海绵城市建设理念与对策

■ 中国工程院院士、哈尔滨工业大学副校长 任南琪

《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》指出要加快推进海绵城市建设，实现城市建设模式转型。作为一种全新的城市发展理念和方式，海绵城市建设涉及的项目几乎都是重大的民生工程，横跨领域众多。如何避免城市建设时出现设计碎片化问题？如何避免城市建设和运营时出现头痛医头、脚痛医脚的现象？如何避免走重复建设、浪费人力物力等回头路？正确的建设理念与思路尤为重要。中国工程院院士、哈尔滨工业大学副校长任南琪教授为本刊独家撰写此文，阐明建设理念与路径。

随着社会经济的快速发展，我国城市水安全与水环境问题日益严峻，资源环境约束加剧。在人口密集、工业集中的城市出现了严重的城市病：逢大雨必涝、城市水体黑臭、环境生态严重恶化、水资源严重匮乏、环境容量超出极限、城市水源地污染事件频发。针对这一现状，习近平总书记2013年12月12日在中央城镇化工作会议上作出重要指示，要求“城市规划建设的每个细节都要考虑对自然的影响，更不要打破自然系统。比如，在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的‘海绵城市’。”习总书记还指出，现在许多城市提出生态城市口号，但思路却是大树进城、开山造地、人造景观、填湖填海等，这不是建设生态文明，而是破坏自然生态。为此，中共中央和国务院办公厅先后多次发布相关文件，推动海绵城市建设。

海绵城市建设具有较高的经济效益，能够降低基础设施维护费用；提升城市品质和环境承载力；开发利用雨水、再生水等非常规水资源，解决缺水地区发展瓶颈；是经济发展新的增长点，助力化解产能过剩的难题。海绵城市建设的环境效益也非常显著，能够有效解决城市黑臭水体，强化城市污水治理，提高城市人均公园绿地面积和城市建成区绿地率。海绵城市建设还具有良好的社会效益，缓解城市“热岛效应”，实现“小雨不积水，大雨不内涝，水体不黑臭”，实现环境宜居；建设“和谐宜居、富有活力、各具特色的现代化城市，让人民生活更美好”。

截至目前，我国已经设立海绵试点城市30个，试点建设区面积达600平方公里以上，近3年直接带动投资约4千亿元人民币。全国33个省、直辖市、自治区皆颁布海绵城市鼓励办法，很多非试点城市也启动了海绵城市建设，涉及到环保、市政、园林、交通等多个行业。远期市场份额约在6万亿元人民币左右。

我认为，海绵城市建设需要遵循以下几点：理念转变为先导，科学规划为引领，工程技术为关键，智慧水务为目标。

一、理念转变为先导

由于我国前期海绵城市建设处于边干边学的状态，理念跟不上，不少城市的海绵城市建设与规划难以一步到位，很多先期开展的生态城市建设、城市内河改造、道路建设、街区建设等工程都需要进行改造。必须引入先进理念，结合国外近60年的经验积累和我国当前的重大需求，创建具有中国特色的海绵城市。

（一）国外的城市雨水管理理念

1．美国。低影响开发（Low-Impact Development，LID）是采取土地规划和工程设计的方法来管理雨水径流，LID强调现场自然属性的保持和利用，从而保护水质。

2．欧洲。可持续城市排水系统（Sustainable Urban Drainage System，SUDS）旨在减少新的和现有的开发对地表水排水排放的潜在影响。

3．新加坡。活力、美观、清洁水计划（Active、Beautiful、Clean Water Program，ABC）是将水体转变为美丽的、具有新加坡标志性的水景观。通过美化使新加坡人更亲水、更好地欣赏和珍惜稀缺的水资源。

4．澳大利亚。水敏城市设计（Water Sensitive Urban Design，WSUD）是城市设计与城市水循环的管理、保护和保存的结合，包括雨水、地下水、废水管理和供水，为城市设计减少环境退化、提高审美情趣、增加娱乐吸引力，从而确保城市水循环管理能够尊重自然水循环和生态过程。

（二）中国建设海绵城市的理念

国外的海绵城市建设理念主要是以解决城市暴雨涝灾、雨水收集、景观美化等为主的城市开发与设计内涵，而我国面临着更严峻的挑战：经济快速增长的背后付出了惨重的环境恶化代价，如水体黑臭；城市化进展的加快伴随着城市水规划的严重缺失。为此，我国的海绵城市建设面临着多重任务。

要以系统工程的思路抓城市水环境规划和海绵城市建设，这是国家行动，符合我国当前重大需求。应以国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见（国办发〔2015〕75号）作为指导，加快推进海绵城市建设，修复城市水生态，增强城市防涝能力，扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化质量，促进人与自然和谐发展。海绵城市建设的工作目标是要通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。由于中国目前面临的特定发展时期，以及城市水资源与水环境现状，“海绵城市建设”符合中国国情。

我认为“海绵城市建设”属于城市水资源与水环境综合整治范畴。“海绵城市”应该能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，重点解决城市涝灾与城市水环境恶化等问题，实现地表水资源、污水资源、生态用水、自然降水、地下水等统筹管理、保护与利用，充分考虑水资源、水环境、水生态、水安全、水文化，缓解热岛效应，确保社会水循环能够与自然水循环相互贯通。

二、科学规划为引领

《中共中央 国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》（中发〔2016〕6号）指出，城市规划建设管理中还存在一些突出问题：城市规划前瞻性、严肃性不够，环境污染等“城市病”蔓延加重。因此，海绵城市建设要以科学规划为引领。

（一）城市水系统综合规划与整治

海绵城市建设是城市水系统综合规划与整治的系统工程，要将其融入城市总体规划，至少以流域、区域为单元综合考虑。统筹发挥自然生态功能和人工强化功能，实施源头减排、过程控制、系统治理。

示范工程中常见以下几点问题：1．规划与建设碎片化。特别是LID工程中，严重缺乏城市水系统统筹规划，以碎片化的工程施工为主。2．海绵城市建设理念及内涵不清，技术不足。3．工程设计队伍严重匮乏。设计教条化，难以做到因地制宜，一城一策、一地一策。

（二）因地制宜

总体规划应针对城市自然地理、气象条件及存在的城市发展瓶颈问题，因地制宜地制定海绵城市建设目标，解决城市重大需求；充分考虑老城区和新建城区海绵城市建设对策；应明确“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”。

（三）保持和利用自然属性

习总书记提出要“建设自然积存、自然渗透、自然净化的‘海绵城市’”。应该倡导以自然为先导，以循环为关键，以功能为切入点的城市水系统综合规划与整治。

三、工程技术为关键

从城市水循环系统4.0示意图中可以看出，海绵城市建设有三个关键单元：暴雨径流管理、黑臭水体治理和污水处理。

（一）暴雨径流管理

1．LID理念及小排水系统

统筹考虑城市水资源循环与利用非常必要，目前绝大多数城市雨水进入雨污合流制的城市排水管网系统（小排水系统）。要保障小排水系统的雨水排放能力，必须采取削峰和错峰措施，即利用LID理念，延缓和降低径流峰值，从而降低排水强度，减轻市政排水管网系统排水压力。河流治理、排水系统和管道的承受能力是有限的，要利用渗、滞、蓄，从源头减少径流，解决量的控制问题，提高城市生态覆盖和雨水蓄存能力，减少排水管道系统的负担。

由于城市人口增长过快，排水管网设计重现期变小，城市排涝仅依赖小排水系统难以承受。按照LID理念“现场自然属性的保持和利用”，增设下凹式绿地和植草沟等可以错开暴雨峰值，减少雨水流入下水管道的量。但对于城市易涝点仍难以解决根本问题。建议城市特殊区域采取分流制的雨水排放系统，即大排水系统。

2．大排水系统

大排水系统指的是路面行泄通道、河漫滩、深层调蓄隧道和调蓄池。常规降雨时，雨水通常不会进入深层调蓄隧道和调蓄池。

我国有些城市现已在做大排水系统。如武汉大东湖深邃工程，充分考虑到雨水深邃和污水深邃功能及定位的不同，该工程将先启动污水单根管建设，预留雨水接口。设计为“四厂合一”，未来可为300万人口服务。新建的北湖污水处理厂未来能达到150万吨/日规模，近期实现80万吨/日，排放标准一级A。项目总投资为30多亿元。

（二）城市黑臭水体整治

城市黑臭水体整治重点是环境生态改善和暴雨蓄存。黑臭水体整治需要有系统的治理方案，保障水体的三大功能—生物净化、生态景观和泄洪排涝。首先，污水要全部截流，初雨等面源污染也要有控制措施。其次，补水要充足、流动性好。其三，要建立人工强化自然处理系统，形成自然生态净化功能与景观。最后，还需要清除底泥或进行生态修复。

城市水体要保持自然生态系统，有生态护坡-微生物-挺水植物和沉水植物，河道最忌“三面光”—即河底和两岸护坡全部硬化，应该利用自然净化的方式去除氮、磷，最大限度保留堤岸生态属性，可有效抗击河水、雨水冲刷，利用人工湿地、生态塘等强化自然净化功能，持续经济有效地解决点源、面源污染，确保城市水生态安全。

（三）污水处理厂

我国污水处理厂执行国际绝无仅有的国家统一的一级A污水排放标准，但就算是达到一级A标准的出水，按照地表水标准仍然是劣Ⅴ类。为此，个别城市将污水厂的出水标准提升到地表水Ⅳ类标准，但实际上从全部环境影响和全生命周期看这是不环保的。用人工方式在污水厂内去除氮、磷费用高，能耗大，追求过高的去除率也是不经济的。

我认为，应该构建具有污染物净化功能的生态系统，承担部分氮、磷去除，科学制定以受纳水体反推污水处理厂排放标准，避免污水厂过度处理，实现节能降耗。无限度提高污水处理厂排放标准是转嫁环境风险，带来大气污染和排放温室气体，同时也消耗大量能源。

四、智慧水务为目标

最新的政府工作报告中指出要“发展智能产业，拓展智能生活，实施大数据发展行动，多领域推进‘互联网+’”。就海绵城市建设而言，要创建智慧水务，即互联网+城市水系统。

该系统可以进行城市水数值模拟与仿真。基于水资源与安全（水量和水压），针对饮用水源、自来水厂、污水处理厂、河道断面、湿地、地下水以及分流制雨水管道初雨等，建立水资源自然循环和社会循环的系统仿真与优化。基于水环境与生态（水质），研究污水能源流与物质流规律、污染物迁移转化规律等净化系统仿真与时空优化。结合互联网+城市水系统功能，指导运营控制与故障诊断，实现监控点诊断、控制、应急决策，并发挥物联网作用保障公众知情权和监督权。

我建议要加强海绵城市专项规划，完善工程设计、建设施工、运营管理等机制，提高建设和管理质量，明晰责任人，便于政府监管；同时，进一步研究海绵城市投融资模式。

五、海绵城市规划与建设面临的主要问题

（一）工程技术问题

1．LID等国外先进雨水径流管理及应用技术、材料和装备研发。

2．黑臭水体治理整体解决方案、技术措施及实践经验。

3．污水处理技术研发与水资源管理。

4．城市水体与湿地净化功能的本土水生植物研究。

5．汇水流域雨水径流量、面源污染的数值模拟。

6．基于智慧城市水的水质水量监控技术与应急决策支持平台建立。

（二）管理问题

1．应明确和完善海绵城市建设内涵与对策，避免失误和后遗症。

2．需尽快制定和完善相应的城市规划设计与基本建设开发标准、规范及法规。

3．工程设计队伍严重匮乏，理念及内涵不清。

建设海绵城市，必须坚持政府引导、社会参与。未来海绵城市的建设理念是：源头减排、过程控制、系统治理、功能净化、生态修复、健康循环。未来海绵城市建设的实现目标是：水资源、水环境、水生态、水安全、水文化。海绵城市建设的实施途径为：政府主导、规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜、统筹建设。唯有如此，才能实现习总书记的要求—“建设生态文明，而不是破坏生态自然”，让人民生活更美好。