王浩：海綿城市建設系統(tǒng)模式和關鍵技術

導讀：城市水問題治理的中國智慧是什么?國際水問題治理的經(jīng)驗值得我們借鑒，但是我國城市面臨自身的特殊問題，必須要立足自身實際，提出適合中國城市水問題現(xiàn)狀和特點的城市水問題治理理念，海綿城市的理念正是中國自己提出的、適合中國國情的城市水問題綜合治理理念，是城市水問題治理的中國智慧。

王浩院士從城市水問題治理的國際經(jīng)驗出發(fā)，從單一到綜合，美國和歐洲這些發(fā)達國家和地區(qū)城市化進程要早于我國50年以上，他們出現(xiàn)的城市水問題也比我們早。因此他們提出城市水問題治理的思路和方法也相對較早，有很多有意的經(jīng)驗值得我們借鑒。美國先后提出了最佳管理措施，經(jīng)營開發(fā)理念。英國提出了可持續(xù)城市排水管理理念。澳大利亞提出了水敏感性城市設計理念。新西蘭提出了低影響城市設計與開發(fā)理念。新加坡提出ABC計劃這些雨水管理的措施。從國際城市水問題治理和雨洪管理理念發(fā)展歷程來看，走了“重工程”到“重自然”再到“綜合治理”的發(fā)展爐子，對中國城市水問題治理有借鑒意義。

咱們面臨的困難和復雜性特殊性是什么?一方面是氣侯因素，我國是大陸季風氣候，同時降雨的施工分布很不均勻。局部強對流天氣比較多，城市化方面正處在高速發(fā)展階段。人類活動的影響劇烈，人口密度大，城市空間不足，用水量排污量較大。另一方面是新老問題雙重疊加，新城的問題，老城的問題，老舊城市改造也相對困難。從理念上說，缺乏城市地下空間開發(fā)的經(jīng)驗，缺乏低影響開發(fā)的設計理念。管理上也有薄弱環(huán)節(jié)，調(diào)控調(diào)度還沒有特別好的建立。

城市水問題治理的中國智慧是什么?國際水問題治理的經(jīng)驗值得我們借鑒，但是我國城市面臨自身的特殊問題，必須要立足自身實際，提出適合中國城市水問題現(xiàn)狀和特點的城市水問題治理理念，海綿城市的理念正是中國自己提出的、適合中國國情的城市水問題綜合治理理念，是城市水問題治理的中國智慧。

我們已經(jīng)提出了海綿城市的理念，吸收了LID等國際理念的經(jīng)驗，并給中國城市水問題治理也有長期的技術積累，但是中國水問題有一定的復雜性和特殊性，因此必須充分認識海綿城市的多維度、多層次、多學科的屬性，從城市水問題本身出發(fā)，運用系統(tǒng)思維，提出海綿城市建設的基本架構和系統(tǒng)模式。

城市水問題的本質(zhì)是城市水循環(huán)的失衡，表現(xiàn)為城市內(nèi)澇、城市水污染和城市缺水等方面的問題，海綿城市建設就是要通過一系列措施實現(xiàn)城市良性水循環(huán)，使水與人類社會相適應，從這個角度出發(fā)，把海綿城市科學內(nèi)涵概括為“水量上削峰、水質(zhì)要減污、雨水資源要利用”三大方面。從城市水問題本質(zhì)出發(fā)，解決城市內(nèi)澇、城市水污染和城市缺水三大問題，通過海綿城市建設做到小雨不積水，大雨不內(nèi)澇，水體不黑臭，熱導有緩解，形成良性的水循環(huán)。

海綿城市第一個科學內(nèi)涵，水量上削鋒。城市內(nèi)澇的自然屬性是大量降雨徑流難以排除導致積水。社會屬性是積水對生產(chǎn)和生活產(chǎn)生影響而治災，因此要減少城市洪澇災害影響，核心減少城市的雨洪積水，坦化并延緩洪峰極值，本質(zhì)是要減少由洪水繼續(xù)而對人類帶來的損失。

第二個海綿城市的內(nèi)涵，水質(zhì)上要減污。城市水污染的來源主要大氣干濕沉降，合流制管網(wǎng)溢流，初雨沖刷等面源污染和生活污水，工業(yè)污水等點源污染，我國城市水污染、水生態(tài)惡化現(xiàn)象十分嚴重。

第三個科學內(nèi)涵是雨水資源要利用。城市缺水是制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要瓶頸，海綿城市改變了過去快速排干的觀念。把雨水視為資源，盡可能把更多的雨水滯留在當?shù)?，補充生態(tài)用水和社會經(jīng)濟用水。但是要個別注意，對南北方、東西部這些不同的城市，應當區(qū)別對待，采用不同的雨水利用策略。

根據(jù)三大內(nèi)涵，利用分布式的城市水文模型，對海綿城市主要問題進行系統(tǒng)診斷，對各部門存在的問題作出總體估計，為海綿城市的總體設計提供基本的依據(jù)。工具就是分布式的城市水文模型，做海綿城市的三大診斷，包括內(nèi)澇積水的診斷，產(chǎn)污積污的診斷，雨水控制的診斷。

首先是內(nèi)澇積水的診斷，要建立分布式的城市雨洪模型，進行多種情景模擬，分析不同量級暴雨情景下，特別是超標準降雨條件下，城市雨洪積水的分布狀況，分析城市不同區(qū)域的積水深、積水歷時。模擬城市雨洪對城市生產(chǎn)生活的影響，進行風險評估，提前制定不同量級雨下的城市內(nèi)澇應對預案。這是利用模型做的上海市超標準和內(nèi)澇積水的診斷。這是濟南市超標準降雨城市內(nèi)澇模擬和積水的診斷。

第二方面的系統(tǒng)診斷，是產(chǎn)污積污的診斷，采用分布式的城市水文模型，進行水質(zhì)、水量聯(lián)合模擬，從整體上估計城市水體中污染物的來源。分析不同污染符合的來源，大氣沉量，再加上生活工業(yè)排污點源污染，占總污染復合的比例。從而為城市水環(huán)境污染的分類失策綜合治理提供定量的認識。通過污染物的來源進行診斷，對點源和面源污染分別提出針對性的控制策略。通過完善污水管網(wǎng)，加快污水處理廠建設。杜絕污水直接排放等措施，控制點源污染物。通過布置低影響開發(fā)措施，消減面源污染，通過布置人工濕地和河濱緩沖帶。總體上使雨水徑流污染、河流制觀網(wǎng)溢流污染各種形式的污染都得到有效的控制。

第三方面的診斷是雨水控制和利用方面的診斷，雨水控制利用診斷首先要對城市缺水狀態(tài)進行識別，分析雨水資源化利用的必要性和需求量。其次采用分布式城市水文模型進行長系列城市水文模擬，得到不同年型的城市雨水資源化供水的潛力，最后進行不同年型城市蓄水量的預測，分析雨水資源化、供水量和蓄水量之間的匹配性，包括時間、空間、水量和水質(zhì)等方面的匹配性。

必要的情況下，還要對城市雨水資源進行經(jīng)濟合理性分析和優(yōu)化配制，最終確定城市到底需要多少回用雨水，多少雨水應當被直接排走。使雨水資源化的利用和需求總體上達到平衡。也就是從城市缺水需求出發(fā)，研究雨水資源化的供水潛力，進行供需之間的優(yōu)化匹配，最后達到經(jīng)濟合理。

從海綿城市的三大科學內(nèi)涵出發(fā)，利用分布式城市水文模型對海綿城市三大主要問題進行系統(tǒng)診斷，對于海綿城市存在的問題根本的出入是在片區(qū)尺度和城市尺度實現(xiàn)三大耦合平衡。三大耦合平衡是頂層設計的核心。首先是水量下瀉和分散滯留平衡。第二是污染的產(chǎn)生和削減量平衡，也就是污染物質(zhì)的平衡。第三方面是雨水的控制和再利用之間的平衡。用水平衡，所以從三內(nèi)涵出發(fā)對問題進行三診斷。最后在頂層設計上做到三大平衡。

實現(xiàn)三大耦合平很的核心思想是什么?我們提出一片天對一片地，基本的內(nèi)涵就是當?shù)亟涤昃偷叵{，分片平衡，系統(tǒng)耦合。首先對不同地區(qū)不同類型分別診斷問題，然后是立體的分滯，從屋頂?shù)降叵滦钏臻g立體分層蓄滯留，做三大系統(tǒng)的耦合平衡，還要天地協(xié)同，天上的降水和地面的城市管理和城市的需求起到協(xié)同的作用。

在遵循自然產(chǎn)匯流基礎上，按照一片天對一片地的核心思想，利用城市空間對降雨化整為零進行收集和儲存。有效利用每一滴水，把城市分成幾百個、上千個排水小區(qū)，從天空到地下分為11層，最上頭做生態(tài)屋頂雨水花園，雨水菜園。然后做綠化的建筑立面，在地面有，生態(tài)道路，生態(tài)水池，生態(tài)廣場，生態(tài)公園，強滲透地面，天然挖地滯蓄等等。三層以下有處水立坑還有排水深邃，把城市分成幾百個小排水單元，每一個小單元一片地對一片天。這是一片天對一片地，在一個小區(qū)上實現(xiàn)的立體滯留，實現(xiàn)多層次、多功能的分流、分滯，屋頂花園比如存雨5%，建筑體的綠化5%，土地的蓄滯20%，管網(wǎng)排出30%，深邃的調(diào)蓄10%，這樣把整個雨水做了調(diào)控。

針對場次降雨的尺度做到澇水平衡，內(nèi)澇積水量，河湖調(diào)蓄量和管網(wǎng)排出量等水量之間的平衡。當然根據(jù)需要有深邃和立坑的緩沖量。通過提高ILD三類水量，減少甚至消除S類水量，這幾部分的都可以通過前面的系統(tǒng)診斷定量模擬計算得到，調(diào)控通過多種途徑加以實現(xiàn)。

污水平衡，城市多種途徑和類型的污染物產(chǎn)生和積累量與多種途徑的減污和納污量平衡，生活的污染，工業(yè)的污染，沉降，雨水的沖刷。城市那無核凈污容量，達到污水平衡的目的就是要通過提高GLC、ATC兩種納污容量，使產(chǎn)污量在自然界的積累不超過自然水體的納污能力NC，通過設置不同量級綠色基礎設施和人工凈水設施來調(diào)控整體的平衡。必要的時候還可以通過雙向調(diào)控達到產(chǎn)污凈污的整體平衡。

第三個平衡是雨水的再利用，回用的平衡。主要針對長系列降雨尺度，指生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟用水量中的缺水量，能夠由雨水資源量滿足的部分，與城市雨水資源化控制量相平衡。對城市水資源和用水進行系統(tǒng)評價，再用分布式城市水文模型進行診斷。通過長系列模擬診斷得到雨水控制量，并于需求量平衡。這可以通過設置不同類型的蓄水設施調(diào)控加以實現(xiàn)。用水平衡特別需要注意，雨水控用量在時間、空間、水量、水質(zhì)四方面的匹配性。

下面是建設海綿城市三大基本途徑，根據(jù)海綿城市的三大內(nèi)涵，進行海綿城市的三大診斷，要解決診斷出的城市水問題，必須要實現(xiàn)海綿城市的三大耦合平衡。同時需要采用三類基本措施，也就是防澇體系控污體系和雨水再利用體系的建設，構建點、線、面、體的相互配合欠套的立體海綿體系。這三類措施要在一片天對一片地核心思想的指導下，貫徹和遵循海綿城市滲滯蓄等統(tǒng)籌安排。

要實現(xiàn)澇水平衡，達到水量上削峰的目的，可以通過增加城市的力面蓄滯量，河湖調(diào)蓄量和管網(wǎng)排出量來實現(xiàn)，這可以通過三個方面的措施來實現(xiàn)，分別是“源頭控制、過程調(diào)節(jié)和末端排放”，然后控雨洪于源頭，然后馴雨洪于無形，再給雨洪以出路，城市的雨水污水的排水，管網(wǎng)系統(tǒng)，綜合管廊系統(tǒng)默默的排放。

防澇體系的源頭控制，也就是海綿城市六字訣的滲和滯，一方面通過各種措施加大下滲量，從源頭上控制雨水的匯集量，源頭控制的關鍵是建設一系列點狀、線裝和面狀的海綿體。城市的海綿體既包括河流、湖泊、溝渠這些水系，也包括綠地、花園、可滲透路面這樣城市設施。海綿體的建設，既有效保護現(xiàn)有的海綿體，又要全面修復過去受損的海綿體，包括水系的修復，還有嚴重污染水體的治理等等。根據(jù)海綿城市建設的需要，還要構建一批新的城市海綿體。大力構建城市新海綿體，有點狀的，還有線裝的海綿體，主要是河湖水系的海綿體。

過程調(diào)節(jié)通過綠色基礎設施的調(diào)節(jié)，灰色基礎設施的調(diào)節(jié)，城市防洪排澇調(diào)度調(diào)節(jié)各種方式，綜合調(diào)節(jié)雨洪徑流過程，降低雨水、積水治災的程度。末端排放方面，通過在新建城區(qū)提高排水管網(wǎng)的設計標準，在老舊城區(qū)實施排水管網(wǎng)的清淤改造，整體提高城市末端的排水能力，減少地表積水深、積水歷時和淹沒范圍，降低城市致災風險。

防澇體系建設末端排放，一方面對暴雨、洪水進行調(diào)蓄，減少積水。另一方面可在雨洪過后，實現(xiàn)雨水的資源化再利用。城市水污染控污體系建設，遵循源頭減排、末端治理的總體原則。在源頭上包括城市地面的綠化促滲，污水直排口的節(jié)口改造，分散污染源的治理，加上經(jīng)濟結構的調(diào)整。在污染物伴隨著水流遷移轉(zhuǎn)化的過程中，要完善污水收集系統(tǒng)建設，做河流溢流污染的控制，做人工濕地的凈化，加上突發(fā)性大量暴雨污染徑流的儲存和凈化。在末端排放方面，要做區(qū)域性的暴雨徑流污染控制，控污岸邊帶系統(tǒng)構建，再加上分布式的新型的生態(tài)人工污水處理廠。

源頭減排工業(yè)清潔生產(chǎn)技術，阻斷工業(yè)污染源傳播路程。園區(qū)用水的阻斷，包括污水的凈化技術，高效去污的地下生態(tài)化，人工濕地的凈化池技術，微生物生態(tài)修復技術，雨水利用體系建設包括推進城市雨洪資源化利用，要建設完備的雨水利用體系，處理好雨水資源和需求利用在時間空間、質(zhì)量水質(zhì)上四方面的匹配性，特別注意分質(zhì)供水，按蓄供水，提高安全。再有相應的政策法規(guī)體系，工程設施體系，運維管理體系。

說一下三大途徑和三大平衡的邏輯關系。防洪防澇體系的建設源頭控制、過程調(diào)節(jié)、末端排放達到澇水的平衡?？匚垠w系建設源頭減排、過程阻斷、末端治理，達到污染物產(chǎn)生和消減的平衡。雨水利用體系的建設，包括政策法規(guī)體系，工程設置體系，運維管理體系達到雨水再利用的平衡。海綿城市建設的系統(tǒng)模式應當說是一種科學范式，從水問題本身出發(fā)，提出了海綿城市三大科學內(nèi)涵，三大系統(tǒng)診斷。三大耦合平衡和三大基本途徑，并最終統(tǒng)和于一片天一片地的思想，這個科學范式貫通了海綿城市全過程和全要素。首次系統(tǒng)的提出了海綿城市建設的頂層設計、系統(tǒng)模式，能夠引領海綿城市相關的研究規(guī)劃和建設。

海綿城市建設的關鍵就是要在系統(tǒng)模式下通過一系列的工程和非工程措施，實現(xiàn)城市水循環(huán)和半生過程，與城市社會經(jīng)濟的良性互惠。

海綿城市建設的關鍵技術關鍵技術有五方面，包括分布式的城市水文模型，用在海綿城市的問題診斷頂層設計總體規(guī)劃和各種實施效果的評估上。再有多元數(shù)據(jù)融合的降雨預報技術。把城市暴雨提前預報，城市洪澇實時優(yōu)化調(diào)度的過程。

(本文根據(jù)王浩院士在“2017年海綿城市規(guī)劃建設論壇”發(fā)言整理。)