工業化進程中海綿城市建設方案選擇

劉碧虛

(北京工業大學 北京 100124)

0 引言

工業發展與城市化的進程不斷將自然地表改造成不透水的地表，進而影響水平衡。因此在新城市開發中，水資源管理系統的主要考慮因素應該是雨水管理，以防止城市發生洪水。由于全球變暖，極端天氣例如暴雨的頻率增加，導致洪水的增加。在自然氣候易變性的背景下，氣候變化導致對水文系統的影響增加。人類和非人類活動都會對水文循環產生負面影響；在人類活動中，城市化進程對水文循環的影響最大，因為它有能力侵占帶有住宅和商業空間的自然土地，不透水表面的增加是城市化帶來的顯著影響。由于這些地表無法有效吸收地表水，因此可能會出現大量徑流水，導致水聚集在較低區域并進一步引發洪水。通常在新城市開發中，水資源管理系統的主要考慮因素是雨水管理，以防止城市發生洪水。許多國家已經開發了水管理系統來應對這些問題。本文將回顧有關水資源管理方法的文獻，包括最佳管理實踐(BMPs)、低影響開發(LID)、可持續城市排水系統(SUDS)、水敏城市設計(WSUD)以及積極、美麗、清潔水域計劃(ABC)。本文將對這些戰略中的每一個進行綜述并概述它們的目標，然后對比這些策略。[1]

1 水管理方法

城市面積不斷擴大，導致水資源短缺、城市內澇、洪水、雨水徑流污染、水環境惡化等水文問題日益嚴重，這些突出問題嚴重制約了城市的發展。針對這些問題的普遍存在，許多國家在控制雨水徑流和改善水環境方面進行了理論和實踐研究。

1.1 最佳管理實踐(BMPs)

最佳管理實踐(BMPs)作為預防污染的實踐或結構化方法，自1972年以來作為清潔水法案(CWA)的一部分在北美實施。BMPs是指“用于儲存或處理城市雨水徑流以減少洪水、消除污染和提供其他便利設施的結構性措施”。BMPs包括工程和非工程措施，其主要區別在于非工程措施側重于“預防”,而工程措施則針對暴雨的“緩解”。工程措施包括使用滲透池、蓄水池和人工濕地,以解決影響水質的城市內澇和徑流污染問題。在非工程措施方面，旨在通過合理規劃管理降雨和徑流,包括發布環境政策和法規;通過獎勵和懲罰計劃進行有效的監督和管理,城市布局,加強公眾參與,和提高公眾意識。

1.2 低影響開發(LID)

低影響開發(LID)作為一種將設計與自然相結合的降低水資源管理成本的方法在北美普遍使用，首次出現在美國佛蒙特州的土地利用規劃報告中。自然措施優于非自然措施，因為它們保護自然布局，具有減少投資和促進可持續發展的潛力。LID的主要目標是實現自然水文，這是指開發前徑流、入滲和蒸散量的平衡。與BMPs不同，LID強調以保護場地必要水文循環的方式進行開發，這是通過過濾雨水和徑流通過植物群落和土壤覆蓋以促進滲透來實現的。LID的設計還通過應用模擬未開發場地的水文儲存功能的技術，減少不透水硬質表面和路面的面積，提高雨水徑流的集水率，并最大限度地減少場地開發的影響。LID被認為是通過采用自然的方法來實現設計目標，LID特征具有體積小、高度靈活、能夠與景觀設施有機結合的特點。

1.3 可持續城市排水系統(SUDS)

可持續城市排水系統(SUDS)概念由Jim Conlin于1997年10月首次提出。SUDS試圖通過將長期的環境和社會因素融入到系統中，來解決由傳統排水系統引起的洪水、嚴重污染和環境破壞等普遍存在的挑戰。SUDS旨在模仿地表水的自然處理方式，使水能夠滲入地下或留在設施中。在英國，SUDS實現了超越傳統解決方案的可持續性目標，因為它們結合了一系列排放雨水或地表水的技術。與LID類似，在某些方面，該概念旨在采取一種自然的方法，這是發展干預的核心。SUDS代表著從以傳統排放為核心的排水系統轉向高度可持續的水循環排水系統，SUDS可以減少雨水徑流、防止水污染、充分補給地下水并調整排水系統與城市環境。與原有的城市排水設施相比，SUDS通過綜合考慮雨水、城市污水和再生水的措施，優化整個區域水系統，改善城市整體水循環。

1.4 水敏感城市設計(WSUD)

澳大利亞開發了另一種水管理系統，即水敏感城市設計(WSUD)，該系統于1990年代首次采用。隨著對WSUD概念的修訂和改進，它成為一種城市規劃和設計方法，以最大限度地減少城市發展對水文的影響。WSUD以保護現有自然生態系統為基礎，使用雨水收集和處理裝置來減少總雨水徑流、高峰洪水流量并控制徑流污染。雨水被用作該戰略中的一種資源，該戰略將雨水基礎設施與景觀設計相結合，以提高社會、文化和生態價值。WSUD系統植根于水循環的各個階段，雨水、供水和水管理緊密相連，每個要素相互影響，綜合考慮，打破傳統單一模式，保持對景觀和生態的關注。

1.5 活躍、美麗、清潔的水域計劃(ABC)

2006年在新加坡實施的積極、美麗、清潔水域計劃(ABC)作為其水資源管理系統的一部分，代表了新加坡21世紀可持續城市水資源管理的方法。“主動”是指在水體周圍創造新的空間；“美”是指將水道、水庫融合、開發成景觀；“清潔”是指改善水質和對公眾進行教育，以減少水污染。該方法將創造新的、充滿活力的城市公共空間與自然和人相協調，重點是提高宜居性和美感。雖然新加坡以前專注于通過建立密集的排水渠和運河網絡來管理雨水，但新加坡通過規劃、管理和創新的融合發展成為一個水資源豐富的花園城市，因此它現在已成為新加坡城市的環境資產。ABC對LID實踐和BMPs的使用，象征著思維轉變為更可持續的雨水管理方法。將水道合成為城市景觀的一部分是ABC的最終目標，它支持其提供既宜居又可持續的城市環境的目標。[2][3]

2 比較水管理方法

在開發上述水管理系統之前，水是通過傳統的雨水管理單獨管理的。現代水管理系統被認為是從傳統的灰色基礎設施向可持續的雨水管理方法的轉變。現代系統關注的是緊迫問題的自然解決方案，而不是對自然過程進行修改。為了對生態系統產生積極影響，采用綠色基礎設施來控制徑流和凈化雨水，這代表著適應，對于建設可持續和有彈性的城市具有重要意義。

盡管有不同的策略，但這些不同水管理方法的目標是相似的，核心解決方案都基于LID框架。因此，SUDS、WSUD、ABC和海綿城市本身并不是新理論，而是將特定國情和現代技術概念與LID框架的基礎相結合。這一過程表明，在技術創新的支持下，該理論正在不斷迭代。SUDS將LID與可持續發展相結合，WSUD將水管理與城市設計相結合，而ABC則建立在WSUD概念的基礎上，通過促進設計美學與水系統的整合。

制定水管理概念的目的是建立一個水生態系統，減少雨水徑流并控制徑流污染。強調城市規劃和建設管理在雨水管理中的主導作用，以及提供更全面有效的解決方案的意圖。水管理系統在不斷發展，每個以解決城市水問題為目標的國家都應該有自己獨特的體系，在繼承過去的優勢的基礎上發展自己的特色。

3 結語

綜上所述，新的迭代往往基于現有理論，但結合同時代的技術發展和具體國情。關于上述戰略，主要是轉向提高可持續性和環境友好的發展方向。值得注意的是，雖然這些水管理系統已經取得了許多成功的結果，但直接復制并不總是奏效。因此，中國發展自己的水資源管理系統至關重要。中國海綿城市的構想應考慮現有戰略及其實際實施，結合中國國情和創新技術。作為一個新概念，海綿城市與其他水管理系統之間的差異需要進一步討論，驗證其有效性也是如此。

海綿城市不僅是改造現有城市的一種方法，而旨在將水管理納入城市化進程中從而更好地保障城市發展。作為一種可持續發展的環境友好型水資源管理策略，海綿城市將為造紙、能源等關系環保的重要行業提供優良發展土壤；相輔相成形成更加成熟的環境保護與城市發展閉環。