海綿城市建設(shè)基礎(chǔ)與時(shí)機(jī)淺析
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［摘要］海綿城市的理論和實(shí)踐可為新時(shí)期中國現(xiàn)代化城市的污水處理及雨洪管理提供新的解決思路，有助于提高我國當(dāng)前城市水資源利用問題。本文先介紹海綿城市發(fā)展理論體系及其概念內(nèi)涵，梳理概括國內(nèi)外海綿城市建設(shè)現(xiàn)狀，再聚焦于西南地區(qū)成都海綿城市建設(shè)探索與實(shí)踐。本文從地質(zhì)地貌特征、氣候條件和自然資源等方面分析總結(jié)成都海綿城市的建設(shè)基礎(chǔ)，并研究成都市城市發(fā)展過程中土地利用及其環(huán)境變化情況和雨洪管控現(xiàn)狀。最后，本文結(jié)合海綿城市概念內(nèi)涵及其生態(tài)技術(shù)要點(diǎn)，分析總結(jié)成都海綿城市建設(shè)可充分利用自然歷史本底條件，并基于海綿城市理念，緊抓建設(shè)時(shí)機(jī)，進(jìn)一步完善城市規(guī)劃與建設(shè)的階段性成果，為國內(nèi)其他城市的海綿城市探索與實(shí)踐提供基礎(chǔ)模式。
［關(guān)鍵詞］海綿城市；成都；雨洪管控；現(xiàn)代化城市規(guī)劃與建設(shè)
1海綿城市
1.1海綿城市的發(fā)展理論
“海綿城市”最早是用來隱喻城市吸附周邊鄉(xiāng)村人口[1]，后被學(xué)者賦予其現(xiàn)代化城市雨洪綜合管理的新型研究意義[2-8]。美、日、英等發(fā)達(dá)國家逐步形成了效仿自然排水方式的城市雨洪可持續(xù)發(fā)展的管理體系，以最佳管理實(shí)踐（BMPs）、低影響開發(fā)（LID）和綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）為主要理論基礎(chǔ)，將“海綿城市”相關(guān)理念體系在實(shí)踐應(yīng)用中不斷完善。在此基礎(chǔ)上，我國海綿城市建設(shè)將改變傳統(tǒng)城市建設(shè)理念，以城市“彈性適應(yīng)”環(huán)境變化與自然災(zāi)害為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，從而形成日趨完善的現(xiàn)代化雨洪管理的可持續(xù)模式。2003年，俞孔堅(jiān)和李迪華提出用“海綿”暗喻自然濕地、河流等對(duì)城市旱澇災(zāi)害的調(diào)蓄能力[9]；2011年，董淑秋[10]首次提出構(gòu)建“生態(tài)海綿城市”的規(guī)劃概念；2014年，臺(tái)灣開始提出建設(shè)海綿生態(tài)城市以適應(yīng)水文氣候?yàn)?zāi)害，并積極宣傳“打造海綿臺(tái)灣計(jì)劃”。
1.2海綿城市的概念內(nèi)涵
2014年10月，我國《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》對(duì)海綿城市概念的定義是：城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”。下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水；需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用，主要建設(shè)內(nèi)容及其工程特點(diǎn)見圖1。“海綿城市”建設(shè)是通過生態(tài)技術(shù)（圖2）和工程手段對(duì)傳統(tǒng)排水系統(tǒng)進(jìn)行“減負(fù)”和補(bǔ)充，統(tǒng)籌城市水資源的系統(tǒng)性，協(xié)調(diào)給排水等水循環(huán)利用環(huán)節(jié)，并考慮其復(fù)雜性和長期性以提高利用率，進(jìn)而維持城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高城市的氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性和休閑娛樂等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[11]。
2海綿城市的建設(shè)現(xiàn)狀
2.1發(fā)達(dá)國家的海綿城市相關(guān)建設(shè)
目前，發(fā)達(dá)國家的雨洪管理已由傳統(tǒng)的水量控制過渡到水量與水質(zhì)并重管理的新階段，部分建設(shè)實(shí)例及其成效見表1。國外海綿城市相關(guān)工程建設(shè)的目的是在土地開發(fā)前、后保持自然水文特征基本不變，主要依靠自然生態(tài)景觀系統(tǒng)，利用雨水徑流清除污染物再回灌地下水，從而有效改善水資源質(zhì)量并保障市民生產(chǎn)生活需求。發(fā)達(dá)地區(qū)的雨洪可持續(xù)管理發(fā)展體系的特色與優(yōu)勢在于全面規(guī)劃的雨、污共同處理的混流制地下排水系統(tǒng)和相關(guān)部門的政策監(jiān)督與法制保障[2-8]，其相應(yīng)理念與技術(shù)可為我國的“海綿城市”建設(shè)提供借鑒參考。
2.2我國的海綿城市相關(guān)建設(shè)
20世紀(jì)80年代，我國城市雨水控制技術(shù)以雨水利用為起點(diǎn)，近年來才將重心轉(zhuǎn)向雨洪調(diào)控及污染控制。自2010年開始，國家對(duì)海綿城市建設(shè)提出了要求和安排。截至2017年，全國已有130多個(gè)城市制定海綿城市建設(shè)方案，其中30個(gè)城市是國家級(jí)海綿城市建設(shè)的試點(diǎn)城市。陳玉萍等人將國內(nèi)海綿城市建設(shè)情況分為3個(gè)階段[12]：起步發(fā)展階段（2011年至2016年）、爆發(fā)階段（2016年至2018年）和穩(wěn)定發(fā)展階段（2018年至2020年）。由此可見，國內(nèi)“海綿城市”理論體系和工程建設(shè)發(fā)展較晚，但部分較發(fā)達(dá)城市已率先嘗試探索[5-10]。大多數(shù)試點(diǎn)城市在降雨量小、降雨強(qiáng)度低的情況下雨洪系統(tǒng)運(yùn)行效果較好，夏季比冬季運(yùn)行效果較好[8]。相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目的主要特點(diǎn)為：規(guī)模大、周期長且投入資金多，各級(jí)政府及主管部門大多鼓勵(lì)采用政府與社會(huì)資本合作模式，以實(shí)現(xiàn)資本最大化。當(dāng)前，國內(nèi)“海綿城市”建設(shè)處于穩(wěn)定發(fā)展階段，側(cè)重于局部雨水收集和水體凈化，但實(shí)踐探索過程中缺乏明確的城市整體規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。尤其是關(guān)于如何充分利用當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)地貌特征、氣候條件、水資源和森林資源等自然本底因素和建設(shè)時(shí)機(jī)，編制總體規(guī)劃以推動(dòng)海綿城市建設(shè)的研究鮮有報(bào)道。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2015年北京、南寧、天津、重慶等19個(gè)城市仍然存在內(nèi)澇現(xiàn)象。2016年，譚術(shù)魁等人對(duì)國內(nèi)16個(gè)海綿城市建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，樣本城市的市政經(jīng)濟(jì)水平完全匹配率僅為37.5%[13]。因此，基于海綿城市理念，為城市規(guī)劃建設(shè)進(jìn)一步實(shí)踐提出建議與展望，本文以西南地區(qū)的成都市為例，研究分析成都市建設(shè)海綿城市的基礎(chǔ)和時(shí)機(jī)。
3成都海綿城市的建設(shè)條件分析
3.1建設(shè)基礎(chǔ)
3.1.1地質(zhì)地貌特征。成都市位于岷江沖積扇東南緣，西北高、東南低。區(qū)內(nèi)由侵蝕堆積平原和部分構(gòu)造剝蝕、侵蝕臺(tái)地（基座型）等地形地貌組成，分布較厚的第四紀(jì)松軟地層[14]。成都現(xiàn)狀山地面積占市域總面積約35%（約5076km2），且成都黏土廣布成都東側(cè)臺(tái)地（市區(qū)東郊至龍泉山麓）。該黏土一般不含水、不透水，分布均勻且厚度較大、強(qiáng)度較高，其礦物成分以伊利石為主（含少量高嶺土和蒙脫石），具有以弱為主的弱―中等級(jí)脹縮性（失水干燥時(shí)易生裂隙，遇水時(shí)膨脹軟化），因此該黏土地區(qū)常見路肩坍滑、路堤邊坡外鼓、雨季路面翻漿冒泥等塑性變形現(xiàn)象[15]。3.1.2氣候條件。成都市屬東部季風(fēng)區(qū)中亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)氣候，市域范圍內(nèi)生物資源豐富，年均氣溫16.2℃，年均降雨量1000mm，相對(duì)濕度82%[16]，其氣候特點(diǎn)主要為：冬暖雨少霜期長、天氣易變春期早（時(shí)有發(fā)生春旱）、夏季悶熱多暴雨（時(shí)有發(fā)生洪澇干旱）、秋季涼爽雨連綿[17]。成都平原熱量差異顯著的垂直氣候帶導(dǎo)致該地區(qū)的降水在時(shí)間和空間上也存在較大的差異[18]：①年降雨量變化較大（豐水年降雨量是枯水年的2倍），同年6月至9月的汛期降雨量約占全年降雨量的75%；②降雨量自西北向東南遞減，市域西北部的多年平均降雨量可達(dá)東南部的1.5倍。此外，成都地區(qū)年降水量、汛期有雨日降雨強(qiáng)度、最大日降水量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢[19]。3.1.3水資源和植被資源。成都市屬于岷沱江流域，區(qū)內(nèi)河湖水體面積占市域總面積約3%（約470km2），不含河道生態(tài)環(huán)境用水的用水總量約為54.02億m3，水資源開發(fā)利用效率達(dá)38%，農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)約為0.52。其主要自然河流有府河、沱江河、清水河、摸底河、南河等；還有屬于都江堰內(nèi)江水系的大型人工引水：東風(fēng)渠、沙河等，河網(wǎng)密度約1.2km/km2，年均水資源總量為304.72億m3，其中地下水31.58億m3，過境水184.17億m3。成都現(xiàn)已建設(shè)較多的破碎式城市綠地與生態(tài)景觀，其中以小型綠地斑塊為主。2008年，成都市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為40.70億元，人均占有值約600元。2014年，成都市森林覆蓋率達(dá)38.4%，單位建設(shè)用地生產(chǎn)總值達(dá)3.8億元/km2。截至2020年，該市農(nóng)田面積占市域總面積約45%（約6451km2），森林面積占市域總面積約26%（約3721km2）。
3.2建設(shè)時(shí)機(jī)
3.2.1成都城市布局。成都市以解放初期的18km2城市規(guī)模為發(fā)展平臺(tái)，由一元規(guī)劃、簡單區(qū)域規(guī)劃、攤大餅式發(fā)展模式逐步形成1.4余萬km2的市域規(guī)模。截至2020年，城市規(guī)劃區(qū)包括錦江、青羊、金牛、成華等12個(gè)區(qū)，簡陽、都江堰、彭州等5個(gè)縣級(jí)市和金堂、大邑、蒲江3個(gè)縣。至2025年，成都市將建設(shè)為由1個(gè)雙核特大中心城市（中心城區(qū)和天府新區(qū)）、8個(gè)衛(wèi)星城、6個(gè)區(qū)域中心城及10個(gè)小城市等構(gòu)成的大都市網(wǎng)絡(luò)城市群。2017年9月，成都市啟動(dòng)建設(shè)全球規(guī)模最大的綠道項(xiàng)目（約1.7萬km），計(jì)劃將城市中綠地、公園、河湖等碎片化生態(tài)板塊串聯(lián)，形成綠色空間系統(tǒng)。2020年該綠道項(xiàng)目完成750km；至2025年，初步建成1920km區(qū)域主干綠道體系；2040年，建成上萬公里綠道，將成都市域綠道體系全面成網(wǎng)。3.2.2成都市區(qū)土地利用及其環(huán)境變化。2011年，彭文甫等人對(duì)1992年―2008年土地利用調(diào)查發(fā)現(xiàn)，成都市土地利用總趨勢為：建設(shè)用地和城市綠地大幅增長，林地稍有增長，農(nóng)用地和水體縮減嚴(yán)重。成都市區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)差別較大，導(dǎo)致成都市陸地生態(tài)系統(tǒng)中各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象[20]。90年代中后期，成都開始逐漸受到極端降雨天氣的影響，市區(qū)年平均溫度上升，相對(duì)濕度、年均雨量逐漸減少，局地強(qiáng)降水或暴雨過程的降雨量有所增加，開始凸顯熱島和干旱島效應(yīng)[19]。在熱島效應(yīng)環(huán)境中，高溫區(qū)主要分布在城市中心建成區(qū)和西南部工業(yè)區(qū)，低溫區(qū)主要分布在城市公園和城市周邊綠化較高的區(qū)域[21]，將對(duì)海綿城市規(guī)劃建設(shè)提出因地制宜的生態(tài)技術(shù)和建設(shè)工藝挑戰(zhàn)。3.2.3成都市雨洪管控基礎(chǔ)。近年來，成都市內(nèi)澇頻發(fā)：2013年7月3日4~6小時(shí)的降雨過程中最大小時(shí)降雨量占暴雨總降雨量的35%（部分地區(qū)超過45%），中心城區(qū)排水管網(wǎng)失效，導(dǎo)致中心城區(qū)8條下穿隧道積水，出現(xiàn)16處內(nèi)澇積水點(diǎn)；2016年前后，成都市發(fā)生了4次全天24小時(shí)降雨量超過100mm的暴雨事件。為進(jìn)一步緩解城市內(nèi)澇現(xiàn)象，成都市開始編制單元和評(píng)審排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃，積極推廣低影響開發(fā)模式。2014年，成都首次大規(guī)模診斷中心城區(qū)內(nèi)澇成因和雨水排水系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，編制完成《成都市中心城建成區(qū)排澇能力提升規(guī)劃》。通過雨水排水仿真模擬技術(shù)，對(duì)城市易淹區(qū)進(jìn)行研究與分析，鎖定曹家巷片區(qū)、人民公園―羊市街片區(qū)等89個(gè)易淹區(qū)并進(jìn)行專門防澇整改。2017年，成都全市江河湖庫實(shí)現(xiàn)河長制管理工作全覆蓋，各項(xiàng)配套制度基本健全，中心城區(qū)基本消除了黑臭水體。2020年，中心城區(qū)水網(wǎng)體系基本完善，水系、岸線、通道、綠化“四通”基本形成；全市黑臭水體不超過10%，主要江河重點(diǎn)區(qū)段堤防達(dá)標(biāo)比例不低于60%，岷江、沱江納入國家及省考核的斷面水質(zhì)考核達(dá)標(biāo)，全市重要水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)到50%。
4結(jié)論
隨著城市發(fā)展，在土地利用和雨洪管控等因素的影響下，成都生態(tài)環(huán)境的不均衡變化是不可能完全避免與消除的。但參照成熟工程案例可知，采用新的雨洪管理模式，通過人工影響天氣與海綿城市綠色建設(shè)的協(xié)同發(fā)展，可有效改善水資源利用與開發(fā)、城市內(nèi)澇等問題。通過分析成都海綿城市的建設(shè)條件，發(fā)現(xiàn)成都具備良好的自然生態(tài)本底因素，可為海綿城市建設(shè)提供先天建設(shè)優(yōu)勢和基礎(chǔ)：①西北高、東南低的平原臺(tái)地地質(zhì)地貌豐富，其中不透水不含水的黏土層和滲透性良好的砂礫卵石層可為人工滲床提供天然“海綿”地基材料；②水、熱因素分布不均的季風(fēng)氣候?qū)е陆邓霈F(xiàn)時(shí)空差異，要求排水防澇工作應(yīng)因時(shí)、因地，側(cè)重采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等不同技術(shù)方法；③天然河流及其水利建設(shè)的治水理念深入人心，城市綠地景觀斑塊為海綿城市等生態(tài)格局中的“小海綿”構(gòu)建提供了夯實(shí)的基礎(chǔ)。因此，成都市可充分利用地質(zhì)地貌特征、氣候條件和自然資源等自然本底因素的建設(shè)條件，和城市雨洪管控發(fā)展時(shí)機(jī)，因地、因時(shí)制宜，規(guī)劃構(gòu)建海綿城市。
作者:楊釧 單位:黔西南州生態(tài)環(huán)境局興義分局