我们的园林当中。我们古代园林就是一种古人创造的能结合自然的海绵城市的样本。所以我们传统的智慧,使这个智慧在祖国大地上进行推广,在规划设计中我们把它结合。中国人比外国人更容易接受这种开发模式,更有实践这种模式的自主性。当然我们也可以把污水厂处理出来的水进行净化,然后把这个变成中水,城市的水文重新利用,水资源可以成倍的增长,这就是新加坡的实践。所以我们以水定城,如果把水的问题解决了,我们就可以摆脱这么一个老的公式,我们把各种各样的技术进行罗列,它的性能,性价比可以一目了然,我们从简单便宜的做起。

三、结语

首先,城市不仅是造成水危机的源头而且是解决之道。海绵城市是一个不断演进不断深化的过程,城市不仅仅是造成水危机的源头,就是在这个过程中,把海绵的这种概念方法在各种贵哈中加以实践,那么城市就是可以利用水这样一个基地。

第二,海绵城市的概念还在不断的发展,尤其在我们国家,可以利用古代的智慧,传承古代园林各种各样的知识,来发展中国特色的海绵城市。我们海绵城市规划更要结合,比方说弹性城市提出的多样式,提出的灵活性,弹性城市里面提出的模块化等等,这些都是海绵城市提出的最精华的部分,它能够把外面的干扰减少到最低层次。弹性城市是对那些气温变化以后暴雨、洪涝灾害的一种正确应对。

第三,海绵城市建设,我们不是重新修编,而是要把低冲击的开发模式贯彻到城市规划各个方面。海绵城市不是大拆大建,而是实现多城市的水的的微循环,是一个细节上的改善,海绵城市不是取代,否定大排水,而是对它的强化和效率的提高。

第四海绵城市在区域、城市、社区、建筑四个层面上面进行改造,做出规划的变革,需要提出一个正确的方针,以问题导向来做。

最后,海绵城市是分城市、分区建立合理的城市,以激励为主的这样一个体系。这样能够调动上下左右的激情,让我们所有的机关都能够了解海绵城市,这样海绵城市就能够成为绿色化的主力军,成为一个绿色化的先前队伍。

海绵城市的三大关键策略——消纳、减速与适应

"海绵城市"的概念被官方文件采用,代表着生态雨洪管理思想和技术已经从学界走向管理层面,并在实践中得有力的推广。但是,不难发现相关操作指南主要围绕以LID技术、水敏感性城市规划与设计等雨洪管理技术而展开,也越来越聚焦于城市内部排水系统和雨水利用、管理,并且在具体技术层面的诠释依旧未能摆脱对现有治水途径中"工程性措施"的依赖。实际上,"海绵城市"的理念远非如此,它实际上是建立在反思工业化城市建设模式的新概念,对片面强调用单一目标的工程技术来解决诸如雨涝、干旱、地下水下降、水体污染、生物栖息地消失、城市绿地缺乏等问题,而是强调用人水共生的理念,用系统的方法和整合的生态技术,为解决城市中突出的各种与水相关的问题;同时"海绵城市"也为城市的建筑与基础设施建设如何适应洪涝,提出了新的策略,即与自然过程相适应的策略。另外,"海绵"的概念不但应在城市范围内体现,也应该在区域和国土范围内体现,所以,我们的目标应该是海绵国土。

因此,对"海绵城市"概念需要有更深刻的理解,否者"海绵城市"建设将很快就沦为地方政府新的GDP增长点,职能部门的又有一个权力寻租机会,各类工程公司有了谋取暴利的一个借口,甚至是新一轮的诸如河道整治、挖湖堆山之类的"破坏性建设"。"海绵城市"的哲学恰恰是对简单工程思维的反动。海绵城市相对于与常规的水利和雨洪管理、城市基础设施及建筑工程,在哲学层面上有以下几个特点:第一,完全的生态系统价值观,而非功利主义的片面的价值观;第二,就地解决水问题,而不是将其转嫁给异地;第三,分散式的民间工程,而非集中式的集权工程;第四,慢下来而非快起来,滞蓄相对于排泄;第五,弹性应对,而非刚性对抗(俞孔坚,2015)。

在具体规划设计和工程上,"海绵"的哲学集中体现在以下三个策略:消纳、减速与适应。本文将举三个实践案例,探讨海绵城市建设的这三大关键策略。

1、消纳的策略:哈尔滨群力国家湿地公园案例

把灾害转嫁给异地,是一切现代水利工程的起点和终点:诸如防洪大堤和异地调水,都是把洪水排到下游或对岸,或把干旱和水短缺的祸害转嫁给无辜的弱势地区和群体。海绵的哲学是就地调节水旱,而不转嫁异地。它启示我们用适应的智慧,就地化解矛盾。中国古代的生存智慧是将水作为财,就地蓄留、就地消化旱涝问题,遍中国广大土地上的陂塘系统,三角洲的三基鱼塘系统都是典型的大地海绵系统。这种"海绵"景观既是古代先民适应旱涝的智慧,更是地缘社会和邻里关系的和谐共生关系的体现,是几千年以生命为代价换来的经验和智慧在大地上的烙印。

哈尔滨群力雨洪公园(现在已列为国家湿地公园)吸取了中国农业文明中的基塘技术,用简单的填挖土方工程,营造了一处城市中心的绿色海绵体,用10%的城市用地,来解决城市的雨涝问题(俞孔坚,2011;Kongjian Yu, 2011;俞孔坚,2012;俞孔坚,2013; 宋本明,龙翔, 韩晓烨等, 2013)。

哈尔滨群力雨洪公园占地34公顷,位于哈尔滨群力新区,新区占地27平方公里,本地处于低洼平原地带,而当地的年降雨量是近600毫米,集中在夏季,所以雨涝是一大问题。设计的核心策略是借鉴三角洲地带悠久的传统农业中的基塘技术:即通过简单的挖方和填方,来解决低洼地的积水问题,形成了洼地与高岗地相结合的"海绵"系统。高地种植旱生果木,而洼地养鱼和种植湿生植被,从而形成丰产的三角洲农业景观。这一技术在群力雨洪公园中经过提炼,得到了应用。设计者沿场地四周,通过挖填方的平衡技术,创造出一系列深浅不一的水坑和高低不一的土丘,成为一条蓝-绿相间的"海绵"带,收集城市雨水,使其经过滤、沉淀和净化后进入核心区的低洼湿地。水泡中为乡土水生和湿生植物群落,山丘上密植具有东北特色的白桦林,再通过高架栈桥连接山丘。在此整体格局基础上,建立步道网络,穿越于丘陵和泡状湿地之间。水泡中设临水平台,丘陵上有观光亭塔之类,创造了丰富多样的体验空间。

建成后的雨洪公园,不但为防止城市涝灾做出了贡献,同时为新区居民提供优美的游憩场所和多种生态体验。能够吸收雨洪的城市绿色海绵目前已被列为国家城市湿地,成为一个国际海绵城市的典范。

2、减速的策略:六盘水明湖湿地公园

将洪水、雨水快速排掉,是当代排洪排涝工程的基本哲学。在这一认识中,三面光的河道被认为是最高效的、裁弯取直被认为是最科学的;河床上的树木和灌草必须清除以减少水流阻力,被认为是天经地义的。这种以"快"为标准的水利工程罔顾水过程的系统性和水作为生态系统的主导因子的价值。结果却使洪水被聚集和加速,其破坏力被强化、上游的灾害被转嫁给了下游;硬化工程导致水与生物分离、将水与土地分离、地表水与地下水分离、水与人和城市分离;使地下水得不到补充、土地得不到滋润、生物的栖息地消失。海绵的哲学是将水流慢下来,让它变得心平气和而不再狂野可怖,让它有机会下渗和滋育生命万物,让它有时间净化自身,更让它有机会服务人类(俞孔坚, 2014; Kongjian Yu, 2014)。

六盘水市是中国的一个"三线"城市,有近60万的人口,集中分布在石灰岩谷地,水城河穿城而过,但已在上世纪八十年代被渠化和硬化,完全失去自我调节能力;季节性的雨洪和干旱问题并存;水体污染严重,上游的栖息地消失并被毒化;与此同时,城市缺乏公共空间,步行和自行车系统缺乏。作为改善环境的重要举措之一,市政府委托景观设计师制定一个整体方案,建立一个完整的水生态基础设施,以应对城市所面临的多项挑战,包括污染水体的净化,洪水和雨涝的管理,母亲河的修复,公共空间的创建以及周边土地的开发。关键策略是减缓来自山坡的水流,通过雨洪资源,构建一个以水过程为核心的生态基础设施,使水与土地、生物和城市及有充分的接触机会,以重建生态健康的土地生命系统,为城市和居民提供综合的生态系统服务,包括改善雨水水质,恢复原生栖息地,提供游憩机会,最后促进整个城市的发展。

这个生态基础设施的首期示范工程是位于水城河上游的明湖湿地,其占地90公顷,原址为大量废弃的鱼池、被垃圾淤塞的湿地及管理不善的山坡地。项目设计的第一步、也是核心策略是让水流慢下来,工程的具体策略包括:

(1)拆除混凝土河堤:恢复滨河及河道内的植被,沿河建造曝气低堰,让河水慢下来,并增加水体含氧量,为各种挺水、浮水和沉水植物提供生境,促进富营养化的水体被生物所吸收。

(2)建立梯田式湿地:向山区农民学习,通过简单的填挖方,建立梯田,减缓山坡下来的地表径流,削减洪峰,调节季节性雨水。它们的方位、形式、深度都依据地质、地形因素和水流分析而设定。根据不同的水质和土壤环境种植了乡土植被(主要采用播种的方式)。这些梯田状栖息地减缓了水流,使水中的面源污染物和营养物质被微生物和植物所吸收。

(3)陂塘系统:与梯田相似,利用山谷,构筑低堰,形成一系列陂塘。陂塘之间通过潜流湿地相勾连,起到减速和过滤作用。再沿陂塘四周播种乡土湿地植被。

缓流策略使六盘水上游的雨洪得以滞蓄和利用,旱涝得以调节,水体的以净化,植被和动物得以繁衍,并形成了人们流连忘返的公共空间。

3、洪涝适应策略:金华燕尾洲公园

当代工程治水理念崇尚"严防死守"的对抗哲学,遍中国大地已没有一条河流不被刚性的防洪堤坝所捆绑,原本蜿蜒柔和的水流形态,而今都变成刚硬直泄的排水渠。千百年来的防洪抗洪经验告诉我们,当人类用坚固防线将洪水逼到墙角之时,洪水的破堤反击便指日可待,此时的洪水便成为能摧毁一切的猛兽势不可挡了。海绵应对外部冲力的哲学是弹性,化对抗为和谐共生,所谓退一步海阔天空。如果我们崇尚"智者乐水"的哲学,那么,水的最高智慧便是以柔克刚。

浙江金华的燕尾洲是一个与洪水为友的实验性工程,重点探索了如何通过建立适应性防洪堤、适应性植被、适应性步行交通、适应性构筑物及适应性的土地使用,来实现与洪水相适应的弹性设计(俞孔坚等,2015)。

在隔江相望的城市包围下,燕尾洲已经成为金华这一具有100万人口的繁华都市中的唯一的、尚有自然的蒹葭和枫杨的芳洲。义乌江和武义江在此交汇而成婺江(金华江)。洲的大部分土地已经被开发成为金华市的文化中心,现建有婺剧院,为曲线异形建筑。洲的两侧对岸分别是密集的城市居民区和滨江公园,但由于开阔的江面阻隔,市民难以到达和使用洲上的文化设施。留下的洲头共26公顷的河漫滩,其中部分因采砂留下坑凹和石堆,地形破碎。洲头另一部分土地尚存茂密植被和湿地,受季风性气候影响,每年受水淹没,形成了以杨树、枫杨为优势种的群落,是金华市中心唯一留存的河漫滩生境,为多种鸟类和生物提供庇护, 包括当地具有标志意义的白鹭。

因此,设计所面临的主要挑战是如何在提供市民使用的同时,保护这城市中心仅有的河漫滩生境。这需要与洪水为友,建立一个与洪水相适应的水弹性景观。

本设计不但将尚没有被防洪高堤围合的洲头设计为可淹没区,同时将公园范围内的防洪硬岸砸掉,将河岸改造为多级可淹没的梯田种植带,不但增加了河道的行洪断面,减缓了水流的速度,缓解了对岸城市一侧的防洪压力,提高了公园邻水界面的亲水性。

梯田上广植适应于季节性洪涝的乡土植被,梯田挡墙为可进入的步行道网络,使滨江水岸成为生机勃勃、兼具休憩和防洪功能的美丽景观。每年的洪水为梯田上的多年生植被带来充足的沙土、水分和养分,使其能茂盛地繁衍和生长,不需要任何施肥和灌溉。梯田河岸同时将来自陆地的雨洪滞蓄和过滤,避免对河道造成污染。

建立在适应性地形、植被和适应性生态防洪堤上的步行网络也是一个与洪水相适应的系统。跨越两江四岸的"八咏桥"蜿蜒于200年一遇的洪水位之上,其底下的栈桥和公园步道系统则分别可在50年一遇、20年一遇、10年一遇及1年一遇的洪水水位相适应,具有充分的使用弹性。构筑物的设计也是充分考虑不同强度的洪水风险,设计在20年和200年一遇的水位之上,且作了可淹没的设计,保证在淹没之后能保存完好并迅速恢复使用。

本项目尽管只有一段微不足道的生态防洪区域,但可作为城市适应洪水设计的样板,供借鉴和推广。

4 结语

关于海绵城市建设的三大关键策略:消纳、减速与适应,尽管本文在举例说明时分别进行了讨论,但它们你中有我,我中有你。更多情况下它们需要被组合运用,形成"源头消纳滞蓄,过程减速消能,末端弹性适应"的基本模式;这个模式与常规的水利工程和雨洪管理策略的集中快排、严防死守等工程策略完全相反。消纳、减速与适应构成的生态防洪和雨洪管理工程模式,将当代生态防洪理念与中国本土智慧相结合,系统解决洪涝问题。这些传统智慧包括千百年来被成功应用于农田水利中的基塘系统和陂塘技术。所以,海绵城市并不需要"高技术",它们可以通过"低技术"来实现,它们也不需要巨大的工程,而是分散式的小型工程途径。海绵城市本质上讲是对工业化城市建设方法及灰色基础设施建设技术的反思和修正,是一种人与土地、人与水的生态关系的回归,当然是一种螺旋式上升的回归。

车伍:"海绵城市"与行业趋势主题沙龙主旨报告

北京建筑大学环境工程系城市雨水系统与水环境教育部重点实验室教授

今天我们既然是沙龙的模式,我就不用PPT,直观地来与各位讨论一些自己的观点。首先我想响应一下韩辉的观点,尤其是最后的总结部分,我们在座很多人对很多金融、政府、市场和企业的问题不是很熟悉,但是他用婚礼和婚姻的关系来打比方,我觉得非常精辟。

第二个响应是我的一点感触,这要先从我对今天的会场,也就是北大建筑与景观设计学院的这座红四楼的感受说起。开会之前我在未名湖畔转了一圈,把我带到自己三四年前在北大学德语、在未名湖上滑冰的回忆里,看到在座的北大的学子和老师,我非常羡慕和嫉妒,不过没有恨。所以进入我们这个会场时,我看到的是一个非常的自然、朴实的建筑环境,营造出一种纯净的学术氛围。这可能就是北大景观的一种风貌,里面包含了本底自然,我想这也就是海绵城市的思想。这是我的开场白。

我想从下面三个方面来讲讲自己的观点和体会。一是"冷眼观潮",如何来看待当前的海绵城市热潮。二是如何来支撑海绵城市的热潮。三是如何来保障海绵城市。

首先讲讲海绵城市的热潮。通过前面几位专家的讲解,和我最近发表的报告,大家能够感到海绵城市的博大精深,有很多未知的领域,无论企业、学者专家,或是各位学子,可能都会在其中找到研究的课题。但这其中还充满了误区和陷阱,可谓机遇和挑战并存,但更多的是挑战。现在16个海绵城市建设已经上路了。那么海绵城市到底是什么?海绵城市就是一个标签,我们现在城市已经有不少标签,而海绵城市又增加了一个,它的意义在哪里?

刚才几位也讲到了,它的意义非常的重大。另外一个标签是生态城市,在中国已经热了很多年,这两个标签与我们在座的各位密切相关。怎么来看这两个标签?其实很多问题是我们城市化发展到今天的必然结果,不是以这种方式就一定会以那种方式。我简单用比喻形象地说明一下,既然搞生态,我就用生物做比喻。生态城市是一个多脚生物,至少有八只脚,需要很多的专业来实现。海绵城市和雨水的问题,就是生态城市的一只脚,没有海绵城市,生态城市就是瘸腿。

我们这些年也参与了很多生态城市规划方案,全国也有几百个城市在申报生态城市,但是真正能实现生态城市的有多少?而这个时候又出来了海绵城市。目前看来,海绵城市是一个标签或符号,表达了我们对于城市的一种积极愿景,和生态城市一样,是我们的奋斗目标。

但海绵城市是靠什么来支撑的,我们究竟该如何去落实它呢?海绵城市现在有很多的解读,而以我狭隘的理解,真正的海绵城市就是现代雨洪综合管理。习主席所讲的三个自然,自然下渗、自然积蓄、自然净化,说的就是低影响开发,就是雨水问题。我们团队和建设部主导编制的《海绵城市指南》中的核心内涵,也主要是雨洪管理。实际上,如果也把海绵城市看做一个生物,至少有两条腿。我们再把它归纳一下,其实就是灰色和绿色两套基础设施系统。

今天在座的主力是绿色设施系统代表,像景观学院李老师,佘教授等等。但我今天也想要强调灰色系统的作用,张司长等几位包括我的背景都是灰色的,我们要走绿色的路线,但是灰色的本底丢不掉。因为在现在城市建设的形态下,面临着真正的海绵城市如何落地的问题。完全的绿色是一种理想状态,而完全的灰色是彻底的现实,既不能只有现实没有理想,也不能只有理想而脱离了现实。所以,如何解决绿灰基础设施的问题,是我们面临未来的特别大的挑战。现在所讲低影响开发、绿色基础设施,澳大利亚的水敏感型城市设计等等,都是绿色基础设施的典型,而这些不光是一种理念,关键是在一整个系统里面,整体的规划构建基础设施,这是非常大的挑战。

其实我为这16个海绵城市试点城市捏着一把汗,因为对有些城市而言,入选不一定是好事。张司长最清楚,当初中央是准备选6、7个城市,因为短时间内很多城市还不具备条件,就是希望让有一定基础、代表性的城市来做。最后扩展到16个城市,其中有些基础不错,有些不一定有基础。但无论是否具备基础,我们都知道这项工作真正来落实的时候是如此的艰难。就简单地讲"把院子里的雨水就地留下来"这个问题,就面临着非常多的不同部门的利益冲突,不同专业的思想观念挑战等等。所以,未来的海绵城市的建设,会在两三年的时间,在15平方公里以上投入几十个亿的资金下去,这需要考虑多方面因素。也许在这种强大的财政背景下,我们能把事情做好,但是也千万不要低估矛盾和其中的误区陷阱。

所以简单的说,要真正的支撑海绵城市,第一是建造雨洪管理的一整套体系,那么这一定离不开灰色和绿色两套基础设施系统,离不开我们在座各位的通力合作。

下面再讲最后一点,海绵城市如何保障。海绵城市的发展建设,不仅是思想体系、专业方面的变革、也包括管理机制体系的变革,尤其是刚刚讲的PPP模式问题。我们下一阶段的改革离不开整体的改革,有些是部门的问题,但是也涉及到我们自己的思想改革、专业改革问题。所以,一定会有跨专业的学习需要。

无论是景观园林还是我们给排水专业,都涉及到跨学科的问题。海绵城市建设里有一个非常重要的量化指标——径流控制率。在排的问题上其实已经非常成熟了,也有排水和防涝标准。而海绵城市有一个非常重要的内涵,就是刚才讲的减少排放。三个自然的理念怎么来体现?就是通过80%的控制率,虽然它现在不是硬性法规,就是这么一个很简单的参数,但它是海绵城市的一个核心。刚才几位老师也给了我很多的赞美,我很惶恐,我们十多年来几百个人的团队一直在努力,很多学者和研究生都做了非常重要的贡献。所以海绵城市这件事儿,也不是说习主席讲了话要做一个海绵城市,指南就出来了,而是在座的各位和很多学者通过长期的研究,积累了基础。海绵城市一开始就是低影响开发,实际上从7?21暴雨水涝以后,这个领域已经在发生重大的转折,这些年我们在全国各种会上都在呼吁。我还记得张悦司长说过,雨水的问题早晚要出事的。所以最后就出事了。研究、呼吁等等的铺垫工作已经进行了很长时间,张司长最终在指挥这个事情的时候,海绵城市指南已经编了两年。后来赶上大势所趋,习主席一个讲话,把海绵城市这个 帽子扣上去了,海绵城市建设就不一样了。但习主席的讲话绝不是凭空而来,一定是有在座各位长期的研究的贡献。

《海绵城市指南》中的分区控制指标,是海绵城市里最核心的东西,这些年我们在很多场合都在讲,这是一个在水文学上,在以后的景观设计里面最基础的理念,但是在业内推广这个理念的时候遇到非常大的阻力。包括很多专业内的雨水问题专家,都不理解为什么是这样?怎么来的?它到底说明什么?这就说明海绵城市存在基础上的薄弱环节。但是大家可能不知道,这件事儿是我一个研究生的贡献。好多年前他在给水排水杂志上就发表过一篇文章专门讲这个参数怎么统计,这一次又做了拓展,把全国各个省会城市全部做了统计分析,主要是要实现对径流的总量控制,也包含了资源的利用、水质的问题等。

改革等着我们。国家要以法治国,海绵城市的建设,也同样要依法,法规的制定是非常重要的。现在的《海绵城市指南》还不是法律性的东西。一系列配合海绵城市和雨水管理的相关规范标准正在制定,规划的规范标准都在路上,它们是海绵城市的一个支撑。但它是不是强制性的。最近大家关注的话会发现,现在国家已经在做标准体系的重大变革。现在标准太乱,太陈旧,未来标准体系会发生变化,国家和市场会共同来完善标准,国家将会更多地实行强制性标准,海绵城市建设以及解决一些环境问题,今后会以强制性的标准来实现。当然哪些东西强制还需讨论。

除了遵照标准法规以外,设计人员也一定不要习惯于仅仅依赖规范标准,就像李老师刚才讲的。其实在发达国家并不都是看规范标准,我们的设计当中现在离开了规范标准就什么都不做,好像规定的越死越好。所以现在有些规范标准的条文写的太细,连下凹率5%都给规定了。这明显可以想到是不合理的,项目条件和景观设计都还没有,凭什么要规定5%这个标准?这些东西应该是设计人员自己来做的。规范标准是也是要很有讲究的。所以在未来的改革中,国家的强制性标准如果把不该强制的也强制了,那也会引发灾难,所以这次也是一个很重大的变革。实际上更多的要靠技术指南导则。像美国的每个州、每个县都有它的技术指南,那就要按照这个来做。而强制性的标准规范则会给一些原则性的要求。

另外就是考虑规划。现在在雨水领域里就有好多规范,传统的排水规划里有雨水规划。因为7?21以及中央发了《指南》以后,去年要求每个城市完成排水内涝规划,那么现在海绵城市建设推出以后,规划的内涵又扩展了,那是不是要做海绵城市规划?现在很多地方在做的非点源污染规划,还有城市在做雨水利用规划,以后再做LID规划。这么一个雨水系统,要做出这么多规划。所以,我们在很多年前就讲,有在条件的情况下,在新城区这些规划还没做的时候,最好做一个雨水的专项规划,把一个流域的、市政的、水利的景观综合起来考虑,然后跟绿地、道路规划进行衔接。这是专项规划的变革。要完成灰色基础设施是必须的,但海绵城市离开了绿地,离开了土地也免谈,未来的海绵城市真正能不能落实呢?四月份《中国给排水》会发表我们四篇连续的文章出来,就是对海绵城市这个事情做进一步的分析和解读。灰色基础设施肯定要达标、要解决问题,但是只有灰色绝不是海绵城市,这是个基本的原则。三个自然的道理也解释的很清楚,我们面临着水循环、生态的问题,未来需要公园绿地的规范标准修订。绿地规划的时候,一定要考虑雨水的功能,否则海绵城市就是空中楼阁,没有办法实现。

佘年:"海绵城市"与行业趋势主题沙龙主旨报告

深圳大学建筑工程生态技术研究所教授

我认为海绵城市这个名词特别好,这要感谢车伍教授,他是当之无愧的我们国家雨水第一人。他付出了15年的辛勤劳动,是中国海绵城市的奠基人之一。谢院长则是海绵城市总规划师,中科院在海绵城市导则制定上付出了相当多的努力。所以海绵城市能有今日的局面,除了建设部的领导作用,在技术层面上,车伍教授和谢院长确确实实做出了相当大的贡献,若海绵城市真正落实,他们两位的功劳是不可低估的。

虽然海绵城市概念已经提出,财政部资金也已下拨,但现在最令人担心的是如何落实,是否可持续问题,虽引进了PPP模式,但重点是PPP模式如何能够可持续盈利,不完全依靠政府行政补贴。我结合自己这几年在国内外的经验及感受,抛砖引玉,和大家共同探讨海绵城市面临的问题与挑战。

海绵城市的核心是什么?我认为一是径流控制,包括总量、峰值和峰值的时间,二是污染负荷控制。其中LID低影响开发技术要求完全与开发前的水文现象能够吻合,即让开发后和开发前的整个水文过程基本一致。美国现在千方百计在尝试,但我支持波特兰提出的现在城市已经发展到不可能再到所谓的开发前状态理念。美国有些地方可以达到开发前,因为美国是各个州自己制定自己的目标,而像波特兰这样的城市根本做不到。所以关于开发前如何定义,他们提出了不同的意见,我认为生态过程一旦破坏是不可逆的,要恢复到何种程度,也值得商议。海绵城市包括径流的控制和污染负荷,这方面因地区不同也有不同的目标。

刚简单的介绍了海绵城市的核心,那么它的实施过程如何?我实际参考美国LID的过程来讲述,首先美国任何事物都以法律为支撑,70年代有清洁水法,之后美国成立了EPA,(环保总局)。从国会立法后便有一套NPDES系统(NationalPollutant DischargeEliminationSystem),国内将其翻译成国家污水排放控制系统。仅强调污水,我认为是很片面的。美国分了三个阶段来实施,70-90年代首先解决污水(点源),90年代开始重视CSO(combined system overflow),雨污合流制的溢流,2000以后开始重视雨水,现在美国已经试行了雨水排放标准,包括分流的雨水排放,也要拿到许可证。这就是LID作为源头控制装置在美国大行其道的原因,所有系统在美国都依靠法律一步一步实施,只要法律稍微升级,工业就跟着升级,它靠法律做杠杆。

而在国内,88年通过了中华人民共和国水法,水法对现在海绵城市有何指导意义?有没有相互的联系?我并没太多的研究,我希望抛砖引玉,与大家共同探讨水法对我们国家海绵城市建设有没有指导意义。水法由水利、建设、环保三个部门联合起草,给排污许可证的管理条例,由环保部主管。美国这一条线,除了国会以外,下面全部都是环保部或环保局,管理机制相对完善。而国内目前从法律的层面或者从政府结构层面,还没有相应的管理机构,基本靠政府拨款来建设海绵城市,所以在污水处理、雨水管理行业,暂时民营企业参与,这既是挑战,也是机遇。

最后,如何评估雨水系统的成功与失败,是将来海绵城市建设的最大问题。国外评估体系非常清晰,除了程序上审理的工程图等,它靠监测数据评估,这是国内目前最缺乏的。海绵城市建设好坏要拿监测数据说话,验收时施行在线监测。如西雅图配备了一整套监测系统,规定一年排放一次,如果一年排放超过一次则罚款。因此国内海绵城市建设也需在线监测,如在排污口装流量计。假定按车伍教授规定的80%的径流量控制,那么在排口就要监测,看将来径流是否能够达到80%的标准,如果达不到则制定相应奖罚机制。我在此公开呼吁,我们要重视数据监测,靠数据说话,在美国数据才是法律依据。国内不仅缺乏监测数据,而且即使有数据都不公开,公共财产不共享,这将会限制我们行业的发展。

同时国内在技术上还在使用径流系数,很少有城市设计雨行,更别提连续雨行设计。为什么我认为建设海绵城市特别怕径流系数呢?总所周知,在验收的时候,如果不把概念弄清楚,会造成误解。如果一块绿地的系数说是0.1,有90%的径流可以蓄在其中,那么问题是什么呢?这只是雨水下在绿地上,但如果做了LID以后,则把其他地块不透水的地面径流物全部都引到绿地之中,如此综合系数就完全不一样了。所以如果还沿用老的排水规范来设计径流系数,再来建设海绵城市,将注定失败。因此关于如何验收及评估海绵城市建设,我心存疑虑,如果城市不设计开发雨水,将来会非常难办。

关于激励机制,新西兰走得最激进,如绿色屋顶,每平方英尺返现五元。我建议如果要建设可持续的海绵城市,一定要试点征收暴雨管理费。这一点镇江做得比较好,它在海绵城市建设之前便制定相关激励机制,卖地时,每一亩地五万元用于暴雨管理,在全国做了第一个项目示范,并已经形成文件。所以我认为在建设海绵城市时,政府机构、公共事业、学校等,首先应该被征收暴雨管理费。

谢映霞:"海绵城市"与行业趋势主旨报告

中国城市规划设计研究院水务与工程院副院长

介绍下海绵城市的定义。海绵城市导则是建设部出台的海绵城市建设技术指南,实际指我们的城市能够像"海绵"一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面能够有"弹性",运用在雨水方面,即下雨时城市能够吸水、蓄水、渗水、净水,需要时蓄存水能够"释放"并加以利用。因为政策的力量,总书记直接提出要建设自然机制、自然渗透、自然净化的海绵城市,所以全国上下形成一股海绵城市建设热潮。实际在海绵城市概念中融入了很多新理念,吸收了国内外经验及在雨水方面的多年研究,把新的治水理念,融入到城市的开发建设中。因此城市在应对雨水,应对灾害时,应该因势利导,适应自然。海绵城市不再是过去管子快排,头疼医头,脚疼医脚来应对城市病的做法,而要系统地渗透、滞留,能够蓄存、净化、使用、排放,成为系统地解决城市雨水问题的方案。

同时海绵城市的提出促成了城市发展模式的转变。海绵城市为城市绿色基础设施如何实施提供了一个解决方案。它统筹考虑了城市在水安全、水环境、水资源、水生态中的问题,在减缓城市面源污染,包括改善水体环境、治理河流、溢流污染等方面都能够发挥一定作用,同时也能有效地提高城市应对防涝的能力,较好解决雨水的收集利用,缓解水资源短缺压力。更重要的是它实现了传统城市不顾自然、只追求GDP的发展模式,向着生态文明可持续发展,良性循环模式的转变。

我原本想谈论海绵城市的热与冷,喜与忧。总书记提出海绵城市理念,全国上下都在学习,财政部也有明确的资金支持。在1月15号,财政部、建筑部、水利部发表文件,要支持六个城市做试点,结果全国上百个城市申报,最终十六个城市成为第一批试点。十六个海绵城市试点,意味着财政部预算将从原本40-50亿变成200亿。而在竞争及评审时,各个城市书记、市长亲自带队,进行几分钟的讲话,所以这真是政策的力量,促使了海绵城市建设热潮,领导希望能够转变发展模式,找出新的经济增长点,学术也希望如此。我很高兴看到经过多年研究,技术转变成了政策,学科注入了很多新理念,与国际接轨,能够在全国推广,学生、厂家、开发商都将从中受益的双赢局面。

但我认为作为学子、专业技术人员,应该冷静一点,在热的背后冷一点,在喜的同时,要察觉到忧。我们离国际真正达到雨水综合管理的水平和程度,实际还差得很远,我们才刚刚开始,在很多方面,技术上远远不成熟,我觉得应该意识到这一点。相较而言,国外研究水文、水利市政有一百多年,相对学科也较成熟,在专业的一致性、专业的协调等方面,也较有优势的。以水文为例,部门上属水利部管辖,城建部便不参与建设。专业上大部分学生都没有学过水文学,其实我向好多学校都建议开设城市水文学这门课,水都是一体的,应该深入了解。所以我们专业的分割,部门的分割,实际制约了国内学术发展。其次国外制定法律法规、技术标准、设计导则等较成熟,更有针对性,会针对一州,一市,甚至针对一个地区来定。而在国内现在还做不到,我们的技术数据远远不支持,国内制定一个普遍使用,指导全国的导则已属不易,然而全国这么大,地形、地理条件等都不一样,因而是远远不够的。因此,对比国内这样一个交叉的综合学科,发展时间短,部门相对分割,地域辽阔,又缺乏细分层次的导则,我们今后面临的困难会很多,这也是我提倡在"热"的大背景下,要冷静一些的原因。

关于技术问题,我发表下对径流总量控制率的认识。因为导则里有图示,而现在被普遍效仿使用,然而具体该如何使用,如何更科学地规划,如何合理计算设施的规模则仍需探讨。因为海绵城市是由海绵体组成,而海绵体的规模如何确定,确定完如何发挥作用,如何控制流量等,我们的研究还远远不够,我们对海绵城市和LID关系,绿色基础设施和灰色基础设施的认识都需进一步探究。

在国内推广的海绵城市建设技术导则里,提出了年径流总量控制率的概念,它确实推动了海绵城市和LID的发展,至少在总书记提出以后,我们有一本指导全国的技术指南,可以指导行动是很不错的,可以成为设计依据,在建设海绵城市实施方案和评审时,技术导则都起到了很大的作用,它是非常重要的具体量化的指标。但其中也存在一定问题,对于初始条件的考虑,如土壤情况、地质情况、坡度情况、植被情况等,现在根据导则查表即可。可根据不同的降雨情况,统计出对应的降雨的频次,即降雨的控制率,最后对应降雨的量。但是实际做规划时,相当多的城市达不到80%的控制率。如云南等很多地方,红土根本不渗透,重庆地区坡度大,降水很快便流失,所以很难控制在80%。若把年径流总量控制率分解到每一个地块,但能否实施还有待验证,如清华做的项目是通过软件计算,将控制率落实到每一个小地块,最后平均达到75%-80%。但这种做法在很多地区都无法实现。年径流总量控制率实际和土壤的饱和度、湿度等都密切相关,真正实施时,需要考虑连续的降雨还是初次降雨,是怎样的地质条件,怎样的坡度,都还需要进一步完善。所以怎么通过年径流总更合理地作为理论依据来支持设计,欢迎大家继续研究。

关于规划我不细讲,因为在导则里明确列了总体规划、详细规划、专项规划,、管理施工等,但这更多是一个过程。海绵城市建设从源头到结束,是整个的一个过程,但其中的某一个环节,还包含很多内容,比如如何保护水生态敏感区,怎么节约利用土地,怎么合理控制不透水的面积,怎么控制地表径流,如何明确开发设施建设策略,落脚点落于何处等。国内如今海绵城市规划参考了国外绿色基础设施规划,但并不系统,如果要系统地从规划层面解决问题,就需要类似绿色基础设施的规划,而规划的重点在于空间的整合和系统的梳理,这些方面现在也处于探索之中,其中组合的学问颇多,只有深入探究才能使海绵城市落地。

那么设施怎么控制它的规模?现在更多的是比较单一的指标和调蓄,但实际上,指标应该是多目标的,对应多指标的计算,更有许多可以细化的方面。如建一个塘,它的容积怎么确定,调蓄的水位是多少,滞蓄的水位是多少,消风多少,都要进行计算。

但海绵城市建设以后,如果没人管,则根本不能发挥作用,这是国内海绵城市实施效果不理想的原因,也是我担忧的方面。现在国内都急于建设,但最后真正想发挥作用的时候,才发现它没有发挥作用,也许是设计不够合理,也许是管理过程控制不到位,这些都需要考虑。如今刚开始申请海绵城市试点,也许会在实践中摸索,但这些问题有必要及时提出,与大家共同在这个沙龙探讨。

关于绿色基础设施和灰色基础设施的关系,有人可能认为一建就包治百病,好像海绵城市、LID是万能的,其实不然。它可以在调蓄前期起作用,如下雨前期,滞一部分,蓄一部分,但是到一定量级时,它不一定起作用。所以灰色基础设施也是必不可少的,它们是一个组合。有些山地,它与周边设施组合,绿色设施能够发挥很大作用,如镇江山地,通过在河旁边的这些设施,就能应对30年一遇的降雨,但对别的城市就不一定可行,所以要具体情况具体分析。我们生活多年的城市已不可能回到原始状态,因此追求原始状态,建设林地、水池等并不能彻底解决问题,最后一定要依靠绿色与灰色基础设施的组合。

最后,我总结我的观点。规划时,既要考虑海绵城市中的"小海绵",也应该考虑山、水、林、田、湖的大格局,大的海绵城市问题。其次,如何认识海绵城市,如何处理好绿色基础设施和灰色基础设施的关系,将来如何落实海绵城市建设等。在法律法规层面,我们缺少相关法律法规保障;在规划上,我们缺少上位规划;在技术上,缺少成熟的技术体系。对于技术体系的建立值得高兴,但我认为这还是初步的,并不很成熟,所以还需要继续探讨。

昆明滇池水系绿道

项目信息

项目地点:中国 云南昆明市

项目类别:海绵城市

项目规模:规划35条河,建成135公顷

设计时间: 2009-5-

建成时间: 2010-7-

委托方:昆明市人民政府

项目简介

昆明滇池西岸以西山风景区为核心,自然环境优越,人文资源丰富,"睡美人"山脊线也是昆明城市意向的代表。然而,滇池的污染问题依旧存在,西岸山区也面临着严重缺水、水土流失灾害、乡土遗产消失等重重危机,其中水问题在众多危机中首当其冲。基于所面临的问题,规划首先通过区域生态基础设施的构建,保障西岸地区的生态安全,并从系统上解决滇池西岸所面临的水困境;在此基础上针对滇池西岸水问题的特殊性,扭转传统的治水思路,重构滇池与西山地区之间水交换与营养物质循环的系统,为滇池污染治理打开新的思路。

1项目概况

1.1规划范围

滇池位于昆明市主城区的南部,南北长约40km,东西宽约12km,面积298km2,平均水深4.4m,蓄水量约15m3,为全国第六大淡水湖。本项目的研究区域位于滇池西岸,涉及昆明市西山区及安宁市两个行政辖区。研究范围北达眠山、南抵海口、西联安宁、东接滇池,总面积为143.52平方公里

1.2自然条件

(i)气候

昆明地处云贵高原中部,属北纬低纬度亚热带-高原山地季风气候,气候温和,夏无酷暑,冬无严寒,四季如春,气候宜人,年平均气温15℃,年降水量1035mm,具有典型的温带气候特点,是著名的"春城""花城"。但同时,昆明干、湿季分明,全年降水量在时间分布上,明显地分为干、湿两季。5~10月为雨季,降水量占全年的85%左右;11月至次年4月为干季,干燥少雨,蒸发旺盛,降水量仅占全年的15%左右。

(ii)地貌

滇池西岸地形呈现中间高两侧低的总体趋势,西山山脊线横亘南北,最高点位于罗汉山,海拔2507.5米。山脊以东面临滇池,东西向沟谷发育成熟,谷口形成肥沃的冲积平原;山脊以西多为山地,间有山地谷底。

(iii)水文

规划区紧邻滇池,现状水系以山体径流和坑塘水库为主,总面积244公顷。山体径流多为季节性河流,以西山山脊为分水岭,东侧及东南侧径流直接汇入滇池,西侧径流汇入规划区外河道;而坑塘、水库及小型湖泊多分布在沟谷上游及村庄附近,满足灌溉和生活用水的需求。但由于西山地区年径流量小于年蒸发量,随着人类活动的增加,人均水资源占有量仅1225m3,水资源严重短缺。同时,西岸农业面源污染和村庄企业的点源污染对该地区的水环境造成一定的负面影响,加之滇池水污染问题虽有改善,但依旧严重,因此滇池西岸面临着"靠水却极度缺水"的尴尬处境。此外,规划区内还存在山体破坏所带来的潜在地质灾害及水土流失问题,进一步打破了该区域水资源的平衡。

(iv)土地利用

规划区内以非建设用地为主。以风景山林为主体的西山景区,被誉为滇中高原的"绿翡翠",拥有繁茂的次生林12000多亩,占总面积90%。山前面水的平缓地带分布有农田、村庄和少量城市建设用地。农田主要种植水稻,另有小麦、玉米、油菜和各种蔬菜等。村庄建设用地散布于各沟谷之间,城市建设用地则主要集中在靠近市区的北部地带。

2问题与挑战

2.1滇池水质富营养化严重,多年治理但成效不明显

滇池于上个世纪80 年代初期污染开始日趋严重,为了治理滇池污染,十多年来,国家以及地方政府实施了一系列的滇池治理工程,使滇池污染继续恶化的趋势得到一定程度的遏制。但由于现有技术的局限性以及缺乏长效、生态的治理思路,滇池的巨额治理投资尚未对其水质带来根本性的改善。根据2014年昆明市西山区环境状况公报,2014年滇池草海水质类别为劣Ⅴ类,营养状态指数为70.89,属重度富营养;滇池外海水质类别为劣Ⅴ类,综合营养状态指数为67.6,属中度富营养状态。伴随着滇池治理步入攻坚阶段,亟需更为科学的理念及规划来进一步指导滇池富营养化的治理。

2.2滇池与西山之间的生态链遭受破坏

近十年来随着昆明工业化、城市化加速,滇池沿岸原有的生产、生活方式发生深刻的变化,且直接导致了对原有生态系统营养及能量循环的破坏。滇池沿岸传统的农耕方法被现代化的农耕模式快速取代,农民依靠大量化肥及农药的使用来提高产量,带有营养物质的地表径流随即流入滇池并加剧了富营养化现象。另一方面,西山区域水资源日渐匮乏且旱灾、山洪等自然灾害时有发生,在一定程度上也是滇池流域生态功能紊乱的表征。

2.3水敏感性设计与滇池西岸发展模式相契合

地处于滇池流域的生态敏感区,如何以保护水生态环境为前提,以先进的生态技术为支撑,在深入分析、仔细辨识场地特征与问题的基础上,因地制宜地提出滇池西岸可持续的发展模式,也是本项目面临的一大挑战。

2.4小结:传统治理思维的反思

我们的政府试图以传统、昂贵的方式治理污染,但结果效果甚微。 因此,我们应当清醒的认识到,当今所面临的诸多生态问题是系统性的、综合性的,要摒弃简单的工程思维和设计、管理上"小决策"带来的弊端。解决生态问题的出路在于回归生态系统本身来综合的解决问题。

3规划对策

为了应对上述问题与挑战,本规划提出综合解决滇池西岸水问题的总体思路为:以实现滇池西岸水生态环境持续性改善为目标,构建3大对策、2个尺度以及1条重点沟谷,并为该区域的"海绵城市"建设提供理论依据及实施途径。

3.1对策一:生态打底——构建区域水生态基础设施,划定生态建设红线

滇池西岸所面临诸多水问题的解决之道不在于水体本身,而要将研究对象拓展到整个水生态系统,以"生态系统服务"理论为核心,以"景观安全格局"理论为手段,构建一个有别于传统工程性、单一目标的跨尺度水生态基础设施。

具体构建途径为:以地理信息系统为技术手段,通过对水文、地质灾害、生物、乡土遗产及游憩等自然、人文过程的模拟,识别并构建相应的景观安全格局,该格局能以最少的用地、最佳的格局、最有效的维护景观,实现各种生态过程的健康与安全,同时也是构建"海绵城市"最高效、集约的方式。

(i)水安全格局

滇池西岸现状水域面积为243.93ha,约占研究区域总面积的1.6%,主要由坑塘、水库组成,无明显河流和沟渠。目前面临的主要水问题有:水源地保护,水资源匮乏同时伴有山区瞬时洪流以及农业面源污染。规划采取"水源地保护""预留径流廊道与蓄涝区""建立生态湿地净化系统"三大核心策略,充分利用区内沟谷密、库塘多的资源特征,构建区域海绵系统,从而综合解决水源保障、洪涝灾害与水质污染的问题。

(ii)地灾安全格局

区内部分地段水土流失问题突出,并伴有崩塌、滑坡的隐患。规划通过识别场地中的地质灾害易发区,以水土流失控制片区及小流域径流单元为基础,建立乔灌草、片网带相结合的地质灾害防护网络,构建地灾防护和水土保持安全格局。

(iii)生物安全格局

滇池西岸生境多样,野生动植物资源丰富。伴随片区城市化进程的加快,生境破坏、动物迁徙廊道断裂、栖息地破碎等问题日益严峻。规划以"廊道-基质-斑块"理论为基础,通过"识别并保护栖息地核心区""建立缓冲区"以及"构建生物廊道"三大策略来识别并构建滇池西岸生物安全格局,保护生物多样性。

(iv)乡土遗产安全格局

滇池西岸文化丰富、遗产众多。针对目前众多乡土文化遗产和工业遗产未得到有效重视以及遗产保护孤立分散未成系统的问题,规划提出"完善遗产保护对象""建立网络化保护格局"两大策略来构建乡土遗产安全格局,实现对乡土遗产的整体保护。

(v)游憩安全格局

滇池西岸现有休闲游憩资源丰富,但分布不均、低端化与同质化严重,且游憩资源之间联系较弱,缺乏连续的游道和完善的慢行设施。基于以上问题,规划通过"挖掘潜在乡土资源""建立城乡游憩慢行网络"两大策略,来构建滇池西岸的游憩安全格局。

(vi)综合安全格局

综合叠加以上5个安全格局,得出综合生态安全格局,并以此为基础构建滇池西岸水生态基础设施,为区域海绵系统布局与建设提供基本依据。

(vii)生态红线与空间管制分区

生态红线作为区域总体规划及控制性详细规划编制的刚性条件,是生态基础设施在空间层面落实的基本保障。在保证生态基础设施用地连续性与完整性的前提下,结合已有规划的发展格局和发展秩序,对应生态安全格局的低、中、高水平,划定出滇池西岸的禁建区、限建区和适建区,以有效约束与切实影响滇池西岸的规划管理与实施建设工作。其中,禁建区面积为8854.20ha,占比61.69%;限建区面积为3257.54ha,占比22.70%;适建区面积为2240.26ha,占比15.61%。

(viii)生态建设控制导则

在空间管制分区的基础上,规划分别针对禁建区与限建区内重要生态基础设施要素进行分类控制与指导,并以地块控制导则的方式加以落实。对于禁建区而言,规划分别对廊道、基质、斑块三种生态要素从功能定位、生态服务类型、控制指标、准入项目、景观特色引导、建设导则等项目提出控制与引导要求。对限建区域则首先根据主导功能定位进行分类,然后依据不同地类的限制因素进行定量控制和定性指导。

3.2对策二:发展提升——优化水系统,重构滇池西岸水与营养物质的循环系统

不同于生态安全格局是基于现状生态基底的被动保护,滇池西岸水系统(即海绵系统)的核心目标是优化生态系统服务,以发展带动保护。鉴于滇池以及西岸所面临水问题的互补性,规划突破传统思路,创新性地利用西岸的农业湿地净化滇池水,重构滇池与西山之间业已破坏的水交换与营养物质的循环系统,并通过净化流程的分解细化以及投资效益的初步核算验证了其实效性与可操作性。

(i)认识滇池-西山生态链

滇池目前最大的水问题是水体富营养化,滇池西岸则面临着水资源匮乏与农业面源污染的问题,两者背后有关联性也有互补性。多年昆明治水的实践已经证明,传统的治理思路无法彻底解决复杂而系统的区域水问题,解决生态问题的出路在于回归生态系统本身来综合的解决问题。

(ii)重构滇池-西山生态链

滇池流域所面临的多种水问题,究其原因主要是因传统生产及生活方式的改变导致水和营养物质的原有循环被打破,以及生态系统失衡所致(张录强,2006)。受到云南地区梯田湿地的启发,将西岸沟谷中的台田改造成为具备水体净化功能的生产性湿地,将高氮高磷的滇池水体作为农作物与其它植物生长的营养来源,同时利用这些作物与植物吸收水体中的过多营养物质,从而形成"滇池富营养化污水——梯田湿地——净化出水回补滇池"这样一个资源循环与水质净化的双赢模式。

(iii)落实滇池-西山生态链

规划根据小流域将有效汇水面划分为8个独立的净化单元,每个净化单元分别取水于滇池,并经过一级预处理后,进入生态稳定塘进行降解和转化,然后依次通过潜流梯田湿地与表流梯田湿地进一步净化,达标的净化水体通过沿岸生态湿地后重返滇池,就此完成一个水净化循环的过程。而传统的"陂塘"灌溉系统则被用来解决突发山洪与干旱灾害,该系统由一系列逐级下降的滞留池与溪流组成,用于收集雨水,调节旱涝水资源的不均衡。

(iv)净化能力与净化效率估算

经初步估算,滇池西岸湿地净化系统日净化能力达到82.5万m3。净化处理后能回收40%~60%的水量,TN、TP的去除率分别达到67%和80%,出水水质由劣Ⅴ类净化到地表Ⅲ类水质,并由中度富营养化降为轻度富营养化。

(v)投资与效益估算

相对于传统的市政水净化方法,梯田湿地净化系统具有建设投资、运行成本低,管理维护要求低的优势。在相同净化目标的前提下,采用生态梯田湿地与传统的膜生物反应器(MBR),其建设成本前者仅为后者的1/8,运营费用仅1/20。此外,由于梯田湿地净化系统同时兼有生产功能,因此每年还可额外获得经济收益651万/年。

3.3对策三:技术验证——通过实验项目对滇池西岸水系统加以细化与落实

(i)实验场地概述

紫草谷是位于滇池西岸山前面湖的一座面积为14公顷的小山谷,它被选为实验场地率先启动。场地现状自然条件良好,是一块未被开发的处女地;场地的景观要素主要有山体、台地、沟谷以及缓坡。台地位于场地中央,两侧的两条沟谷是山体径流汇水的通道;场地植被整体长势良好,台地与沟谷间遍布野草野花;在场地东侧靠近道路的地方存有少量破败的村庄建筑。

(ii)构建净化水体与调节旱涝的海绵系统

设计遵循最小干预的原则,将现状台地改造成为梯田湿地,为净化滇池水体提供场所并还原地域特征的梯田景观;利用现状自然沟谷收集并净化雨水,形成季节变化的水景;并通过零碳排放的提水廊桥,在满足提水需求的同时,提供丰富有趣的游憩体验和科普教育。

梯田湿地净化系统的核心作用机制是稳定塘、表流湿地和潜流湿地。采用""字形的水流设计,依次经过稳定塘、表流湿地和潜流湿地,能最大限度的增加净化过程,从而提高净化的效率。同时,综合考虑土方、基底平整及景观需求等各种因素,依照现状地势分割成阶梯状串联的小面积湿地,采用绿堤和叠水墙进行连接,通过溢水管和稳定塘控制水流方向、水位及水流在湿地系统内的停留时间。并在田梗和其它合适的地方设置木栈道以方便游人行走。除了大面积种植水稻等农作物以外,还可选取种植一些可观、可闻、可尝的净化植物种类,以丰富景观效果和游憩体验。

雨水陂塘净化系统由现状的冲沟改造而成,通过大小不一的陂塘湿地,将雨水滞留在谷中,缓解雨洪的同时,增加了西山地区的用水来源。而且在旱季与雨季,陂塘系统能呈现不同的景观效果:雨季时雨水充沛,雨水从高处沿谷地顺势而流,注满低洼处,形成溪流;旱季时蒸发量大于降水量,完整的溪流逐渐消失,形成大小不一的坑塘水面。

梯田湿地与雨水陂塘共同构成了滇池西岸的海绵系统,充分发挥着净化水体和调节旱涝的作用,并且通过回归自然与乡土景观的方式,自然地融入了滇池风景及乡土环境之中。另外值得一提的是,富含营养物质的水体是经由两条高架引水管道通过水泵的动力提上山顶的。这两条引水管道与步行栈道结合在一起设计。每条提水廊道都是由一条输水管道与一系列由太阳能和风能驱动的提水泵塔组成的。它们共同形成了一条"零碳排放的引水-步行栈道"

(iii)提升生态系统服务,促进项目可持续发展

紫草谷的目标是利用其优美的生产性景观营造一个可自我维持的景观系统。项目实施后将显著增强生态系统的四大服务功能。具体而言:1)供给服务:农业生产方式的改变使场地告别了缺水、缺肥的窘境,进而农业生产效率大幅提高,相比原来可以提供更多、更优质的农产品以及清洁的水;2)调节服务:将滇池水引入西山沟谷进行净化、建立局部水循环系统,将显著改变场地水文条件,可以调节微气候、减缓旱涝灾害的发生;3)支持服务:示范项目的实施将重新耦合人类复合生态系统被破坏的结构与功能,提供一个生物多样性的产生与维护的外部环境;4)文化服务:本项目极富特色的农业景观,向大家展示着自然界的丰产之美、大脚之美,漫步其中可以放松身心,感受多彩景观所带来的精神愉悦,与此同时项目本还是科普教育中心,通过一条生动的科普廊道向大家讲授关于"营养""能量"以及""的故事。

4结论与讨论

基于对滇池及西岸诸多复杂水问题的深入研究,规划通过3大对策、2个尺度以及1条重点沟谷,实现滇池及西岸整体水生态环境的持续性改善,并为该区域的"海绵城市"建设提供理论依据及实施途径。

首先构建区域生态基础设施,划定生态红线,保障区域生态安全,使水系统的生态服务功能得以充分发挥;其次针对滇池与西岸水问题的互补性,扭转治水思路,重构滇池与西山之间水交换与营养物质循环系统;第三,通过实验沟谷落实和细化技术方案,并在此基础上提出滇池西岸水敏感设计与可持续发展的新模式。

北京永定河生态文化新区

赵志勇,莫铠,向文艳

项目背景

永定河是海河水系最大的一条支流,是北京的母亲河,同时也是北京市河湖水系与防洪的重要组成部分。永定河规划区范围涉及北京市的5个行政区,总面积约为2 450 km2,流域总长度约为170 km,平均宽度约为15 km。规划范围按主要特征分为三个区段。本项目位于第二段,即城市段——三家店水库至南六环路区段,总面积约为156.4 hm2。研究区域为典型的华北平原北温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,春、秋季节较短。全年温度变化明显,年平均温度为12.6 ℃,1月份气温最低,平均为-4.5 ℃,7月份气温最高,平均为27.3 ℃。降水季节分配很不均匀,全年降水的80%集中在6月—8月;2008年—2012年的统计资料显示,5年的年降雨总量均值为621.2 mm。

设计层面    

在该规划设计中,主要考虑从地块、街道、流域三个层面来实现规划区域的暴雨管理目标,通过下渗、截留、调蓄、滞留等手段达到开发前后的地表径流不增加。其中,地块层面是生态雨水规划设计的最小单元,通过地块内的最佳管理措施(BMP)从源头上对降雨截留滞蓄,达到削减的目的。街道层面是生态雨水设计的中间单元,主要指相邻地块之间的道路范围,目的是在道路红线内布置生态雨水削减设施,接纳滞蓄道路所产生的地表径流,当降雨超过地块层面BMP的滞蓄能力后,地块所产生的地表径流可漫流至道路,通过街道层面的BMP措施进一步滞蓄。流域层面是生态雨水规划设计的最高层面,其目的是当发生超标准的暴雨,如50年一遇及以上情况时,在流域的排水出口前设置干/湿塘等滞蓄设施进行滞洪。

结合低影响开发在国际范围内的典型设计流程以及我国海绵城市指南的要求,本项目将全流程的海绵城市雨水排水规划设计分为12个主要步骤。

1、场地评估

评估当前场地和设施的不足和问题,是指通过前期实地踏勘调研和背景资料的桌面研究,对研究范围存在的主要问题和症结进行分析和归类,有助于后续规划设计的目标设定。找出主要限制性因素,是指通过前期资料搜集和实地调查,总结出各类规划限制因素,例如生态安全、交通安排、水系流向、污染源分布、土壤地质条件、地下水位埋深等。

本项目根据研究范围进行现场实地踏勘,沿着主要研究范围边界和场地中心点,通过现场踏勘以及从规划、市政、道路、环境等因素收集到了很多一手的资料,并了解到场地现状和之前工业用地类型以及主要经营方式和占地形式,对于后续方案的雨水排水和生态环境的设计起着重要的作用。总结低影响开发雨水管理规划设计的限制条件如下:①规划方面,场地南部预留空间建设雨水调蓄池,总面积约为7 hm2,需要结合规划、竖向设计和景观设计,在50年一遇及以上的设计暴雨情况下,计算其滞蓄的能力和水量;在研究区域南部拟建一条高速铁路,将规划地块划分为两个独立的汇流分区。②土壤方面,考虑当地的冻土层厚度,管道及生态雨水导流系统覆土应至少为1 m。③市政方面,地块外排雨水的峰值不大于规划市政管道的接纳能力。④道路方面,南、北两个区域中间被下穿道路隔断,遇到超标准暴雨时,其地势较低,易引起内涝,设计时需要考虑地形和排水路径。⑤防洪排涝方面,永定河灌渠防洪标准为20年一遇洪水设计,且20年一遇洪水水位不高于出口主要雨水管的管顶高程。⑥环境方面,现状地块内存在首钢等工业厂区,土壤中存在重金属等污染物,要求采取适当的下渗处理工艺以避免雨水下渗而产生地下水污染。⑦植被方面,综合考虑绿化和耗水量,根据北京气候和水资源特点,宜选用耐干旱、节水型的景观植物。

2、设计目标

确定规划控制目标和定量分析指标因子,需要根据海绵城市和城市排水防涝的要求,确定具体的控制性目标,例如年径流总量、地表径流污染物控制率、综合径流系数等,并且将这些指标拆解成能够定量统计的指标因子,以便在设计过程中采用数学模型或定量计算的方式进行分析和评价,确定最终符合控制目标的低影响开发排水规划设计方案。

结合海绵城市设计理念及北京市地方标准《雨水控制与利用工程设计规范》(DB 11/685—2013),确定研究区域的主要设计目标如下:①新开发小区地块径流总量、峰值不超过开发前的状态;②新开发小区,1年一遇24 h设计暴雨情况下雨水不外排,5年一遇24 h设计暴雨情况下地块外排雨水流量径流系数不大于0.4;③规划区域50年一遇24 h设计暴雨情况下雨水不外排,减少对流域下游的影响。

3、确定规划基准

确定现状基准年是指在综合考虑各方面数据资料的情况下,统一确定现状基准年,即开发前状态,及其对应的研究范围内的基础数据。另一方面,也需要统一确定规划年,即按规划设计建成后实现"海绵城市"的状态,及其对应的各类规划文本、方案、说明、图纸等资料。本项目属于城市改建,确定现状,即2014年搬迁后的情况为现状基准年,作为开发规划基准参照。而规划年即采用规划方案建成后的状态,作为海绵城市的低影响开发雨水规划目标考核基准。

4、专项规划对接

在低影响开发雨水排水规划设计初期,需要设计人员一定程度地参与或者掌握研究区域及其周边尽可能详尽的建筑设计、城市设计、景观设计、市政专向设计、水系专向设计、交通专向设计等规划年份的详细设计方案和专项规划方案。

本项目的设计过程中,由于研究区域暂时未进行土地出让和地块详细设计,因而仅获得生态文化新区规划方案、市政排水规划方案、道路规划方案,并在低影响雨水排水规划设计过程中与这3个规划方案进行衔接。其中,生态文化新区规划方案主要用于规划土地类型、绿地率、占地面积、BMP措施布置和设计等方面的研究;市政排水规划方案主要用于管径、人孔、坡向、坡度、支管衔接等方面的研究;道路规划方案主要用于竖向高程、道路断面设计、BMP措施布置和设计、道路坡向和坡度、道路淹没深度和淹没范围等方面的研究。

现有排水规划方案主要采用雨水管道,城市主干路雨水管道采用5年一遇设计重现期,一般地区采用3年一遇设计重现期。场地南端规划新建雨水调蓄池,并在雨水调蓄池的北侧新建排涝泵站1座。规划雨水排入雨水调蓄池,经排涝泵站将雨水排入永定河灌渠或永定河,其中排入永定河需征求水务部门的意见。规划道路主要包括城市次干道及城市支路。50 m城市次干道为双向六车道;30 m城市次干道为双向四车道;30、20 m支路均为双向两车道。

5、确定适合的BMP类型和比例

海绵城市的BMP组合和设施布置需根据当地气象、水文、环境、生态植被物种等影响因素,挑选出最适合的低影响开发雨水生态处理措施,例如下凹式绿地、干草沟、雨水花园等,并在研究范围内经过计算,进行平面布置。BMP的总占地面积应不超过上一步骤中设定的面积上限。由于我国幅员辽阔,因此需要根据当地气候生态和水文特点挑选出综合效应最大的BMP和植被类型,否则将很难起到可持续性的效果。

不同用地类型所适合的BMP类型有所不同,根据工程经验确定适合本项目(北方地区)不同层面、不同用地类型的BMP措施,见表1。其中,对于地块及街道层面,应用最广泛的BMP措施是绿色屋顶、渗透沟、雨水花园、滞留塘/下凹绿地/下渗植被、透水铺装及干草沟等;对于流域层面,为实现流域内对地表径流的截留和蓄滞作用,同时考虑降低对地块的影响,选用面积较大的公共绿地及开放空间布置干塘、湿塘,作为区域暴雨管理的主要措施。

本项目中的地块层面BMP措施布置的基本原则如下:①根据北京市当地气候选择适合的耐旱、低耗水植被,以及适于布置的BMP措施形式;此外,还要考虑用地类型的区别,例如商业用地、居住用地或者市政公共用地。共确定8种适宜的BMP措施类型。②将这8种BMP措施分为水质过滤型、下渗滞留型、存续溢流型三类,根据不同类型BMP对城市地表径流产生的作用,确定BMP措施在不同类型地块配合使用时的上下游串联关系及顺序。③根据各规划用地地块的实际情况,为了达到规划设计的控制性目标,若单一的BMP设施无法满足指标要求,可在地块层面内考虑同时采用多个BMP设施,最终的雨水控制效果是这类组合的综合处理效率。④根据项目经验和BMP产品参数进行尺寸计算,并与绿地率和适宜布置BMP措施的占地面积上限进行比较。根据单位占地面积BMP措施对于地表径流水量和水质的处理效果,对不同的BMP措施进行排序,结合用地类型和占地面积的限制确定每种用地类型的BMP措施组合。

6、建立数学模型,验证设计

采用当地典型暴雨模拟基准年及规划年的地表径流、下渗、排水等水量和水质情况,比较基准年和规划年的定量分析指标因子,将规划前、规划后不考虑低影响开发以及规划后考虑低影响开发这3种情况进行对比和分析。

根据上一步的分析结果,与规划设计前确定的控制性目标进行比较,进行控制目标的评估,若评估结果不满足控制性目标的要求,则需要重新对BMP设施的选择、布局及尺寸进行调整,以便能最终达到控制目标。

本项目采用SUSTAIN模型对北京市永定河生态新区的暴雨径流管理进行模拟与分析,以实现研究区域低影响开发暴雨径流管理策略。SUSTAIN模型是建立在ArcGIS平台上,主要用于低影响开发状态下城市降雨径流控制的模拟分析,包含BMP选址模块、地表产汇流模块、BMP类型选择及参数设置模块、成本效益分析模块、后处理模块。

SUSTAIN模型应用的主要流程包括:①确定研究区域低影响开发设计目标;②数据收集及处理,主要包括气象数据、地理信息数据以及水质、水量监测数据;③SUSTAIN模型的建立,主要包括根据已有条件进行BMP选址、布置,设定BMP类型及初始参数,划分子汇水区及汇流网络,模型率定及验证;④方案优化,即通过决策变量对评价点的BMP进行方案优化;⑤结果分析及评价。结合SUSTAIN模型建立流程,整理出海绵城市规划设计模型搭建的技术路线,如图2所示。

在规划研究阶段,利用SUSTAIN模型对区域开发前后的水文状态进行模拟评估,对研究区域开发后BMP措施的选择、布局及尺寸优化进一步分析,有利于指导研究区域低影响开发的实施。

同时,在流域层面的研究要结合暴雨地表径流以及洪水模型的耦合使用,以验证在街道及流域层面应规划使用的低影响开发暴雨最佳管理措施的可行性。

① 设计暴雨

采用1、5、50年一遇,时间精度为5 min的24 h设计暴雨数据,总降雨量分别为47、151、340 mm,最大1 h降雨量分别可达21、64、115 mm,设计暴雨雨型如图3所示。

② 暴雨管理子汇水区域划分及参数输入

现状用地尚没有完整的市政雨水管网,规划将区域划分为南、北两个子汇水区,两个子汇水区之间由市政雨水管道连接。规划后用地,将每一个规划地块作为一个子汇水区,共划分为79个子汇水区,平均面积为1.34 hm2。根据市政雨水管网的排布将道路划分为10个子汇水区,平均面积为5.12 hm2。管道平均长度为149 m;管道最小直径为0.6 m,最大直径为2 m;管道最小坡度为0.059%,最大坡度为0.23%,平均坡度为0.11%。SUSTAIN模型参数主要包括地面坡度、曼宁系数、洼蓄深度、土壤参数等。

③ 情景方案模拟

本研究模拟分析指标包括总径流量、峰值流量及外排雨水流量径流系数。

7、确定BMP的布置方案

当上述步骤中的定量分析指标因子和规划控制目标都符合要求,则说明前期设计的低影响开发雨水排水方案可作为最终设计方案,并可同时对规划景观设计方案和市政、交通等专项规划进行反馈和验证,也可进行下一阶段施工图、排水防涝预案设计以及成本—效益分析等工作。

设计方案通过模型的若干次模拟计算和结果分析,最终实现规划设定的目标,即确定最终的低影响开发雨水排水规划设计分别在不同类型用地地块、道路以及公共基础设施三个层面的实施方案。

 

研究区域尚处于规划阶段,无实测数据用于模型校核。根据北京市地方标准《雨水控制与利用工程设计规范》(DB 11/685—2013),通过计算得出典型用地类型,包括城市绿地、居住兼公建以及道路的地表径流系数。通过SUSTAIN模拟结果与规范中使用的计算方法对径流系数进行计算,分别对比雨量径流系数以及流量径流系数,结果如表3所示。可知,采用SUSTAIN模拟得到的产水量结果与传统方法估算得到的汇水区产水量数值接近。

对于5年一遇的暴雨,雨水流量径流系数不大于0.4,经地块及街道层面上使用的暴雨管理措施削减后,规划后的外排径流系数由0.58下降至0.14,符合设计目标。通过流域层面雨水管理措施削减后,干塘及湿塘的设计标准为50年一遇,考虑干塘及湿塘的滞蓄作用,暴雨事件为50年一遇的情况下,流域出流量均为零。

对于不同用地类型,由于可用于实施最佳雨水管理措施的占地面积不同,因此不同用地类型的径流削减效果不同。经过地块层面及街道层面最佳雨水管理措施的削减后,对应地块的BMP滞蓄总量和雨水外排径流系数如图5和图6所示。可以看出,对于1年一遇设计暴雨,经过地块及街道层面的BMP削减后,地块外排量为零;对于5年一遇设计暴雨,经过地块及街道层面的BMP削减后,外排雨水径流系数均可控制在0.2以内;对于50年一遇设计暴雨,部分用地的削减效果较弱,主要是因为不透水区域比例较大,产生的地表径流较多,例如商业金融用地的外排雨水流量径流系数仍然为0.4,因此需要通过流域层面的干塘进一步削减,来达到区域暴雨管理规划的目标。

对于1年一遇的暴雨,地块及街道层面的BMP对径流的削减效果十分明显,能够将暴雨产生的径流全部滞蓄。对于5年一遇的暴雨,地块及街道层面的BMP对径流的削减效果也比较明显,对于小流量径流可以完全滞蓄,对于大流量径流可以控制在现状水平。

对于50年一遇的暴雨,地块及街道层面的BMP对小流量径流的削减效果明显,但对大流量径流的削减效果相对较差。这是因为50年一遇的暴雨在该时段内的降雨强度大,超过了地块及街道层面BMP的滞蓄能力。地块及街道层面的滞蓄量仅为径流总量的30%左右。因此,50年一遇的暴雨需要通过流域层面的BMP措施即干塘及湿塘来达到削减径流的目的。

结论

① 海绵城市规划设计从地块、街道、流域三个层面实施最佳雨水管理措施(BMP),能够从源头、过程、流域有效地滞蓄、削减地表径流的总量和洪峰。研究区域内可以应用的BMP共分为8类,分别是砂滤池、绿色屋顶、透水铺装、渗透沟、雨水花园、滞留塘/下凹绿地/下渗植被、干草沟以及干塘/湿塘。

② 采用SUSTAIN模型分别对1、5和50年一遇的暴雨进行模拟分析,对于5年一遇的暴雨,规划后的外排径流系数可由0.58下降至0.14,符合设计目标。地块及街道层面的BMP措施能够将1年一遇暴雨产生的径流全部滞蓄,年径流总量控制率不少于85%。在海绵城市规划设计中,对小降雨事件的控制与管理,因地制宜地合理规划BMP的尺寸及规模,实现年径流总量控制率的控制目标至关重要。

③ 流域层面的BMP即干塘及湿塘的设计标准为50年一遇暴雨,考虑干塘的滞蓄作用后,暴雨事件达到50年一遇的情况下,流域出流量为零。说明干塘及湿塘能将地块和街道层面截留水量之外的地表径流有效地滞蓄在干/湿塘的库容内。

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