第一部分 背景

第一章 海绵城市建设概况

第一节 海绵城市建设内涵

海绵城市是指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。在各地新型城镇化建设过程中，通过海绵城市建设推广和应用低影响开发建设模式，加大城市径流雨水源头减排的刚性约束，优先利用自然排水系统，建设生态排水设施，充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，使城市开发建设后的水文特征接近开发前，有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境。

长期以来，现代城市雨水处理的策略包括自然处理和人工工程建设两种，其中人工工程建设主要依靠明渠、暗沟、合流制或分流制地下管网和堤防、泵站、涵闸等一系列的“灰色”基础设施，以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划设计理念。但随着近十年来城市化进程加快，各类城市功能用地及硬化地表、建筑随着人口规模提高而同步快速增长，不透水的地面取代了自然地表，改变了径流产生和汇聚的规律，直接导致了城市综合径流系数增加，传统城市的排水系统不堪重负，暴雨后受灾地区分布多、范围广，城市内涝灾害愈演愈烈，而暴雨内涝后由雨水冲刷带来的面源污染也使得城市水环境污染更加严重。由此，城市雨洪问题引起了社会广泛的关注。

城市雨洪管理实践在国际上已经有较为系统的研究体系，具有代表性的包括美国的最佳管理措施（BMPs）、低影响开发（LID），英国的可持续城市排水系统（SUDS），澳大利亚的水敏感性城市设计（WSUD），新西兰低影响城市设计和开发（LIUDD）等，其基本理念均强调在城市建设过程中，要维持开发建设前的场地水循环及径流水平，但彼此之间也略有差异。如美国的最佳管理措施（BMPs）及由此衍生的低影响开发（LID）策略，强调最大限度地从分散化单独地块源头开始控制雨水、处理雨水，以此来减少径流总量和径流污染排放，达到恢复开发前的径流水平和生态水循环的目的；而澳大利亚的水敏感性城市设计（WSUD），提倡将雨水整合到城市设计体系中，强调雨水综合循环利用、将雨水作为替代水源以减少水需求量及提升城市整体生态环境质量等多重目标，更多考虑集约化的雨水综合利用模式；英国的可持续城市排水系统（SUDS）基于其城市密度大、基础设施发展较早的现状，其雨洪管理更倾向于高密度环境结合的基础设施改造与生态功能补偿，在此基础上，实现城市综合环境改善和水质控制。总体来说，各国的城市雨洪管理名称和内容虽然略有差异，但基本理念是一致的，都重视城市生态环境的可持续发展。

依据城市雨洪管理实践的研究，从传统的灰色排水系统到灰绿结合的综合雨洪管理系统是社会和城市发展的必然选择。要实现这一转变的重要因素便是城市中的各类绿色元素，也就是海绵城市建设中提及的绿色基础设施。所谓的绿色基础设施是一个相互联系的绿色空间网络，由各种开敞空间和自然区域组成，包括城市水系、城市绿地、城市绿道、城乡湿地、乡土植被等，这些要素组成一个相互联系、有机统一的网络系统。相较于传统的灰色基础设施，绿色基础设施是一种高效低碳的公共服务载体。从资源消耗上看，绿色基础设施因其建设手法遵循自然规律，建设材料简单，维护程序易操作，所以可以减少对于不可再生资源的依赖，节约建设和管理维护成本。更重要的是，绿色基础设施可以更好地提升城市的安全性和对气候变化的适应性，提供保护生态环境、消弱城市建设带来的影响、提升城市安全、消减城市自然灾害损失、保护生物多样性、促进粮食生产、适应气候变化等多样的生态服务，同时带来公共健康改善、社区价值提升、资产升值等综合社会经济效益，此三者之间的关系如图1-1所示。

图1-1 绿色基础设施—灰色基础设施—海绵城市概念关系

中国的海绵城市建设在传统的城市雨洪管理基础上，依据中国的国情、问题和目标，因地制宜地有了新内涵。内容涉及低影响开发设施建设、排水系统建设、污水系统建设、河湖生态水系建设、市政给水系统建设等多个方面，并由它们组成一个和谐运转的城市水系统。这个系统需要绿色基础设施与灰色基础设施相互结合，共同实现源头削减、过程转输、末端调蓄的全流程控制体系。

海绵城市建设的主要途径包括三个方面，一是对城市原有生态系统的保护：城市原有生态系统是城市径流雨水排放的重要通道、受纳体及调蓄空间，最大限度地保护原有的河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等水生态敏感区，留有足够涵养水源，应对较大强度降雨的林地、草地、湖泊、湿地，维持城市开发前的自然水文特征，这是海绵城市建设的基本要求。二是生态恢复和修复：对传统粗放式城市建设模式下，已经受到破坏的水体和其他自然环境，运用生态的手段进行恢复和修复，并维持一定比例的生态空间。三是低影响开发：按照对城市生态环境影响最低的开发建设理念，合理控制开发强度，在城市中保留足够的生态用地，控制城市不透水层的面积比例，最大限度地减少对城市原有水生态环境的破坏，同时，根据需求适当开挖河湖沟渠、增加水域面积，促进雨水的积存、渗透和净化。

海绵城市建设应统筹低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统，三个系统并不是孤立的，也没有严格的界限，三者相互补充、相互依存，以上下游的关系相互关联、协同作用，且承担着不同的角色，都是海绵城市建设的重要基础元素（图1-2）。

图1-2 海绵城市多级管理示意

（1）低影响开发雨水系统，主要针对中小降雨事件进行径流总量和污染物的控制，以年径流总量控制率和设计降雨量作为重要的控制目标和设计依据。核心是维持场地开发前后水文特征不变，包括径流总量、峰值流量、峰值时间等。从水文循环角度，要维持径流总量不变，就要采取渗透、储存等方式，实现开发后一定量的径流量不外排；要维持峰值流量不变，就要采取渗透、储存、调节等措施削减峰值、延缓峰值时间。

低影响开发雨水系统包括了工程性措施和非工程性措施。工程性措施是指用于控制雨洪过程中出现的污染和洪涝问题的各种处理技术和设施，包括雨水花园、透水铺装、下沉式绿地、绿色屋顶、渗透塘等海绵设施；非工程性措施是指通过管理、制度或教育等非技术手段实现雨洪管理目标，使大型、工程性措施的使用尽量减少，包括科学规划绿地水系、合理布局建筑、合理选用建筑材料等。

（2）城市雨水管渠系统，主要用于控制1～10年重现期的暴雨径流，包括传统排水系统的管渠、泵站等灰色雨水设施，同时进一步结合GSI、BMP等新型雨水基础设施，构建综合的蓄排系统实现对雨水的综合控制，并结合低影响开发雨水系统来进一步提升排水能力。城市雨水管渠系统具有快速排水的功能，但在工程量、改造便捷性、能耗及提供综合服务等方面仍有欠缺。在实际建设中，往往需要结合雨水花园、植草沟、调蓄池、下渗区等绿色基础设施，在管网末端设置调蓄池可以通过暂时存储原本要溢流的合流污水来简单有效地实现暴雨径流消减，构建综合的蓄排系统实现对雨水的综合控制，并根据地块内的源头低影响开发设施能力来进一步提升系统能力。

（3）超标雨水排放系统，针对10～100年重现期的暴雨径流，一般有自然或人工水体、道路和开放空间的行泄通道和大型调蓄设施等，并叠加低影响开发雨水系统与常规雨水径流蓄排系统，共同达到应对20～50年一遇的暴雨灾害甚至更高等级灾害的控制目标。