全國政協人口資源環(huán)境委員會副主任、住房和城鄉(xiāng)建設部原副部長、中國城市科學研究會理事長

仇保興博士

在城鎮(zhèn)化的大背景下，我國每年有一千多萬人進城，新建成的建筑相當于世界建筑總量的一半。在這種情況下，如果不引進海綿城市的建設模式，我國的城市地表徑流量就會大幅度增加，從而引發(fā)洪澇積水、河流水系生態(tài)惡化、水污染加劇等問題。海綿城市就像一塊海綿那樣，能把雨水留住，讓水循環(huán)利用起來，把初期雨水徑流的污染削減掉。本文介紹海綿城市的基本內涵、實現海綿城市途徑、并對深化海綿城市建設的新技術作了展望。

1海綿城市的四項基本內涵

1.1海綿城市的本質——解決城鎮(zhèn)化與資源環(huán)境的協調和諧

海綿城市的本質是改變傳統城市建設理念，實現與資源環(huán)境的協調發(fā)展。在“成功的”工業(yè)文明達到頂峰時，人們習慣于戰(zhàn)勝自然、超越自然、改造自然的城市建設模式，結果造成嚴重的城市病和生態(tài)危機；而海綿城市遵循的是順應自然、與自然和諧共處的低影響發(fā)展模式。傳統城市利用土地進行高強度開發(fā)，海綿城市實現人與自然、土地利用、水環(huán)境、水循環(huán)的和諧共處；傳統城市開發(fā)方式改變了原有的水生態(tài)，海綿城市則保護原有的水生態(tài)；傳統城市的建設模式是粗放式的，海綿城市對周邊水生態(tài)環(huán)境則是低影響的；傳統城市建成后，地表徑流量大幅增加，海綿城市建成后地表徑流量能保持不變。因此，海綿城市建設又被稱為低影響設計和低影響開發(fā)（Low impact design or development, LID）。

1.2海綿城市的目標——讓城市“彈性適應”環(huán)境變化與自然災害

　　一是保護原有水生態(tài)系統。通過科學合理劃定城市的藍線、綠線等開發(fā)邊界和保護區(qū)域，最大限度地保護原有河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠、樹林、公園草地等生態(tài)體系，維持城市開發(fā)前的自然水文特征。

　　二是恢復被破壞水生態(tài)。對傳統粗放城市建設模式下已經受到破壞的城市綠地、水體、濕地等，綜合運用物理、生物和生態(tài)等的技術手段，使其水文循環(huán)特征和生態(tài)功能逐步得以恢復和修復，并維持一定比例的城市生態(tài)空間，促進城市生態(tài)多樣性提升。我國很多地方結合點源污水治理的同時推行“河長制”，治理水污染，改善水生態(tài)，起到了很好的效果。

　　三是推行低影響開發(fā)。在城市開發(fā)建設過程中，合理控制開發(fā)強度，減少對城市原有水生態(tài)環(huán)境的破壞。留足生態(tài)用地，適當開挖河湖溝渠，增加水域面積。此外，從建筑設計始，全面采用屋頂綠化、可滲透路面、人工濕地等促進雨水積存凈化。據美國波特蘭大學“無限綠色屋頂小組”（Green roofs unlimited）對占地723 acre(1 acre=0.004047 km²)的波特蘭商業(yè)區(qū)進行分析，將219 acre的屋頂空間——即1/3商業(yè)區(qū)修建成綠色屋頂，就可截留60%的降雨，每年將保持約6700萬gal(1 gal≈3.79 L)的雨水，可以減少溢流量的11%～15%。

四是通過種種低影響措施及其系統組合有效減少地表水徑流量，減輕暴雨對城市運行的影響。

1.3轉變排水防澇思路

傳統的市政模式認為，雨水排得越多、越快、越通暢越好，這種“快排式”（見圖1）的傳統模式沒有考慮水的循環(huán)利用。海綿城市遵循“滲、滯、蓄、凈、用、排”的六字方針，把雨水的滲透、滯留、集蓄、凈化、循環(huán)使用和排水密切結合，統籌考慮內澇防治、徑流污染控制、雨水資源化利用和水生態(tài)修復等多個目標。具體技術方面，有很多成熟的工藝手段，可通過城市基礎設施規(guī)劃、設計及其空間布局來實現?？傊?，只要能夠把上述六字方針落到實處，城市地表水的年徑流量就會大幅下降。經驗表明：在正常的氣侯條件下，典型海綿城市可以截流80%以上的雨水。

圖1 海綿城市轉變排水防澇思路

1.4開發(fā)前后的水文特征基本不變

通過海綿城市的建設，可以實現開發(fā)前后徑流量總量和峰值流量保持不變（見圖2），在滲透、調節(jié)、儲存等諸方面的作用下，徑流峰值的出現時間也可以基本保持不變。水文特征的穩(wěn)定可以通過對源頭削減、過程控制和末端處理來實現。習總書記在2013年的中央城鎮(zhèn)化工作會議上明確指出：解決城市缺水問題，必須順應自然，要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市。由此可見，海綿城市建設已經上升到國家戰(zhàn)略層面了。

總之，通過建立尊重自然、順應自然的低影響開發(fā)模式，是系統地解決城市水安全、水資源、水環(huán)境問題的有效措施。通過“自然積存”，來實現削峰調蓄，控制徑流量；通過“自然滲透”，來恢復水生態(tài)，修復水的自然循環(huán)；通過“自然凈化”，來減少污染，實現水質的改善，為水的循環(huán)利用奠定堅實的基礎。

2建設海綿城市的三種途徑

2.1區(qū)域水生態(tài)系統的保護和修復

　　首先，生態(tài)斑塊。一般來說，城市周邊的生態(tài)斑塊按地貌特征可分為三類：第一類是森林草甸，第二類是河流湖泊和濕地或者水源的涵養(yǎng)區(qū)，第三類是農田和原野。各斑塊內的結構特征并非一定具有單一類型，大多呈混合交融的狀態(tài)。按功能來劃分可將其分為重要生物棲息地、珍稀動植物保護區(qū)、自然遺產及景觀資源分布區(qū)、地質災害風險區(qū)和水資源保護區(qū)等。凡是對地表徑流量產生重大影響的自然斑塊和自然水系，均可納入水資源生態(tài)斑塊，對水文影響最大的斑塊需要嚴加和保護。

第二，構建生態(tài)廊道。生態(tài)廊道起到對各生態(tài)斑塊進行聯系或區(qū)別的功能。通過分別對各斑塊與廊道進行綜合評價與優(yōu)化，使分散的、破碎的斑塊有機地聯系在一起，成為更具規(guī)模和多樣性的生物棲息地和水生態(tài)水資源涵養(yǎng)區(qū)，為生物遷移、水資源調節(jié)提供必要的通道與網絡。這涉及到水文條件的保持和水的循環(huán)利用，尤其是調峰技術和污染控制技術。

第三，劃定全規(guī)劃區(qū)的藍線與綠線。以深圳光明新區(qū)為例，作為國家級的生態(tài)城示范區(qū)，光明新區(qū)規(guī)劃區(qū)范圍之內嚴格實施藍線和綠線控制，保護重要的坑塘、濕地、園林等水生態(tài)敏感地區(qū)，維持其水的涵養(yǎng)性能。同時，在城鄉(xiāng)規(guī)劃建設過程中，實現寬廣的農村原野和緊湊的城市和諧并存，人與自然和諧共處，這是實現可持續(xù)發(fā)展重要的、甚至是唯一的手段。

第四，水生態(tài)環(huán)境的修復。這種修復立足于凈化原有的水體，通過截污、底泥疏浚構建人工濕地、生態(tài)砌岸和培育水生物種等技術手段，將劣Ⅴ類水提升到具有一定自凈能力的Ⅳ類水水平，或將Ⅳ類水提升到Ⅲ類水水平。

第五，建設人工濕地。濕地是城市之腎，保護自然濕地，因地制宜建設人工濕地，對于維護城市生態(tài)環(huán)境具有重要意義。以杭州的西溪濕地（見圖3）為例，原來當地農民養(yǎng)了3萬多頭豬，并把豬糞作為肥料直接排到濕地里去，以增加濕地水藻培養(yǎng)的營養(yǎng)度來增加魚的產量，造成了水體嚴重污染。后來重新規(guī)劃設計為濕地景區(qū)，養(yǎng)豬場變成了充滿自然野趣的休閑勝地，更重要的是，出水口水體的COD濃度只有進水濃度的一半，起到了非常好的調節(jié)削污作用。整個濕地像一個大地之腎，把水里的營養(yǎng)素留下來，滋養(yǎng)當地的水生植物和魚類，雖然魚的產量可能會下降，但品質得到了提升，生態(tài)魚比市場上的普通魚價格提高了一倍。

圖3 杭州西溪濕地

2.2城市規(guī)劃區(qū)海綿城市設計與改造

海綿城市建設必須要借助良好的城市規(guī)劃作為分層設計來明確要求(見圖4)。

第一層次是城市總體規(guī)劃。要強調自然水文條件的保護、自然斑塊的利用、緊湊式的開發(fā)等方略。還必須因地制宜確定城市年徑流總量控制率等控制目標，明確城市低影響開發(fā)的實施策略、原則和重點實施區(qū)域，并將有關要求和內容納入城市水系、排水防澇、綠地系統、道路交通等相關專項或專業(yè)規(guī)劃。

第二層次是專項規(guī)劃。包括城市水系統、綠地系統、道路交通等基礎設施專項規(guī)劃。其中，城市水系統規(guī)劃涉及到供水、節(jié)水、污水（再生利用）、排水（防澇）、藍線等要素；綠色建筑方面，由于節(jié)水占了較大比重，綠色建筑也被稱之為海綿建筑，并把綠色建筑的實施納入到海綿城市發(fā)展戰(zhàn)略之中。城市綠地系統規(guī)劃應在滿足綠地生態(tài)、景觀、游憩等基本功能的前提下，合理地預留空間，并為豐富生物種類創(chuàng)造條件，對綠地自身及周邊硬化區(qū)域的雨水徑流進行滲透、調蓄、凈化，并與城市雨水管渠系統、超標雨水徑流排放系統相銜接。道路交通專項規(guī)劃，要協調道路紅線內外用地空間布局與豎向，利用不同等級道路的綠化帶、車行道、人行道和停車場建設雨水滯留滲設施，實現道路低影響開發(fā)控制目標。

　　第三層次是控制性詳細規(guī)劃。分解和細化城市總體規(guī)劃及相關專項規(guī)劃提出的低影響開發(fā)控制目標及要求，提出各地塊的低影響開發(fā)控制指標，并納入地塊規(guī)劃設計要點，并作為土地開發(fā)建設的規(guī)劃設計條件，統籌協調、系統設計和建設各類低影響開發(fā)設施。通過詳細規(guī)劃可以實現指標控制、布局控制、實施要求、時間控制這幾個環(huán)節(jié)的緊密協同，同時還可以把頂層設計和具體項目的建設運行管理結合在一起。

　　低影響開發(fā)的雨水系統構建涉及到整個城市系統，通過當地政府把規(guī)劃、排水、道路、園林、交通、項目業(yè)主和其他一些單位協調起來，明確目標，落實政策和具體措施，見圖5。

具體來講，要結合城市水系、道路、廣場、居住區(qū)和商業(yè)區(qū)、園林綠地等空間載體，建設低影響開發(fā)的雨水控制與利用系統。LID設施及其相應的功能、控制目標等見表1。

一是在擴建和新建城市水系的過程中，采取一些技術措施，如加深蓄水池深度、降低水溫來增加蓄水量并合理控制蒸發(fā)量，充分發(fā)揮自然水體的調節(jié)作用。在我國新疆一些地區(qū)年降雨量僅為50 mm，蒸發(fā)量卻高達4500 mm，當地民眾自古以來就使用坎兒井來輸送水，由于水溫低、又能避免陽光照射，從而達到降低水蒸發(fā)損失的目的。

二是改造城市的廣場、道路，通過建設模塊式的雨水調蓄系統、地下水的調蓄池或者下沉式雨水調蓄廣場等設施，最大程度地把雨水保留下來。在一些實踐中，實現了道路廣場的透水地面比例≥70%，下凹式綠地比例≥25%，綜合徑流徑流系數≤0.5。

三是在居住區(qū)、工商業(yè)區(qū)LID設計中，改變傳統的集中綠地建設模式，將小規(guī)模的下凹式綠地滲透到每個街區(qū)中見圖6，在不減少建筑面積的前提下增加綠地比例，可實現透水性地面≥75%，綠地率≥30%（其中下凹式綠地≥70%），徑流系數≤0.45。
圖6 傳統綠色系統與海綿城市綠色系統建設模式對比

四是在園林綠地采用LID設計，綠地的生態(tài)效益更加明顯。在海綿城市建設實踐中，通過建設滯留塘、下凹式綠地等低影響開發(fā)設施，并將雨水調蓄設施與景觀設計緊密結合，可以實現人均綠地面積≥20m²、綠地率≥40%、綠化覆蓋率≥50%。、透水性地面≥75%（其中下凹式綠地≥70%）的目標，徑流系數可以控制在0.15左右。同時，收集的雨水可以循環(huán)利用，公園可以作為應急水源地。根據日本的抗震經驗，每一個城市公園都建有雨水調蓄池，可以供應周邊居民3天的用水量。中國城市科學研究會水技術中心也推出了一些先進技術，例如，通過在池底鋪設表面經過處理的砂層，沙地雨水處理池的含氧量比普通池提高3倍，從而能長久保持水的新鮮度。

2.3建筑雨水利用與中水回用

在海綿城市建設中，建筑設計與改造的主要途徑是推廣普及綠色屋頂、透水停車場、雨水收集利用設施，以及建筑中水的回用（建筑中水回用率一般不低于30%）。首先，將建筑中的灰色水和黑色水分離，將雨水、洗衣洗浴水和生活雜用水等污染程度較輕的“灰水”經簡單處理后回用于沖廁，可實現節(jié)水30%，而成本只需要0.8～1元/m³。其次，通過綠色屋頂、透水地面和雨水儲罐收集到的雨水，經過凈化既可以作為生活雜用水，也可以作為消防用水和應急用水，可大幅提高建筑用水節(jié)約和循環(huán)利用，體現低影響開發(fā)的內涵。綜上，對于整體海綿建筑設計而言，為同步實現屋頂雨水收集利用和灰色水循環(huán)的綜合利用，可將整個建筑水系統設計成雙管線，抽水馬桶供水采用雨水和灰水雙水源。

既然可以做到建筑中水回用，那么在城市中市政污水再生水更有利用價值。通過敷設再生水專用管道，就能夠實現再生水的有效利用，從而能大幅降低對水資源的需求。以北京市政部門測算，如果80%的建筑推廣這種中水回用體系，市政污水的1/3能作為再生水利用，該市每年約可節(jié)木12億m³，相當于南水北調工程供給首都的總水量。

3深化海綿城市（LID）五項展望

3.1引入彈性城市和垂直園林建筑的精細化設計

建筑是城市最基礎的細胞，如果建筑對雨水能呈現海綿特性，那么城市離“海綿”也就不遠了。這里需要引進彈性城市和園林建筑的設計理念。

一是引入彈性城市的設計理念。彈性城市（Resilient City）是目前國際上非常流行的概念。所謂彈性城市，是指城市能夠準備、響應特定的多重威脅并從中恢復，并將其對公共安全健康和經濟的影響降至最低的能力（Wilbanks T, Sathaye J, 2007）。聯合國建議打造彈性城市 應對自然災害，城市必須在制定低碳可持續(xù)發(fā)展路線的同時，采取措施提高其彈性應對的能力。彈性城市涉及方方面面，從城市應對氣侯變化引起的水資源短缺的彈性來看，一旦把水循環(huán)利用起來，每利用一次就等于水資源增加了一倍，利用兩次就增加了兩倍，以此類推。如果通過反滲透等技術，實現水資源的N次利用，就可以做到城市建設與水資源和諧發(fā)展，這就是一種“水資源彈性”。新加坡目前就已經達到了此類“彈性城市”的標準。該國從馬來西亞調水基本上作為一種水保障，并把調來的水加工成純凈水反銷到馬來西亞去；在本國內，則通過中水回用、海水淡化、雨水利用，基本能滿足民眾生活和產業(yè)用水問題，這就是N次用水的一種體現?？傊?，彈性城市在水方面的要求，就是盡管外界的水環(huán)境發(fā)生了變化，都可以保持城市供水系統的良好運轉，這也是現代科學技術對解決城市水資源短缺的一種創(chuàng)新。

二是結合園林設計的理念。如果把中水和雨水在建筑中的充分綜合利用，就可以把整個園林搬到建筑上去，即垂直園林建筑。這種建筑整體上呈現出海綿狀態(tài)，能將雨水充分收集利用，實現中水回用，排到自然界中的水體污染物幾乎等于零，所有的營養(yǎng)素都能在建筑內循環(huán)利用，并且綠色植物還能夠固定二氧化碳。如果城市廣泛推廣垂直園林建筑，不僅可顯著減少地表水徑流量，而且會營造出一個非常美妙而且可以四季變化的城市景觀。

3.2海綿城市（社區(qū)）結合水景觀再造

海綿建筑推而廣之就是海綿社區(qū)?？焖俪擎?zhèn)化到來之前，我國許多地方曾經有過良好的城市水景觀被稱之為“山水城市”，當代城市規(guī)劃師應該傳承歷史文化，回歸社區(qū)魅力，增加社區(qū)的凝聚力。通過由下而上的再設計，將社區(qū)水的循環(huán)利用和景觀化、人性化相融和，并結合特定的歷史文化，開展海綿社區(qū)建設，見圖7。

圖7 海綿城市（社區(qū)）結合水景觀再造

與此同時，海綿社區(qū)建設可以激發(fā)起居民愛護水環(huán)境、呵護水環(huán)境、敬重水環(huán)境的心態(tài)，實現人類與自然水生態(tài)和諧相處的目標。以杭州為例，杭州曾經有一條浣紗河，傳說是當年西施浣紗的河流。這條河穿過許多社區(qū)，如果把文化融入到浣紗河水景觀復建，完全可以再現當年人水和諧美景，留住這段美妙的記憶，而且能夠控制水污染，最大程度地減少了對水環(huán)境的影響。

3.3引入碳排放測算

　　我國是世界上最大的碳排放國，國務院已決定建立中國特色的碳交易市場，在我國內部首先實現公平的碳排放權交易。海綿城市建設能夠在很大程度上減少碳排放，因為我們傳統的外地調水特別是長距離供水需消耗大量的能源資源，屬高碳排放的工程。美國南加州和舊金山灣地區(qū)的城市化區(qū)域通過實施低影響開發(fā)技術，碳減排效果十分顯著，見表2（NRDC， A ClearBlue Future, 2009），按照碳減排的程度分成低中高三個級別，可以看到，高影響條件下，每年的碳減排量非常巨大。如果把海綿城市建設模式引發(fā)碳減排拿到碳交易市場上進行交易，變成現金，則可以有效減少項目的投資，形成穩(wěn)定持久的投資回報。

3.4分區(qū)測評、以獎代補、獎優(yōu)罰劣

我國地域遼闊，氣候特征、土壤地質等天然條件和經濟條件差異較大，城市徑流總量控制目標也不同。住房和城鄉(xiāng)建設部出臺的《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統構建（試行）》對我國近200個城市1983～2012年日降雨量統計分析，將我國大陸地區(qū)大致分為五個區(qū)，并給出了各區(qū)年徑流總量控制率α的最低和最高限值，即I區(qū)（85%≤α≤90%）、Ⅱ區(qū)（80%≤α≤85%）、Ⅲ區(qū)（75%≤α≤85%）、Ⅳ區(qū)（70%≤α≤85%）、Ⅴ區(qū)（60%≤α≤85%），見圖8。

圖8 我國大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)

根據我國的年徑流總量控制率分區(qū)，建立評測體系，研究充分利用中央財政資金以獎代補、獎優(yōu)罰劣的方式，加快引導和推動各地海綿城市建設。

3.5海綿城市建設智慧化

海綿城市建設可以與國家正在開展的智慧城市建設試點工作相結合，實現海綿城市的智慧化，重點放在社會效益和生態(tài)效益顯著的領域，以及災害應對領域。智慧化的海綿城市建設，能夠結合物聯網、云計算、大數據等信息技術手段，使原來非常困難的監(jiān)控參量，變得容易實現。未來，我們將實現智慧排水和雨水收集，對管網堵塞采用在線監(jiān)測并實時反應；通過智慧水循環(huán)利用，可以達到減少碳排放、節(jié)約水資源的目的；通過遙感技術對城市地表水污染總體情況進行實時監(jiān)測；通過暴雨預警與水系統智慧反應，及時了解分路段積水情況，實現對地表徑流量的實時監(jiān)測，并快速做出反應；通過集中和分散相結合的智慧水污染控制與治理，實現雨水及再生水的循環(huán)利用等。

此外，建筑智慧化方面，可以通過公共建筑水耗在線監(jiān)測，顯示公共建筑水耗、能耗的排名情況。根據試點城市調查，建筑單位面積水耗最高和和最低相差十倍之多，有的建筑由于設計和運維問題，水管出現了嚴重的漏損，這些缺陷都可以通過公共建筑水耗在線監(jiān)測系統診斷出來。將水耗情況在媒體進行公開排名，有助于和產權單位清楚的認識水耗情況，主管部門可以要求對水耗最高的建筑進行強制性改造，明確控制性指標性和針對性措施，從而推動整個城市的水循環(huán)利用和用水效率得到提升。在這方面，新西蘭和澳大利亞做得非常好，低影響雨水設計系統通過數字模型和信息化技術的精細化管理，能夠把GIS、云計算這些技術落實到位，并將其作為一種手段，使海綿城市智慧起來，見圖9。

圖9 新西蘭低影響開發(fā)雨水系統設計

智慧的海綿城市是逐步推進的（見圖10）。比如，通過網格化、精細化設計將城市管理涉及的事、部件歸類，系統標準化等使現場管理反應快、準、好。在此基礎上，再推行城市公共信息平臺建設，通過智慧城管平臺，主動發(fā)現問題，并有預見性地應對。最后，通過物聯網智能傳感系統，實現實時監(jiān)測。通過以上這些優(yōu)化設計，可以使我國城市迅速地、智慧地、彈性地來應對水問題。智慧的海綿城市離不開這樣一個循環(huán)：信息的監(jiān)測收集→信息的傳輸→準確地指揮→迅速地執(zhí)行→對結果進行反饋修正。這樣一種信息的循環(huán)利用模式，可以使海綿城市能夠非常高效和智慧地運行。

圖10 智慧海綿城市逐步推進示意

4結論

（1）城鎮(zhèn)是水體污染最重要的源頭，通過海綿城市（LID）建設使城市成為應對水污染的主戰(zhàn)場，是解決水資源短缺的希望之地。

（2）海綿城市（LID）概念內涵仍在發(fā)展之中，創(chuàng)建具有中國特色的海綿城市理論、規(guī)范、標準任重道遠。住房和城鄉(xiāng)建設部已經頒布了海綿城市建設技術指南，但這還遠遠不夠，需要大家在實踐中不斷探索并適時修訂。

（3）海綿城市（低影響開發(fā)）規(guī)劃與智慧水務是協調海綿城市各單元有效運行的兩大系統工程。如果說海綿城市規(guī)劃是“推”，海綿智慧則是“拉”，“一推一拉”能夠將整個海綿系統有效地協調起來，既不產生浪費，也不至于出現信息孤島。因此，“一推一拉”兩大系統是非常重要的系統設計。

（4）要把海綿城市系統從大到小劃成四個子系統，即區(qū)域、城市、社區(qū)、建筑，這四層次系統低影響開發(fā)的側重點不同，需要上下結合推進系統創(chuàng)新。

（5）根據年徑流總量控制率分區(qū)，建立科學合理的城市“海綿度”測評體系并給予獎勵引導尤為重要。加快引導和推動整個海綿城市蓬勃發(fā)展，走出一條中國特色的海綿城市建設健康發(fā)展之路。

原載：《給水排水》雜志第3期。

來源：《給水排水》雜志官方，號：wwe1964

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