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理性認識海綿城市 科學治理城市內澇

作者:甘肅環評網來源:網絡時間:2018-07-26 16:50:2瀏覽次數:449次

近年來,隨著城市內澇問題在我國部分城市時有凸顯,“海綿城市”建設理念應運而生,其技術路徑是期望將城市地面建成可以“吸、放”水體的“海綿”,增強土地的入滲能力,將降雨盡可能多地滯留在土體中,減少地表產流,從而削減洪澇水的總量,達到治理洪澇的目的。國務院辦公廳印發《關于推進海綿城市建設的指導意見》(以下簡稱《意見》),鼓勵支持開展“海綿城市”建設。一時間,各地積極爭創國家“海綿城市”建設試點城市。

 

  《意見》要求各地通過“海綿城市”建設,將全年降雨總量的70%以上滯蓄在“海綿體”中,并作為水資源在洪水過后進行回歸利用,且可對初期降雨的污染有效降解。這一理念新穎、愿景美好,一經提出便獲得了多方認同,但也引起了一些爭議,焦點在于“海綿城市”建設成本昂貴,與洪澇治理效果是否成正比。

 

  本期,浙江省水利廳治水辦主任、教授級高工朱法君,根據多年來對我國和所在地浙江省洪澇成因和治理方案的研究和實踐,就“海綿城市”建設談談自己的看法。

 

  1.城市洪澇的成因涉及多方面因素

 

  我國城市經過幾千年的發展,形成了自身的發展規律,其中最重要的就是擇水而建、依水而興,這對解決交通運輸、用水排污問題具有不可替代的優勢,當然也必然面臨洪澇的不利影響。縱使如此,人類仍然選擇逐水而居,正是因為利大于弊,是權衡后的選擇。隨著人們對洪水規律的了解不斷深入,伴隨著城市的發展,人們修建了很多防御洪水澇水的水利工程,人水和諧相處、共生發展。

 

  城市洪澇頻發始于近20年前,特別是近10年來,矛盾進一步加劇。究其原因,主要來自于以下幾方面:

 

  首先是城市化進程加快推進中,水系沒有得到有效保護。每一個地區的水面面積,都是千百年來自然形成的洪水澇水的調蓄地和出路,這是自然界的基本“法則”。但是由于人們對自然規律的認識不夠充分,在城市規劃建設過程中,大量的天然河流被縮窄、被阻斷、被填埋,排水轉而由下水道所替代。地下排水系統一旦被堵塞,將必然造成澇水外溢、洪水泛濫,導致城市內澇的發生。

 

  其次是城市外江洪水位的變化抬高。由于人類社會發展對土地的深度利用,導致越來越多的土地被保護,從而失去了滯納洪水的作用。洪水歸槽,導致江河湖泊洪水水位不斷上升,既帶來了巨大的防洪壓力,又使得城市的澇水無法順利排入河流,產生內澇。原來設置的下水道排水能力下降,甚至于倒灌城區。

 

  最后是地面過度硬化,雨水下滲量減少。城市地面硬化對城市內澇的影響比較直接,但從成因的比重看,這并不是最主要的。如果下水道通暢,排水能力足夠,道路積水等內澇現象可以消除。

 

  以上這些因素共同作用,是導致城市內澇加劇的主要原因,尤其以城市水系破壞和外江洪水位的抬升為甚。

 

  2.“海綿城市”的技術路徑和對城市洪澇的作用


     我國各地推行的海綿城市做法,主要借鑒學習于美國洛杉磯的經驗。筆者有幸于2018年年初親歷了洛杉磯的洪水,并對洛杉磯的雨水收集模式進行了實地考證。

 

  洛杉磯是美國西海岸嚴重缺水的城市,年降雨量約300毫米,城市用水依賴千里之外的引水工程。洛杉磯多為低丘緩坡,城市內澇并不嚴重,城市道路下面基本上沒有建設下水道。由于水資源的極度緊缺,洛杉磯修建了一批雨水收集工程,其主要出發點為雨水的收集利用。但雨水收集工程成本昂貴,一個公園的成本動輒幾百、上千萬美元,收集來的雨水主要用于公園綠化,客觀上對消減洪水、澇水具有一定的作用。我們在美國期間,恰逢洛杉磯遭遇特大暴雨,其實也僅是在2天時間里集中下了40多毫米的降雨。但是,當地仍發生了嚴重洪災,多地引發了泥石流,造成23人死亡。

 

  為此,我們不得不對海綿城市“消滅”城市內澇的初衷引發思考。如果海綿城市建設可消減各地70%的降雨影響,則中國無澇矣!我國正在大規模推進“海綿城市”建設的城市中,如武漢、南京這樣的重澇區,投入了大量的資金,但是在洪澇形勢的改變上仍然沒有看到應有的效果。原因何在?城市的洪澇治理方向是否出現偏差?這應當引起主管部門和城市管理者的深入思考和反思。

 

  對海綿城市建設減輕洪澇的效果和區域適用性分析我國地表產流模式因地區而有所不同。南方紅壤地區產流機理為“蓄滿產流”,即當土體因前期雨水下滲達到飽和狀態后,后期的降雨才形成地表徑流。北方地區則為“超滲產流”,即因降雨強度大于下滲強度而產生地表徑流。北方地區因地下水埋深較深,地表與地下水水位之間的土體可吸收水量的能力較大,如能解決超滲問題,增加土體的下滲、吸收能力,對削減洪澇有較大的作用。而在南方,由于地下水埋深較淺,一般平原地區約為1米,洪水期甚至低于洪水位,土體本身可吸收水量的能力十分有限。如浙江省一場降雨過程可下滲的降雨量(不回歸到河網,真正意義上的削減)約10——20毫米,也就是說,即使將所有路面、屋頂全部轉換成“海綿”結構,其削減量也僅僅只是20毫米,這相對于一場動輒300毫米,甚至超過500毫米的降雨(如2013年的“菲特”臺風),其削減量所占比重極小。而在北方地區,由于單場降雨的總量遠小于南方,如果能夠增加幾十毫米的入滲,則作用巨大。因此,“海綿城市”的最有效適宜地區是北方缺水地區,而非南方豐水地區,特別是長江以南因強降雨致災的省份,應從洪澇的成因出發,客觀分析、評價“海綿城市”對洪澇治理的作用。

 

  對現行“海綿城市”建設措施的思考

 

  分析評價“海綿城市”對洪澇治理的作用,應從各地的洪澇成因出發,從成災機理著手,因地制宜看待,絕不可“一刀切”“一招走天下”,否則就會偏離正確的方向,浪費大量的資金和人力。

 

  由于現行的“海綿城市”建設著眼于增加入滲,采用的技術路徑和手段無外乎以下幾方面:

 

  花重金改變路面結構,打造“透水路面”,使雨水通過透水磚、自然土層下滲到地表下,從而達到消減澇水的作用。這項措施對小雨量的降雨有一定作用,但是對于高強度、大雨量的降雨作用甚微。因為即使表層全部恢復為天然狀態,對雨量產水起決定作用的還是土壤的蓄水能力。在南方極限狀態下,土壤的蓄水能力也僅僅是20毫米左右,難以消納大量級降雨(如大于100毫米的一場降雨過程)的70%。即使表面上看到雨水下滲到了土壤中,實際當土體飽和后,仍然通過淺層地下水的通道回歸到河流、低地之中。

 

  開槽、填沙、擴大地下集水空間等增加滯蓄量,應該講,這是有效的手段。但是,其所能夠起到的作用大小取決于容積大小。而擴大地下集水空間所要付出的代價是驚人的,能夠滯蓄洪水澇水的總量與投入相比差距較大。

 

  利用低地、公園參與滯蓄。這是一個好的方向,應該大力推行。但是恰恰這一類工程所占比例小,難以全面推開。

 

  還有專家提議增加屋頂的滯蓄等措施,讓“一片天對一片地”,自我消納洪水澇水,但改造成本較高,推行難度較大。

 

  綜合來看,以上措施都沒有真正切入到城市洪澇治理的正確途徑上來,不能徹底解決問題。筆者認為,治理城市內澇,真正有效的方向應該是從“滲蓄為主”轉變為“蓄排結合”的方式。可以從三條途徑實現:一是給洪水、澇水以出路,盡快排出去。可以優先考慮利用泵站等強制性措施,讓洪水澇水通江達海。二是給洪水、澇水以足夠的空間,即增加城市及周邊區域的水域或低地面積,增強滯蓄能力。三是讓地下的排水系統配套泵閘系統,真正實現收放自如。其實,這才是我們想要的“海綿”效果。

 

  3.對水資源利用效果和初期雨水污染降解的思考


     “海綿城市”倡導通過“海綿體”集納雨水,使雨水資源化,達到高效利用水資源的目的。但由于“海綿體”可吸附利用的水量有限,所能起到的作用也將十分有限。也曾有人提議通過建設地下、地表的大容量蓄水池吸納利用洪水,終因投資過大、作用有限,且初期雨水易變質發臭,實際應用價值不大而被放棄。目前的雨水收集再利用也僅限于綠化等對水質要求較低的部分用水。

 

  “海綿體”對于小量級降雨的初期雨水污染有較好的水解作用,前提是所降雨水能夠基本蓄納在“海綿體”之中,通過植物的生長吸收,達到降解的作用。但是一旦降雨產生地表徑流后,污染物質照樣會伴隨徑流流向江河湖泊,對初期雨水的污染降解作用就變得微乎其微。

 

  總體上,對水資源的利用和污染降解,同樣主要適用于干旱地區,在我國的北方地區可以起到較好的預期效果;南方地區由于每場降雨的量級大,其可發揮的作用則甚微。

 

  4.對資金投入效益和洪澇治理方向性的思考

 

  當前各地正在進行的“海綿城市”建設,通常都采取透水路面改造、更新綠化種類結構、設置雨水調節池等措施,主要以透水路面改造為主。由于土體特性決定了下滲能力,即使全部更換成透水磚、改造成透水混凝土路面,其入滲的能力還是受制于下面的土體,且實施這些措施投資巨大。目前“海綿城市”建設的投入約為每平方公里1.5億元,如嘉興市“海綿城市”試點投資約45億元,除可爭取到國家支持12億元外,其余30多億元需地方財政投入。嘉興通過“海綿城市”建設可以在一定程度上改善城市面貌,但對內澇問題的解決效果不大,理應把解決內澇核心放在流域的治理和城市排澇設施能力的提高上。很多城市在爭取成為國家 “海綿城市”建設試點的過程中,明白其作用效果的局限性,但是由于看重國家補助資金這塊“香餑餑”,仍然不惜花巨資硬上工程,可能影響國家財政資金投向的效益。

 

  由于國外對于“海綿城市”建設效果的夸大宣傳,一定程度上對我國各地的洪澇治理方向產生了不利影響。部分地區由于缺乏專業的洪澇治理認知,僅僅看到表面現象,就采取以“海綿城市”建設為主要方向的洪澇治理方案,弱化了流域治理功能,減少了必要的排澇設施建設。

 

  5.“海綿城市”建設應因地制宜

 

  綜合我國“海綿城市”推進情況和洪澇治理現實,建議科學分析、客觀評價其作用和適應范圍,理性看待其功效,真正從洪水和澇水的規律研究開始,把握正確的方向。

 

  要客觀分析評價“海綿城市”建設在我國的適用性。建議組織多學科、多專業的專家,客觀分析當地自然地理、降雨特性,科學謀劃城市內澇的解決途徑,評價“海綿城市”建設在我國各地的適用性,因地制宜制訂符合我國實際的內澇解決方案,并修訂相關技術規范、指導意見。

 

  要科學運用“海綿”效果。“海綿城市”可作為一種新型城市建設理念,長期貫徹在城市規劃、建設、改造、發展的過程當中,但城市洪澇的治理離不開流域治理,這是前提和基礎。建議將建設透水路面、蓄水池等主調蓄手段轉變為建設城市周邊的湖泊、濕地調蓄工程,真正起到在洪水期削減洪峰,枯水期利用水資源的“海綿”作用,實現投資效益的最大化。

 

  要把握“海綿城市”建設重點和節奏。從我國各地的地理結構、土體特性等方面分析,我國實施“海綿城市”建設最適宜地區應為北方和海島地區,而非南方,特別是南方平原城市。建議對已開始實施或即將實施“海綿城市”建設的試點城市,對其實施方案進行再評價、再審視,以洪澇治理保證方向不偏離,資金使用效益最大化,真正為我國的洪澇治理起到應有的作用。

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