任南琪，1959年3月生，工學(xué)博士，教授/博導，中國工程院院士，長(cháng)江學(xué)者獎勵計劃特聘教授，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者?，F為城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任，“城市水質(zhì)轉化規律與保障技術(shù)”國家創(chuàng )新研究群體帶頭人。兼任國務(wù)院住房城鄉建設部海綿城市建設技術(shù)指導專(zhuān)家委員會(huì )主任委員，國務(wù)院學(xué)位委員會(huì )學(xué)科評議組成員，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(lèi)專(zhuān)業(yè)指導委員會(huì )副主任委員，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì )副理事長(cháng)，中國能源學(xué)會(huì )副會(huì )長(cháng)，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)與設備，廢物資源化及能源化理論與技術(shù)，環(huán)境微生物系統生物學(xué)與生態(tài)學(xué)等方面研究。主持國家和省部級項目23項。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、國家科技進(jìn)步二等獎2項、省部級獎12項，全國創(chuàng )新?tīng)幭泉劆?，全國模范教師，何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎1項，著(zhù)作12部，發(fā)表論文SCI收錄600余篇，授權國家發(fā)明專(zhuān)利61項。曾入選國家“百千萬(wàn)人才工程”一、二層次，教育部“跨世紀優(yōu)秀人才培養計劃基金”獲得者，香港裘磋基金獲得者，享受?chē)鴦?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)海綿城市建設的指導意見(jiàn)》確立了海綿城市建設的總體工作目標，并指出：“到2020年，城市建成區20%以上的面積達到目標要求；到2030年，城市建成區80%以上的面積達到目標要求。”其后，海綿城市建設項目在全國30個(gè)試點(diǎn)城市展開(kāi)，建設區域從南至北，城市規模從一線(xiàn)到三四線(xiàn)均有分布。根據我國海綿城市建設評價(jià)標準，當前雨水控制利用模式主要以降水量作為劃分依據進(jìn)行分類(lèi)指導。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，海綿設施的應用效果、適應性也存在差異。
2019年，30個(gè)海綿城市的建設試點(diǎn)工作均通過(guò)國家專(zhuān)家組驗收，各個(gè)試點(diǎn)城市基于主導問(wèn)題，采用各具特色的技術(shù)實(shí)施路線(xiàn)，形成了多樣化的海綿城市建設體系，同時(shí)也積累了大量的可復制可推廣的經(jīng)驗。本文綜合各類(lèi)因素進(jìn)行城市分類(lèi)，并總結現有海綿城市試點(diǎn)經(jīng)驗，提出基于我國地域分類(lèi)和社會(huì )屬性分類(lèi)的海綿城市建設策略和范式，以期為后續的海綿城市建設的大面積推廣提供借鑒。
一、摘 要
在系統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、功能區等社會(huì )因素的基礎上，分類(lèi)和總結現有海綿城市試點(diǎn)經(jīng)驗，提出了基于我國地域分類(lèi)和社會(huì )屬性分類(lèi)的海綿城市建設策略和范式，以期為海綿城市建設的推廣提供借鑒。
二、基于自然因素的海綿城市分類(lèi)建設策略與范式
1.城市分類(lèi)的主要影響因素
海綿城市的實(shí)施是一個(gè)系統工程，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，旱澇災害的分布影響各地區建設目標的合理設定，植被的耐淹耐澇抗旱性與氣溫、土壤、降水有關(guān)，滲透設施的效果與不同地區土壤滲透性能和地下水位等有關(guān)。影響海綿城市方案設計及建設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(lèi)如表1所示。
2.地形地勢對海綿城市建設分類(lèi)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(kāi)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(zhù)密切關(guān)聯(lián)。坡度決定雨水匯水方向和山體地形的穩定性。坡向不同的地塊，日照長(cháng)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的重要依據，同時(shí)還可反映區域山水格局等地形水系特征。因此，在海綿城市規劃設計中，坡度、坡向及高程分析是不可或缺的重要環(huán)節。按照城市所處的地形分類(lèi)，我國位于山前洪積、沖積扇平原的城市數量較多，其次為低山丘陵河谷地區的城市，高原山間盆地或谷底的城市，而位于中山、高山地區數量的城市極少；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(lèi)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分類(lèi)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，氣候差異大、降雨時(shí)空分布不均。必須根據當地的氣候條件及降雨特點(diǎn)，因地制宜地選擇相應設施及雨水利用方案并確定運行維護方法，最大限度地提高系統的效率和安全性，這直接關(guān)系到海綿城市建設的可持續性。
降雨量及徑流分析是海綿城市設計的關(guān)鍵一環(huán)。我國的年降水量地域分布情況如下：東南沿海地區為1500～2000 mm；長(cháng)江中下游地區為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為500～750 mm，黃河上、中游及東北大興安嶺以西地區為200～400 mm；西北內陸地區年降水量為100～200 mm。我國海綿城市建設評價(jià)標準的年徑流總量控制率分區也基本基于上述的降水總量確定。
然而，我國不同地區的降水季節分配不均，尤其是易形成洪澇災害的夏季降水量與上述分區不是完全相關(guān)。長(cháng)江中下游和華南地區的夏季降水占全年50%以下，其他地區的夏季降雨更集中，超過(guò)50%。近年來(lái)氣候變化導致極端降雨事件的頻發(fā)，使得傳統意義上按照降水總量定義的干濕地區與暴雨內澇分布越來(lái)越表現出不一致性。屬于半干旱區的北京，在2012年7月21日出現特大暴雨，市區形成積水點(diǎn)426處，經(jīng)濟損失 116.4億元。2013年?yáng)|北大部雨季早、降雨多、歷時(shí)長(cháng)，為全國洪澇災害最嚴重的地區。因此，單純從降雨量角度劃分不同地區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(lèi)建設策略與范式
根據自然因素進(jìn)行城市分類(lèi)，主要依據城市的自然地形、氣候、降水以及地域分布特征，并結合土壤、地下水等因素對我國城市進(jìn)行以下分類(lèi)：1)東北寒冷平原地區；2)西北干旱地區；3)華北及中部暖溫地區，并進(jìn)一步細分為：3-1平原區、3-2山前區；4)南方多雨地區，并進(jìn)一步細分為：4-1山地丘陵地區、4-2平原河網(wǎng)地區。通過(guò)對試點(diǎn)城市的特征解析，識別共性的關(guān)鍵問(wèn)題，并總結試點(diǎn)城市的海綿城市建設策略及推薦了適用的技術(shù)設施，歸納匯總于表2。
三、基于社會(huì )屬性因素的海綿城市片區分類(lèi)建設要點(diǎn)
城市/區域的社會(huì )屬性對海綿城市的建設均有影響，比如，城市的基礎設施完善程度、城區功能定位等，當下墊面、排水設施等有差異時(shí)，對雨水及水資源規劃管理需求及側重點(diǎn)也應有所不同，具體影響因素如表3所示。隨著(zhù)城市建設能力和理念的變化，老舊城區和新建城區有明顯的不同特征，如鄭州市老城區的不透水面積占比超過(guò)60%，個(gè)別區域達到80%，新城區在50%以下。根據表3，從社會(huì )屬性角度進(jìn)行分類(lèi)，海綿城市建設所在的重點(diǎn)特色片區可分為高密度商業(yè)及居住區、生態(tài)休閑空間、老舊城區、新建城區。
商業(yè)辦公區、大型交通樞紐設施等均屬于社會(huì )經(jīng)濟活動(dòng)密集區域，多數位于城市中心，建筑較為密集，由于硬化率高、綠地相對較少且人流量大，大規模設置綠色設施難度大，推薦采用以灰色設施為主的地表徑流收集排除系統，或分散設置較小型的綠色設施，對雨水進(jìn)行必要的凈化處理。同時(shí)還應配合城市空間規劃，采用具有海綿功能的城市建筑及景觀(guān)小品，倡導具備綠色生態(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(guān)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。在海綿城市建設中，應充分利用此類(lèi)空間資源，對河流空間進(jìn)行生態(tài)修復，同時(shí)結合景觀(guān)設計，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)建設了梯田式的河堤，種植當地的耐淹沒(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，內湖也作為一個(gè)滯留區，水域擴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。
老舊城區是海綿城市建設過(guò)程中面臨的一大難點(diǎn)，其在海綿城市建設過(guò)程中的主要挑戰可總結為：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，綜合徑流系數大；2)土地已基本開(kāi)發(fā)，可改造空間小，大規模應用海綿設施具有較大困難；3)環(huán)境本底較差，多為合流制管道，合流制溢流(CSO)污染嚴重；4)城市內澇、水體黑臭現象嚴重。因此，在老舊城區，海綿城市建設應以問(wèn)題為導向，以點(diǎn)帶面，形成“一點(diǎn)一策”；同時(shí)要注意系統統籌，形成源頭-過(guò)程-系統的項目體系，避免碎片化[6]。適宜老舊城區建設的LID設施有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留池以及地下調蓄設施等，建設規模及占地相對較小，既可以減小工程影響，又可以實(shí)現徑流控制，整體以灰色設施為主，有條件的情況下應盡可能設置綠色設施。
城市新區一般綠化率較高，可利用空間條件較好。在此良好的基礎上，新城區的海綿城市建設需要系統和科學(xué)的規劃，以目標為導向，以面帶片；在徑流總量控制、徑流污染控制的基礎上，以綠色設施為主，適當設置灰色設施；優(yōu)先保護自然生態(tài)本底，根據區域的環(huán)境和資源承載力，制定海綿城市建設相應的控制指標體系。同時(shí)，與老舊城區相比，新建城區在規劃設計階段應通過(guò)對道路、綠地的豎向調整來(lái)構建行洪排泄系統，與公園、濕地、水系等開(kāi)放性蓄水空間一起構建城市大排水系統。
三、結 論
我國海綿城市建設的試點(diǎn)城市遍布全國，通過(guò)實(shí)踐積累了大量的可復制可推廣的經(jīng)驗。為了使后續的海綿城市建設在大面積推廣時(shí)更好地對標可借鑒的范式，本文依據城市的自然地形、氣候以及地域分布特征，對試點(diǎn)城市進(jìn)行以下分類(lèi)：東北寒冷平原地區、西北干旱地區、華北及中部暖溫地區和南方多雨地區。通過(guò)對試點(diǎn)城市的特征解析，識別共性的關(guān)鍵問(wèn)題，分類(lèi)歸納總結了海綿城市建設策略并推薦了適用的技術(shù)設施。
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