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住建部城建司章林伟:海绵城市建设概论
2015年07月17日 17:37 来源: 《给水排水》杂志官方微信(微信号:wwe1964)  


  1 背景

  城市是人口聚集度高、社会经济高度发达的地方,也是资源环境承载力矛盾最为突出的地方。改革开放后,我国城镇化快速发展,目前全国城镇建设用地不足国土面积的1%,却承载了54%的人口,产出了84%的GDP。

  快速城镇化建设过程中,由于城市开发强度过高,大量的硬质铺装,改变了原有的自然生态本底和水文特征。以我国北方为例,城市开发建设前,在自然地势地貌的下垫面条件下,70%~80%的降雨可以通过自然滞渗进入地下,涵养了本地的水源和生态,只有20%~30%的雨水形成径流外排(见图1a);而城市开发建设后,由于屋面、道路、地面等设施建设导致的下垫面硬化,70%~80%的降雨形成径流,仅有20%~30%的雨水能够入渗地下(见图1b),破坏了自然生态本底,呈现了相反的水文特征,破坏了自然“海绵体”,导致“逢雨必涝、雨后即旱”,也带来了水生态恶化、水资源紧缺、水环境污染、水安全缺乏保障等一系列问题。

 

 

  一是水资源短缺。我国水资源匮乏(见图2),人均水资源量不足世界平均水平的1/4。城市快速发展对水资源需求大,城市开发建设过度硬化造成降雨形成径流外排,导致地下水补给不足,同时地下水过度开采,使城市形成大范围的地下水漏斗,加剧了水资源的紧缺。



  二是水环境污染。地表径流带来了城市面源污染。据对北京、上海调查研究表明,雨水径流的化学需氧量(COD)排放量占排入城市地表水环境COD总量的30%以上。挤占水面空间以及拦河筑坝、“三面光”铺装等河道整治的过度工程化,使城市水系由“活水”变成“死水”,生态功能和环境质量大大下降。北方城市几乎“有河皆枯”,南方城市几乎“有水皆污”。

  三是水安全问题。大量降雨在短时间内形成地表径流,加大了城市排水系统的压力。2010年我部对全国351个城市的抽样调查显示,仅2008~2010年就有62%的城市发生过不同程度的暴雨内涝。

  针对当前这种状况,习近平总书记在2013年中央城镇化工作会议、2014年考察京津冀协同发展座谈会、中央财经领导小组第5次会议等场合,多次强调在城市规划建设中要体现“山水林田湖”生命共同体的系统理念,建设“自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”。

  海绵城市建设,就是针对城市地下水涵养、雨洪资源利用、雨水径流污染控制、排水能力提升与内涝风险防控等问题,从“源头减排、过程控制、系统治理”着手,通过城市规划、建设的管控,综合采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等工程技术措施,控制城市雨水径流,实现低影响城市开发建设(LID),最大限度地减少由于城市开发建设行为对原有自然水文特征和水生态环境造成的破坏,将城市建设成“自然积存、自然渗透、自然净化”的“海绵体”,使城市能够像海绵一样,适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,丰水期吸水、蓄水、渗水、净水,枯水期将蓄存的水“缓释”并加以利用,从而实现“修复城市水生态、涵养城市水资源、改善城市水环境、提高城市水安全、复兴城市水文化”的多重目标。

 

  2 海绵城市建设原理

  住建部积极贯彻落实习近平总书记的要求,在国家重大科技专项“水专项”课题研究成果的基础上,总结国内外实践,于2014年10月编制印发了《海绵城市建设技术指南》(以下简称《指南》),指导各地开展海绵城市建设工作,即建设“海绵体”。

  海绵城市建设本质是通过降低雨水的产汇流,恢复城市原始的水文生态特征,使其地表径流尽可能达到开发前自然状态(见图1a),即建设“海绵体”。

  径流系数是表征水文特征的重要参数,是自然状态下地表径流量与总降雨量的比值,与自然地理气候状况有直接关系。依据多年水文气象资料,我国降雨-径流分布规律可划分为5个区(如表1和图3所示),大致反映了各个区域的自然水文生态特征。

 

 


  海绵城市建设的目的是要恢复自然水文生态特征,其实质是恢复原始径流状况。在自然状态下,一般而言,大到暴雨时(小概率降雨事件)易形成地表径流;而在中小降雨时(大概率降雨事件)较少形成大量的地表径流,主要入渗地下。因此,海绵城市建设就是要控制中小降雨的径流,将雨水留在原位,以期达到生态修复的目的。

  鉴于径流系数指标过于理论化,在实际应用过程中不易操作。因此,通过将径流系数的概念转化为年径流总量控制率,并通过年径流总量控制率求得所对应的设计雨强(mm/d),作为海绵城市建设的管控指标,以便于实际操作。

  年径流总量控制率是根据本地区自然状况的径流系数推算而得(年径流总量控制率≈1-径流系数)。与之相对应的设计雨强,是经过统计分析当地的多年(一般不少于30年)降雨资料,将日降雨量由小到大进行排序(扣除小于等于2 mm的降雨事件),推导出年径流总量控制率所对应的设计雨强(mm/d),并以此作为海绵城市规划、建设和管理的控制性指标。以北京建筑大学对北京市的年径流总量控制率与设计雨强的关系推导为例,北京市位于半湿润地带,原始径流系数约0.15,年径流总量控制率为85%,对应的设计雨强为33.6 mm/d,大约由小至大降雨排序的92%频次的降雨控制不外排,即可达到海绵城市的建设目标要求(如表2和图4、图5所示)。


 

  我国地域辽阔,各地地理气候特征、城镇化水平、经济条件差异较大,《指南》基于对我国近200个城市1983~2012年降雨资料,在统计分析年径流总量控制情况及其对应的设计降雨量值关系基础上进行计算模拟,得到了不同地区的年径流总量控制率区间(如图6所示)。供各地参考使用。


 

  以设计雨强作为海绵城市建设的指标,一是可与气象资料紧密结合,既便于部门间的信息交换,又便于决策层面做出直观判断;二是可直接作为具体工程设计计算的参数;三是可量化、可测定、可考核,为海绵城市建设的绩效考核提供依据。

 

  3 海绵城市建设途径

  3.1 转变建设理念和方式

  一是从资源承载力角度,由“以需定供”转变为“以供定需”,合理确定城市建设规模和社会经济发展结构,实现原位水资源的可持续供给,支撑城市可持续发展。

  二是从城市规划建设管控角度,由过去仅注重空间开发强度控制转变为开发强度控制与生态环境约束并举。

  三是从生态修复和环境治理的角度,由“末端治理”转变为“源头减排、过程控制、系统治理、统筹建设”。源头减排是从产汇流的源头减少雨水径流形成,加大入渗;过程控制是延缓径流峰值出现时间,降低排水强度;系统治理是指将“山水林田湖”作为生命共同体和完整的生态系统,保护和修复城市“海绵体”;统筹建设是指城市开发建设应统筹各类宗地开发以及道路、园林、水等设施建设,落实海绵城市建设要求,实现海绵城市建设的目标。

  四是从排水安全和资源利用的角度,将传统“快排”转变为“渗、滞、蓄、净、用、排”的耦合。


  3.2 明确建设原则

  一是规划引领。海绵城市建设虽然是针对城市水的问题,但绝不能“就水论水”,因为要实现有效的“径流控制”必然要从形成雨水产汇流的源头着手,它涉及城市开发建设的方方面面,必须要通过城市总体规划协调、明确控制目标,并落实到控规、修规和各相关专项规划中。一要协调各层级的规划以及各专业规划对于海绵城市建设的关系,二要在控修规层面,把海绵城市建设的目标及指标分解,落实到各专项规划和场地开发建设中。

  二是生态优先。以修复水生态为前提,科学划定蓝线、绿线,保护水生态敏感区;优先利用自然排水系统,自然积存、自然渗透、自然净化。通过规划、建设、管理等政府管制手段和科学的工程技术措施保护生态,提高水生态系统的自然修复能力。

  三是安全为重。要在保障城市运行安全的前提下,处理好海绵城市建设与城市排水、内涝风险控制的关系。海绵城市建设对缓解城市排水防涝的压力是有效的,但不能代替城市排水防涝系统。海绵城市建设是控制与利用大概率的中小规模降雨,对于小概率的短历时强降雨,还必须依靠排水系统排放超标径流,以保障城市安全。

  四是因地制宜。我国幅员辽阔,各地自然地理条件、水文特征、水资源禀赋状况、降雨规律、水环境保护与内涝防治要求等不同,应当合理确定海绵城市建设控制目标与指标,因地制宜的选择低影响开发措施及其系统组合。

  五是统筹建设。应当结合城市总体规划和建设,在各类建设项目中严格落实各层级相关规划中确定的海绵城市建设的控制目标、指标和技术要求,统筹场地、道路、园林、水系统建设,将低影响开发设施建设与主体工程同时规划设计、同时施工、同时投入使用。


  3.3 健全组织机构

  海绵城市建设涉及规划、建设、市政、园林、水务、交通、财政、发改、国土、环保等多个部门。然而,目前城市管理体制碎片化问题非常突出,各司其政、政出多门,导致不协调。如果海绵城市建设做不到“规划一张图、建设一盘棋、管理一张网”,势必事倍功半,难以取得预期的效果。

  海绵城市建设必须要建立与之相适应的管理体制(见图7)。首先,海绵城市建设责任主体是城市人民政府,在现有的体制机制下要形成有为的组织协调和领导机制,明晰工作思路,制定工作方案和实施计划,统筹部署,健全机制。其次,完善部门协调与联动机制,统筹城市规划与建设管理,建立规划、建设、市政、道路、园林、水务、水利等部门协调联动、密切配合的机制。此外,还要健全城市排水防涝和防洪管理体系、应急机制,提升应急防灾能力。



  3.4 强化规划管控与落实

  一是要明确城市总体规划的管控要求。总体规划是顶层设计,在确定“三区四线”的总体布局的同时,明确提出海绵城市建设的规划控制目标和相关指标,制定海绵城市建设的实施策略、原则和重点实施区域,将有关要求和内容落实、协调到各相关专项规划中,并在下一层的控制性详细规划中作为用地和工程建设的规划设计前置条件。

  二是要通过相关专项规划予以落实。海绵城市建设实质是控制径流,降低产汇流是海绵城市建设的关键,建设用地量大的地方也是雨水产汇流最集中的地方(见表3)。因此,场地建设、道路是降雨产汇流的主要源头,需强化源头减排的约束要求。绿地系统是城市最大的海绵体,其调蓄功能不但要高于其他用地的要求,还可担负周边建设用地海绵城市建设的荷载要求。如,北京市已明确要求公园绿地至少要做到2年一遇以上的降雨全部收集不外排,高于其他建设用地要求。水系统作为水的自然循环和社会循环的完整体系,应统筹考虑实现水生态、水资源、水安全、水环境、水文化等多重目标。


 

  (1)场地开发建设规划。场地(地块)开发规划要将年径流总量控制率对应的设计雨强作为规划管控条件,统筹落实和衔接各类低影响开发措施,包括雨水入渗、收集、存蓄与利用设施,绿化浇灌、雨水景观、道路清洁等。

  (2)道路交通规划。要在满足道路交通安全等基本功能的基础上,结合行道绿化和道路排水的要求,沿线布局渗、滞、蓄、净、用、排的雨洪控制与利用设施。

  (3)绿地系统规划。要提出不同类型绿地的低影响开发控制目标和指标,合理确定城市绿地系统低影响开发设施的规模和布局;要注重绿地系统建设、管理与周边雨水系统的协调衔接,发挥园林绿地建设与雨水消纳和生态净化功能。需要强调的是,水系统规划和绿地系统规划是密切联系的,蓝线划定与绿线往往是交错的,应当充分利用这个交错,发挥绿地的净水功能。

  (4)城市水系统规划。所谓城市水系统,是指城市供水、节水、污水与再生利用、排水防涝、防洪、河湖水系等城市规划范围的涉水系统总称。建设海绵城市,一定要将完整的水系统规划进行统筹,通盘考虑,不能肢解,也不能各做各的,供水不管污水、污水不管排水、排水不管洪水、污染治理不管资源利用、资源利用不管综合防灾。

  三是依托现有基本建设程序和各项管控制度,确保海绵城市建设要求的落地。第一,要把海绵城市建设的要求落实到项目立项、土地出让和用地许可、规划审查、设计施工图审查、施工建设许可、竣工验收等城市规划建设各个管控环节,并建立相应的长效管理制度。第二,落实“三同时”要求。将海绵城市建设相关项目及要求作为建设项目用地规划许可前置条件,确保低影响开发设施应与主体建设项目同时规划设计、同时施工、同时投入使用。


  3.5 耦合海绵城市建设工程措施

  《指南》中提出的渗、滞、蓄、净、用、排“六字箴言”,含括了海绵城市建设的主要工程技术措施。

  “渗”,减少路面、屋面、地面硬质铺装、充分利用渗透和绿地技术,从源头减少径流(见图8)。



  “滞”,降低雨水汇集速度,延缓峰现时间,既降低排水强度,又缓解了灾害风险(见图9)。


 
  “蓄”,降低峰值流量,调节时空分布,为雨水利用创造条件(见图10)。



   “净”,减少面源污染,改善城市水环境(见图11)。



  “用”,利用雨水资源化,缓解水资源短缺,提高用水效率(见图12)。


  “排”,构建安全的城市排水防涝体系,避免内涝等灾害,确保城市运行安全(见图13)。



  3.6 多方筹措建设资金

  综合各地已开展的低影响开发建设项目的实践,估算海绵城市建设投资为1.6~1.8亿元/km2,见表4。

 

  
  政府要通过两手发力解决海绵城市建设的资金。在地块开发建设中,要落实业主或开发商主体责任;在市政公用设施建设中,要充分发挥市场机制引入社会资本,多方筹措和化解资金问题。

  一是源头减排方面的投资可在地块开发中落实。从表4中可以看出,渗、滞、蓄等源头减排项目投资约占1/3,这部分投资完全可以在地块开发中由业主或开发商承担。过去,我们将土地简单的三通一平、七通一平就卖掉了,且源头减排的要求又没有明确,加大了政府市政投入的负担。如果在城市开发建设之前就考虑好,在用地、规划、施工等审批环节中要求开发商落实好源头渗、滞、蓄等工程措施,把人居环境做好,政府可以减少投资,还可以带动土地的升值。

  二是市政公用方面的投资通过政府购买服务、PPP等方式吸引社会资本参与。去年国务院频频出台文件,包括《国务院关于加强地方政府性债务管理的意见》(国发〔2014〕43号)、《国务院关于深化预算管理制度改革的决定》(国发〔2014〕45号)、《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》(国发〔2014〕60号)等,鼓励社会资本通过政府与社会资本合作的方式,参与城市基础设施等投资和运营。同时,财政部门推行三年滚动财政预算规划,政府可用治理环境的费用来购买服务,并通过财政预算落实。只要保障投资者的合理收益,将会极大地调动社会资本参与的积极性。政府支付费用应以社会资本建设运行后的效果作为付费依据,效果可以体现在两个方面,一个是资源效益,就是水量,另一个是环境效益,就是水质。


  3.7 建立绩效考核和激励机制

  将年径流总量控制率、水环境质量状况、排水防涝标准、污水再生利用及雨水利用、漏损控制等作为海绵城市建设的绩效考核目标,考核结果可作为财政奖补的依据。以年径流总量控制率对应的降雨强度作为地块径流控制是否达标的衡量标准,通过区域总排口的连续监测,对于未达到目标控制雨量的部分进行处罚(如图14所示)。此外,不同考核地块之间,也可研究建立年径流控制量的平衡和交易机制,鼓励公平分担、奖优罚劣。

 


  有条件的地区可以先行先试,借鉴欧美国家的雨水排水收费机制(见表5),建立和完善雨水控制与收集系统建设与运行的激励(补偿)与约束机制,鼓励业主采取措施降低不透水面积和减少排入雨水管道系统的雨水径流量。

 


  4 结论

  海绵城市建设基于“源头减排、过程控制、系统治理”的建设理念,通过“规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜、统筹建设”的原则,综合采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等工程技术措施,系统的解决城市开发建设面临的水生态、水资源、水环境、水安全等问题。建设海绵城市对于践行新型城镇化的发展道路,提升我国城镇化质量和生态文明建设水平具有重要作用。

 

注:本文刊登于2015年《给水排水》杂志第6期。

 

 


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猴子 评论:
海绵城市是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。
2017-08-09 16:09:52