长三角地区海绵城市建设的碳减排效益探讨及其对环境教育的启示*

吴兆康 包兴燕 谢 胜 程瑞辉 杨 凯*

（1. 华东师范大学 生态与环境科学学院, 上海 200241; 2. 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司, 上海 200092）

一、海绵城市建设的背景与城市化水文效应

城市化过程伴随着地表不透水面的显著增加，这一变化影响了自然界原有的水循环机制。城市化地区由于不透水面积增大，土壤下渗减少，产流量增加，汇流速度加快，使得城市化地区的洪水流量过程线变得相对尖陡，峰值增大，峰现时间提前。因此，城市化增大了产生迅猛洪水及洪涝的可能性。在雨季尤其是暴雨强度大的情况下，城市化地区易发生涝灾。

城市河道面临的洪涝增加、断面渠化、水质变差、生态受损等“水文综合征”现象，[1]可通过建设透水铺装、雨水花园、下凹式绿地等低影响开发（LID）设施，减小城市地表径流量的瞬时峰值，延缓径流汇聚的时间，从而缓解城市化导致的水文综合征，使城市硬质化流域的水循环条件逐步恢复到高强度开发以前的状况。城市海绵建设前后的水循环状况的示意如图1所示。[2]

图1 海绵城市建设前后的水循环变化示意图

二、长三角地区海绵城市建设现状

海绵城市作为一种新的城市建设理念，旨在通过有效管理城市雨水循环过程，缓解城市内涝，提高城市水环境质量，提升生态系统服务能力，从而促进城市的可持续发展。我国已先后确定了五批共计90个海绵城市建设示范或试点城市，如表1所示。其中，长三角地区海绵城市建设示范、试点城市占15个，涵盖了镇江、嘉兴、池州、宁波、上海、无锡、宿迁、杭州、马鞍山、昆山、金华、芜湖、扬州、衢州、六安等城市，如图2所示。

表1 我国海绵城市建设示范、试点城市汇总

图2 长三角地区海绵城市建设示范及试点城市分布示意图（注：根据自然资源部标准地图服务网站审图号为GS（2023）2767号的标准地图初步绘制）

长三角地区海绵城市建设主要围绕低影响开发以及生态保护、生态修复等方面开展，从水生态、水环境、水资源、水安全等方面提出控制目标，旨在建设能够适应气候变化，具有抵御雨洪灾害能力以及水生态与城市景观协调的韧性城市。长三角地区部分海绵城市建设目标如表2所示。[3][4][5]

表2 长三角地区部分海绵城市建设目标节选

通过实施低影响开发，长三角地区海绵城市建设取得了显著进展与成效。上海自2016年入选海绵城市建设试点城市，在临港国家级海绵试点基础上，进一步确定了16个市级海绵城市建设试点区，推进全市海绵城市建设。[6]截至2022年，上海城市建成区358.9平方公米达到海绵城市建设要求，完成约100个海绵城市示范性工程。[7]2022年，江苏昆山市入选第二批全国系统化全域推进海绵城市建设示范城市，实现从“试点”到“示范”的跨越。截至2023年底，江苏省昆山市累计建成海绵项目700多个，海绵城市建设2022年度绩效评价突出。[8]安徽省芜湖市于2022年入选第二批系统化全域推进海绵城市建设示范后，相继颁布了《芜湖市海绵城市建设规划（2016-2030）》《芜湖市海绵城市建设方案设计导则》《芜湖市海绵设施运营维护管理办法》等文件，明确提出至2030年芜湖市建成区80%以上的面积达到海绵城市建设的要求。

三、长三角地区海绵城市建设的碳减排效益及对环境教育的启示

1.海绵城市建设的碳减排效益探讨

从全生命周期视角看，海绵城市建设在其生命周期上游（材料生产和运输）、中游（海绵项目建造施工）和下游（拆除）的各个阶段，由于工艺、运输、施工等过程造成各类化石能源和电力的消耗，会产生直接或间接的碳排放。而在海绵设施运行阶段，则会由于其径流总量削减、雨水集蓄利用、径流污染削减（除污）以及热岛效应缓解等效益，间接减少城市水系统上游自来水取用和下游雨水、污水收集处理工艺的能源或电力碳排放，以及城市建筑制冷等的化石能源或电力碳排放。

海绵城市建设促进了城市对雨水资源以及污水厂再生水等非常规水资源的利用，对间接降低城市自来水厂制水碳排放量、减少制水副产物（脱水污泥）等方面均具有正向作用。从生命周期视角，海绵城市建设也有利于减少城市水系统上下游碳排放，对缓解城市内涝及节能减碳均具有现实意义。以上海为例，对上海30多家供水企业碳排放状况调查初步表明，目前城市供水企业在制水环节电力及药剂使用的平均碳排放强度约0.12千克二氧化碳每立方米。2022年上海全市雨水利用量74.14万立方米，污水资源化利用量1982.19万立方米，非常规水源利用量共2056.33万立方米。[9]上海持续开展非常规水资源利用，如在上海环城绿带规划建设中，优先考虑周边污水厂达标尾水资源化利用，积极推进雨水集蓄利用和再生水循环利用。[10]

由于海绵城市建设碳减排效益发挥的长期持续性，在长时间跨度下其具有较大的碳减排潜势。海绵城市建设在运行期持续发挥的碳减排效益，在一定程度上可以抵消其建设过程产生的碳排放影响，之后则持续发挥净碳汇及减排作用。[11][12]海绵城市建设促进碳增汇和减排的过程示意图如图3所示。

图3 海绵城市建设促进碳增汇和减排的过程示意图

以芜湖市为例，通过海绵城市顶层设计和系统规划，实现城市水安全从“以排为主”转变为“蓄排结合”，城市水环境从“黑臭水体整治”转变为“恢复水生态健康”，城市水污染治理从“单一灰色排水”转变为“蓝、绿、灰统筹协调”，在优先减排的同时也增加了碳汇空间。在典型海绵城市示范项目方面，芜湖市江东水生态公园建设是长江大保护项目朱家桥污水处理系统的重要组成部分，是集碳中和、生态、景观等于一体的水生态公园，利用湿地的吸附作用以及微生物的生化作用，对芜湖朱家桥污水处理厂的尾水进行深度处理，尾水处理规模约每天12万吨。项目通过生态湿地持续消纳污水处理厂尾水，减少了灰色排水管网与泵站的运行负荷，在增强城市水生态和水环境安全的同时，降低了能源消耗碳排放量，对城市建设系统双碳控制目标的实现具有促进作用。

海绵城市建设强调“海绵—绿色”协同，从改善城市水文条件出发，拓展到优化城市生态、提升城市韧性和促进城市可持续发展；强调“海绵—低碳”衔接，在顶层设计和系统规划中充分考虑海绵建设与双碳目标的衔接，从而有效发挥海绵城市的碳减排效益；强调“海绵—智慧”融合，通过加强物联网、大数据等技术的推广应用，提升海绵城市建设规划、设计、施工、运营等各个环节的效率和智能化水平。

2.城市社区海绵化改造的社会效益及科普作用

城市社区海绵化改造具有显著的社会效益。在老旧小区改造中，落实海绵城市建设的理念与要求，消除居民小区内涝积水点，为居民创造更舒适、美观、宜居的居住环境和生活空间，提升了居民幸福感和获得感。海绵化社区建设已成为市民近距离感知和认识海绵城市的实地课堂。例如，上海长宁区定西路1235生境花园通过利用城市斑块生境，布置多处居民休憩设施，汇集数十种植物，结合昆虫箱等设施补充生境元素，为部分城市生物提供栖息环境，也引导社区居民共同参与维护小区生境花园。类似的社区生境花园如上海江苏路街道的西园大厦、岐山村和万村居民区等老弄堂设置的生境花园，以观鸟花园、松鼠乐园和昆虫百草园等为主题，展示海绵城市建设及低影响开发理念的科普意义及价值，在社会教育层面起到了普及环境保护知识、提升公众环保意识等现实作用。

3.海绵城市建设融入环境与可持续发展教育的路径探讨

海绵城市建设涉及环境、生态、地理、水文以及社会经济、工程建设等多学科交叉，为环境与可持续发展教育带来了新的思路和契机，是环境和可持续发展教育的重要抓手之一。在相关学科的基础教育及高等教育课程体系中，可以将海绵城市建设融入环境教育，从现象、原理、措施、应对四个层面着手，增强对学生问题意识、理论基础、应用能力以及社会责任感四个方面素养的培养，如图4所示。

图4 海绵城市建设融入环境教育路径示意图

海绵城市建设体现了鲜明的低影响开发理念，有利于改善城市的水文条件，逐步实现近自然的城市水循环，其以“自然积存、自然渗透、自然净化”为特征，也体现了人与自然和谐共生的重要性及价值观。[13]长三角地区海绵城市建设实践经验丰富，其实践经验及实施路径为实践教学和相关展示提供了条件，可以作为实践课堂的内容，让学生亲身观察与体验海绵城市建设方式和成效，加深其对于城市化的水文效应以及建设韧性生态城市的理解。

致谢：感谢芜湖市住房和城乡建设局、芜湖市排水管理处（芜湖市海绵城市建设中心）对调研工作的支持。感谢上海市供水管理事务中心对供排水企业碳排放状况及非常规水资源利用调查提供的支持。华东师范大学生态与环境科学学院的研究生吕博文、张博笑、王超参与了部分调研，一并致谢。