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理性认识海绵城市 科学治理城市内涝

作者: 发布日期:2018-07-26 09:47

  编者按:近年来,随着城市内涝问题在我国部分城市时有凸显,“海绵城市”建设理念应运而生,其技术路径是期望将城市地面建成可以“吸、放”水体的“海绵”,增强土地的入渗能力,将降雨尽可能多地滞留在土体中,减少地表产流,从而削减洪涝水的总量,达到治理洪涝的目的。国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》(以下简称《意见》),鼓励支持开展“海绵城市”建设。一时间,各地积极争创国家“海绵城市”建设试点城市。 

  《意见》要求各地通过“海绵城市”建设,将全年降雨总量的70%以上滞蓄在“海绵体”中,并作为水资源在洪水过后进行回归利用,且可对初期降雨的污染有效降解。这一理念新颖、愿景美好,一经提出便获得了多方认同,但也引起了一些争议,焦点在于“海绵城市”建设成本昂贵,与洪涝治理效果是否成正比。 

  本期,浙江省水利厅治水办主任、教授级高工朱法君,根据多年来对我国和所在地浙江省洪涝成因和治理方案的研究和实践,就“海绵城市”建设谈谈自己的看法。 

  1.城市洪涝的成因涉及多方面因素 

  我国城市经过几千年的发展,形成了自身的发展规律,其中最重要的就是择水而建、依水而兴,这对解决交通运输、用水排污问题具有不可替代的优势,当然也必然面临洪涝的不利影响。纵使如此,人类仍然选择逐水而居,正是因为利大于弊,是权衡后的选择。随着人们对洪水规律的了解不断深入,伴随着城市的发展,人们修建了很多防御洪水涝水的水利工程,人水和谐相处、共生发展。

  城市洪涝频发始于近20年前,特别是近10年来,矛盾进一步加剧。究其原因,主要来自于以下几方面:

  首先是城市化进程加快推进中,水系没有得到有效保护。每一个地区的水面面积,都是千百年来自然形成的洪水涝水的调蓄地和出路,这是自然界的基本“法则”。但是由于人们对自然规律的认识不够充分,在城市规划建设过程中,大量的天然河流被缩窄、被阻断、被填埋,排水转而由下水道所替代。地下排水系统一旦被堵塞,将必然造成涝水外溢、洪水泛滥,导致城市内涝的发生。

  其次是城市外江洪水位的变化抬高。由于人类社会发展对土地的深度利用,导致越来越多的土地被保护,从而失去了滞纳洪水的作用。洪水归槽,导致江河湖泊洪水水位不断上升,既带来了巨大的防洪压力,又使得城市的涝水无法顺利排入河流,产生内涝。原来设置的下水道排水能力下降,甚至于倒灌城区。

  最后是地面过度硬化,雨水下渗量减少。城市地面硬化对城市内涝的影响比较直接,但从成因的比重看,这并不是最主要的。如果下水道通畅,排水能力足够,道路积水等内涝现象可以消除。

  以上这些因素共同作用,是导致城市内涝加剧的主要原因,尤其以城市水系破坏和外江洪水位的抬升为甚。

  2.“海绵城市”的技术路径和对城市洪涝的作用 

  我国各地推行的海绵城市做法,主要借鉴学习于美国洛杉矶的经验。笔者有幸于2018年年初亲历了洛杉矶的洪水,并对洛杉矶的雨水收集模式进行了实地考证。

  洛杉矶是美国西海岸严重缺水的城市,年降雨量约300毫米,城市用水依赖千里之外的引水工程。洛杉矶多为低丘缓坡,城市内涝并不严重,城市道路下面基本上没有建设下水道。由于水资源的极度紧缺,洛杉矶修建了一批雨水收集工程,其主要出发点为雨水的收集利用。但雨水收集工程成本昂贵,一个公园的成本动辄几百、上千万美元,收集来的雨水主要用于公园绿化,客观上对消减洪水、涝水具有一定的作用。我们在美国期间,恰逢洛杉矶遭遇特大暴雨,其实也仅是在2天时间里集中下了40多毫米的降雨。但是,当地仍发生了严重洪灾,多地引发了泥石流,造成23人死亡。

  为此,我们不得不对海绵城市“消灭”城市内涝的初衷引发思考。如果海绵城市建设可消减各地70%的降雨影响,则中国无涝矣!我国正在大规模推进“海绵城市”建设的城市中,如武汉、南京这样的重涝区,投入了大量的资金,但是在洪涝形势的改变上仍然没有看到应有的效果。原因何在?城市的洪涝治理方向是否出现偏差?这应当引起主管部门和城市管理者的深入思考和反思。

  对海绵城市建设减轻洪涝的效果和区域适用性分析 

  我国地表产流模式因地区而有所不同。南方红壤地区产流机理为“蓄满产流”,即当土体因前期雨水下渗达到饱和状态后,后期的降雨才形成地表径流。北方地区则为“超渗产流”,即因降雨强度大于下渗强度而产生地表径流。北方地区因地下水埋深较深,地表与地下水水位之间的土体可吸收水量的能力较大,如能解决超渗问题,增加土体的下渗、吸收能力,对削减洪涝有较大的作用。而在南方,由于地下水埋深较浅,一般平原地区约为1米,洪水期甚至低于洪水位,土体本身可吸收水量的能力十分有限。如浙江省一场降雨过程可下渗的降雨量(不回归到河网,真正意义上的削减)约10~20毫米,也就是说,即使将所有路面、屋顶全部转换成“海绵”结构,其削减量也仅仅只是20毫米,这相对于一场动辄300毫米,甚至超过500毫米的降雨(如2013年的“菲特”台风),其削减量所占比重极小。而在北方地区,由于单场降雨的总量远小于南方,如果能够增加几十毫米的入渗,则作用巨大。因此,“海绵城市”的最有效适宜地区是北方缺水地区,而非南方丰水地区,特别是长江以南因强降雨致灾的省份,应从洪涝的成因出发,客观分析、评价“海绵城市”对洪涝治理的作用。

  对现行“海绵城市”建设措施的思考 

  分析评价“海绵城市”对洪涝治理的作用,应从各地的洪涝成因出发,从成灾机理着手,因地制宜看待,绝不可“一刀切”“一招走天下”,否则就会偏离正确的方向,浪费大量的资金和人力。

  由于现行的“海绵城市”建设着眼于增加入渗,采用的技术路径和手段无外乎以下几方面:

  花重金改变路面结构,打造“透水路面”,使雨水通过透水砖、自然土层下渗到地表下,从而达到消减涝水的作用。这项措施对小雨量的降雨有一定作用,但是对于高强度、大雨量的降雨作用甚微。因为即使表层全部恢复为天然状态,对雨量产水起决定作用的还是土壤的蓄水能力。在南方极限状态下,土壤的蓄水能力也仅仅是20毫米左右,难以消纳大量级降雨(如大于100毫米的一场降雨过程)的70%。即使表面上看到雨水下渗到了土壤中,实际当土体饱和后,仍然通过浅层地下水的通道回归到河流、低地之中。

  开槽、填沙、扩大地下集水空间等增加滞蓄量,应该讲,这是有效的手段。但是,其所能够起到的作用大小取决于容积大小。而扩大地下集水空间所要付出的代价是惊人的,能够滞蓄洪水涝水的总量与投入相比差距较大。

  利用低地、公园参与滞蓄。这是一个好的方向,应该大力推行。但是恰恰这一类工程所占比例小,难以全面推开。

  还有专家提议增加屋顶的滞蓄等措施,让“一片天对一片地”,自我消纳洪水涝水,但改造成本较高,推行难度较大。

  综合来看,以上措施都没有真正切入到城市洪涝治理的正确途径上来,不能彻底解决问题。笔者认为,治理城市内涝,真正有效的方向应该是从“渗蓄为主”转变为“蓄排结合”的方式。可以从三条途径实现:一是给洪水、涝水以出路,尽快排出去。可以优先考虑利用泵站等强制性措施,让洪水涝水通江达海。二是给洪水、涝水以足够的空间,即增加城市及周边区域的水域或低地面积,增强滞蓄能力。三是让地下的排水系统配套泵闸系统,真正实现收放自如。其实,这才是我们想要的“海绵”效果。

  3.对水资源利用效果和初期雨水污染降解的思考 

  “海绵城市”倡导通过“海绵体”集纳雨水,使雨水资源化,达到高效利用水资源的目的。但由于“海绵体”可吸附利用的水量有限,所能起到的作用也将十分有限。也曾有人提议通过建设地下、地表的大容量蓄水池吸纳利用洪水,终因投资过大、作用有限,且初期雨水易变质发臭,实际应用价值不大而被放弃。目前的雨水收集再利用也仅限于绿化等对水质要求较低的部分用水。

  “海绵体”对于小量级降雨的初期雨水污染有较好的水解作用,前提是所降雨水能够基本蓄纳在“海绵体”之中,通过植物的生长吸收,达到降解的作用。但是一旦降雨产生地表径流后,污染物质照样会伴随径流流向江河湖泊,对初期雨水的污染降解作用就变得微乎其微。

  总体上,对水资源的利用和污染降解,同样主要适用于干旱地区,在我国的北方地区可以起到较好的预期效果;南方地区由于每场降雨的量级大,其可发挥的作用则甚微。

  4.对资金投入效益和洪涝治理方向性的思考 

  当前各地正在进行的“海绵城市”建设,通常都采取透水路面改造、更新绿化种类结构、设置雨水调节池等措施,主要以透水路面改造为主。由于土体特性决定了下渗能力,即使全部更换成透水砖、改造成透水混凝土路面,其入渗的能力还是受制于下面的土体,且实施这些措施投资巨大。目前“海绵城市”建设的投入约为每平方公里1.5亿元,如嘉兴市“海绵城市”试点投资约45亿元,除可争取到国家支持12亿元外,其余30多亿元需地方财政投入。嘉兴通过“海绵城市”建设可以在一定程度上改善城市面貌,但对内涝问题的解决效果不大,理应把解决内涝核心放在流域的治理和城市排涝设施能力的提高上。很多城市在争取成为国家 “海绵城市”建设试点的过程中,明白其作用效果的局限性,但是由于看重国家补助资金这块“香饽饽”,仍然不惜花巨资硬上工程,可能影响国家财政资金投向的效益。

  由于国外对于“海绵城市”建设效果的夸大宣传,一定程度上对我国各地的洪涝治理方向产生了不利影响。部分地区由于缺乏专业的洪涝治理认知,仅仅看到表面现象,就采取以“海绵城市”建设为主要方向的洪涝治理方案,弱化了流域治理功能,减少了必要的排涝设施建设。

  5.“海绵城市”建设应因地制宜 

  综合我国“海绵城市”推进情况和洪涝治理现实,建议科学分析、客观评价其作用和适应范围,理性看待其功效,真正从洪水和涝水的规律研究开始,把握正确的方向。

  要客观分析评价“海绵城市”建设在我国的适用性。建议组织多学科、多专业的专家,客观分析当地自然地理、降雨特性,科学谋划城市内涝的解决途径,评价“海绵城市”建设在我国各地的适用性,因地制宜制订符合我国实际的内涝解决方案,并修订相关技术规范、指导意见。

  要科学运用“海绵”效果。“海绵城市”可作为一种新型城市建设理念,长期贯彻在城市规划、建设、改造、发展的过程当中,但城市洪涝的治理离不开流域治理,这是前提和基础。建议将建设透水路面、蓄水池等主调蓄手段转变为建设城市周边的湖泊、湿地调蓄工程,真正起到在洪水期削减洪峰,枯水期利用水资源的“海绵”作用,实现投资效益的最大化。

  要把握“海绵城市”建设重点和节奏。从我国各地的地理结构、土体特性等方面分析,我国实施“海绵城市”建设最适宜地区应为北方和海岛地区,而非南方,特别是南方平原城市。建议对已开始实施或即将实施“海绵城市”建设的试点城市,对其实施方案进行再评价、再审视,以洪涝治理保证方向不偏离,资金使用效益最大化,真正为我国的洪涝治理起到应有的作用。.

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来源:中国水利网站 编辑:李楠