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NO.2507-海绵城市也难顶

文字：彭麟棋

制图：澄澈 / 校稿：辜汉膺 / 编辑：澄澈

本文作者系一览众山小-可持续城市与交通志愿者

7月31日，一场暴雨引起了人们对北方城市内涝的关注。

从29日20时开始，京津冀地区持续遭受强降雨。截至8月1日09时，北京地区的平均降雨量达到了261.8毫米。

京津冀地区降雨实况图▼

这次降雨的累计雨量最大值出现在昌平王家园水库观测站，达到了744.8毫米。值得一提的是，北京市的年平均降雨量在600毫米左右，意味着这两天的降雨量相当于平时一整年的雨量。

北京市降雨实况图▼

此次强降雨导致永定河水位急剧上涨，造成丰台区小清河桥垮塌；门头沟区的短时暴雨引发山洪，冲走了大量汽车，路面积水成河；大石河流域的房山区城关街道、窦店镇、石楼镇段出现漫溢溃堤；怀柔区台关路北宅1号桥中间数跨桥面下沉，存在垮塌风险。

受灾严重▼

截至8月1日14时，此轮强降雨已经造成北京市11人遇难、13人失联、13个区44673人受灾；河北省9人遇难，6人失踪，87县（区）540703人受灾。

强降雨后损失惨重的丁家滩村

（图：门头沟山区救灾交流群）▼

这不禁让人发问，为何近年来北方城市暴雨灾害频发？为何花费重金打造的城市排涝系统如此不堪一击？建设了10年的海绵城市，到底起了什么作用？

一般来说，降雨落到地面有三种去向：蒸发、下渗、以及汇聚成地表径流，流向江河湖海。

水循环是多环节的自然过程

（底图：NASA）▼

而城市化进程中，高度硬质化的地表阻挡了雨水的下渗过程。同时，城市建设填埋了天然的湿地沼泽，城市水系失去了天然的滞洪截流设施，降雨后地表径流流速加快，雨水更快速地汇聚在一起，形成洪涝，推高洪峰。

我国城市地下管网体系多采用苏联的设计理念，即根据地区的年平均径流量、人口容量和重要设施等级来设定防洪排涝标准。相较于东京、巴黎深埋于地下几十米的“廊道式”排水体系，苏联的“管道式”排水体系造价低、见效快，因此被全面复制到了中国各个城市。

挖呀挖

浅埋的“管道式”排水容量较低

无法应对短时间的强降雨

管道破损了还要挖开马路更换

（莫斯科城区换管道 图：壹图网）▼

为了推动我国经济发展，城市地上建设常常优先于地下管网建设。城市排涝体系更新速度跟不上城市的快速扩张。

此外，由于城市人口密度高，用水量大，地下水位低，造成河道基流小甚至断流，城市洼地也被用作新城开发，进一步削弱城市的蓄洪截流能力。这是我国城市在极端暴雨条件下应对乏力的历史成因。

海河流域的日常

干涸宽广的河床▼

同是城市洪涝，北方与南方的客观条件大有不同。

常规认知里，我国南北气候条件差异特点是“南涝北旱”。每年小暑大暑时节（公历7月左右），西太平洋副热带高压向北移动，为北方带来雨水。

中国干湿分区图▼

然而，全球气候的变化异常导致北方城市需要应对的极端暴雨强度大幅提升。21世纪以来，全球气候变化更为频繁，也更为极端。据联合国的有关评估报告，2011-2020年全球表面温度比1850-1900年高了1.1°C，强降水10年一遇事件发生频率也高了1.3倍。

全球平均气温，节节升高

（蓝色不确定条显示了95%的置信区间 参考：wiki）▼

气候变化随全球变暖程度增加而更为严重

（图：《气候变化2021公众摘要》IPCC）▼

而北方城市的自然水网分布密度本就低于南方城市，防洪排涝体系更新速度暂未跟上暴雨刷新记录的速度，强降雨灾害的应急能力与经验相较于南方城市略有不足。

这就是近几年南北方同样发生城市内涝，而北方城市看起来更为严重的原因。

为了应对城市内涝问题，2013年的中央城镇化工作会议提出：“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，建设自然存积、自然渗透、自然净化的‘海绵城市’。”

2019年，两批试点城市的绩效评价报告结果显示，30个试点城市的海绵城市建设总面积为920km2，总投资约1600亿元。

耗费巨资建设的海绵城市，到底在应对城市内涝方面有没有用呢？要回答这个问题，首先需要了解一下，什么是海绵城市。

“花园城市”新加坡

是“海绵城市”理念的成功实践者

取得了良好的社会及生态效益

（新加坡滨海湾花园 图：壹图网）▼

据住建部2014年发布的《海绵城市建设技术指南》，海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时能及时吸水、蓄水、渗水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

这意味着，与传统城市雨洪管理模式不同，海绵城市更多地作用于降雨初始阶段，在雨水排出场地之前，通过海绵设施增加雨水下渗率，在排放过程截流、蓄滞、净化雨水来减少外排的地表径流、削减峰值、降低污染；同时促进雨水蒸发（腾），以缓解城市热岛效应，将更多水资源留在城市。

海绵城市与传统快排模式降雨过程控制的对比示意

（图：《海绵城市建设技术指南》）▼

城市雨洪管理体系一般来说涉及到三种情形。

一是降雨量较小或在降雨初期，城市各个地块内部就地消纳雨水、快速下渗，超出承载能力的雨水，则通过排水系统将雨水快速排走。

街边雨水花园，雨后春意盎然

（ 图：flowstobay）▼

二是针对短降雨历时和重现期较小的常规降雨，由城市排水系统即雨水管网、泵站等将雨水快速排走。一般城市的排水标准设计重现期为2~5年一遇，设计降雨历时一般不超过两小时。

冷冰冰的的排水沟也可以很自然

在满足排水要求的前提下恢复生态本底

（图：NCE）▼

三是针对长降雨历时和重现期较长的暴雨，由区域排涝系统即雨水骨干管道、河道沟渠、湖泊水塘等进行调蓄、消纳。一般城市的内涝防治设计重现期为20~30年一遇，城市防涝系统汇流时间不超过24小时。

河流湖泊可以消纳大量洪水

（洪水期的荷兰艾瑟尔河 图：壹图网）▼

我国以往的城市建设多注重常规降雨情形下的排水系统建设，缺乏应对极端暴雨条件的能力。随着全球气候变化程度加剧，“城市看海”现象频发，应对极端气候灾害的能力短缺问题便爆发了出来。

这次猝不及防的强降雨

让北京的部分街道变成了河道

（门头沟受灾现场 图：twitter）▼

关于“海绵城市”，在不同情境下它所指向的概念有所不同，这也导致了公众在海绵城市建设意义上的理解差异。

在宏观规划层面来讲，“海绵城市”指的是城市像海绵一样具有应对不同降雨情形的韧性，雨水少时把水吸住，雨水多时把水排走，需要统筹协调低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统。

“海绵城市”建设前后对比图▼

在雨洪管理的具体实施层面，“海绵城市”更多的是指“低影响开发雨水系统”，也就是通过渗、滞、蓄、净、用、排的技术对应的海绵设施在源头削减雨水径流，就地消纳雨水。

然而，基于我国年际降雨量分布不均，城市开发强度大的特点，仅依靠源头削减措施，很难应对不同程度的降雨条件。这也是为什么说“海绵城市对小雨起大作用，对大雨起小作用”的原因。

中小尺度场地（城市绿地与广场）

低影响开发雨水系统典型流程示例

（图：《海绵城市建设技术指南》）▼

海绵城市六大关键技术：渗、滞、蓄、净、用、排，

以及下图不同形式海绵设施一览表

（图：《海绵城市建设技术指南》）▼

国外对城市雨洪管理的探索起步较早。早在工业革命时期，由于城市化快速扩展，传统的地下排水管廊无法消纳高密度城市的雨污水排放，先发工业化国家如英国、法国开始了一轮地下管廊扩建工程，目的是快速将雨污水排走。然而，这种模式导致末端区域河流湖泊的负担过重，水质急剧下降。

巴黎宽阔的地下排水隧道

始建于19世纪拿破仑三世时期

（图：壹图网）▼

1970年代，美国开始推行“最佳管理措施（BMPs）”，利用工程技术收集、处理、净化雨污水。然而，这种模式依然是治标不治本，不能从源头上解决洪涝和污染问题。

1990年代，以美国波特兰为代表的雨洪管理模式“低影响开发（LID）”逐渐推广开来，而我国的“海绵城市”建设理念也源于此。LID更注重在源头通过模拟自然水文过程降低雨水径流和污染。这种模式对全球各大城市的雨洪管理体系产生了很大影响。

波特兰街边随处可见的公园绿地

有效减少了城区雨水径流和污染

（波特兰街景 摄影：澄澈）▼

例如，英国的“可持续发展排水系统（SUDS）”通过四种途径（储水箱、渗水坑、蓄水池、人工湿地）消化雨水，要求尽可能从源头处理径流和潜在的污染源。

英国基于低影响开发理念（SUDS）设置的雨水花园

（图：UNDA）▼

然而，随着城市建设密度提高、全球气候变化影响剧烈，中小尺度的雨洪管理模式已经无法应对极端灾害。

日本城市受限于用地，采取“城市泄洪系统和雨水地下储存系统”模式，通过建立大型排水蓄洪设施，尽快消纳城市雨水。

“首都圈外郭放水路”

宫殿般宏伟的东京地下蓄水池

（横屏图：壹图网）▼

到了1999年，以美国纽约州为代表的“绿色基础设施（GI）”成为当代可持续雨洪管理的典型。GI强调将城市看作一个完整的系统，利用城市空间不同尺度的人工/自然系统共同作用于雨洪管理过程。

纽约著名的“城市绿肺”中央公园

总面积相当于500个足球场大小

坐拥大面积的绿地和景观湖泊

为纽约市区的雨洪管理发挥了巨大作用

（横屏图：壹图网）▼

2006年，新加坡启动ABC水计划（Active, Beautiful, Clean Waters Programme），通过“源头-过程-末端”的全过程雨洪管理，来减少径流总量、净化径流污染、利用径流资源，同样是新型海绵城市的一个典范。

新加坡ABC水计划示意图

（图：ABC Design Guidelines）▼

总的来说，我国海绵城市建设起步较晚。

面对全球气候变化的加剧，我国需要用更短的时间保障“海绵城市”的落地。但是受制于城市建设密度、资金保障、权属划分、多层级雨洪管理体系的衔接以及专业技术人员的培养，我国的“海绵城市”建设仍然有很大的提升空间。

虽然如此，建设“海绵城市”仍然是应对气候变化和极端灾害的必经之路。

参考资料：

（书籍）

《城市内涝治理方略》- 唐金忠 - 中国水利水电出版社

《海绵城市：从理论到实践》- 卫超 - 江苏凤凰科学技术出版社

《海绵城市：北京城市副中心建设实践》- 李丹，韩元，孟莹莹，赵利 - 江苏凤凰科学技术出版社

《海绵城市设计系列丛书：海绵城市设计：理念、技术、案例（修订版》- 伍业钢 - 江苏凤凰科学技术出版社

《北方地区海绵城市建设规划理论方法与实践》- 孙宝芸，董雷 - 化学工业出版社

（文献）

《绿色雨水基础设施构建城市良性水文循环》- 闫攀，车伍，赵杨，李俊奇，王思思 - 《风景园林》

《城市化进程中的防洪排涝体系建设》- 刘曙光，周正正，钟桂辉，方琦 - 《科学》

《国际视野下的可持续雨洪管理政策研究——基于美国、英国和中国的比较》- 魏依柯，陈前虎 - 《国际城市规划》

《基于绿色基础设施的美国城市雨洪管理进展与启示》- 胡宏 - 《国际城市规划》

（规范标准）

《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》（试行）

（研究报告）

《政府间气候变化专门委员会第六次评估报告第一工作组报告》- IPCC

《气候变化2021公众摘要》- IPCC

《CLIMATE READY BOSTON》——波士顿

《北京暴雨洪水接踵而至，究竟从哪来的》—— 环行星球

《中国城市为何没有“下水道”，只有“污水管”？》—— 中国给水排水

《四大“宝典”各有千秋 ——海绵城市建设的国际经验》—— 中国给水排水

《欢迎来到东京“地下神殿”》—— 利维坦

《城市瞭望|从“花园之城”到“花园与水之城”》—— 规划上海SUPDRI

（网页）

百度百科：7·31北京暴雨

百度百科”7·21北京特大暴雨

百科星图：“北京暴雨”

《关于开展系统化全域推进海绵城市建设示范工作的通知》——中国政府网

《城市中心的海绵街道，荷兰奈弗达尔》——木藕设计网

《健康的步行环境不仅是行人友好，更向着生态环境价值延伸》——木藕设计网

*本文内容为作者提供，不代表地球知识局立场

封面：门头沟山区救灾交流群