海绵城市和可持续雨洪管理相关理论与实践研究

相巨虎+王晓玲+张+健+高万松

摘要：指出了随着低影响开发理念的发展以及城市地下水开采过度、城市内涝、水质污染、雨水资源流失等一系列复杂的雨水问题，国家提出《海綿城市建设技术指南》。综述了海绵城市的理论及和建设海绵城市的关键前提是可持续雨洪管理的系统规划及目标，并通过北京奥林匹克森林公园点型绿地海绵治理技术与丹麦哥本哈根暴雨管理两个案例分析了目前该理论目标下的实践研究。

关键词：海绵城市；雨洪管理； 奥林匹克森林公园； 哥本哈根暴雨管理

1 引言

低影响开发（Low Impact Development，简称 LID）孕育于西方发达国家20世纪七八十年代的雨洪管理实践中，美国马里兰州乔治王子郡的环境资源部在 1990年首次提出了在源头对径流进行控制的LID[1]，LID 是近年城市雨洪管理方面重要的发展趋势之一。随着低影响开发理念的发展以及我国城市地下水过度开采、水资源紧缺、水质污染、城市内涝、雨水资源流失等一系列复杂的雨水问题，破坏水资源循环体系，导致生态环境恶化。我国逐渐关注雨水资源的管理、开发、利用，于2014年10月住房和城乡建设部提出《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》。

2 海绵城市理论

2.1 海绵城市的概念

海绵城市在《海绵城市建设技术指南》中对其有界定：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[2]。海绵城市的建设时刻以生态环境为优先考虑因素，将城市绿地、景观设计与人工雨水控制利用措施结合，在确保城市雨水安全的情况下，把城市绿地和河道中的雨水收集、雨水渗透和雨水净化达到最大化，实现雨水的资源化和环境资源的保护，保护城市的水生态系统和自然生态环境。

2.2 海绵城市的本质

海绵城市的本质目标是城市建设与自然和谐发展的生态城市：可以“弹性适应”环境改变，同时能够保持原有的水循环和生态环境。海绵城市的理念发端于自然生态的水循环过程，优先利用自然生态手段，通过生态处理的方法对土壤、绿地、生态水景等雨水，进行自然下渗、存蓄、净化和回用，转变原有的城市建设发展模式和与大规模的灰色建设理念，将城市发展与生态环境保护结合起来，全面统筹协调发展。

2.2.1 生态性

自然界中的河流、湖泊、湿地等生态体系使之尽量维持在城市建设开发前的自然状态，达到地块开发前后水文条件不变的要求，实现低影响开发的目标。海绵城市的多项雨水设施如绿地、土壤渗透、屋顶绿化、生态水景都具有绿色生态的属性，对维护城市生态平衡，维护国家和地区的水生态安全，保持城市生态多样性都有着重要的意义，其打造的不仅是一块“城市海绵”，更是一块“绿色海绵”。因此，自然生态是海绵城市的一大特征。

2.2.2 弹性

弹性是海绵城市的一个本质特征。所谓弹性，主要针对的是将所有降雨量均匀、大面积地收集到城市的每个角落中，通过多种雨水调蓄收集手段，应对不同降雨量的天气。强降雨时启用所有的调节容积，弱降雨时只启用普通调蓄设施，具有良好的“弹性”[3]。当强降雨来临时，海绵体起到了一定的缓冲作用，降低了灾害的破坏性，将雨水均匀地收集到城市中。同时，城市需要水资源时，又可将收集的雨水释放加以利用，因此弹性与释放相呼应，是海绵城市的主要特征。

2.2.3 低影响开发模式（离散式）

海绵城市强调了分散式的源头控制的特征。改变原有的集中收集污水及雨水、集中处理、集中回用等集中式模式。庞大的管网、大型处理厂都难以应对暴雨带来的灾害，目前很多城市仍然是这样的现状才会出现“城市看海”的景象。海绵城市就是要求雨水分散地收集在城市中大大小小、形态各异的城市海绵体中，不仅能有效降低暴雨灾害的损失，同时补充地下水。因此，海绵城市是从原先雨水集中后直排到分散式蓄留的一种理念的转变，是低影响的开发模式。

3 海绵城市的雨洪管理规划

城市海绵体具有吸收雨水的功能，形式多种多样，存在于城市的每个角落。海绵城市规划建设是一项系统工程，所涉及方面和达成的目标是复杂多样的，不能依靠单一的学科知识或理论体系完成，因此是一项综合复杂系统的工程。建设海绵城市不仅需要园林相关的规划设计，还需要城市绿地系统规划，更涉及到城市市政建设设施的规划和实施。

3.1 综合规划

城市的水生态循环系统是一个整体，单一的规划或按小区域进行设计无法形成安全的、完整的水生态系统。因此，海绵城市的雨洪管理规划不仅需要水利专业的专业技术，还需要其他相关专业相互配合，包括园林、城市规划及环境工程专业等。雨洪管理系统不再是单一方面的排水管网、处理设施等专业内容，而是包括城市中的水体、道路、建筑、绿地、场地等多方面系统相结合。它们在海绵城市建设体系中相互协调共同作用，所以建设海绵城市体系必须全面综合的规划，连接各个专业及学科，对城市的水生态系统进行综合分析并提出对策，从而解决城市水资源缺乏以及暴雨时的城市内涝和水质污染等多方面雨水问题。

3.2 控制径流的源头及污染

在源头处控制径流的产生和污染是实现海绵城市的关键措施。通过生态基础设施的建设，在降雨时收集雨水，例如城市中的绿地、场地、道路、建筑屋顶、渗透地面的源头处，使用多种措施来过滤、处理、储存雨水。充分利用土壤和植物对雨水的渗透、吸收作用以控制和处理径流，从而消减城市的排水问题。尽量维持场地与开发前的水文特征相同，降低硬质铺装面积，保护场地内的开放空间，缓解暴雨时雨水地表径流带来的排水压力，并确保能够下渗补给地下水资源。同时，将场地雨洪管理技术设施与景观设计相结合，提高渗透效率，既发挥景观的生态功能，又改善生态环境。

4 海绵城市实践案例

4.1 奥林匹克森林公园

奥林匹克森林公园位于北京市朝阳区的佳里地区，是典型的城市化绿地，一直以来是容易积水的地方。作为北京市主要的城市公園，不仅为市民提供休闲娱乐场所，更是北京市的抗洪重点地区。奥林匹克森林公园的雨水管理规划基于海绵城市的理念，采用了多种吸水、蓄水、渗水、净水的技术，建设成典型的局部海绵体。是在北京市降雨特点和区域雨水控制要求的基础上进行的。园区内和园区外的不透水面产生的雨水径流通过收集、储存，最终排向园区内的河流或市政管网中，同时绿地中对雨水径流进行过滤、净化储存。

4.1.1 洪涝控制与径流控制的规划目标

森林公园区域根据防洪调度和雨洪设计方案，低于50年一遇洪水量时，全部雨水滞留在湖区内；超标准洪水或主湖换水时，向外排水。主湖退水时经连过通闸推入洼里湖，再流经清河导流渠、仰山大沟最后排入清河。通过增加绿地、下沉空间等区域加强雨水的收集、储存[4]。

4.1.2 水质净化

采用自然生态水景水质净化技术处理收集后的雨水。通过人工接种的微生物，具有净化功能的水生植物、水生动物、底泥动物和微生物系统等，及植物、动物、微生物相结合的复合生态系统的生物降解功能，控制藻类爆发，达到高效率、低成本、效果好的净化水质目的。同时运用全新的技术方案解决再生水作为水体的主要水资源，导致水体更容易富营养化的问题，在中心区建设循环系统包括高效过滤和强化除隣新技术，还包括人工湿地，通过控制氮、隣的含量来净化水质，增加水的流动性；通过以上先进处理技术使奥运水系建成具有自然净化能力，同时具有生态的、自然的水景系统，实现节能环保与水质净化双重功效。

4.1.3 雨水资源利用

充分利用绿地、渗透地面、广场、收集的雨水，补充绿地、水系的部分水量消耗；绿地、停车场、透水铺装地面雨水以自然下渗为主。雨水通过各区域的雨水收集系统就地分散回收到调蓄池，处理净化后就近回用于绿地灌概，或就近排入水系，有效利用雨水资源。中心区雨水综合利用量可超过80%，森林公园雨水资源综合利用量可超过85%。

4.2 丹麦哥本哈根的暴雨管理规划

丹麦哥本哈根的城市暴雨管理规划是对城市的雨水管理进行新的规划实践，也是应用海绵城市理念进行规划设计的经典案例。通过设计各种雨洪管理街道和中心雨水滞留区域，将城市各种雨水降落空间都包含在设计中，以有效地控制和利用整个城市的雨水资源。

哥本哈根市曾经出现过多起暴雨淹没城市的灾害事件，因此对城市的雨洪管理非常重视，控制规划设计为大雨，可以处理100年重现期的设计暴雨，设计的城市主要街道和绿地区域可以接收的最大雨水深度达10 cm。基于海绵城市理论的暴雨规划，除了在地面之下处理收集雨水，同时利用绿地收集处理地面上的雨水，着重收集和利用，非直接将雨水径流全部排放于管网。在收集雨水的同时重点分析整个城市的场地，区分出地势高和地势低的区域，尽量将雨水控制在地势高的地区，通过各种设计灵活的排水系统解决地势低的地区雨水滞留的问题。应对暴雨的雨水管理规划最重要的措施就是将雨水进行就地解决，提出了暴雨街道、滞留街道、绿色街道以及中心滞留区这四个主要的雨水控制区域，针对每个区域实施相应的雨水收集处理措施。

5 结语

海绵城市的提出基于国内近些年研究低影响开发模式，雨洪管理的相关理论，是积极应对我国国情现状的有效措施，通过北京奥林匹克森林公园和丹麦哥本哈根市两个案例来阐述了海绵城市的应用实践。海绵城市的提出是一个阶段性成果，无论是理论研究还是实践研究仍处于起步阶段，充分学习国外先进的理论实践并结合我国广大地区实际现状发展出适应我国各区域和社会发展的海绵城市体系和实践研究，使海绵城市理论

参考文献：

[1]宋珊珊，基于低影响开发的场地规划与雨水花园设计研究[D].北京：北京林业大学，2015：42～43.

[2]住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南：低影响开发雨水系统构建[R].北京：住房和城乡结合部，2014（10）.

[3]苏荇霄.基于海绵城市视角的深圳市口袋公园提升模式与方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015：3～5.

[4]北京市水利规划设计研究院.北京奥林匹克公园水系及雨洪利用系统研究：设计与示范[M].北京： 中国水利水电出版社，2009.