任南琪，1959年3月生，工學博士，教授/博導，中國工程院院士，長江學者獎勵計劃特聘教授，國家杰出青年科學基金獲得者。現(xiàn)為城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室主任，“城市水質轉化規(guī)律與保障技術”國家創(chuàng)新研究群體帶頭人。兼任國務院住房城鄉(xiāng)建設部海綿城市建設技術指導專家委員會主任委員，國務院學位委員會學科評議組成員，教育部資源環(huán)境與地球科學部委員，國際水協(xié)會（IWA）Fellow，教育部環(huán)境類專業(yè)指導委員會副主任委員，中國環(huán)境科學學會副理事長，中國能源學會副會長，中國土木工程學會常務理事等。
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、技術與設備，廢物資源化及能源化理論與技術，環(huán)境微生物系統(tǒng)生物學與生態(tài)學等方面研究。主持國家和省部級項目23項。獲國家技術發(fā)明二等獎1項、國家科技進步二等獎2項、省部級獎12項，全國創(chuàng)新爭先獎狀，全國模范教師，何梁何利基金科學與技術進步獎1項，著作12部，發(fā)表論文SCI收錄600余篇，授權國家發(fā)明專利61項。曾入選國家“百千萬人才工程”一、二層次，教育部“跨世紀優(yōu)秀人才培養(yǎng)計劃基金”獲得者，香港裘磋基金獲得者，享受國務院特殊津貼。
研究背景
2015年發(fā)布的《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》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(qū)20%以上的面積達到目標要求；到2030年，城市建成區(qū)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個試點城市展開，建設區(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)我國海綿城市建設評價標準，當前雨水控制利用模式主要以降水量作為劃分依據(jù)進行分類指導。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個海綿城市的建設試點工作均通過國家專家組驗收，各個試點城市基于主導問題，采用各具特色的技術實施路線，形成了多樣化的海綿城市建設體系，同時也積累了大量的可復制可推廣的經驗。本文綜合各類因素進行城市分類，并總結現(xiàn)有海綿城市試點經驗，提出基于我國地域分類和社會屬性分類的海綿城市建設策略和范式，以期為后續(xù)的海綿城市建設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和氣候條件等自然因素和新舊城區(qū)、功能區(qū)等社會因素的基礎上，分類和總結現(xiàn)有海綿城市試點經驗，提出了基于我國地域分類和社會屬性分類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建設策略與范式
1.城市分類的主要影響因素
海綿城市的實施是一個系統(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，旱澇災害的分布影響各地區(qū)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，滲透設施的效果與不同地區(qū)土壤滲透性能和地下水位等有關。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因素，其中自然因素又可分為水文地質和氣候條件等因素，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)劃設計中，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、降雨時空分布不均。必須根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件及降雨特點，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(tǒng)的效率和安全性，這直接關系到海綿城市建設的可持續(xù)性。
降雨量及徑流分析是海綿城市設計的關鍵一環(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；西北內陸地區(qū)年降水量為100～200 mm。我國海綿城市建設評價標準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害的夏季降水量與上述分區(qū)不是完全相關。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426處，經濟損失 116.4億元。2013年東北大部雨季早、降雨多、歷時長，為全國洪澇災害最嚴重的地區(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策略與范式
根據(jù)自然因素進行城市分類，主要依據(jù)城市的自然地形、氣候、降水以及地域分布特征，并結合土壤、地下水等因素對我國城市進行以下分類：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)，并進一步細分為：3-1平原區(qū)、3-2山前區(qū)；4)南方多雨地區(qū)，并進一步細分為：4-1山地丘陵地區(qū)、4-2平原河網(wǎng)地區(qū)。通過對試點城市的特征解析，識別共性的關鍵問題，并總結試點城市的海綿城市建設策略及推薦了適用的技術設施，歸納匯總于表2。
三、基于社會屬性因素的海綿城市片區(qū)分類建設要點
城市/區(qū)域的社會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(qū)功能定位等，當下墊面、排水設施等有差異時，對雨水及水資源規(guī)劃管理需求及側重點也應有所不同，具體影響因素如表3所示。隨著城市建設能力和理念的變化，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%，個別區(qū)域達到80%，新城區(qū)在50%以下。根據(jù)表3，從社會屬性角度進行分類，海綿城市建設所在的重點特色片區(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)、大型交通樞紐設施等均屬于社會經濟活動密集區(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(tǒng)，或分散設置較小型的綠色設施，對雨水進行必要的凈化處理。同時還應配合城市空間規(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。在海綿城市建設中，應充分利用此類空間資源，對河流空間進行生態(tài)修復，同時結合景觀設計，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，該濕地改造時建設了梯田式的河堤，種植當?shù)氐哪脱蜎]植被。雨季時，雨水從公園的不同方向流向河流，經過梯田河堤濕地植被時得到凈化。在洪水期間，內湖也作為一個滯留區(qū)，水域擴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)是海綿城市建設過程中面臨的一大難點，其在海綿城市建設過程中的主要挑戰(zhàn)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(shù)大；2)土地已基本開發(fā)，可改造空間小，大規(guī)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(xiàn)象嚴重。因此，在老舊城區(qū)，海綿城市建設應以問題為導向，以點帶面，形成“一點一策”；同時要注意系統(tǒng)統(tǒng)籌，形成源頭-過程-系統(tǒng)的項目體系，避免碎片化[6]。適宜老舊城區(qū)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(guī)模及占地相對較小，既可以減小工程影響，又可以實現(xiàn)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(qū)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(qū)的海綿城市建設需要系統(tǒng)和科學的規(guī)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(jù)區(qū)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，與老舊城區(qū)相比，新建城區(qū)在規(guī)劃設計階段應通過對道路、綠地的豎向調整來構建行洪排泄系統(tǒng)，與公園、濕地、水系等開放性蓄水空間一起構建城市大排水系統(tǒng)。
三、結 論
我國海綿城市建設的試點城市遍布全國，通過實踐積累了大量的可復制可推廣的經驗。為了使后續(xù)的海綿城市建設在大面積推廣時更好地對標可借鑒的范式，本文依據(jù)城市的自然地形、氣候以及地域分布特征，對試點城市進行以下分類：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)。通過對試點城市的特征解析，識別共性的關鍵問題，分類歸納總結了海綿城市建設策略并推薦了適用的技術設施。
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