海绵城市建设的基础和时机思考

2022-09-21 16:45:18 来源:写作指导

海绵城市建设的基础和时机思考

[摘要]海绵城市的理论和实践可为新时期中国现代化城市的污水处理及雨洪管理提供新的解决思路,有助于提高我国当前城市水资源利用问题。本文先介绍海绵城市发展理论体系及其概念内涵,梳理概括国内外海绵城市建设现状,再聚焦于西南地区成都海绵城市建设探索与实践。本文从地质地貌特征、气候条件和自然资源等方面分析总结成都海绵城市的建设基础,并研究成都市城市发展过程中土地利用及其环境变化情况和雨洪管控现状。最后,本文结合海绵城市概念内涵及其生态技术要点,分析总结成都海绵城市建设可充分利用自然历史本底条件,并基于海绵城市理念,紧抓建设时机,进一步完善城市规划与建设的阶段性成果,为国内其他城市的海绵城市探索与实践提供基础模式。

[关键词]海绵城市;成都;雨洪管控;现代化城市规划与建设

1海绵城市

1.1海绵城市的发展理论

“海绵城市”最早是用来隐喻城市吸附周边乡村人口[1],后被学者赋予其现代化城市雨洪综合管理的新型研究意义[2-8]。美、日、英等发达国家逐步形成了效仿自然排水方式的城市雨洪可持续发展的管理体系,以最佳管理实践(BMPs)、低影响开发(LID)和绿色基础设施(GI)为主要理论基础,将“海绵城市”相关理念体系在实践应用中不断完善。在此基础上,我国海绵城市建设将改变传统城市建设理念,以城市“弹性适应”环境变化与自然灾害为目标,实现城镇化与资源环境协调发展,从而形成日趋完善的现代化雨洪管理的可持续模式。2003年,俞孔坚和李迪华提出用“海绵”暗喻自然湿地、河流等对城市旱涝灾害的调蓄能力[9];2011年,董淑秋[10]首次提出构建“生态海绵城市”的规划概念;2014年,台湾开始提出建设海绵生态城市以适应水文气候灾害,并积极宣传“打造海绵台湾计划”。

1.2海绵城市的概念内涵

2014年10月,我国《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》对海绵城市概念的定义是: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,主要建设内容及其工程特点见图1。“海绵城市”建设是通过生态技术(图2)和工程手段对传统排水系统进行“减负”和补充,统筹城市水资源的系统性,协调给排水等水循环利用环节,并考虑其复杂性和长期性以提高利用率,进而维持城市生态系统的稳定性,提高城市的气候调节、生物多样性和休闲娱乐等生态系统服务功能[11]。

2海绵城市的建设现状

2.1发达国家的海绵城市相关建设

目前,发达国家的雨洪管理已由传统的水量控制过渡到水量与水质并重管理的新阶段,部分建设实例及其成效见表1。国外海绵城市相关工程建设的目的是在土地开发前、后保持自然水文特征基本不变,主要依靠自然生态景观系统,利用雨水径流清除污染物再回灌地下水,从而有效改善水资源质量并保障市民生产生活需求。发达地区的雨洪可持续管理发展体系的特色与优势在于全面规划的雨、污共同处理的混流制地下排水系统和相关部门的政策监督与法制保障[2-8],其相应理念与技术可为我国的“海绵城市”建设提供借鉴参考。

2.2我国的海绵城市相关建设

20世纪80年代,我国城市雨水控制技术以雨水利用为起点,近年来才将重心转向雨洪调控及污染控制自2010年开始,国家对海绵城市建设提出了要求和安排截至2017年,全国已有130多个城市制定海绵城市建设方案,其中30个城市是部级海绵城市建设的试点城市陈玉萍等人将国内海绵城市建设情况分为3个阶段[12]起步发展阶段(2011年至2016年)、爆发阶段(2016年至2018年)和稳定发展阶段(2018年至2020年)。由此可见,国内“海绵城市”理论体系和工程建设发展较晚,但部分较发达城市已率先尝试探索[5-10]。大多数试点城市在降雨量小、降雨强度低的情况下雨洪系统运行效果较好,夏季比冬季运行效果较好[8]。相关建设项目的主要特点为:规模大、周期长且投入资金多各级政府及主管部门大多鼓励采用政府与社会资本合作模式,以实现资本最大化。当前,国内“海绵城市”建设处于稳定发展阶段侧重于局部雨水收集和水体净化,但实践探索过程中缺乏明确的城市整体规划和系统设计。尤其是关于如何充分利用当地的地质地貌特征、气候条件、水资源和森林资源等自然本底因素和建设时机,编制总体规划以推动海绵城市建设的研究鲜有报道。据不完全统计,2015年北京、南宁、天津、重庆等19个城市仍然存在内涝现象。2016年,谭术魁等人对国内16个海绵城市建设现状进行评估,样本城市的市政经济水平完全匹配率仅为37.5%[13]。因此,基于海绵城市理念,为城市规划建设进一步实践提出建议与展望,本文以西南地区的成都市为例,研究分析成都市建设海绵城市的基础和时机。

3成都海绵城市的建设条件分析

3.1建设基础

3.1.1地质地貌特征

成都市位于岷江冲积扇东南缘,西北高、东南低区内由侵蚀堆积平原和部分构造剥蚀、侵蚀台地(基座型)等地形地貌组成,分布较厚的第四纪松软地层[14]成都现状山地面积占市域总面积约35%(约5076km2)且成都黏土广布成都东侧台地(市区东郊至龙泉山麓)。该黏土一般不含水、不透水,分布均匀且厚度较大、强度较高,其矿物成分以伊利石为主(含少量高岭土和蒙脱石),具有以弱为主的弱―中等级胀缩性(失水干燥时易生裂隙,遇水时膨胀软化),因此该黏土地区常见路肩坍滑、路堤边坡外鼓、雨季路面翻浆冒泥等塑性变形现象[15]。

3.1.2气候条件

成都市属东部季风区中亚热带温暖湿润季风气候,市域范围内生物资源丰富,年均气温16.2℃,年均降雨量1000mm,相对湿度82%[16],其气候特点主要为:冬暖雨少霜期长、天气易变春期早(时有发生春旱)、夏季闷热多暴雨(时有发生洪涝干旱)、秋季凉爽雨连绵[17]。成都平原热量差异显著的垂直气候带导致该地区的降水在时间和空间上也存在较大的差异[18]:①年降雨量变化较大(丰水年降雨量是枯水年的2倍),同年6月至9月的汛期降雨量约占全年降雨量的75%;②降雨量自西北向东南递减,市域西北部的多年平均降雨量可达东南部的1.5倍。此外,成都地区年降水量、汛期有雨日降雨强度、最大日降水量均呈现逐渐下降的趋势[19]。

3.1.3水资源和植被资源

成都市属于岷沱江流域,区内河湖水体面积占市域总面积约3%(约470km2),不含河道生态环境用水的用水总量约为54.02亿m3,水资源开发利用效率达38%,农业灌溉水有效利用系数约为0.52。其主要自然河流有府河、沱江河、清水河、摸底河、南河等;还有属于都江堰内江水系的大型人工引水:东风渠、沙河等,河网密度约1.2km/km2,年均水资源总量为304.72亿m3,其中地下水31.58亿m3,过境水184.17亿m3。成都现已建设较多的破碎式城市绿地与生态景观,其中以小型绿地斑块为主。2008年,成都市生态系统服务总价值为40.70亿元,人均占有值约600元。2014年,成都市森林覆盖率达38.4%,单位建设用地生产总值达3.8亿元/km2。截至2020年,该市农田面积占市域总面积约45%(约6451km2),森林面积占市域总面积约26%(约3721km2)。

3.2建设时机

3.2.1成都城市布局

成都市以解放初期的18km2城市规模为发展平台,由一元规划、简单区域规划、摊大饼式发展模式逐步形成1.4余万km2的市域规模。截至2020年,城市规划区包括锦江、青羊、金牛、成华等12个区,简阳、都江堰、彭州等5个县级市和金堂、大邑、蒲江3个县。至2025年,成都市将建设为由1个双核特大中心城市(中心城区和天府新区)、8个卫星城、6个区域中心城及10个小城市等构成的大都市网络城市群。2017年9月,成都市启动建设全球规模最大的绿道项目(约1.7万km),计划将城市中绿地、公园、河湖等碎片化生态板块串联,形成绿色空间系统。2020年该绿道项目完成750km;至2025年,初步建成1920km区域主干绿道体系;2040年,建成上万公里绿道,将成都市域绿道体系全面成网。

3.2.2成都市区土地利用及其环境变化

2011年,彭文甫等人对1992年―2008年土地利用调查发现,成都市土地利用总趋势为:建设用地和城市绿地大幅增长,林地稍有增长,农用地和水体缩减严重。成都市区土地利用结构差别较大,导致成都市陆地生态系统中各项生态系统服务价值的出现不均衡现象[20]。90年代中后期,成都开始逐渐受到极端降雨天气的影响,市区年平均温度上升,相对湿度、年均雨量逐渐减少,局地强降水或暴雨过程的降雨量有所增加,开始凸显热岛和干旱岛效应[19]。在热岛效应环境中,高温区主要分布在城市中心建成区和西南部工业区,低温区主要分布在城市公园和城市周边绿化较高的区域[21],将对海绵城市规划建设提出因地制宜的生态技术和建设工艺挑战。

3.2.3成都市雨洪管控基础

近年来,成都市内涝频发:2013年7月3日4~6小时的降雨过程中最大小时降雨量占暴雨总降雨量的35%(部分地区超过45%),中心城区排水管网失效,导致中心城区8条下穿隧道积水,出现16处内涝积水点;2016年前后,成都市发生了4次全天24小时降雨量超过100mm的暴雨事件。为进一步缓解城市内涝现象,成都市开始编制单元和评审排水(雨水)防涝综合规划,积极推广低影响开发模式。2014年,成都首次大规模诊断中心城区内涝成因和雨水排水系统薄弱环节,编制完成《成都市中心城建成区排涝能力提升规划》。通过雨水排水仿真模拟技术,对城市易淹区进行研究与分析,锁定曹家巷片区、人民公园―羊市街片区等89个易淹区并进行专门防涝整改。2017年,成都全市江河湖库实现河长制管理工作全覆盖,各项配套制度基本健全,中心城区基本消除了黑臭水体。2020年,中心城区水网体系基本完善,水系、岸线、通道、绿化“四通”基本形成;全市黑臭水体不超过10%,主要江河重点区段堤防达标比例不低于60%,岷江、沱江纳入国家及省考核的断面水质考核达标,全市重要水功能区水质达标率达到50%。

4结论

随着城市发展,在土地利用和雨洪管控等因素的影响下,成都生态环境的不均衡变化是不可能完全避免与消除的。但参照成熟工程案例可知,采用新的雨洪管理模式,通过人工影响天气与海绵城市绿色建设的协同发展,可有效改善水资源利用与开发、城市内涝等问题。通过分析成都海绵城市的建设条件,发现成都具备良好的自然生态本底因素,可为海绵城市建设提供先天建设优势和基础:①西北高、东南低的平原台地地质地貌丰富,其中不透水不含水的黏土层和渗透性良好的砂砾卵石层可为人工渗床提供天然“海绵”地基材料;②水、热因素分布不均的季风气候导致降水出现时空差异,要求排水防涝工作应因时、因地,侧重采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等不同技术方法;③天然河流及其水利建设的治水理念深入人心,城市绿地景观斑块为海绵城市等生态格局中的“小海绵”构建提供了夯实的基础。因此,成都市可充分利用地质地貌特征、气候条件和自然资源等自然本底因素的建设条件,和城市雨洪管控发展时机,因地、因时制宜,规划构建海绵城市。

作者:杨钏 单位:黔西南州生态环境局兴义分局