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海绵城市的基本内涵未来展望

开天源水务信息化 2020-03-27 15:41:03


《给水排水》2015年第3期

仇保兴


在城镇化的大背景下,我国每年有一千多万人进城,新建成的建筑相当于世界建筑总量的一半。在这种情况下,如果不引进海绵城市的建设模式,我国的城市地表径流量就会大幅度增加,从而引发洪涝积水、河流水系生态恶化、水污染加剧等问题。海绵城市就像一块海绵那样,能把雨水留住,让水循环利用起来,把初期雨水径流的污染削减掉。本文介绍海绵城市的基本内涵、实现海绵城市途径、并对深化海绵城市建设的新技术作了展望。


1、海绵城市的四项基本内涵

1.1海绵城市的本质——解决城镇化与资源环境的协调和谐

海绵城市的本质是改变传统城市建设理念,实现与资源环境的协调发展。在“成功的”工业文明达到顶峰时,人们习惯于战胜自然、超越自然、改造自然的城市建设模式,结果造成严重的城市病和生态危机;而海绵城市遵循的是顺应自然、与自然和谐共处的低影响发展模式。传统城市利用土地进行高强度开发,海绵城市实现人与自然、土地利用、水环境、水循环的和谐共处;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保持不变。因此,海绵城市建设又被称为低影响设计和低影响开发(Low impact design or development, LID)。


1.2海绵城市的目标——让城市“弹性适应”环境变化与自然灾害

一是保护原有水生态系统。通过科学合理划定城市的蓝线、绿线等开发边界和保护区域,最大限度地保护原有河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠、树林、公园草地等生态体系,维持城市开发前的自然水文特征。


二是恢复被破坏水生态。对传统粗放城市建设模式下已经受到破坏的城市绿地、水体、湿地等,综合运用物理、生物和生态等的技术手段,使其水文循环特征和生态功能逐步得以恢复和修复,并维持一定比例的城市生态空间,促进城市生态多样性提升。我国很多地方结合点源污水治理的同时推行“河长制”,治理水污染,改善水生态,起到了很好的效果。


三是推行低影响开发。在城市开发建设过程中,合理控制开发强度,减少对城市原有水生态环境的破坏。留足生态用地,适当开挖河湖沟渠,增加水域面积。此外,从建筑设计始,全面采用屋顶绿化、可渗透路面、人工湿地等促进雨水积存净化。据美国波特兰大学“无限绿色屋顶小组”(Green roofs unlimited)对占地723 acre(1 acre=0.004047 km2)的波特兰商业区进行分析,将219 acre的屋顶空间——即1/3商业区修建成绿色屋顶,就可截留60%的降雨,每年将保持约6700万gal(1 gal≈3.79 L)的雨水,可以减少溢流量的11%~15%。


四是通过种种低影响措施及其系统组合有效减少地表水径流量,减轻暴雨对城市运行的影响。


1.3转变排水防涝思路

传统的市政模式认为,雨水排得越多、越快、越通畅越好,这种“快排式”(见图1)的传统模式没有考虑水的循环利用。海绵城市遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针,把雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用和排水密切结合,统筹考虑内涝防治、径流污染控制、雨水资源化利用和水生态修复等多个目标。具体技术方面,有很多成熟的工艺手段,可通过城市基础设施规划、设计及其空间布局来实现。总之,只要能够把上述六字方针落到实处,城市地表水的年径流量就会大幅下降。经验表明:在正常的气侯条件下,典型海绵城市可以截流80%以上的雨水。


图1 海绵城市转变排水防涝思路


1.4开发前后的水文特征基本不变

通过海绵城市的建设,可以实现开发前后径流量总量和峰值流量保持不变(见图2),在渗透、调节、储存等诸方面的作用下,径流峰值的出现时间也可以基本保持不变。水文特征的稳定可以通过对源头削减、过程控制和末端处理来实现。中央城镇化工作会议曾指出:解决城市缺水问题,必须顺应自然,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。由此可见,海绵城市建设已经上升到国家战略层面了。



总之,通过建立尊重自然、顺应自然的低影响开发模式,是系统地解决城市水安全、水资源、水环境问题的有效措施。通过“自然积存”,来实现削峰调蓄,控制径流量;通过“自然渗透”,来恢复水生态,修复水的自然循环;通过“自然净化”,来减少污染,实现水质的改善,为水的循环利用奠定坚实的基础。


2、深化海绵城市(LID)两项展望

2.1海绵城市(社区)结合水景观再造

海绵建筑推而广之就是海绵社区。快速城镇化到来之前,我国许多地方曾经有过良好的城市水景观被称之为“山水城市”,当代城市规划师应该传承历史文化,回归社区魅力,增加社区的凝聚力。通过由下而上的再设计,将社区水的循环利用和景观化、人性化相融和,并结合特定的历史文化,开展海绵社区建设。


与此同时,海绵社区建设可以激发起居民爱护水环境、呵护水环境、敬重水环境的心态,实现人类与自然水生态和谐相处的目标。以杭州为例,杭州曾经有一条浣纱河,传说是当年西施浣纱的河流。这条河穿过许多社区,如果把文化融入到浣纱河水景观复建,完全可以再现当年人水和谐美景,留住这段美妙的记忆,而且能够控制水污染,最大程度地减少了对水环境的影响。


2.2海绵城市建设智慧化

海绵城市建设可以与国家正在开展的智慧城市建设试点工作相结合,实现海绵城市的智慧化,重点放在社会效益和生态效益显著的领域,以及灾害应对领域。智慧化的海绵城市建设,能够结合物联网、云计算、大数据等信息技术手段,使原来非常困难的监控参量,变得容易实现。未来,我们将实现智慧排水和雨水收集,对管网堵塞采用在线监测并实时反应;通过智慧水循环利用,可以达到减少碳排放、节约水资源的目的;通过遥感技术对城市地表水污染总体情况进行实时监测;通过暴雨预警与水系统智慧反应,及时了解分路段积水情况,实现对地表径流量的实时监测,并快速做出反应;通过集中和分散相结合的智慧水污染控制与治理,实现雨水及再生水的循环利用等。


此外,建筑智慧化方面,可以通过公共建筑水耗在线监测,显示公共建筑水耗、能耗的排名情况。根据试点城市调查,建筑单位面积水耗最高和和最低相差十倍之多,有的建筑由于设计和运维问题,水管出现了严重的漏损,这些缺陷都可以通过公共建筑水耗在线监测系统诊断出来。将水耗情况在媒体进行公开排名,有助于建筑管理和产权单位清楚的认识水耗情况,主管部门可以要求对水耗最高的建筑进行强制性改造,明确控制性指标性和针对性措施,从而推动整个城市的水循环利用和用水效率得到提升。在这方面,新西兰和澳大利亚做得非常好,低影响雨水设计系统通过数字模型和信息化技术的精细化管理,能够把GIS、云计算这些技术落实到位,并将其作为一种手段,使海绵城市智慧起来,见图3。


图3新西兰低影响开发雨水系统设计


3、结论

(1)城镇是水体污染最重要的源头,通过海绵城市(LID)建设使城市成为应对水污染的主战场,是解决水资源短缺的希望之地。


(2)海绵城市(LID)概念内涵仍在发展之中,创建具有中国特色的海绵城市理论、规范、标准任重道远。住房和城乡建设部已经颁布了海绵城市建设技术指南,但这还远远不够,需要大家在实践中不断探索并适时修订。


(3)海绵城市(低影响开发)规划与智慧水务是协调海绵城市各单元有效运行的两大系统工程。如果说海绵城市规划是“推”,海绵智慧则是“拉”,“一推一拉”能够将整个海绵系统有效地协调起来,既不产生浪费,也不至于出现信息孤岛。因此,“一推一拉”两大系统是非常重要的系统设计。


(4)要把海绵城市系统从大到小划成四个子系统,即区域、城市、社区、建筑,这四层次系统低影响开发的侧重点不同,需要上下结合推进系统创新。


(5)根据年径流总量控制率分区,建立科学合理的城市“海绵度”测评体系并给予奖励引导尤为重要。加快引导和推动整个海绵城市蓬勃发展,走出一条中国特色的海绵城市建设健康发展之路。



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原标题:LID(海绵城市)的内涵、途径与展望

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