淺談海綿城市規(guī)劃技術的發(fā)展現(xiàn)狀

尹曉楠

(中國葛洲壩集團國際工程有限公司)

淺談海綿城市規(guī)劃技術的發(fā)展現(xiàn)狀

尹曉楠

(中國葛洲壩集團國際工程有限公司)

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷推進，水資源、水環(huán)境和水安全問題也越來越嚴重。傳統(tǒng)城市的建設模式已不再適應當前社會發(fā)展，海綿城市的概念開始成為城市建設和發(fā)展的重要模式。本文總結(jié)了部分發(fā)達國家雨洪管理的發(fā)展歷程及趨勢，并對我國海綿城市發(fā)展現(xiàn)狀和主要的規(guī)劃技術和問題進行簡要綜述和概括，文章認為基于管理、設計和規(guī)劃層面的非工程措施與工程措施相比較甚至更為重要。

海綿城市；規(guī)劃；雨洪模擬；LID措施優(yōu)化

1 序言

隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進，“城市病”問題也日益突出。城市“大雨必澇、雨后即旱”和“有河必臭”等問題的日益突出，引發(fā)大家對傳統(tǒng)城市建設模式的反思。海綿城市的概念開始成為城市建設和發(fā)展的重要模式。

2 海綿城市國際語境

海綿城市與西方發(fā)達國家雨洪管理理念相類似。西方發(fā)達國家早在上個世紀70年代就開始進行探索。其中最有代表性的包括20世紀70年代起源于北美的最佳管理措施（BMPs）0；90年代美國在BMPs的基礎上推行的低影響開發(fā)（LID）0；英國同時期發(fā)起可持續(xù)城市排水系統(tǒng)（SUDS）0；澳大利亞墨爾本開展的水敏感性城市設計（WSUD）0；集合 LID 和 WSUD 理念的新西蘭的低影響城市設計與開發(fā)（LIUDD）0。這些理念的核心見表1。

表1 各種國外理論的核心

3 海綿城市規(guī)劃技術

海綿城市建設主要包括三方面內(nèi)容：①保護原有生態(tài)系統(tǒng)；②恢復和修復受破壞的水體及其他自然環(huán)境；③運用低影響開發(fā)措施建設生態(tài)環(huán)境。

3.1 規(guī)劃的原則

一是規(guī)劃引領。海綿城市建設不能僅僅“就水論水”，必須要與城市總體規(guī)劃協(xié)調(diào)，要與城市水系、排水防澇、綠地系統(tǒng)、道路交通等規(guī)劃相互銜接。

二是生態(tài)優(yōu)先。海綿城市建設以修復水生態(tài)為前提，明確城市增長邊界和集約型的城市空間布局，保護水體、濕地、水庫、滯洪區(qū)等水生態(tài)敏感區(qū)。

三是安全為重。海綿城市建設要聚焦于控制與利用大概率的中小規(guī)模降雨，對于小概率的強降雨，應依靠排水系統(tǒng)進行超標排放，要正確處理好海綿城市建設與城市排水防澇系統(tǒng)建設的關系，不得以犧牲城市安全為代價。

四是因地制宜。我國領土廣袤、跨度大、城市水文地勢等情況差異性較大，各地應結(jié)合當?shù)厮奶攸c及建設水平，構(gòu)建適宜并有效銜接的低影響開發(fā)控制指標體系。

3.2 規(guī)劃技術

（1）雨洪模擬技術

城市雨洪模擬技術是海綿城市規(guī)劃和設計中的核心技術方法之一，也是當前研究領域的前沿和難點。城市雨洪模擬可歸納為三方面內(nèi)容：城市雨洪產(chǎn)流計算、城市雨洪地面匯流計算和城市雨洪地下管流計算0。產(chǎn)流的過程模擬目前有Green-Amp法、概念性降雨法，徑流系數(shù)法、SCS法等。城市匯流計算因城市地表覆蓋的復雜性及地表匯流邊界模糊而具有很大的難度，常見的城市匯流方法有水文學方法和水動力學方法。城市雨洪地下管流計算方法也分水文學方法與水動力學方法，地下管流因其各種流態(tài)共存，有壓流和無壓流交替變換，其內(nèi)部水流運動的機理復雜。

在雨洪管理上應用歐美發(fā)達國家應用較為廣泛的模型有 SWMM，STORM，ILLUDAS，IUHM，MIKE等模型，其中應用較為廣泛的是70年代開始開發(fā)的SWMM模型0和Wallingford模型0。SWMM模型是由美國環(huán)保局于1971年負責開始研制，后期又與丹麥水力學研究所聯(lián)合研制并推出聯(lián)合版MIKE-SWMM模型0，包括降雨處理模塊、城市排水管網(wǎng)模塊、二維洪水模塊，植物影響評估模塊等，能夠?qū)崿F(xiàn)任何時空尺度下的城市雨洪和水污染模擬。Wallingford模型是1978年開始由英國Wallingford水力學研究所進行開發(fā)，包括降雨徑流模塊，簡單管道演算模塊、動力波管道演算模塊，以及水質(zhì)模塊，可以實現(xiàn)對排水系統(tǒng)，污水系統(tǒng)和雨污合流系統(tǒng)的實時運行管理模擬。

國內(nèi)城市雨洪模型的研制起步較晚，與國際相比還十分脆弱。目前在城市排水防澇規(guī)劃設計，LID評估工作等多采用簡單的徑流系數(shù)法0。國內(nèi)的岑國平、周玉文和中國水科院等學者和研究單位也開發(fā)了自主產(chǎn)權(quán)的雨洪模擬模型。在海綿城市規(guī)劃領域，王文亮0SWMM模型研究了低影響開發(fā)技術對場地徑流的控制效果。劉昌明0基于國內(nèi)自主研發(fā)的水文綜合模擬系統(tǒng)(Hydro-Informatic Modeling System HIMS)，構(gòu)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的城市雨洪模型，可以實現(xiàn)不同用地類型的產(chǎn)流產(chǎn)污過程模擬，管網(wǎng)、河道和道路匯流耦合模擬。

（2）LID措施優(yōu)化

LID措施優(yōu)化是指在滿足面積約束和成本約束條件下，求解各種 LID措施的最優(yōu)組合方式。優(yōu)化求解的方法可以采用通常的計算機優(yōu)化方法，如遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法等。劉昌明0給出了優(yōu)化的措施的目標函數(shù)和主要約束條件。

北京清控人居環(huán)境研究院0在這方面自主開發(fā)了基于地理信息系統(tǒng)(GIS)和低影響開發(fā)理念的海綿城市規(guī)劃系統(tǒng)，可以輔助規(guī)劃設計人員快速準確地得到可行方案，該系統(tǒng)以城市年徑流總量控制率為約束條件，采用蒙特卡洛隨機抽樣法，進行不同指標參數(shù)隨機組合，可形成百萬個組合方案并篩選出滿足年徑流總量控制率最優(yōu)規(guī)劃方案。

4 規(guī)劃中常見問題

海綿城市在規(guī)劃中，面臨諸多難題，涉及觀念轉(zhuǎn)變、新理論技術體系創(chuàng)建、標準規(guī)范制定、管理模式創(chuàng)新、跨專業(yè)協(xié)作、政策與實施保障體系、科學合理的監(jiān)測評估等問題。

（1）忽略多層次性和多尺度性。海綿城市建設需在流域、城市與社區(qū)多個尺度和層次上進行統(tǒng)籌規(guī)劃，要深刻認識到海綿城市是為構(gòu)建良性的城市水循環(huán)體系，而非碎片化的人造景觀，要避免新的開發(fā)過程對城市水安全造成更大壓力。

（2）急功近利。城市的內(nèi)澇防治系統(tǒng)是一個綜合系統(tǒng)，其建立過程困難重重，短時間內(nèi)建成較完善的城市排水防澇體系工程是不現(xiàn)實的。建設中不應急功近利，要區(qū)域統(tǒng)籌推進，防止盲目開發(fā)和碎片化開發(fā)。

（3）忽略非工程性措施。國外經(jīng)驗表明基于管理、設計和規(guī)劃層面的非工程措施與工程措施同樣重要，甚至更為重要。我國現(xiàn)有城市排澇與城市防洪分管于市政和水利兩個部門，而涉及城市雨洪問題的還有城市水務、環(huán)保、園林等多個部門。為避免各自為政，應整合相關部門，加強管理，協(xié)同推進。此外，海綿城市建設是一個龐大、復雜的系統(tǒng)工程,涉及多學科交叉，也需普通市民的參與，因此應注重法律法規(guī)的建立，制定有效的激勵措施，進行政策引導和公眾教育。

5.總結(jié)

從海綿城市的概念和內(nèi)涵可以看出，建設海綿城市并非單純地改變城市排水模式，而是以構(gòu)建可持續(xù)、健康的水循環(huán)系統(tǒng)為目的的一種城市建設模式。建設海綿城市，在參照和借鑒發(fā)達國家探索經(jīng)驗的基礎上，應結(jié)合我國城市發(fā)展的客觀情況，深刻理解海綿城市的內(nèi)涵，逐步推進海綿城市建設的進程。由于我國領土廣袤、跨度大、城市水文地勢等情況差異性較大，對不同城市的定量化分類以及制定城市匯水單位類型評判標準等相關研究內(nèi)容，仍需要在今后實踐操作中不斷檢驗與完善。

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