Research on Prevention and Control of Urban Waterlogging Based on the Concept of Sponge City
王梓墉 WANG Zi-yong
（河海大学水文水资源学院，南京 210098）
（College of Hydrology and Water Resources，Hohai University，Nanjing 210098，China）
摘要：近年来，我国城市内涝灾害问题日益突出，传统的排水体系与内涝防治理念已经不能满足城市安全的要求，对城市居民造成了极大的困扰。文章从自然气候和城市建设规划的角度对城市内涝的成因进行深度分析，指出了传统排水设施的局限性，探讨了城市内涝带来的诸多危害。由此提出了海绵城市的含义以及海绵城市建设的基本思路，并将海绵城市的建设理念与城市内涝问题二者结合进行分析，说明海绵城市对于解决城市内涝问题的重大意义。
Abstract: In recent years, the problem of flood disasters in China's cities has become increasingly prominent. The traditional concept of drainage system and internal control has failed to meet the requirements of urban safety, which has caused great trouble to urban residents. From the perspective of natural climate and urban construction planning, this paper makes an in-depth analysis of the causes of urban waterlogging, points out the limitations of traditional drainage facilities, and explores the many hazards brought by urban waterlogging. This paper puts forward the meaning of sponge city and the basic ideas of sponge city construction, and analyzes the construction concept of sponge city and urban waterlogging problem, which shows the significance of sponge city to solve the problem of urban waterlogging.
关键词：城市内涝；海绵城市；生态效用；城市规划；排水管网
Key words: urban waterlogging；sponge city；ecological utility；urban planning；drainage pipe network
中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）23-0157-03
0 引言
近年来，由于城市化近几年的迅猛发展与全球气候的急剧变化，使得中国城市内涝灾害问题日益严重[1-2]，绝大多数城市灾害频发。内涝灾害带来了众多安全性问题，不仅威胁城市居民的生产生活，还使城市陷入瘫痪[3]。因此，解决城市内涝问题刻不容缓。但传统内涝治理理念往往是通过人造管网进行排水，忽略了雨水的循环利用，并且城市排水管网体系普遍存在着造价成本较高、使用寿命较短以及排水标准达不到要求等问题，因此，海绵城市建设方案新理念的提出对于解决中国城市内涝问题有着深远的意义。
1 城市内涝
1.1 城市内涝的成因
1.1.1 我国气候特点以及全球气候变化
近年来，全球气候变暖已经成为各国亟待解决的巨大问题，在此背景下，我国季节性大气环流出现异常，强对流天气增多[4]。加之我国幅员辽阔，地处于亚洲东南部地区，属于典型的季风气候，导致我国的降雨随时间空间变化分布非常不均，夏季多暴雨，而据研究，暴雨往往是城市内涝产生的最主要、也是最直接的因素[5]，这就导致我国城市内涝灾害频繁发生。同时受全球气候变化的影响，极端天气增多，大暴雨以及特大暴雨出现频率增大，原有暴雨重现期设计标准下的排水系统能力不能满足实际使用情况，使我国城市原本就脆弱的排水系统压力骤增，加之城市大都地处平原地区，降雨积水无法及时排出，最终积囤于城市内部，威胁着城市以及居民的安全。
1.1.2 城市化的快速发展
随着城市化水平不断提高，城市与城市建成区的不断扩大，城市道路的不断增加。钢筋水泥浇灌的灰色建筑占据了城市建成区，区域内的原生自然景观逐渐消失，被各种人造景观所取代，这导致城市出现了严重的水土流失现象，使下垫面条件变差，径流系数变大，地面径流量增多，加大了地下排水管网的负担，而大多数城市内有没有相应的紧急排水措施，使短期内的强降雨无法及时疏通排放[6]。而我国传统型的市政排水管网也普遍存在设计标准较低，使用寿命较短等问题，我国大部分城镇实际实施的管网都以1~3年为标准，这远远达不到降雨排放的要求，再加上长期的运营管理不到位，管网淤积阻塞、雨水口失效等问题时有发生，使得排水管网的实际工作能力比设计值更低[7]。
同时伴随着城市工业的迅猛发展与人民生活水平的不断提高，使城市上空热量增多，高于郊区，易形成“城市热岛”效应，而“城市热岛”效应又会引发“城市雨岛”效应现象发生，使得城市中水汽更容易凝结，凝结核的增多导致暴雨形成的可能增加，在城市区域特别容易形成特大暴雨[8]，使特大暴雨出现的频率高于预期设计值，使得洪峰流量的增加，最终导致大部分降雨积水无法通过下垫面渗透流出，也无法通过排水管网排出，最终滞留在城市之中，造成“小雨积水，大雨看海”的窘况。
1.2 城市内涝的危害
首先城市内涝会给城市带来巨大的经济损失，无法渗透排出的降水囤积在城市内部道路，不断冲刷城市建筑物，工厂厂房，交通设施。会使这些公共设施遭受内部结构性破坏，更有甚者还会导致建筑物的破坏塌陷，使得灾后重建费用大大增加，这将成为城市经济发展过程中无法规避的隐患，大大制约了城市经济的发展。城市内涝还会给广大人民生命财产安全带来严重影响。当城市内涝出现时，往往会使水、电、煤气以及通信遭受非常严重的故障[9]，不仅如此，城内积水过多也将造成交通瘫痪，给居民的出行造成了极大的困扰，严重影响了居民生活质量。
城市内涝对于城市内部以及周边环境的破坏也是极其严重的，掺杂着垃圾的市内积水不仅会给周边水体带了污染，同时长期处在淹水条件下，本就脆弱的城市地质条件继续恶化，对于动植物的生长会造成严重的影响。无论是对于城市的短期发展还是长期发展都是不利的。
2 海绵城市
2.1 海绵城市的内涵
俞孔坚认为解决城市水问题，必须把研究对象从水体本身扩展到水生态系统，通过生态途径，对水生态系统结构和功能进行调理，增强生态系统的整体服务功能[10]，因此，在解决城市内涝问题中，不能只注重水体单个对象的治理，而是要对影响城市水体的整个生态系统进行优化改造。在不破坏自然环境的基础上去科学地建设规划城市，而不是让环境去顺应城市建设。具体就是要增加可渗透路面占比以及对绿地、公园进行合理配置，增强城市的吸水净水蓄水排水能力， 使得城市具有与海绵体相似的可塑性，在雨季时可以有效地吸收降水不至于发生内涝灾害，值干旱季节又可以将雨季蓄存的水进行“释放”缓解干旱程度。
建设海绵城市并不是对原有排水管网系统的推倒重建，而是在原有排水基础上最大程度的发挥城市环境本身的作用，对传统排水系统是一种“减负”，对城市的建设和发展有积极的作用，并可以有效控制城市内涝灾害，降低内涝灾害发生的频率。尽可能以最低人力、物力以及财力成本达到降水再循环使用的效果，有效统筹与规划各种自然资源，真正意义上促进城市生态环境的健康发展[11]。
2.2 海绵城市建设基本原则
海绵城市的建设要将生态保护放在首位，将城市建设对于环境的负面影响降到最低，对于湿地，沼泽，湖泊等较为敏感的水生态地区要进行“保护性”建造，即采取不威胁当地生态环境或对环境影响较小的建造方式，最大程度地对原有生态进行保护，尽可能地利用自然排水系统，维护好城市良好的生态环境[12]。
2.3 海绵城市建设思路
2.3.1 在原有生态基础上建设城市
合理的城市格局可以促使城市与自然的和谐相处，有利于城市的长远发展，若为追求“城市美”而改造自然，破坏环境，就会破坏原有的生态平衡，造成的损失往往不可挽回。要以可持续发展的眼光去建设城市。例如早期的台州市为了追求城市格局的“美观”，用高楼填筑了原有自然景观，建立了新的绿化带以求增加城市抗灾能力，但大多数绿化带都基本分布在城市格局之外，并且是相互独立无法连通的，这就使得绿化带的能起到的生态作用微乎其微。而这些被破坏的原有生态往往是自然环境经过多年演变形成的合理位置，对于维护区域内的生态平衡有重要的意义。破坏了原有的生态系统，是不管人为建立多少绿化设施都不可挽回的。
同时对原有生态的改造，还会破坏山河连续性，这对于迁徙动物的繁殖与生存是非常不利的，往往会影响整个地区的生物多样性。不仅如此，破坏生态还会将原本循环流动的活水域变为死水域，水流无法流通，久而久之，水质就会出现诸如富营养化的等污染问题，最终变成污水沟，不仅丧失了其生态效用，还会使其丧失美学价值。
2.3.2 对公园绿地进行合理配置
对于绿地、湿地以及公园的建设要有科学性，要以实用性为主，观赏性为辅。如今大多数城市虽然通过建设人造公园增加了绿地湿地在城市中的占比，但由于其以注重观赏性游玩性居多，导致其效益往往不尽人意。例如有些城市为了方便居民参观，把公园建立在交通便利但地势较高的地区，这就使得在发生大暴雨以及特大暴雨时，公园绿地只能吸收小部分降落在公园绿地上的雨水以及水位到达其所在地高程的雨水，公园丧失了其作用，这违背了建设的初衷，对于绿地资源是一种浪费。
2.3.3 城市海绵体的合理建设
海绵城市的建设要注重建设城市海绵体，增加城市透水性。不同覆盖种类的路面径流系数不同（见表1）。由表1可明显看出，混凝土路面的径流系数最大，也即为它的透水能力最差，对于雨水的吸收能力有限，因此在城市道路建设的过程中，应尽量避免使用混凝土道路，而多使用径流系数较小的非铺砌土路面以及碎石路面，或者根据城市各部分地形地势情况合理使用多种覆盖材料，增加道路的渗透性，从而增强城市的透水能力，这对于城市内涝的防治有非常积极的作用。
3 海绵城市对于解决城市内涝的具体意义
3.1 传统城市城市内涝会形成恶性循环
城市内涝的发生往往是因为较恶劣的气候条件以及城市自身排水能力的不足。恶劣的气候使得暴雨天气出现的次数增多，而城市现有的排水管网又没有相匹配的排水能力，加之城市的开垦建造恶化了下垫面条件，降低了下垫面透水能力，使得内涝积水无法及时有效地排出，造成环境污染以及水土流失等生态问题，这些生态问题反过来又会破坏生态平衡，使得生态系统的抗灾能力以及调节气候能力下降，由于引发极端天气增加以及城市内涝等问题，最终形成恶性循环。据有关统计, 目前全国642座有防洪任务的城市中仍有340座没有达到国家规定的防洪标准, 特别是非农业人口150万人以上的34座特大城市中仅有7座达到防洪标准, 一些新兴的经济开发区和新城市的防洪工程建设严重滞后[13]。
3.2 海绵城市治理城市内涝
城市内涝治理是需要考虑多方面因素的，不仅要改造建设排水设施，还要顺应自然保护环境。而海绵城市恰恰强调环境保护，用自然的工具去解决自然的问题，这就使得海绵城市理论在解决城市内涝问题上会有积极效用。
3.2.1 运用海绵城市理念中的“排水”措施
通过海绵城市的建设，增加城市绿地面积与透水路面占比，降低硬质化城市地面比例，改善下垫面条件，减小地面径流系数。在同等降雨量下，海绵城市较传统城市拥有更多能力更强的海绵体设施，对于雨水的吸收量远远大于传统城市道路与绿化的吸收量，这在一方面可减轻城市排水管网的压力，使得排水管网可以安全有效的运行，降低了运行管理费用，节省了排水管网改建费用；另一方面也降低了城市内涝发生的概率。
3.2.2 运用海绵城市理念中的“滞水”原理
对于传统城市排水管网中较难处理的特大暴雨的等极端天气，由于短期雨强过大，洪峰流量过高，这会使得排水管网中水压力突增，往往会对排水管网造成破坏。海绵城市拥有“滞水”功能，绿地湿地的滞水能力可以有效降低雨水的汇集速度，延缓峰现时间，降低洪峰流量。既降低了排水管网中排水压力，又缓解了城市内涝灾害风险。
3.2.3 从源头上解决城市内涝
海绵城市的宗旨是环境保护，设计顺应自然，这对改善环境，增强环境的恢复能力与自我调节能力有着积极的作用。城市地区各个生态区域不再是人为建造的相互独立相对封闭的个体，发挥不出实际效用，而是有着整体性连续性可以通过相互联系构成一个生态整体，这就会使得各生态区域优势互补共同调节，实现实际效用大于各部分作用之和。可以有效缓解城市内水土流失；调节气候，减少极端天气发生的频率，从源头上解决城市内涝问题。
4 结语
中国的城市要实现稳定快速的发展，就必须要面对并且解决中国城市内涝的问题。而就目前来说，海绵城市是最适合我国城市的建设形态，利用城市绿地湿地强大的入渗、滞水能力，及时有效地排除多余积水；同时注重生态系统整体性，发挥各生态区域最大的生态效用，对于解决中国城市内涝问题有着深远意义。
参考文献：
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