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任南琪院士:海绵城市的地区分类建设范式

时间:2020-06-22 13:04:41 来源:环境工程 作者:任南琪 黄鸿 王秋茹

研究背景

2015年发布的《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》确立了海绵城市建设的总体工作目标,并指出:“到2020年,城市建成区20%以上的面积达到目标要求;到2030年,城市建成区80%以上的面积达到目标要求。”其后,海绵城市建设项目在全国30个试点城市展开,建设区域从南至北,城市规模从一线到三四线均有分布。根据我国海绵城市建设评价标准,当前雨水控制利用模式主要以降水量作为划分依据进行分类指导。然而我国地域面积广阔,不同的自然地理及气候特征将直接影响河流及水资源分布、降雨量、雨水汇流、下渗等情况。针对不同的自然条件和城市本底,海绵设施的应用效果、适应性也存在差异。

2019年,30个海绵城市的建设试点工作均通过国家专家组验收,各个试点城市基于主导问题,采用各具特色的技术实施路线,形成了多样化的海绵城市建设体系,同时也积累了大量的可复制可推广的经验。本文综合各类因素进行城市分类,并总结现有海绵城市试点经验,提出基于我国地域分类和社会属性分类的海绵城市建设策略和范式,以期为后续的海绵城市建设的大面积推广提供借鉴。

一 摘 要

在系统分析我国城市的水文地质和气候条件等自然因素和新旧城区、功能区等社会因素的基础上,分类和总结现有海绵城市试点经验,提出了基于我国地域分类和社会属性分类的海绵城市建设策略和范式,以期为海绵城市建设的推广提供借鉴。

二 基于自然因素的海绵城市分类建设策略与范式

1.城市分类的主要影响因素

海绵城市的实施是一个系统工程,需要考虑到诸多因素。城市地形地势对雨水蓄集与排放具有重要影响,旱涝灾害的分布影响各地区建设目标的合理设定,植被的耐淹耐涝抗旱性与气温、土壤、降水有关,渗透设施的效果与不同地区土壤渗透性能和地下水位等有关。影响海绵城市方案设计及建设成效的因素可分为自然因素与社会因素,其中自然因素又可分为水文地质和气候条件等因素,具体分类如表1所示。

表1 海绵城市建设的自然影响因素分类

2.地形地势对海绵城市建设分类的影响

地形地势是城市土地利用布局的重要影响因素,一定程度上影响城市的用地功能和开放空间的位置。地形因子包括坡度、坡向和高程等,这些因素与城市生态敏感性、地表径流方向、水流速度等有着密切关联。坡度决定雨水汇水方向和山体地形的稳定性。坡向不同的地块,日照长短、温度有所不同,水体的蒸发量也不同。高程分析则是汇水分区的重要依据,同时还可反映区域山水格局等地形水系特征。因此,在海绵城市规划设计中,坡度、坡向及高程分析是不可或缺的重要环节。按照城市所处的地形分类,我国位于山前洪积、冲积扇平原的城市数量较多,其次为低山丘陵河谷地区的城市,高原山间盆地或谷底的城市,而位于中山、高山地区数量的城市极少;除了大平原中腹和三角洲平原外,城市选择2种地形过渡或交接的部位形成发展也非常普遍。不同土壤类型的颗粒粗糙程度、含砂率、通气性、入渗性能与吸水能力不同,地下水位也将影响径流下渗。

3.气候条件对海绵城市建设分类的影响

我国幅员广阔,温度带包含寒温带、中温带、暖温带、亚热带、热带和高原气候区,气候差异大、降雨时空分布不均。必须根据当地的气候条件及降雨特点,因地制宜地选择相应设施及雨水利用方案并确定运行维护方法,最大限度地提高系统的效率和安全性,这直接关系到海绵城市建设的可持续性。

降雨量及径流分析是海绵城市设计的关键一环。我国的年降水量地域分布情况如下:东南沿海地区为1500~2000 mm;长江中下游地区为1000~1600 mm;淮河、秦岭一带和辽东半岛年降水量为800~1000 mm;黄河下游、渭河、海河流域以及东北大兴安岭以东大部分地区为500~750 mm,黄河上、中游及东北大兴安岭以西地区为200~400 mm;西北内陆地区年降水量为100~200 mm。我国海绵城市建设评价标准的年径流总量控制率分区也基本基于上述的降水总量确定。

然而,我国不同地区的降水季节分配不均,尤其是易形成洪涝灾害的夏季降水量与上述分区不是完全相关。长江中下游和华南地区的夏季降水占全年50%以下,其他地区的夏季降雨更集中,超过50%。近年来气候变化导致极端降雨事件的频发,使得传统意义上按照降水总量定义的干湿地区与暴雨内涝分布越来越表现出不一致性。属于半干旱区的北京,在2012年7月21日出现特大暴雨,市区形成积水点426处,经济损失 116.4亿元。2013年东北大部雨季早、降雨多、历时长,为全国洪涝灾害最严重的地区。因此,单纯从降雨量角度划分不同地区的雨水控制利用模式,存在一定的不足。

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