
任南琪:
海綿城市是一個(gè)“遵循自然,藍(lán)綠融合,灰綠結(jié)合”城市治理理念,是一項(xiàng)系統(tǒng)建設(shè)工程,“海綿城市”應(yīng)該能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”和“韌性”,重點(diǎn)解決城市澇災(zāi)與城市水環(huán)境惡化等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)飲用水水源、污水、生態(tài)用水、自然降水、地表水、地下水等統(tǒng)籌管理、保護(hù)與利用,充分考慮水資源
任南琪院士:海綿城市的地區(qū)分類建設(shè)范式
任南琪,1959年3月生,工學(xué)博士,教授/博導(dǎo),中國(guó)工程院院士,長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授,國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者,F(xiàn)為城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,“城市水質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律與保障技術(shù)”國(guó)家創(chuàng)新研究群體帶頭人。兼任國(guó)務(wù)院住房城鄉(xiāng)建設(shè)部海綿城市建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)專家委員會(huì)主任委員,國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員,教育部資源環(huán)境與地球科學(xué)部委員,國(guó)際水協(xié)會(huì)(IWA)Fellow,教育部環(huán)境類專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)副主任委員,中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng),中國(guó)能源學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng),中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事等。
主要從事城市水資源與水環(huán)境改善對(duì)策,污水生物處理工藝、技術(shù)與設(shè)備,廢物資源化及能源化理論與技術(shù),環(huán)境微生物系統(tǒng)生物學(xué)與生態(tài)學(xué)等方面研究。主持國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目23項(xiàng)。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)獎(jiǎng)12項(xiàng),全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)狀,全國(guó)模范教師,何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)1項(xiàng),著作12部,發(fā)表論文SCI收錄600余篇,授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利61項(xiàng)。曾入選國(guó)家“百千萬(wàn)人才工程”一、二層次,教育部“跨世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃基金”獲得者,香港裘磋基金獲得者,享受國(guó)務(wù)院特殊津貼。
研究背景
2015年發(fā)布的《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》確立了海綿城市建設(shè)的總體工作目標(biāo),并指出:“到2020年,城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求;到2030年,城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。”其后,海綿城市建設(shè)項(xiàng)目在全國(guó)30個(gè)試點(diǎn)城市展開,建設(shè)區(qū)域從南至北,城市規(guī)模從一線到三四線均有分布。根據(jù)我國(guó)海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)前雨水控制利用模式主要以降水量作為劃分依據(jù)進(jìn)行分類指導(dǎo)。然而我國(guó)地域面積廣闊,不同的自然地理及氣候特征將直接影響河流及水資源分布、降雨量、雨水匯流、下滲等情況。針對(duì)不同的自然條件和城市本底,海綿設(shè)施的應(yīng)用效果、適應(yīng)性也存在差異。
2019年,30個(gè)海綿城市的建設(shè)試點(diǎn)工作均通過(guò)國(guó)家專家組驗(yàn)收,各個(gè)試點(diǎn)城市基于主導(dǎo)問(wèn)題,采用各具特色的技術(shù)實(shí)施路線,形成了多樣化的海綿城市建設(shè)體系,同時(shí)也積累了大量的可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)。本文綜合各類因素進(jìn)行城市分類,并總結(jié)現(xiàn)有海綿城市試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn),提出基于我國(guó)地域分類和社會(huì)屬性分類的海綿城市建設(shè)策略和范式,以期為后續(xù)的海綿城市建設(shè)的大面積推廣提供借鑒。
一、摘 要
在系統(tǒng)分析我國(guó)城市的水文地質(zhì)和氣候條件等自然因素和新舊城區(qū)、功能區(qū)等社會(huì)因素的基礎(chǔ)上,分類和總結(jié)現(xiàn)有海綿城市試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn),提出了基于我國(guó)地域分類和社會(huì)屬性分類的海綿城市建設(shè)策略和范式,以期為海綿城市建設(shè)的推廣提供借鑒。
二、基于自然因素的海綿城市分類建設(shè)策略與范式
1.城市分類的主要影響因素
海綿城市的實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)工程,需要考慮到諸多因素。城市地形地勢(shì)對(duì)雨水蓄集與排放具有重要影響,旱澇災(zāi)害的分布影響各地區(qū)建設(shè)目標(biāo)的合理設(shè)定,植被的耐淹耐澇抗旱性與氣溫、土壤、降水有關(guān),滲透設(shè)施的效果與不同地區(qū)土壤滲透性能和地下水位等有關(guān)。影響海綿城市方案設(shè)計(jì)及建設(shè)成效的因素可分為自然因素與社會(huì)因素,其中自然因素又可分為水文地質(zhì)和氣候條件等因素,具體分類如表1所示。
2.地形地勢(shì)對(duì)海綿城市建設(shè)分類的影響
地形地勢(shì)是城市土地利用布局的重要影響因素,一定程度上影響城市的用地功能和開放空間的位置。地形因子包括坡度、坡向和高程等,這些因素與城市生態(tài)敏感性、地表徑流方向、水流速度等有著密切關(guān)聯(lián)。坡度決定雨水匯水方向和山體地形的穩(wěn)定性。坡向不同的地塊,日照長(zhǎng)短、溫度有所不同,水體的蒸發(fā)量也不同。高程分析則是匯水分區(qū)的重要依據(jù),同時(shí)還可反映區(qū)域山水格局等地形水系特征。因此,在海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中,坡度、坡向及高程分析是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。按照城市所處的地形分類,我國(guó)位于山前洪積、沖積扇平原的城市數(shù)量較多,其次為低山丘陵河谷地區(qū)的城市,高原山間盆地或谷底的城市,而位于中山、高山地區(qū)數(shù)量的城市極少;除了大平原中腹和三角洲平原外,城市選擇2種地形過(guò)渡或交接的部位形成發(fā)展也非常普遍。不同土壤類型的顆粒粗糙程度、含砂率、通氣性、入滲性能與吸水能力不同,地下水位也將影響徑流下滲。
3.氣候條件對(duì)海綿城市建設(shè)分類的影響
我國(guó)幅員廣闊,溫度帶包含寒溫帶、中溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶和高原氣候區(qū),氣候差異大、降雨時(shí)空分布不均。必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及降雨特點(diǎn),因地制宜地選擇相應(yīng)設(shè)施及雨水利用方案并確定運(yùn)行維護(hù)方法,最大限度地提高系統(tǒng)的效率和安全性,這直接關(guān)系到海綿城市建設(shè)的可持續(xù)性。
降雨量及徑流分析是海綿城市設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)。我國(guó)的年降水量地域分布情況如下:東南沿海地區(qū)為1500~2000 mm;長(zhǎng)江中下游地區(qū)為1000~1600 mm;淮河、秦嶺一帶和遼東半島年降水量為800~1000 mm;黃河下游、渭河、海河流域以及東北大興安嶺以東大部分地區(qū)為500~750 mm,黃河上、中游及東北大興安嶺以西地區(qū)為200~400 mm;西北內(nèi)陸地區(qū)年降水量為100~200 mm。我國(guó)海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的年徑流總量控制率分區(qū)也基本基于上述的降水總量確定。
然而,我國(guó)不同地區(qū)的降水季節(jié)分配不均,尤其是易形成洪澇災(zāi)害的夏季降水量與上述分區(qū)不是完全相關(guān)。長(zhǎng)江中下游和華南地區(qū)的夏季降水占全年50%以下,其他地區(qū)的夏季降雨更集中,超過(guò)50%。近年來(lái)氣候變化導(dǎo)致極端降雨事件的頻發(fā),使得傳統(tǒng)意義上按照降水總量定義的干濕地區(qū)與暴雨內(nèi)澇分布越來(lái)越表現(xiàn)出不一致性。屬于半干旱區(qū)的北京,在2012年7月21日出現(xiàn)特大暴雨,市區(qū)形成積水點(diǎn)426處,經(jīng)濟(jì)損失 116.4億元。2013年?yáng)|北大部雨季早、降雨多、歷時(shí)長(zhǎng),為全國(guó)洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)。因此,單純從降雨量角度劃分不同地區(qū)的雨水控制利用模式,存在一定的不足。
4.基于城市自然因素的海綿城市分類建設(shè)策略與范式
根據(jù)自然因素進(jìn)行城市分類,主要依據(jù)城市的自然地形、氣候、降水以及地域分布特征,并結(jié)合土壤、地下水等因素對(duì)我國(guó)城市進(jìn)行以下分類:1)東北寒冷平原地區(qū);2)西北干旱地區(qū);3)華北及中部暖溫地區(qū),并進(jìn)一步細(xì)分為:3-1平原區(qū)、3-2山前區(qū);4)南方多雨地區(qū),并進(jìn)一步細(xì)分為:4-1山地丘陵地區(qū)、4-2平原河網(wǎng)地區(qū)。通過(guò)對(duì)試點(diǎn)城市的特征解析,識(shí)別共性的關(guān)鍵問(wèn)題,并總結(jié)試點(diǎn)城市的海綿城市建設(shè)策略及推薦了適用的技術(shù)設(shè)施,歸納匯總于表2。
三、基于社會(huì)屬性因素的海綿城市片區(qū)分類建設(shè)要點(diǎn)
城市/區(qū)域的社會(huì)屬性對(duì)海綿城市的建設(shè)均有影響,比如,城市的基礎(chǔ)設(shè)施完善程度、城區(qū)功能定位等,當(dāng)下墊面、排水設(shè)施等有差異時(shí),對(duì)雨水及水資源規(guī)劃管理需求及側(cè)重點(diǎn)也應(yīng)有所不同,具體影響因素如表3所示。隨著城市建設(shè)能力和理念的變化,老舊城區(qū)和新建城區(qū)有明顯的不同特征,如鄭州市老城區(qū)的不透水面積占比超過(guò)60%,個(gè)別區(qū)域達(dá)到80%,新城區(qū)在50%以下。根據(jù)表3,從社會(huì)屬性角度進(jìn)行分類,海綿城市建設(shè)所在的重點(diǎn)特色片區(qū)可分為高密度商業(yè)及居住區(qū)、生態(tài)休閑空間、老舊城區(qū)、新建城區(qū)。
商業(yè)辦公區(qū)、大型交通樞紐設(shè)施等均屬于社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密集區(qū)域,多數(shù)位于城市中心,建筑較為密集,由于硬化率高、綠地相對(duì)較少且人流量大,大規(guī)模設(shè)置綠色設(shè)施難度大,推薦采用以灰色設(shè)施為主的地表徑流收集排除系統(tǒng),或分散設(shè)置較小型的綠色設(shè)施,對(duì)雨水進(jìn)行必要的凈化處理。同時(shí)還應(yīng)配合城市空間規(guī)劃,采用具有海綿功能的城市建筑及景觀小品,倡導(dǎo)具備綠色生態(tài)概念的建筑形式以豐富城市特色。
生態(tài)休閑空間通常包括城市景觀水體和綠地公園等較大面積的自然空間,屬于分散于城市中的天然海綿體。在海綿城市建設(shè)中,應(yīng)充分利用此類空間資源,對(duì)河流空間進(jìn)行生態(tài)修復(fù),同時(shí)結(jié)合景觀設(shè)計(jì),打造成集生態(tài)、防洪、休閑娛樂(lè)為一體的多功能城市空間。如占地26×104 m2的燕尾洲濕地,位于浙江省金華市武義江與義烏江的交匯處,該濕地改造時(shí)建設(shè)了梯田式的河堤,種植當(dāng)?shù)氐哪脱蜎](méi)植被。雨季時(shí),雨水從公園的不同方向流向河流,經(jīng)過(guò)梯田河堤濕地植被時(shí)得到凈化。在洪水期間,內(nèi)湖也作為一個(gè)滯留區(qū),水域擴(kuò)張并最終匯入鄰近河流。在旱季,河流中的水通過(guò)沙礫層滲透到湖中,并在此過(guò)程中得到過(guò)濾。
老舊城區(qū)是海綿城市建設(shè)過(guò)程中面臨的一大難點(diǎn),其在海綿城市建設(shè)過(guò)程中的主要挑戰(zhàn)可總結(jié)為:1)人口密度偏高,建筑密度大,地表硬化率高,綠化面積極其有限,綜合徑流系數(shù)大;2)土地已基本開發(fā),可改造空間小,大規(guī)模應(yīng)用海綿設(shè)施具有較大困難;3)環(huán)境本底較差,多為合流制管道,合流制溢流(CSO)污染嚴(yán)重;4)城市內(nèi)澇、水體黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重。因此,在老舊城區(qū),海綿城市建設(shè)應(yīng)以問(wèn)題為導(dǎo)向,以點(diǎn)帶面,形成“一點(diǎn)一策”;同時(shí)要注意系統(tǒng)統(tǒng)籌,形成源頭-過(guò)程-系統(tǒng)的項(xiàng)目體系,避免碎片化[6]。適宜老舊城區(qū)建設(shè)的LID設(shè)施有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留池以及地下調(diào)蓄設(shè)施等,建設(shè)規(guī)模及占地相對(duì)較小,既可以減小工程影響,又可以實(shí)現(xiàn)徑流控制,整體以灰色設(shè)施為主,有條件的情況下應(yīng)盡可能設(shè)置綠色設(shè)施。
城市新區(qū)一般綠化率較高,可利用空間條件較好。在此良好的基礎(chǔ)上,新城區(qū)的海綿城市建設(shè)需要系統(tǒng)和科學(xué)的規(guī)劃,以目標(biāo)為導(dǎo)向,以面帶片;在徑流總量控制、徑流污染控制的基礎(chǔ)上,以綠色設(shè)施為主,適當(dāng)設(shè)置灰色設(shè)施;優(yōu)先保護(hù)自然生態(tài)本底,根據(jù)區(qū)域的環(huán)境和資源承載力,制定海綿城市建設(shè)相應(yīng)的控制指標(biāo)體系。同時(shí),與老舊城區(qū)相比,新建城區(qū)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)通過(guò)對(duì)道路、綠地的豎向調(diào)整來(lái)構(gòu)建行洪排泄系統(tǒng),與公園、濕地、水系等開放性蓄水空間一起構(gòu)建城市大排水系統(tǒng)。
三、結(jié) 論
我國(guó)海綿城市建設(shè)的試點(diǎn)城市遍布全國(guó),通過(guò)實(shí)踐積累了大量的可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)。為了使后續(xù)的海綿城市建設(shè)在大面積推廣時(shí)更好地對(duì)標(biāo)可借鑒的范式,本文依據(jù)城市的自然地形、氣候以及地域分布特征,對(duì)試點(diǎn)城市進(jìn)行以下分類:東北寒冷平原地區(qū)、西北干旱地區(qū)、華北及中部暖溫地區(qū)和南方多雨地區(qū)。通過(guò)對(duì)試點(diǎn)城市的特征解析,識(shí)別共性的關(guān)鍵問(wèn)題,分類歸納總結(jié)了海綿城市建設(shè)策略并推薦了適用的技術(shù)設(shè)施。
原標(biāo)題:任南琪院士 | 海綿城市的地區(qū)分類建設(shè)范式