第一章 理念

第一节 何谓“海绵城市”？

《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》对海绵城市定义如下：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。

《海绵城市（LID）的内涵、途径与展望》一文中提道：“海绵城市的本质是解决城镇化与资源环境的协调和谐。传统城市开发方式改变了原有的水生态，海绵城市则保护原有的水生态；传统城市的建设模式是粗放式、破坏式的，海绵城市对周边水生态环境则是低影响的；传统城市建成后，地表径流量大幅增加，海绵城市建成后地表径流量能尽量保持不变。因此，海绵城市建设又被称为低影响设计和低影响开发。”

不同专业不同背景的人对海绵城市的理念有不同的认知和定义。我们在大量的生态城市规划、海绵城镇规划实践中，对海绵城市也有独特的认识。

首先，海绵城市建设视雨洪为资源，重视生态环境。海绵城市建设的出发点是顺应自然环境、尊重自然环境。城市的发展应该给雨洪储蓄留有足够的空间，根据地形地势，保留和规划更多的湿地、湖泊，并尽可能避免在洪泛区内搞建设，使之成为最大雨洪的蓄洪区、湿地公园、农业用地等，以减少城市内涝。与此同时，也保证了水资源的安全。

其次，海绵城市建设的目标就是要减少地表径流和减少面源污染。要量化年径流量控制率、综合径流系数、湿地面积率、水面面积率、下凹式绿地率等指标，指导城市生态基础设施建设。减少地表径流，就能减少面源污染，这对水系水质保障和水质安全很重要。减少地表径流，雨水就能就地下渗，这对地下水补充很重要。因此，在某种意义上讲，海绵城市设计，就是要最大限度地争取雨水的就地下渗。

另外，海绵城市建设将会降低洪峰和减小洪流量，保证城市的防洪安全。当城市面临最大的降雨时，由于海绵城市有足够的容水空间（湿地、湖泊、洪泛区、河漫滩、农业地、公园、下沉式绿地等）及良好的就地下渗系统，城市的防洪能力会更强，洪流量、洪峰都会大大降低，暴雨的危害性也会降低。

但是，我们必须强调，我们所打造的海绵城市，在不同尺度下的含义是不同的。海绵城市在小尺度的小社区和小区域的建设，是目前所提倡的海绵城市建设的理念、技术、设计，这也是美国所提倡的低影响开发的理念、技术、设计。但是，在中国，我们所面临的许多城市内涝、防洪防旱、水资源安全、水生态安全，仅在小区、城区范围的海绵城市建设是很难奏效的。我们必须在流域的尺度上、在水系整体打造的尺度上进行海绵城市建设，这些问题才能得以解决。

最后，在城市规划中运用多规合一，保证海绵城市建设生态效益、经济效益、社会效益的最大化。城市规划要以海绵城市的设计理念为基础，根据城市水资源情况、降雨规律、土壤性质等条件，确定城市的生态安全格局、生态敏感区、生态网络体系，保证人与自然和谐共处、城市的宜居性和城市的可持续发展。同时，城市的发展应该重视产业规划的功能落位到空间，确定城市不同空间的开发强度、土地使用性质、产业功能，并保留足够的生态用地空间，最大限度地顺应自然环境。海绵城市之于城市发展的意义主要有以下几个方面：提高雨水下渗率，将雨洪蓄滞存储，补充水资源；减少地表径流产生的面源污染，有利于水环境保护和水质改善；减小洪峰流量，延迟峰现时间；增加城市水面面积率、绿地率，丰富城市生态系统和生态廊道，增加生物多样性，维持生态平衡，使城市得以可持续发展。

一、雨洪是资源

1．雨洪以及雨洪资源化利用

雨洪是指一定地域范围内的降水瞬时集聚或者流经本范围的过境洪水。雨洪资源化利用是把作为重要水资源的雨水，运用工程和非工程的措施，分散实施、就地拦蓄，使其及时就地下渗，补充地下水，或利用这种设施积蓄起来再利用，如冲洗厕所、洗衣服、喷洒道路、洗车、绿化浇水、景观用水等。

雨洪资源化利用是综合性的、系统性的技术方案，不只是狭义上的雨水收集利用和雨水资源节约，还囊括了城市建设区补充地下水、缓解洪涝、控制雨水径流污染以及改善提升城市生态环境等诸多方面。

为什么说雨洪是资源？一般认为，洪水是灾害，造成的损失可能是巨大的。因此，对付雨洪的办法就是排洪、泄洪，似乎排泄越快、越彻底就越安全。为了排洪，我们的河流被改造成为泄洪渠道，堤坝高筑。防洪标准越来越高，堤坝也越来越高，但洪量、洪峰、洪水的危害也越来越大。我们是否想过，为什么会发生洪灾？为什么洪水越来越多？比如，武汉原来是六水三田一山，可现在的六水变成了三水，另三水被城市占用了。原来是湖泊的区域，现在成了城区，暴雨来了，被淹应该是可以预料的。又比如东莞的内涝，原本是与河流水系相连的湿地或河漫滩，现在被城市建设所占据。河堤把水系与这些低洼的城区隔离开来，河道的洪水被控制在河道里，但城区的雨水却由于地势低洼排泄不畅而滞留下来，成为内涝（图1-1-1～图1-1-4）。因此，可以说洪害和内涝是人为的，是城市发展占据了本该属于湖泊、湿地、河漫滩、洪泛的区域。这本该是洪涝的区域，我们偏偏认为可以通过堤坝围堵、排泄来解决问题，可我们不得不承认我们所面临的挑战越来越艰巨。

更严重的问题是，当我们采取一切工程手段排洪泄洪时，我们又面临越来越严重的旱灾。当我们好不容易把几天的洪水排掉后，我们可能所面临的是大半年的干旱缺水（图1-1-5～图1-1-7）。许多城市的历史资料告诉我们，年降雨量在近50年来，并没有太大的变化，但降雨强度和降雨频率变了。一次连续降雨，很可能占全年降雨量的30%～70%。如果我们把这30%～70%的雨洪全排泄掉了，旱灾缺水也是无法避免的了。以此，雨洪是资源，不仅是解决水资源的问题，也是我们从根本上改变我们对防洪防旱的理念、工程、技术、设计问题，更是城市发展和城市安全的战略问题。

2．雨洪资源化对城市的意义

城市的发展使得雨洪具有利害两重性。一方面，城市的发展改变了城市的土地性状和气候条件，使得城市雨洪的产汇流特性发生显著改变，增加了城市雨洪排水系统压力，从而使得城市雨洪的灾害性更为明显，如雨洪流量增大、流速加大、洪峰增高、峰现提前、汇流历时缩短等；另一方面，雨洪对城市发展又有其潜在的、重要的水资源价值。雨洪是城市水资源的主要来源之一，科学合理地利用雨洪资源，可以有效解决城市水资源短缺，改善城市环境，保持城市的水循环系统及生态平衡，促进城市的可持续发展，具有极高的社会、经济和生态效益[1]。

我国是一个缺水的国家，在全国600多个城市中，400个城市常年供水量不足，其中有110个城市严重缺水。随着城市化的快速发展，城市规模不断扩大，城市人口增加，工业迅速发展，城市用水紧张的问题日益凸显。同时，由于改革开放以来粗放快速的经济增长，大量工业废水未经处理直接排入自然水体，导致富营养化等水体污染。包括地下水在内，我国已有超过七成的水资源受到污染，水质型缺水成为水资源紧张的突出特征。

城市水资源的最大来源是降雨，海绵城市设施通过滞蓄、下渗，把城市降雨最大限度地留在城市当中，将城市雨洪转化为宝贵的水资源。雨洪资源化利用可以增加城市的水资源补给，缓解水资源紧张的压力，同时可以产生巨大的生态效益，改善城市小气候，减少城市地表径流量，控制雨洪过程，极大地减轻城市洪涝灾害，减少城市防洪排涝基础设施投资等（图1-1-8）。

想要利用雨洪资源，就需要城市打造更多的湿地、湖泊、绿地、公园，城市的宜居程度和生态安全将得以提高，也为城市增加活动空间和生态空间。而这些空间的大小、形态、分布格局，都应该考虑历史最大连续降雨量、地形地势、城市发展格局。当然，雨洪是资源，如何存储这些资源，也就成为海绵城市建设的关键。

二、减少地表径流和雨水就地下渗

大气降水落到地面后，会有以下三种情况：一部分蒸发变成水蒸气返回大气（大约占降雨量的40%），一部分下渗到土壤补充地下水（在自然植被区，大约占降雨量的50%），其余的降雨随着地形、地势形成地表径流（在自然植被区，大约占降雨量的10%），注入河流，汇入海洋。但是在城市发展的进程中，随着城市地表的硬质化，地表径流可以从10%增加到60%，下渗补充的地下水可能急剧减少，甚至是零。通过海绵城市的定义我们可以知道，一个具有良好的雨水收集利用能力的城市，应该在降雨时就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水，补充地下水，调节水循环。因此，减少地表径流，提高就地下渗是打造海绵城市的重点。

雨水就地下渗的重要性表现为以下三点：一是把原来被排走的雨水就地蓄滞起来，作为城市水资源的重要来源；二是减低地下排水渠道的排涝压力，减轻城市洪水灾害的威胁；三是回补地下水，保持地下水资源，缓解地面沉降以及海水入侵；四是减少面源污染，改善水环境，修复被破坏的生态环境等。

城市雨水就地下渗对于城市建设是一个挑战。它除了要增加湿地、湖泊、水系面积，增加下沉式绿地、公园、植被面积，都市农业面积的保护、城市生态廊道的建设也是就地下渗的重要基础设施。这些都是大尺度上海绵城市建设的重要因素（图1-1-9～图1-1-11）。至于雨水花园、透水铺砖、空隙砖停车场、透水沥青公路等，都是小尺度海绵城市建设的具体技术、工程、设计。这两个尺度上的海绵城市建设的终极目标，就是让雨水最大限度地就地下渗，或者最大可能地实现对地下水的补充。

三、减少地表径流和减少面源污染

水环境污染是由点源、线源和面源污染造成的。面源污染是指按以“面流”的形式向水环境排放污染物的污染源，包括如农田、农村和城镇的面源污染。它们在降水和地表径流的冲刷过程中，使大量大气和地表的污染物以“面流”的形式进入水环境。城市面源污染是城市水体污染的重要污染源。

城市面源污染包括直接排放的污水和地表径流携带的污染。直接排放到水系所造成的污染包括垃圾等污染物以及城市生活用水和工业用水。这种污染是对水体的践踏和对水系、自然的不尊重，而排放这种污染是极其不文明、不道德的违法行为（图1-1-12～图1-1-15）。一个生态文明的社会，就是要从水生态文明做起，从对水的尊重做起，不能再任意糟蹋和污染我们的水系。

当前，随着国家对面源水污染治理力度的加大且逐步出现成效，点源治理达到一定水平，水污染的主要诱导因素发生转移，面源污染影响水环境质量的贡献比重加大，面源污染治理正逐步受到重视。但面源污染的发生存在时间随机、地点广泛、机理复杂以及污染构成和负荷不确定等特点，使传统的末端治理方法难以达到较好的效果。

由于城市的扩展，地表不透水面积比例不断增高，径流系数也就越来越大。城市道路和广场的径流系数甚至会超过0.9，硬质地面的下渗率很低。而且，形成地表径流的时间很短，地表径流来势猛，水量大，对污染物的冲刷强烈。因此，面源污染还具有突发性。

中国工程院王浩院士曾经说过：“污染物是放错了位置的营养物。”例如，氮、磷直接排入水体，可能引起水体富营养化，造成环境污染，若氮、磷随地表径流进入城市绿地，则成为绿地植被生长的重要营养物质。而且，在一定的可承载范围内，水系具有一定的自净化能力，环境具有一定的可塑性，就像一滴墨水滴在湖里，没有影响，而滴在碗里的影响显而易见。因此，总量控制很重要。

传统的城市开发模式的绿地（公路绿化带、城市绿化景观等）普遍高于硬化地面，地表径流携带的面源污染物顺着路面，汇集成洪流，进入水系（图1-1-16～图1-1-22）。这些面源污染量大、污染严重。一方面，绿地无法发挥雨水下渗功能，使水资源白白流失，大量的污染物进入水体，水系无法自我净化，造成水体污染；另一方面，植物生长需要的氮、磷等营养物质却随着地表径流进入雨水管网被排出了城市，营养物质白白流失，人类反而花费人力、财力为绿地施肥以维持其生长。

海绵城市正是根据污染物质的这一双重属性，运用低影响开发技术（图1-1-23），建设生态基础设施，增加城市绿地面积，打造下沉式的绿地，使城市的污染物随地表径流流入下沉绿地内，有效减少城市的地表径流，减少面源污染，又将地表径流带来的污染转化为绿色植被生长所需的营养物质。显然，下沉式绿地是城市面源污染控制的重要措施，其主要的控制手段符合源头截污和过程阻断的原则，也符合将污染转化为资源的理念。

对于面源污染，源头截污就是在各污染发生的源头采取措施将污染物截留，防止污染物通过雨水径流进行扩散。该手段可通过降低水流速度，延长水流时间，减轻地表径流进入水体的面源污染负荷。城市绿地、道路、岸坡等不同源头的截污技术包括下凹式绿地、透水铺装、植被缓冲带、生态护岸等。

过程阻断是减少面源污染的另一个重要手段。海绵城市建设必须完善污水管道，保证所有的污水进入管道，并得以进入污水处理厂处理。另外，城市雨水应该尽可能不进入管道，因为城市雨水和径流通过冲刷，城市地表的悬浮物、耗氧物质、营养物质、有毒物质、油脂类物质等多种污染物会由下水管网进入受纳水体，引起水体污染。为此，应该尽可能让更多的雨水进入城市下沉式绿地、草地、草沟、公园以及各类雨水池、雨水沉淀池、植草沟、植被截污带、氧化塘与湿地系统等，将被阻断的污染转化为资源。

四、降低洪峰和减小洪流量

地表特征是影响流域和城市水文特征的重要因素。未经开发的土地，地表植被覆盖率高，雨水下渗率大，径流系数小。降雨来时，首先经过植物截留、土壤下渗，当土壤含水量达到蓄满时，后续降雨量就形成地表径流。地表径流汇合集聚，通过自然地形的坡地流入河道。随着降雨强度和降雨历时的增加，河道流量达到最大值，成为洪峰（图1-1-24）。

城市的扩展使大量地表植被被破坏，地表普遍硬质化，雨水无法下渗进入土壤层和地下水，在很短的时间内成为地表径流，通过市政管道迅速汇入河道。随着降雨的持续，地表径流量不断增加，河道水量迅速增长，在短时间内即达到洪峰流量。城市的河道洪峰出现时间比土地未开发时出现的时间要早，且洪峰流量大，极易形成洪涝灾害。同时，传统的城市开发，经历一场连续暴雨，不仅容易形成极大的洪水流量和洪峰，而且极有可能把宝贵的雨水资源排出城市，造成水资源的浪费、水体污染，加剧旱灾。

海绵城市打造正是要打破传统的城市开发模式的弊端，尊重表土，保护原有的土壤生态系统，保障植物、植被的生长，实现蓄洪水面、湿地、绿地、雨水花园和公园等空间的最大化，雨洪就地下渗的最大化，地表径流、城市排水管道分散化和系统化，以及城市流域水系和汇水空间格局的合理化，最大限度消除洪灾旱灾的威胁，保障城市水生态安全。

五、生态廊道修复和生物多样性保护

海绵城市除解决城市水环境问题外，还可带来综合生态效益和社会效益。如城市的绿地、湿地、水面，能减少城市的热岛效应，改善人居环境。同时，也可以为更多的生物提供栖息地，提高城市生物多样性的水平。从生态学角度理解，生物多样性即种群与群落以及所处自然环境的多样性和连续性。城市生物多样性的建立是指在满足城市安全、生产、生活等需求的前提下丰富生物种类，形成生态系统，其重要条件就是城市的生态廊道。而生态廊道包括水系蓝带和绿地绿带，其空间格局和连续性是海绵城市建设的重要指标。

1．生态廊道与生物多样性的关系

在城市建设中，人类活动割裂了自然原本的地表形态，使得城市景观“高度破碎化”，即由原本整体和连续的自然景观趋向于异质和不连续的混合斑块镶嵌体（图1-1-25）。这种割裂状态阻断了生物交流和物质交换，破坏或摒弃了许多当地原有的生物群落。另外，人为引进一些外来的生物并形成的新的生物群落可能会对当地原本的生物群落造成威胁。

简而言之，城市景观破碎化对城市发展带来阻碍，由于大程度上割裂自然生境改变了城市之间、城市与自然的能流、物流循环的过程，导致城市生态系统的服务功能无法正常发挥。然而，生态廊道可以提高城市景观的异质性，提高生物多样性。以植物为例，城市绿地绿化运用多种植物的不同搭配组合，不仅能够体现当地特色，美化城市景观，还可以为多种生物提供栖息地。

2．景观破碎与生态廊道

景观破碎化在城市建设和发展过程中对生物多样性造成直接威胁，而海绵城市可以在这两者之间形成一层缓冲带，即在海绵城市生物多样性保护方面，生态廊道可作为动植物栖息地和迁移的通道。廊道是有着重要联系功能的景观结构，因而依靠生态廊道重新连接破碎的生境斑块是解决景观破碎化的主要办法和有效手段。

1）功能城市公园的建立

在海绵城市的建设中，我们可以运用空间规划的方法，结合当代景观设计手法，规划设计兼具水体净化和雨水调蓄、生物多样性保育和教育启智等多种生态服务功能的综合型城市公园。如2010年建设的上海世博后滩公园（图1-1-26），就是把景观作为城市生物多样性的生命系统进行规划设计的。

2）城市空间上的生物多样性保护规划

如何构建具有生物多样性保护的景观安全格局？我们可以通过选择指示物种，进行地形适宜性分析，判别该物种的现状栖息地，合理推断其潜在栖息地位置，以此规划出景观网路，这便是一个对生物多样性保护具有关键意义的景观安全格局。在海绵城市中，应基于不同的生物保护安全水平，构建不同层次的生物多样性保护景观安全格局，特别是在一些市政基础设施与生态网络相交叉或重叠的地方，则需要特别的景观设计，如建立穿越高速道路的动物绿色通道（图1-1-27）。

3）绿化建设由传统规划向低碳规划转变

低碳规划与传统规划的绿化建设相比，更加符合生物圈的自然规律，它考虑了城市自然生境的问题，以生物多样性作为城市自我净化功能的基础，在满足城市安全、生产、生活等需求的前提下丰富生物种类。这样一方面为更多生物提供了栖息地（图1-1-28），提高了城市生物多样性水平，另一方面改善了人居环境，发展了一种低碳愿景下可持续城市规划理念。

除此之外，在海绵城市建设中，可以结合高科技技术建立生物基因库来保护城市中的濒危物种；还可以加强生物多样性的科普和宣传教育，呼吁更多公众参与到保护行动中来；更重要的是，相关政府应建立与之相应的法律法规体系来保护生物多样性。

本节参考文献

[1]陈守珊．城市化地区雨洪模拟及雨洪资源化利用研究[D]．南京：河海大学，2007.