夏軍|中國海綿城市建設(shè)的水問題研究與展望 / 史上最全國外海綿城市案例詳細(xì)解析！
夏軍|中國海綿城市建設(shè)的水問題研究與展望
來源 ：水利家園
作者簡介
夏軍，中國科學(xué)院院士，武漢大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。主要從事水文水資源研究。
隨著城市化的迅速發(fā)展，我國城市內(nèi)澇、水體黑臭、河湖生態(tài)退化等水問題日益突出。這些問題與城市化的水文效應(yīng)密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在城市化改變了城市微氣象和下墊面條件，導(dǎo)致水文循環(huán)發(fā)生變化；污染物排放量增多導(dǎo)致水環(huán)境惡化；城市建設(shè)擠占原有的生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)致濕地退化與湖泊萎縮，進一步引起城市內(nèi)澇等。
針對上述水問題，海綿城市應(yīng)運而生，并已成為我國城市建設(shè)中的熱點。雖然海綿城市建設(shè)在理論和實踐方面均取得了長足的進展，但在水文學(xué)基礎(chǔ)方面仍然存在著許多薄弱環(huán)節(jié)。
針對我國海綿城市建設(shè)，在城市化水文效應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，提出了海綿城市中關(guān)于科技創(chuàng)新與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的若干對策與建議。
中國城市建設(shè)的水問題
我國是城市水問題十分突出的發(fā)展中國家之一。隨著全球變化和社會發(fā)展，城市建設(shè)面臨愈來愈嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
城市
水問題
1
城市內(nèi)澇。
2
水體黑臭。
3
城市河湖生態(tài)退化。
4
城市熱島效應(yīng)。
5
城市人群疾病多發(fā)。
這些“城市病”的核心在于城市的水問題。因此，在海綿城市建設(shè)過程中，城市的水問題應(yīng)該引起各方的重視。
城市水問題產(chǎn)生原因
導(dǎo)致以城市水問題為核心的 “城市病”的原因有多方面，其中城市化的水文效應(yīng)是重要原因之一。
1 城市化對水文過程的影響
由于城市化的影響，城市降水大于郊區(qū)降水且暴雨日明顯增加，蒸散發(fā)量和蓄水變化量減少，城市化使得區(qū)域產(chǎn)流量增加。此外，廣場、柏油馬路等不透水平面較城市化前下墊面糙率減小，使得地表匯流速度加快，城市排水系統(tǒng)管網(wǎng)化也進一步增加了城市排水能力，使暴雨徑流盡快就近排入當(dāng)?shù)亟邮芩w，使城市徑流流態(tài)、洪水過程線形狀及洪峰流量均發(fā)生變化，其特點是洪水匯流速度增加，洪量集中，導(dǎo)致洪水歷時縮短，峰現(xiàn)時間提前，洪峰流量增大。城市化前后的水文過程如圖1所示。
圖1 城市化對水文過程的影響
2 城市化對水環(huán)境的影響
城市化前，人口密度相對較少，人類活動對水環(huán)境的影響不明顯，水體自凈能力足以降解受納的總污染負(fù)荷；但在城市化后，人口迅速增長，人類活動增加引起污染排放量的明顯增多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出天然水體自凈能力，使得水環(huán)境惡化。
3 城市管網(wǎng)老舊存在的隱患
城市管網(wǎng)老舊和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，已難以滿足當(dāng)今城市化發(fā)展的需求。當(dāng)降雨強度大時，特別是短歷時強降雨時，往往會超過排水管道設(shè)計承受能力。我國城市管網(wǎng)維護管理薄弱，絕大多數(shù)城市排水設(shè)施運行維護費到位率較低；管道及檢查井淤積嚴(yán)重，設(shè)備老化；降雨時不能及時清理雨水口前的雜物，導(dǎo)致排水能力降低等。此外，由于設(shè)計理念的原因，早期城市建設(shè)排水體制大多采用合流制，而且現(xiàn)在很多城市老城區(qū)內(nèi)仍未實行雨污分流制，雨污混接使得相當(dāng)一部分污水通過雨水管道直接排入受納水體，這也加劇了城市水環(huán)境的惡化。
亟待研究解決的問題
國家關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的部署，為徹底改變我國城市建設(shè)工作提供了戰(zhàn)略性的發(fā)展機遇。但是我國海綿城市建設(shè)過程中存在許多挑戰(zhàn)性的問題。
01
海綿城市的概念需要進一步明晰。海綿措施不僅包括源頭LID治理、城市管網(wǎng)排水、河湖調(diào)蓄和江河湖庫防洪等；各海綿措施的相互銜接與協(xié)調(diào)、統(tǒng)一規(guī)劃以及不同行業(yè)之間關(guān)系，需要厘清，達成共識。
02
海綿城市建設(shè)的水文學(xué)基礎(chǔ)仍亟待加強。盡管我國海綿城市建設(shè)熱情高，但目前仍需要發(fā)展針對中國不同氣候區(qū)和暴雨特點的城市水文模型，加強對城市化蒸散發(fā)變化認(rèn)識與應(yīng)用，針對海綿城市的綜合水系統(tǒng)及其交叉學(xué)科的先進技術(shù)要開展研究與應(yīng)用。
03
海綿城市建設(shè)和管理各部門需協(xié)調(diào)與協(xié)同。海綿城市建設(shè)涉及住建部、水利部、環(huán)保部、國土資源部以及城市建設(shè)規(guī)劃、水務(wù)、環(huán)保、園林、工程、湖泊管理等多個部門，各部門避免職責(zé)不明確導(dǎo)致的多龍治水，要加強海綿城市建設(shè)的體制與制度創(chuàng)新。
04
加強風(fēng)險管理意識與應(yīng)對能力建設(shè)。海綿城市在抵御極端氣候的暴雨洪水方面仍有一定限度與極限。當(dāng)暴雨超過海綿城市納洪的承載力時，“城市看海”將成為必然。因此，我國海綿城市建設(shè)中應(yīng)該針對不同的地區(qū)自然地理和氣候特征，其推進當(dāng)?shù)睾＞d模式是逐步完善與提高，并提升城市應(yīng)對極端災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報以及應(yīng)急響應(yīng)能力等。
建議與對策
我國海綿城市建設(shè)正處于起步階段，已經(jīng)取得了有目共睹的成就，但是在海綿城市建設(shè)與規(guī)劃的水文學(xué)基礎(chǔ)方面，仍存在許多亟待改進的方面，特別是需要開展科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用基礎(chǔ)研究。筆者認(rèn)為需要加強如下方面的研究：
01
城市水文學(xué)機理研究。我國城市正處于高速發(fā)展的階段，城市化水平和面積將越來越大。城市化使土地利用方式發(fā)生了明顯的變化，導(dǎo)致不透水面積大幅增加，城市熱島和雨島效應(yīng)將明顯增強。通過開展室內(nèi)和野外實驗，探索城市水循環(huán)與水系統(tǒng)演變機理研究，分析不同氣象與下墊面組合條件下的水循環(huán)過程（如徑流、蒸散發(fā)、下滲等）變化情況，為海綿城市建設(shè)提供堅實的水文學(xué)理論基礎(chǔ)。同時，另一方面，城市水系統(tǒng)不僅包括降雨徑流過程、社會經(jīng)濟供用水、城市生態(tài)耗水等，還包括“滲、滯、蓄、凈、用、排”等一系列LID海綿設(shè)施，因此急需通過野外觀測、機理實驗和數(shù)字模擬等相結(jié)合的手段定量評估不同海綿措施對城市水文過程的影響。
02
海綿城市水系統(tǒng)智能監(jiān)測體系研究。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主導(dǎo)，以計算機通信網(wǎng)絡(luò)和各采集控制終端為基礎(chǔ)，研究集高新技術(shù)應(yīng)用為一體的城市水系統(tǒng)智能化監(jiān)測體系，實現(xiàn)信息數(shù)字化、控制自動化、決策智能化，使得感知內(nèi)容全覆蓋、采集信息全掌握、傳輸時間全天候、應(yīng)用貫穿全過程，為海綿城市年徑流總量控制率、面源污染削減率目標(biāo)的評估以及海綿措施的維護管理等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
03
城市水系統(tǒng)模擬與調(diào)控研究。城市水系統(tǒng)是以水循環(huán)為紐帶，研究城市降雨徑流過程，雨洪蓄、引、用、排社會經(jīng)濟用水過程以及城市生物地球化學(xué)過程相耦合的復(fù)雜巨系統(tǒng)。城市水系統(tǒng)模擬以分布式水循環(huán)模型為核心，針對典型區(qū)域特點建立水文-水動力-水質(zhì)耦合模型，實現(xiàn)基于GIS平臺的城市分布式水系統(tǒng)模擬；在分布式水系統(tǒng)模擬基礎(chǔ)上，綜合考慮海綿設(shè)施滲、滯、蓄、凈、用、排功能和外江湖庫蓄排水功能等，使海綿城市建設(shè)理論研究中自然過程、社會過程、生物地球化學(xué)過程之間有機結(jié)合，進而構(gòu)建城市水系統(tǒng)水質(zhì)-水量-水生態(tài)聯(lián)合調(diào)控模型。
04
城市雨洪控制和內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警研究。城市化使地表徑流的總量和洪峰流量顯著增加，洪峰提前，徑流面源污染趨于嚴(yán)重，因此需要在城市分布式水系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，建立以監(jiān)測、模擬、調(diào)控一體化的城市暴雨內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警平臺，在城市雨洪規(guī)律研究和預(yù)測預(yù)報模型的基礎(chǔ)上，科學(xué)規(guī)劃，制定合理的徑流和污染的控制與管理措施，并對其效果進行評估。
05
城市雨洪控制管理與風(fēng)險評估研究。海綿城市建設(shè)關(guān)乎城市發(fā)展命脈，而各個城市（區(qū)域）有其獨特的氣象、水文、經(jīng)濟條件，因此海綿城市不應(yīng)是“一刀切”，而需因地制宜。根據(jù)各城市特點，制訂符合該城市發(fā)展現(xiàn)狀及遠(yuǎn)景規(guī)劃的水系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系，進而開展以水循環(huán)水文學(xué)為基礎(chǔ)，耦合水文物理過程、城市水環(huán)境及水生態(tài)和城市建設(shè)發(fā)展管理系統(tǒng)為對象的水系統(tǒng)綜合評價及風(fēng)險評估研究。
我國海綿城市建設(shè)與實踐階段還不長，仍有很多成功的經(jīng)驗值得總結(jié)，也有一些教訓(xùn)需要吸取。未來的發(fā)展一定要多部門協(xié)調(diào)，科學(xué)與技術(shù)支撐、規(guī)劃與管理先行，最大限度解決好當(dāng)前和未來面臨的問題。在基礎(chǔ)理論方面需要開展多學(xué)科的交叉研究和復(fù)雜水系統(tǒng)問題的探索。
致謝：該文得到住建部城建司水務(wù)處、武漢市建委、武漢大學(xué)海綿城市研究中心專家委員會相關(guān)專家的研討和幫助，也得到了中國科學(xué)院地學(xué)部“生態(tài)水文學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略”咨詢項目的支持， 一并表示感謝！
以上內(nèi)容摘自夏軍院士的論文《中國海綿城市建設(shè)的水問題研究與展望》，全文即將發(fā)表在《人民長江》雜志2017年第20期上，敬請關(guān)注
史上最全國外海綿城市案例詳細(xì)解析！
來源 ： 水利家園
今天小編帶大家來學(xué)習(xí)下國外“海綿城市”的案例，看看他們是怎么樣建設(shè)海綿城市，將城市雨水就地消納和吸收利用的吧！
1、金斯敦市水敏性城市
金斯敦市水敏性城市設(shè)計2001年開始，金斯敦市議會設(shè)計和建造了一大批水敏性設(shè)計項目（包括200多個雨水花園）
雨水花園是一個術(shù)語，通常被用于描述一個植被繁茂的區(qū)域，從雨水徑流當(dāng)中去除污染物質(zhì)（也稱為生物滯留系統(tǒng)）。雨水流入到花壇中，通過一層工程土進行過濾。凈水被收集在有溝槽的管道中并引到傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)中。這個表面會留住雨水徑流中的垃圾、樹葉和沉積物，同時土壤（和植物根部系統(tǒng)結(jié)合）幫助過濾和分解微觀污染物例如營養(yǎng)物、重金屬和碳?xì)浠衔�。設(shè)計雨水花園是利用它在頻繁的低強度降雨中過濾污染物。傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)依然需要適應(yīng)稀少的較大型降水，防止洪澇災(zāi)害。
蒙通鎮(zhèn)的Stawell 街項目2008年，這些雨水花園升級到現(xiàn)在的設(shè)計形式，花費了6.8萬美元（每個雨水花園6800美元）。這個設(shè)計結(jié)合運用了具有表現(xiàn)力的巖石、更加有趣的形狀、裸露的聚合混凝土鋪路材料，以及對松樹梯田地的妙用。
Mordialloc的Peter Scullin停車場項目這個水敏性停車場使用雨水徑流去灌溉景觀，把多余的雨水輸送到生物滯留池里。
Mordialloc的Bear St項目Bear St于2007年重建成一條狹窄的弧形道路。在長條狀草地里建造了5個雨水花園和1個大型的70米長的生物滯留池。這個生物滯留池有多功能用途，減少污染物、減少洪澇、加強街道景觀。
Parkdale的Warren Rd項目Warren Rd項目于2007年被重新建造，升級了道路材料，解決了交通問題，整治了雨水徑流。這個項目把雨水花園與路邊石進行了融合設(shè)計，使用石墻最小化腐蝕性。這種處理方法盡可能進行自然化設(shè)計，最小化維護工作。
Aspendale的Coleman Rd項目Aspendale的這個海灘那時受到了沙丘和3個雨水排放口的侵蝕。這個項目包括建造一個防沖墻，通過重新指引雨水徑流到滲水井中而移除了管道，進入到大型的生物滯留洼地里。這是在2008年期間與可持續(xù)性和環(huán)境部聯(lián)合設(shè)計的。
2、 德國弗萊堡市扎哈倫廣場
該廣場完全擺脫了污水處理系統(tǒng)，成為了一個很好的水敏性城市設(shè)計的案例。美麗的種植池提供了滲透點，擁有創(chuàng)新式內(nèi)置過濾基質(zhì)的地下砂石溝渠減輕了污水處理系統(tǒng)的水壓負(fù)載�？s進的廣場區(qū)域創(chuàng)建了一個地表防洪區(qū)。雨水沒有匯入地下污水處理系統(tǒng)，而是補給地下水位。該設(shè)計建造于曾經(jīng)的鐵路院落場地之內(nèi)。
富有年代感、多功能的座椅喚起了人們對于鐵路軌道枕木的記憶，而舊的鐵路軌道則被鑲嵌于地面鋪裝之中。一片明快的櫻花樹林提供了充足的樹蔭，滲透式種植池之中育有多年生植物和觀賞草類，形成鮮艷、柔美的花草景觀。100%的硬質(zhì)景觀材料均來自舊的鐵路院落場地回收利用的優(yōu)質(zhì)材料。
因此，不論從資源管理的角度、還是建造材料的來源方面，這一新型、清潔的現(xiàn)代化廣場設(shè)計都與具有歷史意義的海關(guān)大廈建筑形式相互映襯。
3、 新加坡JTC清潔科技園
于2014年6月1日建成開幕、占地面積50公頃的JTC清潔科技園區(qū)被構(gòu)想為設(shè)置于熱帶雨林地區(qū)的首個商業(yè)園區(qū)。它坐落在清潔科技園區(qū)的中心區(qū)域，與南洋理工大學(xué)毗鄰。5公頃面積的中央核心區(qū)–裕廊生態(tài)園被設(shè)計為園區(qū)肺部和心臟，由森林之峰、野生走廊、淡水沼澤森林與溪流山谷四大主題區(qū)塊組成，有效地保留了當(dāng)?shù)卦械拇松�。其中，淡水沼澤森林能夠收�?5%的雨水徑流，過濾、凈化，用作如廁沖刷、植物灌溉以及室外沖洗之用。 基于整體的設(shè)計方式，5公頃的裕廊生態(tài)園中央核心區(qū)規(guī)劃充分尊重大自然，不僅保留、而且在它所有不同的功能和層面上理解從而尊重自然和場地內(nèi)獨特的自然特征。通過一系列包括地形、地質(zhì)、水文、植物以及動物方面的調(diào)查和研究，場地的原始狀態(tài)被清晰解讀。這些層面信息的集成顯示了在山谷地勢較低的沼澤之地開發(fā)淡水濕地森林的潛力。從歷史上看，裕廊鎮(zhèn)曾擁有更大面積的此類型的生態(tài)棲息地。多年來，盡管它們當(dāng)中的許多已經(jīng)被移除，且并不確定清潔科技園區(qū)場地構(gòu)成其中之一，不過一些淡水沼澤樹種已被確定在場地之內(nèi)存在，并被證明適合在該場地內(nèi)生長。
現(xiàn)有的生態(tài)棲息地，包括草地、林地和泥炭沼澤區(qū)都被盡可能地保留�，F(xiàn)存的野生動物物種被記錄，通過增加的植被種植，為野生動植物提供食物和棲息地，將場地與更大范圍的周邊環(huán)境相連，特別是跨越南洋大道的北部森林區(qū)域，自然野生動物廊道功能被增強。同樣，自然地形會被盡可能多地加以保留，并與新加坡公用事業(yè)局的“活躍、美觀、潔凈”（Active,Beautiful,Clean）水域方案理念相呼應(yīng)。該ABC水域方案將被實施，以支持場地內(nèi)現(xiàn)有的水文流動。生態(tài)洼地將凈化雨水，并將之從路邊排水渠道引流至中央核心區(qū)。在那里，一系列的沼澤和池塘將收集和保存雨水。這些雨水將通過生態(tài)凈化群落加以循環(huán)，以進行進一步的凈化，被重新利用成為廁所沖刷用水。
4 、布里斯托爾海濱公共空間
布里斯托爾Harbourside公共區(qū)域景觀設(shè)計的最后階段由英國景觀建筑師Grant聯(lián)合公司完成。再建項目完成之際，布里斯托爾慶祝自己在2015年成為歐洲綠色之都——授予優(yōu)秀的致力于可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)造力、文化和創(chuàng)新的城市。
布里斯托爾Harbourside是一個位于城市邊緣浮動港的價值1.2億英鎊的多功能區(qū)域，對布里斯托爾的歷史濱水區(qū)的核心進行重建。可持續(xù)景觀設(shè)計在總體方案中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
Grant聯(lián)合公司將廢棄的6.6公頃前碼頭污染場地和煤氣廠改造成充滿活力的新街景、海濱散步區(qū)、公共開放空間和可持續(xù)城市排水系統(tǒng)。其亮點包括：一個充滿活力的空間、路線和公共廣場：創(chuàng)建一系列的空間和路線可以為浮動港提供更廣泛的公共領(lǐng)域，包括新的公共廣場、林蔭大道、harbourside新港口進口。濱水區(qū)的視野和通道極其開放，尤其是大教堂和先前難以接近的港口，加強了此地的視覺聯(lián)系，讓海濱回歸城市。
可持續(xù)城市排水： 可持續(xù)城市排水將雨水從建筑屋頂導(dǎo)流至港口，通過一系列管道、渠道和小溪，還可以灌溉種植。浮動的海港邊緣蘆葦在水進入港口之前過濾雨水和地表水。蘆葦也創(chuàng)造了寶貴的棲息地，并提供一個有吸引力的水邊設(shè)置。其他棲息地包括面對中央廣場的綠墻。
5 、法國佩爾勒Perreux河岸
馬恩河畔萊佩爾勒市重新思考了與河流的聯(lián)系，把它看成是一個主要的環(huán)境、社會、城市和政治問題。該項目的目標(biāo)在于讓人們重新記起河岸，讓其他種類的動植物回歸馬恩河岸，煥發(fā)河岸的活力，弱化水與城市的界限。混凝土防護轉(zhuǎn)變成植物防御，抵御洪水泛濫，擴大環(huán)境功能。河岸一旦被改造成景觀（陰涼、植被、適宜的地表、照明設(shè)備、裝置），人們就會被水景吸引，開始改變他們的生活方式和與城市的聯(lián)系。
