城市内涝的潜在解决方案——可持续性排水技术和海绵城市.pdf

2023年8月总第338期陕西建筑6 3城市内涝的潜在解决方案可持续性排水技术和海绵城市何 涛（陕西建工第一建设集团有限公司 西安 7 1 0 0 6 8）摘 要：本文主要将英国的城市内涝解决方案与我国的海绵城市做对比，总结出国内海绵城市发展可借鉴之处。从中国的实际情况出发，分析海绵城市发展的研究方向。以西安为例，总结出海绵城市地方发展的建设方向和要点，表明三套系统的衔接协调再发展中的重要性。关键词：海绵城市建设；可持续性排水技术；城市内涝；三套系统中图分类号：T U 7 4 文献标识码：A作者简介：何涛，本科，助理工程师，主要研究方向，土木工程。0 引言近几十年来，随着经济的发展，快速的城市化使城市人口不断增长，城市区域不断扩张，城市发展扩张以密集的建筑物群改变了既有区域的地理条件（地形、地质、土壤、植被等），随着全球温室效应的增强，厄尔尼诺和拉尼娜现象加剧，使得城市区域更易受到极端气候下长历时强降雨事件的影响。调查表明，自 1 9 7 8 年经济改革以来，城市化率的提高与大洪水事件的稳步增加相吻合。传统管道的排水系统已在全球范围内广泛使用，特别是在城市地区。但是按照现有规范设计的建成区的排水能力很难达到城市建设前的水平，难以应对不断增强的长历时强降雨事件，产生城市内涝，造成较大的经济损失。为了应对这些影响，中国政府采取了整体规划-重点城市试点-示范性工程为抓手从上至下的管理政策，引导传统排水系统城市通过改造成为海绵城市，达到利用S u D S（可持续排水技术，S u s t a i n a b l e D r a i n a g e S y s t e m）管理城市 7 0%的降雨。由于我国大部分区域受季风气候影响（西北区域除外），易产生雨季洪涝灾害和旱季缺水，为保持城市年度水资源供给的相对动态平衡，海绵城市模型被作为我国城市水资源管理的解决方案之一得到了大范围的运用。海绵城市模型借鉴了自 1 9 8 0 年代以来英国使用和改造的 S u D S。在英国，有许多具有代表性的 S u D S 类型。主要分为：雨水花园、生2023年8月总第338期陕西建筑6 4物滞留设施、绿色屋顶、透水铺装、透水沥青、透水混凝土、湿地等内容。典型绿色设施技术方案如下：在高速公路和私人停车场地面采用透水混凝土砌块作为地表系统，有污染物的降雨入渗到带有衬里的排水管道内，没有衬里的管道可用于土壤直接入渗或部分入渗，并通过管道流入地下水平拓展储水箱或地表储水设施来满足部分用水需求。同时可通过 S u D S 整合和增强景观需求的潜力，如：通过构建线性绿色储水带进行条带状城市景观的营造，并起到沟通人工水系和天然水系的作用。1 可持续排水技术Su DS（Su s t a i n a b l e Dr a i n a g e S y s t e m）与海绵城市的对比近年来在英国出现了一些关于将 S u D S 与现有排水系统更广泛地整合以及作为可持续洪水管理方法实施的问题（图1）。我国政府主管部门通过制定连贯的研究策略以共享相关领域的实施技术，获得适用于全国不同地区的S u D S 技术。包括北京和上海在内的 3 0 个城市在 2 0 1 4 年和 2 0 1 6 年的两个评选阶段内被指定为海绵城市试点城市（图2）。试点城市大多位于中国东部和南部，年平均降水量4 1 0 1 8 3 0 毫米，年平均气温4.6 2 5.5。在这些基础指标下，无论中国的空间气候多变性如何，海绵城市试点城市采用了全国性的统一标准，便于检验试点城市相关指标达标程度。这种明确的指标达成检验方法配合各试点城市所处地区的气候条件是保障我国城市雨洪管理项目长期可持续性的关键。不同于我国住建部的整体规划，在英国，由于缺乏对 S u D S 的统一性应用技术法规，导致 S u DS 改造项目实际运用量较少，规模有限。整合改造现有排水系统 S u D S 是海绵城市的一个关键方面，因此与英国不同地区进行比较可以确保现有的中国海绵城市建设流程和足够严格，以保证这样的问题不会在中国重演。为了确保不同技术的在运营有效期内的长期成功，还需要执行严格的维护和采用制度。和我图1 英国典型的SuDS方案 1.图 2 中国海绵城市重点工程设计 2.2023年8月总第338期陕西建筑6 5国海绵城市的大量初始资金支出不同，英国地方政府鼓励开发商将可持续洪水管理纳入发展计划，遵守非法定标准地方标准的情况下，在建设期和运营期内会提供少量财政激励。然而，中国的中央融资计划只有三年，海绵城市预计将通过 P P P 筹集更多资金，需要更多的当地社区通过修缮基金来建立必要的联系。为此，与英国类似，需要更多的社会激励措施来推动项目，确保小型S u D S 装置的使用，以提升海绵城市进程，确保相关项目的长期使用。在王玉涛等人 1 的统计中，在中国只有 6 1%的样本人口知道海绵城市计划。因此，尽管我国在海绵城市建设方面支出很高，但公众对项目的参与度仍然很低。为保证项目的长期有效性，需要进行成本研究和基本知识框架拟定以制定适宜公众参与和教育的计划，同时让公众在海绵城市建设中有切实的良好体验（如：成都活水公园教育基地、西安永安渠海绵城市生态公园）。此外，通过洪水风险管理对主要利益相关者进行 S u D S 的推介和宣传，可以进一步提升资金支持 1。2 国内海绵城市的研究发展方向目前根据从实际情况出发，在海绵城市建设方向上，以下研究被确定为可优先研究的课题方向：（1）为中国开发一个更加本地化的降雨模型，以确保在海绵城市的设计中考虑当地的气候特征，因此最合适的 S u D S 将根据不同的城市、所需对象的需求进行整合。（2）确定改造 S u D S 在城市规模具有挑战性的水环境中的作用和成本效益。（3）绘制技术关联性图，进行可行性评估和断开连接的可能性，以提供可持续的雨洪管理，并创建一个强大的 S u D S 方案选择系统，产生适合不同地区的本地化方案库。（4）为 S u D S 和海绵城市发展带来维护、全生命周期成本计算方法和实施前后监测，以增加和传播当前信息，增加决策者在选择不熟悉的排水解决方案时的信心。（5）评估如何更好地发展海绵城市的社区参与和教育，以培育潜在的资金并发展更多的地方伙伴关系。住房和城乡建设部办公厅指出我国海绵城市的发展应该聚焦雨水相关问题，包括城市内涝、水资源利用、雨水径流污染、合流制溢流污染等；优先从源头控制雨水径流，实现对雨水径流总量的削减和峰值流量的削减，尽可能的减少城市开发建设对水文过程的影响；要利用天然的、修复的和人工建设的绿色基础设施，实现对雨水的自然积存、自然渗透、自然净化。海绵城市建设的主要目标是通过综合措施有效应对内涝设防重现期以内的强降雨，增强城市在应对气候变化和抵御暴雨灾害等各方面的“韧性”，促进形成生态、安全、可持续的城市水循环系统 2。3 中国海绵城市的地方发展建设方向以西安为例在国内“双碳”战略机遇期，全国各城市均意识到海绵城市建设缓解城市热岛效应、促进建筑能耗降低、解决城市内涝等的作用。以西安海绵城市建设发展为例，马越 3 表明西安市海绵城市建设设计文件的汇编基于以下要点：一是对城市原有生态系统的保护。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2023年8月总第338期陕西建筑6 6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，控制城市不透水面积比例，最大限度的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。城市、片区尺度要重视三套系统的衔接协调：（1）低影响开发雨水系统（2）城市雨水管渠系统（3）超标雨水径流排放系统（排涝除险）。低影响开发雨水系统可以通过对雨水的渗透、储存、调节、转输与截污净化等功能，有效控制径流总量、径流峰值和径流污染。城市雨水管渠系统即传统排水系统，与低影响开发雨水系统共同组织径流雨水的收集、转输与排放。超标雨水径流排放系统（排涝除险系统），用来应对超过雨水管渠系统设计标准的雨水径流，一般通过综合选择自然水体、多功能调蓄水体、行泄通道、调蓄池、深层隧道等自然途径或人工设施构建。马越 3 指出海绵城市不等同于低影响开发系统及源头减排系统，更应该在年径流总量控制率对应设计降雨量以内的降雨条件下，无直接外排产生；在雨水管渠设计重现期以内的降雨条件下，无积水产生；在内涝防治设计重现期以内的降雨条件下，无内涝产生。城市、片区尺度三套系统相互补充、相互依存，是海绵城市建设的重要基础元素。自2 0 1 6 年西安小寨十字暴雨的城市内涝典型案例发生后，西安海绵城市项目在高新区、常宁新区、曲江新区、浐灞生态区等进行建设试点。此后，西安制定了西安市海绵城市专项规划，2 0 2 0 年6 月，西安又印发关于系统化全域推进海绵城市建设重点任务的通知。2 0 2 2 年4 月2 7 日，永安渠海绵城市公园（图3）正式开园，作为西安高新区“品质高新”建设的重点项目，永安渠海绵城市生态公园全长2.5 公里，占地面积2 2 8 亩，以“海绵生态、文化生活、科创交互”为主导功能，使之成为西安滨水新生活的未来标杆。图3 永安渠海绵城市生态公园 4.2023年8月总第338期陕西建筑6 7参考文献 1 L a s h f o r d,C.,R u b i n a t o,M.,C a i,Y.,H o u,J.,A b o l f a t h i,S.,a n d C o u p e,S.,e t a l.(2 0 1 9).S u d s&s p o n g e c i t i e s:a c o m p a r a t i v e a n a l y s i s o f t h e i m p l e m e n t a t i o n o f p l u v i a l f l o o d m a n a g e m e n t i n t h e u k a n d C h i n a.S u s t a i n a b i l i t y,1 1(1).2 中华人民共和国城乡建设部:h t t p s:/w w w.m o h u r d.g o v.c n/g o n g k a i/f d z d g k n r/z c j d/2 0 2 2 0 4/2 0 2 20 4 2 9 _ 7 6 5 9 7 5.h t m l.3 西安市海绵城市建设设计文件编制深度和技术审查要点（试行）宣贯培训,陕西省西咸新区沣西新城海绵城市技术中心，陕西西咸海绵城市工程技术有限公司,2 0 2 2.1 0.4 陕西网：h t t p s:/b a i j i a h a o.b a i d u.c o m/s?i d=1 7 3 1 2 6 5 9 3 0 1 2 6 8 53 4 3 3&w f r=s p i d e r&f o r=p c.