南方沿海城市海绵城市建设系统策略探索

孙 波，谢水波，刘 慧

(1.南华大学建筑学院，湖南 衡阳 421001；2.南华大学土木工程学院，湖南 衡阳 421001)

海绵城市是对城市像海绵一样对雨水进行“吸、蓄、净、排”等功能的形象描述，其起源是美国的低影响开发和最佳管理措施[1]，但又不同于英国的可持续排水系统(注重通过可持续排水系统来解决暴雨洪水问题)，以及澳洲的水敏感性城市(通过可持续水资源管理系统来充分增加其额外价值以及减少建设成本)[2]，其集成了我国自古以来的多种技术[3]，通过以人为主，以景观为载体，与城市生态系统相结合，顺应自然，实现人与自然和谐生存和发展[4- 6]。

国家推出的两批30个海绵城市试点城市，大多分布于社会经济条件较好地区，或多为易于管控的新区。但我国地域辽阔，各地区、城市之间地理、水文、人文等条件存在较大差异，因此各区域存在的问题及海绵城市建设的侧重点也有所不同。嘉兴、常德等地形平坦、河网密集的城市以排水防涝为主[7- 8]；而重庆、济南等多山城市则多重于山体截蓄、保持水土、恢复植被[9- 10]；对于西宁、固原这类西北干旱地区且深受黄土下渗问题严重困扰的城市而言，则注重于雨水下渗及回收利用[11]；而深圳、珠海、三亚这类沿海、深受台风等季风因素影响的沿海城市又面临着不同的问题。

在海绵城市建设过程中，一方面要避免对海绵城市建设理论及技术的“一刀切”[12]，另一方面，要认识到南方沿海其独特的地理人文环境以及海绵城市建设基础差异。本文以深圳市为例，通过分析其在城市发展过程中出现的问题以及海绵城市建设中面临的困境，探讨以深圳为代表的南方城市，尤其是南方沿海城市的海绵城市建设系统策略。以期为之后该类型地区城市的海绵城市建设提供有效的参考和借鉴。

1 研究区域概况

深圳市陆域总面积1952.84km2，总体地势东南高、西北低，大部分为低山、平缓台地和阶地丘陵，深圳市属于南亚热带海洋性季风气候。多年平均22.4℃，深圳市日照强，全年日照时数1933.8h，日照百分率44%。深圳市雨量丰沛，干、湿季分明，多年平均降雨量1837mm，最大日雨量为344.0mm，年降雨日为144天。

从地带性成土条件看，深圳的土壤主要为赤红壤，其沿海地区还分布有滨海盐渍土，平原地带多为潮沙泥土、水稻土等。

2 当前面临的问题

2.1 城市水体污染虽有好转，但未根本改善

随着深圳市污水管网及污水厂、污泥处置设施的快速建设，至2017年底，深圳市污水处理率达到96.81%，除此之外，还建成人工湿地和快渗系统等生态化的污水处理设施，对改善城市水环境起到良好的作用。城市的点源污染得到了有效的控制。

快速的城市化在短时间内带来了大量的公共基础设施和市政设施建设，但城市建成区排水体制并不完善，部分未集中开发建设区域缺少污水管网覆盖，合流制与分流制并行，且部分合流制排水管渠下游并未设置截污系统，现状污水的排入导致水环境污染的现象；同时旧的管网系统混乱，存在大量断头管和错接乱排管现象，合流、错接的管网导致排口雨水污染严重，严重影响接纳水体水质。通过截污、雨污处理系统建设，提高了城市雨污控制水平，使得此前主要城市点源污染得到有效控制，面源污染成为解决城市水环境恶化所面临的主要问题。

随着城市的快速发展，城市的硬质下垫面不断增加，导致雨水所含的污染物浓度增加，初期雨水得不到充分处理，水体污染加重，导致面源污染加重。

2.2 排水防涝压力大，水安全仍存隐患

深圳市共有内涝点约446处，主要集中在高风险及中风险区，主要分布在道路交叉口、旧村、立交桥底等区域。由于这些地区地势低洼、排水不畅、河道水位顶托以及管道堵塞，同时由于区域填海造地行为导致海岸线外移，原有的排水通道设施作用减弱，从而加剧了内涝风险。

区域内由于雨水管渠建设年代不同，新旧雨水管渠建设标准相差较大，存在新建大管接往年建设的小管的情况，造成瓶颈现象，整个系统排水能力达不到设计标准。此外，部分排水设施老化和管道淤堵，逐渐丧失排水功能。城市化行为的过度频繁也降低了排水系统的过流能力。排水系统的规划起点不高、建设标准不高和管理不到位，易涝点治理投入不足、进度偏慢，管理职责不清，治理速度赶不上新增速度等原因也加重了深圳排水防涝压力。

由于极端气候的频繁发生、防洪边界条件的改变、管理机制尚待完善和信息化管理还有待加强等原因，防洪安全事故仍然偶有发生。

2.3 城市更新较快，市政设施建设压力大

快速的城市化进程使得城市在发展过程中面临土地资源短缺等问题，2010年以来，随着城市更新项目的开展，许多大体量的城市更新项目正在建设之中，现有场站的设计并没有充分考虑城市更新带来的增量，所能提供的余量越来越小。建筑总量的剧增必定带来市政场站和管网系统的巨大压力。包括区域污水处理厂以及再生水厂基本处于满负荷，随着区内污水量的逐步增加，现有的市政设施不堪重负。图1为政府部门申报城市更新计划情况。

图1 政府部门申报城市更新计划情况(数据来源：深圳市城市更新局)

2.4 区域高强度开发，生态保育不足

城市用地从1990年139km2，增长到1996年342km2，年均增长达34km2，到2006年，城市建设用地增长到700km2，在这期间，城市建设用地保持着高强度、快速增长，在高强度开发下的雨水缺乏“渗、滞、蓄”空间，高密度建设带来的大面积硬化地面或造成严重的面源污染和雨水峰值提前，对水环境和管网造成巨大的压力。

在城市快速开发建设过程中，出现大量生态要素被蚕食的想象，从而致使原有的生态格局遭到破坏。不透水面的增加，路面以及铺装渗透能力的下降，使得地下水的补充路径被阻断，甚至形成路面积水等现象和内涝灾害；土壤含蓄水能力降低，地表漫流格局被打破，新的生态格局尚未形成体系，导致生态系统脆弱、生态功能无法发挥作用。过去几十年间城市建设中盛行的“快收快排”式雨水收集系统，使城市地表湿度降低，城市扬尘污染难以得到有效控制。

3 海绵城市建设系统策略

3.1 构建完整的海绵体系[13]

3.1.1开展自然海绵基底及滨海岸线的生态修复，增强河流自净能力

通过修复林地生态系统，进一步提高区内生态系统的服务功能，强化其对城市环境的支撑作用。保证河流旱季生态用水和滨岸植被缓冲带用地，修复水生态系统自然特征。

在保障防洪安全的基础上，对部分河道断面进行生态化整治，采用建设人工湿地、跌水曝气增氧、滨岸缓冲带建设等措施，分类推进驳岸改造，恢复河道的净化功能、调蓄功能、景观功能，增强河流自净能力，最大程度地发挥自然生态系统的净化功能。以入海河流河口地区为重点推进滨海海岸线修复工作。在河口地区严格控制影响河海交换的各类开发建设活动，逐步恢复入海河流河口地区生态资源。严格保护湿地，维护和营造适宜生境。

3.1.2涵养绿地系统，构建海绵体系基底

对于受到破坏的绿地、水体等生态要素，需强化绿地系统及水系统的生态保护与管理，以推进其修复重建进程。而对于重要的生态敏感区，通过构建以生态湿地公园、滨海活力公园、滨河带状公园、社区公园、郊野公园为标准的多层级“海绵公园”，涵养多级绿地系统，构建海绵体系基底。地块开发则通过小型分散的低影响技术措施，形成散点状绿地的同时，有效促进雨水下渗，恢复水文循环，构建海绵体系板块。

3.1.3划定河道保护控制线，加强水系保护

界定各等级河道保护控制线划定的对象，参考相关规划，并参照城市蓝线的划定标准及方法，在保证蓝线的法定以及权威性的前提下，确定分级划定标准。同时与城市规划进行用地协调，确定最终的河道保护控制范围，并达到“定性、定量、定位”的要求。行政管理部门需严格执行蓝线管理规定，严格禁止出现对绿地、水体等生态空间和生态要素的侵占和破坏行为。以此达到维护河流水系的自然性和生态的完整性、保障供水安全与防洪安全以及实现河流水系、水源工程保护在空间上的预先控制的目的。

结合水资源保护措施，继续强化水源保护区环境管理，开展饮用水源截污工程，清除违法建筑和菜地、果园，全面恢复一级水源保护区地表生态系统，增加水源涵养及水土保持能力，保障饮用水源水质。

3.2 构建径流全过程管控的排水系统

3.2.1整治河道断面，提升防洪标准

通过加宽河道断面、加高加固堤岸、调整河道纵坡、拆除重建破损堤防、清淤清障、改造阻水构筑物等工程性措施，提高河道的行洪泄洪能力。在保障河流防洪安全的基础上，进一步完成河道生态化整治任务，以充分发挥河道原有的生态净化及服务功能[14]。在河道设置进水口，用来承接污水处理厂的尾水，通过湿地公园将污水尾水转化为三类水。另外，湿地还可以收纳周边区域的初期雨水，削减面源污染；减小河道的曲度并增大河道宽度，将绿地连成片，充分利用河道周边绿地及湿地中的调蓄容积，将其作为海绵体对水体进行雨洪调蓄；增加亲水节点，发挥河流的景观功能，使之成为居民的休闲游憩场所；对沿河的生物群落，加强管理和养护。

3.2.2系统优化，构建径流全过程管控的排水系统，解决内涝风险

建立全过程管控的雨水径流管理模式，从现状出发，改变当前单纯依靠城市排水系统设施来解决雨水外排的现状，逐步向全过程、多层次雨洪管理转变，立体化解决雨污排放问题。在此基础上，遵循“源头控制、中途蓄滞、末端排放”的原则。采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等相结合的技术，综合统筹灰、绿、蓝三类基础设施。从而构建低影响开发系统、雨水排水系统、城市内涝防治系统三位一体的城市排水(雨水)防涝综合体系。通过地块低影响开发设施源头控制促进下渗，市政雨水排水系统实现中途收集蓄滞，以及建设泵站等内涝防治系统实施末端抽排，源头、中途、末端三大过程、系统有机结合、相互协作。

3.2.3系统防护，提升抗风险能力，最大限度保护生态敏感区

沿海城市地理位置特殊，海岸线较长，台风频繁，极易遭受海水倒灌，要进一步完善防灾减灾体系，全面提升应急抢险能力，构建完善的防护系统，包括屏障系统、灾害消纳系统以及应急处理系统。

首先应修复海岸天然生态屏障、构建弹性海绵。树林和沙岸防护林是抵御台风、海啸袭击的天然生态屏障，最大程度减弱台风袭击时形成的海浪高度，使得台风来临时，沿海街区不会受到严重的海潮淹没影响。因此，严格保护树林、沙岸防护林等天然屏障，并在重要城区沿海修复补植红树植物，形成一定规模面积。

其次，海绵城市建设需要不断提高“海绵体”的规模和质量。并通过有效合理规划，有效保护原有的“海绵体”，并全面综合的运用物理、生物以及生态手段，使受到破坏的绿地、水体、湿地等“海绵体”逐步修复，使其水文循环特征和生态功能得以恢复，并维持一定比例的生态空间。

3.3 推动大数据智慧水务建设

3.3.1完成有效数据采集，构建综合数据库

相较于海绵城市建设对于数据的需求和特点而言，更需关注研究区域内的植被、土壤、水文、水质、地质、地形、设施、气象等数据，在对其进行统一的收集和管理的基础上，保证数据完整性、准确性和时效性，建设综合数据库，为智慧水务提供有效数据。

3.3.2构建智慧水务的监测和控制体系

建设区域全区域覆盖的网络信息系统，从生态河湖控制、供水、排水管网及设施、防洪排涝设施等五方面布置实时监控及调度，通过实时信息过滤和处理，建立临时有效的应急预警预案和防范机制，从“非工程措施”出发，降低灾害的破坏。智慧水务总体架构逻辑图如图2所示。

图2 智慧水务总体架构逻辑图

同时，从汛情监测、水资源监测、水环境监测和水生态监测这4个方面，构建智慧水务监测体系。同时建设以洪水控制、水源控制、供水控制、排水控制以及生态河湖控制为主要内容的智慧水务控制体系。并利用遥感、卫星、物联网等技术，通过网络系统在水务数据中心统一整合及处理，从而构建智能感知体系， 确保信息互通和资源共享， 形成多层次、一体化的水务立体感和监测体系。

通过对数据的收集、处理，以此为基础，为水务信息发布、水务便民发布、水行政监察执法、行政许可业务提供更多的便利及服务；与此同时，也为实现海绵城市建设目标提供更多的策略指导。

3.4 分区策略规划

对于城市不同的分区而言，场地特征不同，面临的问题、需求不同，因此解决问题的方法策略也存在差异。所以需要根据城市不同区域的问题、需求，来制定相对应的方案。海绵城市分区建设体系如图3所示。

对于老旧城区而言，快速的城镇化使得城市硬质化过高、绿地率较低，以及排水系统老旧、排水效率低，导致城区内涝频发。因此，对于老旧城市的规划策略在改善居住环境的基础上，注重对于老旧雨污系统的改造，同时调整汇水分区，缩短排水距离、减小排水压力，实现快排目的。对于新区而言，整体绿化率更高，雨污排水系统更为完善，则只需通过对区域内局部的竖向设计与改造，布置LID设施进行收集处理，尽可能减少进入排水系统的流量，将雨水留住，净化，并回用，与此同时应重视低影响开发设施与景观布置的协调性。对于更新区域，则应充分考虑其存在问题以及需求，综合新旧城区海绵城市建设的策略，使其焕发新的活力。

4 对策建议

海绵城市理念的发展及应用已然成为未来城市发展的重大趋势之一[15]，本文通过对以深圳为代表的南方沿海城市的海绵城市建设系统的问题分析以及策略探讨，结合国内外海绵城市的建设经验，在当前推动国土空间规划体系建设的背景下，为实现人与自然和谐共处，减少城市内涝以及水环境污染，提出以下建议：

(1)在当前生态文明体制改革的背景下，未来的海绵城市建设的着重点也将立足于空间治理以及区域空间结构优化等方面，立足宏观层面，把握城市整体发展方向，从源头上解决城市雨水问题。

(2)对于深圳市而言，在当前城市更新为主的存量开发背景下，统筹海绵城市体系建设与各开发单元片区之间的关系，共同保障公共空间和海绵城市建设的共同推进。

(3)完善相关的法律法规，制定和完善地方性的规章制度，对于未来城市雨水可能出现的问题未雨绸缪，对雨水利用管理以及水体污染加以控制和规划。

(4)加大对于海绵城市建设的宣传力度，增加宣传方式，与此同时加强对相关规划编制以及执法人员的教育，扩大公众参与海绵城市建设的内容和范围，促进海绵城市建设策略的有效推进。

图3 海绵城市分区建设体系