任南琪，1959年3月生，工學(xué)博士，教授/博導(dǎo)，中國工程院院士，長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。現(xiàn)為城市水資源與水環(huán)境國家重點(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)”國家創(chuàng)新研究群體帶頭人。兼任國務(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，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)副理事長，中國能源學(xué)會(huì)副會(huì)長，中國土木工程學(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。主持國家和省部級(jí)項(xiàng)目23項(xiàng)。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)獎(jiǎng)12項(xiàng)，全國創(chuàng)新爭先獎(jiǎng)狀，全國模范教師，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)國家發(fā)明專利61項(xiàng)。曾入選國家“百千萬人才工程”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，享受國務(wù)院特殊津貼。
研究背景
2015年發(fā)布的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》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)工作均通過國家專家組驗(yàn)收，各個(gè)試點(diǎn)城市基于主導(dǎo)問題，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。城市地形地勢對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.地形地勢對海綿城市建設(shè)分類的影響
地形地勢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.氣候條件對海綿城市建設(shè)分類的影響
我國幅員廣闊，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50%。近年來氣候變化導(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年東北大部雨季早、降雨多、歷時(shí)長，為全國洪澇災(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、地下水等因素對我國城市進(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)。通過對試點(diǎn)城市的特征解析，識(shí)別共性的關(guān)鍵問題，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]植被。雨季時(shí)，雨水從公園的不同方向流向河流，經(jīng)過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，河流中的水通過沙礫層滲透到湖中，并在此過程中得到過濾。
老舊城區(qū)是海綿城市建設(shè)過程中面臨的一大難點(diǎn)，其在海綿城市建設(shè)過程中的主要挑戰(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)通過對道路、綠地的豎向調(diào)整來構(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
我國海綿城市建設(shè)的試點(diǎn)城市遍布全國，通過實(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)。通過對試點(diǎn)城市的特征解析，識(shí)別共性的關(guān)鍵問題，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。
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