基于水循环特征分析视角的海绵城市建设思考

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　　摘  要：文章基于对“海绵城市”建设内涵解读，以水循环自然运行机制为着眼点，分析引起城市水文问题失衡的主要原因。对标“海绵城市”建设目标，提出了以修复城市自然水循环体系为原则的技术路径以及相应的对策方法，包括构建宏观区域水文安全格局、推动市地区水文生态网络修复、打造社区微型“海绵体”建设等，以促进城市低环境影响发展。
　　关键词：海绵城市;水循环特征;建设策略
　　中图分类号：F203         文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）27-0126-02
　　Abstract： Based on the interpretation of the construction connotation of "sponge city"， and focusing on the natural operation mechanism of water cycle， this paper analyzes the main causes of the imbalance of urban hydrological problems. Aiming at the construction goal of "sponge city"， this paper puts forward the technical path based on the principle of repairing urban natural water cycle system and the corresponding countermeasures， including the construction of macro-regional hydrological safety pattern， promoting the restoration of hydroecological network in urban areas， and building community micro "sponge" construction， in order to promote the development of urban low environmental impact.
　　Keywords： sponge city; characteristics of water cycle; construction strategy
　　快速城鎮化下气候问题和生态污染等自然灾害对全球各城市造成了愈来愈严重的冲击，中国城镇引发了旱涝并存的境况愈加突出。面对水资源约束趋紧引发一系列的社会、经济、生态问题，我国在借鉴国外治水经验、重新审视工业水文管理利弊的基础上，提出中国化的治水策略——“海绵城市”。2014年，政府正式印发了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，在官方文件中“海绵城市”的概念被明确提出，代表着生态雨洪管理思想和技术方法从学术走向实践，促进城乡低环境影响的建设发展。
　　1 水循环的原理与特征
　　1.1 水循环原理
　　受太阳辐射及地心引力等的影响，水不断蒸发、输送、凝结和降落的往返运动过程，被称为水循环[1]。循环总量就是地球降水总量或者是蒸发总量，两者之间保持等量，是自然地理环境中最主要的物质循环。与人类最直接相关的是发生在陆地的水循环，也称为流域水循环。除了大气过程在流域上空有输入输出外，陆地水循环的地表过程、土壤过程和地下过程基本上都以流域为基本单元[2]。
　　1.2 自然系统中的水循环过程
　　水循环一般包括蒸发、降水和径流三个阶段，具体分为水分蒸发、水分输送、凝结降落、水分下渗、径流五个环节，其中水分的蒸发、下渗或汇入径流是水循环中最主要的交换、迁移过程，也是受人类活动影响最明显的环节。水循环在广域尺度上具有动态性、闭合性、总量平衡和能量守恒的特点。
　　1.3 城市地区的水循环特征
　　在没有人类干扰或影响甚微的情况下，水循环仅受到太阳辐射和重力势能等能量驱动，称为“一元”水循环。随着人类改造自然的能力日渐趋强，水循环的自然模式也被大大改变， 其中干预和影响最大的地区是人口集聚度高、地表硬化规模大的城市化地区，这些地区的水循环呈现出愈来愈强的“自然-人工”的二元特性[3]。
　　受到人类经济社会活动的影响，城市水循环路径呈现出自然循环和社会循环的二元化特点。各种人类活动不仅对自然水循环路径产生了显著干预，而且建设了庞大复杂的人工渠系和城市管网系统，形成了“取水-输水-用水-排水-回归”等的社会循环路径，对自然水循环中的蒸发、降水和径流过程产生影响，存在对立统一的关系。
　　2 水循环视角下海绵城市建设的问题与不足
　　2.1 海绵城市的涵义
　　海绵城市主要是从城市雨洪管理角度来描述的一种可持续性的城市建设模式。住建部《指南》以及学者仇保兴对“海绵城市”给出了明确的定义，即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”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，使现代城市保持应对气候变化、极端降雨的防灾减灾、维持生态功能的良好能力[4]。
　　2.2 海绵城市建设的主要问题与不足
　　（1）过度的人工活动干扰水循环结构。当今高度工业化和城市化发展，城市中修筑了超大规模的硬化区域以及大量灰色工程型设施，除零星的绿地及天然水体之外，几乎被密不透水的“硬壳”所覆盖，阻隔了雨水的下渗和地下水补给，干扰了水循环结构。同时，“灰色基础设施”规划的传统理念以雨水快排入管网为首要原则，也忽视了水自循环体系的维护，所在地区的水系统自循环功能逐步退化、甚至出现水系统的失衡。（2）工业污染给水循环与水生态安全带来严重威胁。工业化发展粗放时期的水体污染问题。工业排污严重影响着地表水质，地表径流变脏、粘稠，化学残留物增加;有时油污排放污染水体，水面的油膜影响着水体的自然蒸发，过量使用的化肥对土壤的污染，给水循环及水生态安全造成了严重的威胁。（3）流域性水资源分布不均引发了水循环的失衡。快速城镇化进程中由于流域性水资源分布不均引发水循环失衡问题同样值得关注。由于河流流域缺乏水资源统筹规划，各地区为自身利益，拦水蓄坝，导致区域性径流分布减少，地下径流以及地表径流的水量交换减少，地下水位下降，引发水资源紧张，影响水循环的正常运行。 　　2.3 水循环视角下海绵城市建设的技术路径
　　水循环包含“蒸发-输送-凝结-降落-下渗、径流”的自然循环体系和“取水-输水-用水-排水-回归”的社会循环系统。因此，海绵城市建设首先应重点加强对雨水系统的调节，通过雨水的渗透、存蓄、中水利用等扩大水资源容量，改善城市的水生态与水景观，实现环境功能、社会功能和经济效益三位一体的发展目标。
　　其次，传统雨水管理依赖管渠等“灰色”基础设施，突出以排为主的雨水管理模式。海绵城市建设遵循生态理念，利用“渗、滞、蓄、净、用、排”等生态化方法，采用自然土壤或人工材料增加透水地面、强化雨水下渗、减少地表径流、过滤和截留污染物;利用植物和适当水面强化雨水蒸腾、蒸发;利用自然洼地、水系和人为设计的具有滞蓄功能的绿地、景观水体、湿地等开放空间对雨水水量进行控制和削减，减少径流外排，削减峰值[3];将原本“工程治水”转变为“生态治水”。
　　再者，需要重视水循环的自然运行机制。在区域尺度，加强流域性水资源的保护和合理利用;在城市尺度，要提高城市化地区水体、土体、植被等在地表的分布密度，使水循环的蒸发、下渗、径流等维持协调和平衡，尽量减少人类活动对水自然循环系统的干预，有序推动宜居、和谐、安全的人居环境建设。
　　3 海绵城市建设的策略思考
　　3.1 区域尺度上构建宏观水文安全格局
　　应对流域范围内城乡经济社会发展的需要，首先应加强区域水生态环境的调查与保护，对水生态资源进行普查与评估，理清区域内水文资源环境禀赋和格局分布，进一步确定水资源利用的空间管制策略，明确敏感脆弱空间、受损空间等重点水文修复空间的管控要求。其次，加强水资源合理配置和有序利用的统筹研究，遵循公平、高效和可持续原则，抑制不当开发，优化水利工程规划布局，科学安排各类水利工程的规模和建设时序。第三，坚持水资源环境保护的整体性原则，维护地形地貌与地质安全，维护动植物保护、生态敏感地区以及山水格局、河流水系、湿地系统等具有关联意义的生态子系统，构建综合安全的生态格局，对保障局部地区的水文安全具有重要意义和价值。
　　3.2 城市地区尺度上促进水文生态网络修复
　　首先应重视发挥生态廊道对各生态区域联系或区别的功能，使分散的、破碎的斑块整合形成网络格局，成为更具规模和多样性的生物栖息地，为生物迁移、水资源调节提供必要的通道与网络。其次，城市地区中市政走廊、河流及支流、溪流、灌渠、引水渠、生态边沟、绿篱、农田林带、防护林等具有廊道特质，海绵城市构建应当重视提升各类开放空间的生态功能，增加蓝线尺度与规模、修复传统水网格局。第三，辅以人工手段，加强雨水收集、调蓄與再利用，适度发展城市中水系统，满足地区景观用水、绿化用水、市政环卫用水及地表径流的生态补水等需求，提高水资源的使用效率。第四，改变传统场地排水的规划理念，避免大规模的有组织管道排水，调整为以自然排放、土体渗透以及水体、湿地等的自然存蓄为先，冗余部分管道排放，最大限度维护水循环的自然机制。
　　3.3 街区地块尺度上推动微型“海绵体”建设
　　利用环境设施、道路与场地、绿化与水体、建构筑物等空间载体，街区地块尺度上积极推动低影响开发的社区建设，形成无数微型“海绵体”。首先社区规划应进一步减少地面硬化率，加强街区内广场等硬化区域渗水沟漕、泄水通道等细部设计，硬化区域尽量使用透水材质，建设透水停车场、透水性路面等，提高综合透水率。第二，增加地表土壤覆盖，增加街区环境绿地总量，将传统大规模集中式绿地化整为零，分散嵌入社区各角落，形成小规模绿地，使雨水能够就近、快速、自然的渗透。第三，有条件的住区设置可淹没或滞留水份的下凹式绿地，建设湿地景观，以对冗余雨水进行收集存蓄;在场地设计中，也可将冗余雨水调蓄设施与景观水面相结合，通过截污、过滤、沉淀等处理转换为再生水，补充景观用水。
　　4 结束语
　　维护城市良性水循环是生态文明建设的重要内涵，也是海绵城市建设的重要目标。海绵城市建设应以维护水循环的自然运行规律为出发，在区域的水文安全格局、城市地区的水文生态网络修复以及街区地块的微型“海绵体”建设等维度修复自然循环机制，减少水循环中的人工干预，最终实现城市的低环境影响发展。
　　参考文献：
　　[1]刘昌明，王红瑞.浅析水资源与人口、经济和社会环境的关系[J].自然资源学报，2003，18（5）：635-644.
　　[2]王浩，贾仰文.变化中的流域“自然-社会”二元水循环理论与研究方法[J].水利学报，2016，47（10）：1219-1226.
　　[3]秦大庸，陆垂裕，刘家宏，等.流域“自然-社会”二元水循环理论框架[J].科学通报，2014（4）：419-427.
　　[4]仇保兴.海绵城市（LID）的内涵、途径与展望[J].建设科技，2015（1）：1-7.
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