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海绵城市”与城市水环境变革:从传统城市排水到未来水资源综合管理

2015-06-05 22:43:56 更新  |  来源:  |   次阅读

城市是人类文明的标志,是人们经济、政治和社会生活的中心。作为人类生存的主要载体,城市对于小到人类生活的物质水平、大到社会文明的发展方向都具有举足轻重的影响。从全球范围看,2008年是人类文明城镇化历史上具有里程碑意义的一年。从这一年起,超过半数的世界人口生活在城市之中。而我国城镇化起步虽然较晚,源起于上个世界70年代后期改革开放,但发展速度较快,尤其是十六大召开以来,我国城镇化发展迅速。2011年12月,中国社会蓝皮书发布,宣告城镇人口占总人口的比重将首次超过50%。在城镇化的大背景下,我国每年有超过1000多万人涌入城市,新建成的建筑相当于世界建筑总量的一半。

随着过半人口进入城市,城市环境中最重要的人居环境其重要性不言而喻。然而,城镇化进程以城市建设为基本要素,一方面体现着一个国家和地区经济、社会、文化、科技水平的同时,另一方面也凸显出了人类社会发展所面临的诸多问题。比如空气污染、水资源短缺等环境问题,住房紧张、交通堵塞、就业困难等社会问题,这些问题无一不威胁着城市的健康发展。其中,在城市发展过程中面对的诸多困难里,水资源环境问题带来了最严峻的挑战。水资源既需要提供基本的人口饮用需要,同时要满足社会生产过程的客观需求,还要在感官、娱乐等社会文化层面实现精神上的追求,可以说,水环境问题既是决定着城市生死存亡的基石,也是衡量社会文明水平高低的标尺,更是城市必须解决的首要问题之一。

那么,理想状态下人类应该生活在什么样的城市中呢?这样一座理想的城市又应该拥有和营造一个怎样的水环境呢? 2010年上海世博会曾以“城市让生活更美好Better City, Better Life”为主题,基于不同地方文明、民族文化特色和科技进展,展示了世界各国的设计创意和对未来城市的理解,而在现实世界中,构建更美好的城市环境依然是当前全世界面临的实践任务。对我国来说,2014-2020年是我国施行国家新型城镇化规划的重要时期,而“海绵城市”概念的提出则可被视为在我国城镇化过程的关键时期,从国家战略层面为城市水环境问题提供了可供深入探讨的解决方案。

海绵城市vs城市“涝”“旱”矛盾

“海绵城市”理念的提出,从侧面反映出了我国城市水环境管理方面,尤其是针对雨洪情况下的排水体系建设上尚存在重大不足。目前,“逢雨必涝”已经成为我国城市重大灾害之一,北京、深圳、济南等城市都曾发生过造成伤亡的严重内涝事件。深圳2008年“6•13”事件造成深圳市8人死亡,6人失踪,受灾人口十多万人,全市出现1000多处内涝或水浸,直接经济损失约12亿元。2012 年北京“7•21”事件的暴雨内涝则更加严重,特别是丰台南岗洼京港澳高速下沉式立交桥淹没和房山区洪水、泥石流造成的灾害,导致死亡78人,受灾人口190万人,直接经济损失更是高达116亿元。事实上,在过去3年,中国超过360个城市曾经遭遇内涝,其中六分之一的城市单次内涝淹水时间超过12小时。

在面临“逢雨必涝”魔咒的同时,城市的干旱和缺水问题也越演越烈。以深圳为例,深圳光明新区年均降雨量可达到1935毫米,属于汛期暴雨集中的城区,一方面有26个易涝点,内涝严重;另一方面又严重缺水,70%以上的用水靠从区外调动。北京市水资源紧缺局面则更为严峻,长期处于地下水过度开采状态的同时,只能通过南水北调长距离调水、海水淡化等方式缓解用水缺口。随着我国城镇化进程的推进、城市人口的增加、GDP的增长和居民生活水平的提高,城市用水缺口还将继续面临不断扩大的威胁。

一边洪涝、一边缺水的局面,反映了我国城市水资源管理中的“涝”“旱”矛盾,也凸显了我国城市雨水利用率普遍偏低的现状。“海绵城市”理念正是在这种背景下应运而生。海绵城市意味着未来城市在应对环境生态变化时需具备一定弹性。从效果功能上讲,海绵城市针对重大生态环境变化,例如面临雨洪时,能够具有更广阔的承受范围,即更有弹性;从设计上讲,海绵城市意味着城市设计和建设过程中,将更多具有蓄、排、净水功能的建筑单元整合到社区之中,从而减小地表径流、减轻排洪压力的同时,实现对雨水的有效富集利用,缓解水资源紧缺局面。

海绵城市vs水泥城市

海绵城市引发了针对传统雨洪排水理念的再认识。传统的观念认为,我们需要用更快的速度、更高效的手段来实现雨水的收集并排出城市。人们仿佛认定了雨水是惹人厌烦且不受待见的“包袱”,所以管网都尽量埋入地下,以“眼不见心不烦”的形式,在视线之外实现排水功能。在具体手段上,城市建设过程中密如蛛网的道路、林立的建筑物和浩繁的排水管网系统承担了雨水收集和排水任务。冰冰冷冷的集水排水模式堪称“水泥”城市。不可否认,水泥城市的模式虽然建设周期长、投资大,但在承担城市防涝方面,尤其对于保障大型城市防洪安全上起到了决定性作用。法国巴黎、日本东京的下水道建设就是堪称“水泥城市”的世界典范。
近代下水道的雏形脱胎于法国巴黎,法国文豪雨果曾在《悲惨世界》中写道,下水道是“城市的良心”。今天的巴黎下水道总长2300多公里,规模远超巴黎地铁。大部分排水管道处于地面以下50米,拥有超过6000多个地下蓄水池,且管道设计采用多功能设计理念,中间是宽约3米的排水道,两旁是宽约1米、供检修人员通行的便道。日本东京的现代地下排水系统虽筹建相对较晚,于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池,并在1992年开工了“第二代城市下水总体规划”的建设,2006年竣工。但系统规模宏大,由一连串混凝土坑体构成,地下管道深达60米,号称“地下宫殿”,以保障东京受到台风雨水灾害侵袭。

海绵城市与水泥城市其实并不相悖,而是辨证统一的。在保证防涝排水安全的前提下,海绵城市的设计理念通过低影响设计和低影响开发的原则(Low impact design or development, LID),避免地表净流量大幅度增加,从而缓解排水道压力,同时充分利用城市内部各种蓄水、净水设计,实现雨水的收集和再利用。海绵城市的理念体现了排水防涝思路的转变,以解决城镇化与资源环境的协调、可持续发展为目标,代表着未来城市建设水资源管理的发展方向。事实上,不同国家在探索未来城市雨洪管理中或多或少也体现着海绵城市的理念。

德国近年来推广新型雨水处理系统“洼地——渗渠系统”,通过就地设置洼地、渗渠形成分散的雨水处理系统。利用低洼草地中短期储存和渗渠中的长期储存,减少了因城市化而增加的雨洪暴雨径流,同时由于及时补充了地下水,可以防止地面沉降,从而使城市水文生态系统形成良性循环。在径流流动与贮存上,具体分地下管道和地表明沟两种形式,其中地下雨水管线不仅要考虑雨水传输,同时还要考虑储存雨水和减缓洪峰的功能;地表明沟则既考虑了雨水输送的功能,也考虑了对构造城市景观的作用,通常是将其模拟为蜿蜒曲折的天然河道。最终,雨水的输送储存与城市景观建设和环境改善融为一体,既有效地利用了雨水资源、减轻了污水处理厂的压力,又有效地改善了城市景观。新加坡则将对雨水的收集和利用推动到了极致。受限于本国极端缺水的国情,新加坡将雨水收集树立为本国四大水源之一,同时通过统一城市规划,利用雨污分流的方式,建设独立的雨水沟道、雨水干道和位于海边的地(水)下式大型蓄水库,最终计划将新加坡陆地面积的90%都建设成雨水集水区。

海绵城市vs数字城市/智能城市

海绵城市的建设,“水”是关键词,具体包括城市自然水系、城市给水、排水、防洪排涝、再生水使用、地下水回灌等等。随着物联网、云计算、大数据等信息技术手段从概念走向现实,未来城市发展呈现数字化、智能化。而海绵城市一改传统城市粗犷的雨水收集-排放模式,通过精细化的城市空间设计、分散式的海绵体布置,力争使城市具备弹性应对蓄水、净水和排水的功能。这一方面在管理水平上,对雨水径流量的分析、预测、监控和管理都提出了更高要求,另一方面,也为未来水环境管理领域实现数字城市和智能城市的建设发展提供了着手点。具体来说,海绵城市“渗、滞、蓄、净、用、排”的理念,在水量上,需要数字化测定、管理或设计综合径流系数、可渗透地面面积比例、雨水调蓄标准(以mm降雨计)和雨水调蓄总容积、地下水埋深、天然水域面积保持程度、雨水利用量、替代城市供水比例、公共供水管网漏损率,污水再生利用率等;在水质上,也需要数字化监测不同时空分布下的水体水质情况。

绿地等海绵体的两种设计分布方式:传统粗犷集中分布(左)和未来精细分散式分布(右)

海绵城市vs中国未来城市水环境笔者相信,海绵城市的实现绝非遥不可及的新鲜事。事实上,我国城建史上可以追寻到诸多海绵城市的影子。比如从某种意义上看,北京城在历史上便可视为海绵城市的典范。北京城曾经河湖纵横、清泉四溢、稻花飘香、禽鸟翔集,从诸多地理区域的命名上便可见一斑。以海淀区为例,仅带有“河”的地名便有“万泉河、肖家河、清河、北安河、金沟河路、永丰西河村、西北旺东河、紫金长河、旱河路、南沙河、长河湾、二河开、上河沿、安河桥、昆玉河、上河村、北玉河”等。带有“湖”的地名有“昆明湖、八一湖、稻香湖”等。带有“泉”、“坞”的地名有“香泉桥、温泉镇、海淀泉庄、香泉环岛、双泉堡、冷泉、玉泉山、玉泉路”和“南坞、中坞、北坞、太舟坞”等,不一而足。

这些遍布海淀的“河、湖、泉、坞”的存在,客观上正起着海绵城市的基本要素——海绵体所起的作用。而在社区设计方面,北京四合院讲究绿化,院内植树种花,再加上盆栽水养的花草和院落中阶前、阶后的花圃设计,在营造庭院美景的同时,也体现了针对雨水的“渗、滞、蓄、净、用、排”,正是可供海绵城市参考的范例。

营造健康、绿色、宜居的城市水环境是全世界共同面对的挑战。“以世界的眼光看中国问题”,我国未来城镇化建设必须摆脱传统城市建设思路,追求可持续的人与自然和谐发展模式。而“以中国的眼光看世界问题”,海绵城市是我国推行城镇化建设过程中自行提出的,以实现资源环境可持续协调发展为目标的城市建设理念?梢云诖,海绵城市理念的实践应用,伴随着顺应自然、社区友好、与自然和谐共处的低影响城市建设发展模式,必将对所有城市居民带来深入的积极影响。
龙康给排水技术转发。

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