腾云

1、“海绵城市”理论提出的背景

当今中国正面临着各种各样的水危机：水资源短缺，水质污染，洪水、城市内涝，地下水位下降，水生物栖息地丧失等，问题非常严重。这些水问题的综合症带来的水危机并不是水利部门或者某一部门管理下发生的问题，而是一个系统性、综合性的问题，我们亟需一个更为综合、全面的解决方案。“海绵城市”理论的提出正是立足于我国的水情特征和水问题基础上。

1.1我国地理位置与季风气候决定了我国多水患，暴雨、洪涝、干旱等灾害同时并存

我国降水受东南季风和西南季风控制，年际变化大，年内季节分布不均，主要集中在6-9月，占全年降水量的60%-80%，北方甚至占到90%以上，同时，我国气候变化的不确定性带来了暴雨洪水频发、洪峰洪量加大等风险，导致每年夏季成为内涝多发时期。同时，由于汛期洪水峰高量大，绝大部分未得到利用和下渗，导致河流断流与洪水泛滥交替出现，且风险愈来愈极端。资料表明，最大洪峰流量与年最大洪峰流量平均值之比，在北方达到5～10倍，南方达到2～5倍，年内和年际以及地区间的高度不均衡，导致出现洪涝灾害风险过大。除了区域性的洪涝灾害以外，城市内涝问题也日趋严重，2010年，在对全国32个省（自治区、直辖市）的351个城市（多为大中型城市）的调研发现，我国城市内涝呈加剧趋势。2008～2010年期间，被调研城市中有213个发生过不同程度的积水内涝，其中137个城市发生了超过3次以上的内涝。积水深度超过50cm的城市占到了74.6%、积水深度超过15cm的占90%以上，积水时间超过30min的占79%。2012年北京市7.21特大暴雨，79人遇难，经济损失近百亿元，是我国城市内涝问题的典型表现。

1.2 快速城镇化过程伴随着水资源的过度开发和水质严重污染

我国对水资源的开发空前过度，特别是北方地区，黄河、塔里木河、黑河等河流下游出现断流局面，湿地和湖泊大面积消失。地下水严重超采的问题也日益加剧，全国地下水超采区面积已达到19万km2，北方许多地区已面临地下水资源枯竭的严重危机。同时，我国的地表水水质污染状况不容乐观。2012年，根据水利系统全国水资源质量监测站网的监测资料，采用《中国地表水环境质量标准》（GB3838-2002），对全国20.1万km的河流水质状况进行评价。全年Ⅰ类水河长占评价河长的5.5%，Ⅱ类水河长占39.7%，Ⅲ类水河长占21.8%，Ⅳ类水河长占11.8%，Ⅴ类水河长占5.5%，劣Ⅴ类水河长占15.7%。全国103个主要湖泊的2.7万km²水面中，全年总体水质为Ⅰ〜Ⅲ类的湖泊有32个，占评价湖泊总数的28.6%、评价水面面积的44.2%；Ⅳ〜Ⅴ类湖泊55个，占评价湖泊总数的49.1%、评价水面面积的31.5%；劣Ⅴ类水质的湖泊25个，占评价湖泊总数的22.3%、评价水面面积的24.3%。沿海海域也呈现出严重的富养化现象，如2003年全海域共发现赤潮119次，累计面积约14550平方公里。此外，全国约有50%城市市区的地下水污染比较严重。2011年，北京、辽宁、吉林、黑龙江、上海、江苏、海南、宁夏、广东9个省（自治区、直辖市）采用《地下水质量标准》（GB/T14848-93），进行抽样分析，结果显示：水质适用于各种用途的Ⅰ～Ⅱ类监测井占评价监测井总数的2.0%；适合集中式生活饮用水水源及工农业用水的Ⅲ类监测井占21.2%；适合除饮用外其它用途的Ⅳ～Ⅴ类监测井占76.8%。

1.3 不科学的工程性措施导致整个水系统功能退化

城市化和各项灰色基础设施建设导致植被破坏、水土流失、不透水面增加，河湖水体破碎化，地表水与地下水连通中断，极大改变了径流汇流等水文条件，总体呈汇流加速、洪峰值增高的趋势。近50年许多河流的径流量变化剧烈，而堤坝建设则导致大部分河径流量大幅下降，我国河流下降比率超过了30%。自上世纪90年代以来，长江、松花江、辽河、珠江、淮河、太湖流域等多地出现特大洪水和不利洪水组合，设计洪水量被迫大幅增加；缩河造地，盲目围垦湖泊、湿地和河漫滩等行为，导致全国湖泊面积减少了15%，陆域湿地面积减少了28%，其中围垦面积占据80%以上，使河道行洪、蓄洪能力下降。长江的下荆江河段裁弯取直案例表明：裁弯后原河道长度缩短了1/3，比降加大，导致河道冲刷加大等不良影响。提高局部地区堤防标准却加大了相邻地区的洪水风险，水库会带来下游地区的垮坝风险，这些工程几乎彻底改变了河流的生态环境。截至2011年，全国已建堤防29万公里，是新中国成立之初的7倍；水库从新中国成立前的1200多座增加到8.72万座，总库容从约200亿立方米增加到7064亿立方米。三峡水库竣工运行后，直接导致生物多样性锐减，污染加剧，水库回水区水体富营养化、鱼类减少，鱼类生存环境下降。

直至今日，对待这些综合性问题，我们依然热衷于通过单一目标的工程措施，构建“灰色”的基础设施来解决这些复杂、系统的问题，结果却使问题日益严重，进入恶性循环。狭隘的、简单的工程思维，也体现在（或起源于）政府的小范围决策和部门分割、地区分割、功能分割的水资源管理方式。水本是地球上最不应该被分割的系统，可是我们目前的工程与管理体制中，却把水系统分解得支离破碎：水和土分离；水和生物分离；水和城市分离；排水和给水分离；防洪和抗旱分离。这些都是简单的工程思维和管理上的“小决策”带来的弊端。诚如Odum所说：“小决策是一切问题的根源”。所以，解决诸多水问题的出路在于回归水生态系统。

2、海绵城市理论内涵

水环境与水生态问题是跨尺度、跨地域的系统性问题，也是互为关联的综合性问题。诸多水问题产生的本质是水生态系统整体功能的失调，因此解决水问题的出路不在于河道与水体本身，而在于水体之外的环境。如：大量的雨并不是落在河道里，所以防洪没有必要仅仅死守河道；主要污染源非水体本身，所以，水净化的解决之道也不在于水体本身。解决城乡水问题，必须把研究对象从水体本身扩展到水生态系统，通过生态途径，对水生态系统结构和功能进行调理，增强生态系统的整体服务功能：供给服务、调节服务、生命承载服务和文化精神服务，这四类生态系统服务构成水系统的一个完整的功能体系。因此，从生态系统服务出发，通过跨尺度构建水生态基础设施，并结合多类具体技术建设水生态基础设施，是“海绵城市”的核心。

2.1价值观：“水适应人”转向“人适应水”

“海绵城市”是以“自然积存、自然渗透、自然净化”为特征，字里行间反应出与传统的工程思维下的“水适应人”的治水思路截然不同。城市应该是一种“人适应水”的景观，即“水适应性景观”。“适应性”借用了生物学的术语，包含两方面含义，一是生物的结构都适合于一定的功能，二是生物的结构和功能适合于该生物在一定环境条件下的生存和延续。因此，所谓“适应性景观”强调了其是在外界的环境及其影响以及人类自身的改变共同作用下最终形成的产物。许多传统城市在长期的缓慢发展演变中，形成综合的发达的水适应性景观系统。Tobin & Montz总结出一种洪泛平原地区居民的生活模型，他们认为洪水灾害是一种长久以来的自然现象，因而他们的生活处于一种“灾害-破坏-修复-灾害的循环（disaster-damage-repair-disaster cycle）”中，并逐渐形成适应洪水的生活方式。我在对明清时期黄泛区城市防洪经验研究的基础上，提出了洪涝适应性景观的概念（flood adaptive landscape），并进行扩展和深化。在“第一届城市水景观建设和水环境治理国际研讨会”上首次提出水适应性景观（Water Adaptive Landscape）的概念，随后在2007年澳大利亚景观设计年会上进一步阐述水适应景观作为气候变化的适应性对策。我认为，在长期的水资源管理及与水旱灾害斗争的过程中，许多古代文明不断适应和改造城市与区域的水系统，在很大程度上减缓了水灾害的影响，积累了大量具体经验和智慧，增强了人类适应水环境的能力，形成城乡的水适应性景观49。在“人定胜天”的年代，传统而有效的人水关系被逐步忽略，各项水利工程措施企图迫使水系统适应人类的活动，结果，事与愿违。更加严重的水危机使得人们重新审视人与水的关系，在“人与自然和谐”的生态价值观下，应该重新树立人类活动，城市建设适应水系统的新的价值观。

2.2 “海绵”即是以景观为载体的水生态基础设施

完整的土地生命系统自身具备复杂而丰富的生态系统服务，这是“生态系统服务”理论的核心思想，聚焦到“水问题”上，这一理论表明城市的每一寸土地都具备一定的雨洪调蓄、水源涵养、雨污净化等功能，这也是“海绵城市”构建的基础。但是，各种关键性生态过程中土地的分布是不均衡的，“景观安全格局”理论认为景观中存在某些潜在的空间格局，它们由某些关键性的局部、位置和空间所构成，它们对物种保持和扩散的保护过程有异常重要的意义，以求解如何在有限的国土面积上，以尽可能少的用地、最佳的格局、最有效地维护景观中各种生态过程的健康和安全。对于关键性水过程而言，也存在着相应的景观安全格局，这一安全格局通过土地和城市规划和设计，最终落实成为水生态基础设施。有别于传统的工程性的、缺乏弹性的灰色基础设施，它是一个生命的系统，它不是因为单一功能目标而设计，而是用综合的、系统地、可持续地解决水问题。它提供给人类最基本的生态系统服务，是城市发展的刚性骨架。从水安全格局到水生态基础设施，它不仅仅维护了城市雨涝调蓄、水源保护和涵养、地下水回补、雨污净化、栖息地修复、土壤净化等重要的水生态过程，而且它是可以在空间上被科学辨识并落地操作的。所以，“海绵”不是一个虚的概念，它对应着的是实实在在的景观格局；构建“海绵城市”即是建立相应的水生态基础设施，这也是最为高效和集约的途径。

2.3 “海绵城市”建设是以跨尺度的生态规划理论和方法体系为基础

很多学者对“海绵城市”的理解倾向于聚焦在雨水利用和管理问题上，同时提倡LID技术的应用，关注末端处理和场地措施。诚然，上述确实是“海绵城市”建设的重点之一，但并不全面。城市水问题的解决前提是保护区域水循环过程，这就注定了真正的解决方案必定是跨尺度的，即“海绵城市”的构建需要不同尺度的承接、配合。

宏观：“海绵城市”的构建在这一尺度上重点是研究水系统在区域或流域中的空间格局，即进行水生态安全格局分析，并将水生态安全格局落实在土地利用总体规划和城市总体规划中，成为区域的生态基础设施。在方法上，可借助景观安全格局方法，判别对于水源保护、洪涝调蓄、生物多样性保护、水质管理等功能至关重要的景观要素及其空间位置，围绕生态系统服务构建综合水安全格局。其意义在于：1）明确现有的水系统中的重要元素、空间位置和相互关系，通过保护水系统的关键空间格局来维护水过程的完整性；2）将水生态安全格局作为区域的生态用地和城市建设中的限建区，限制建设开发并逐步进行生态恢复，可避免未来的城市建设和土地开发进一步破坏水系统的结构和功能；3）水系统可以发挥提供雨洪管理、水质净化、水生态和文化休憩功能，即作为区域的生态基础设施，为下一步实体“海绵系统”的建设奠定空间基础。

中观：主要指区县、乡镇尺度，或者城市新区。重点研究如何有效利用规划区域内的河道、坑塘，并结合集水区、汇水节点分布，合理规划并形成实体的“城镇海绵系统”，并最终落实到土地利用控制性规划甚至是城市设计，综合性解决规划区域内滨水栖息地恢复、水量平衡、雨污净化、文化游憩空间打造等方面的问题。

图5 北京市7.21暴雨人员遇难地点与北京水生态基础设施关系

3.2中观——城镇海绵系统，案例：六盘水

六盘水是一个在20世纪60年代中期建立起来的工业城市，城市被石灰岩的山丘环抱，水城河穿城而过。城市人口密集，在60km2的土地上，居住了约60万的人口。六盘水市的水生态综合治理旨在减缓来自山坡的水流，建造一个以水过程为核心的生态基础设施来存蓄和净化雨水，使水成为重建健康生态系统的活化剂，提供自然和文化服务使这个工业城市变为宜居城市。

为了构建完整的城镇海绵系统，工程关注水城河流域和城市两个层面。首先，河流串联起现存的溪流、湿地和低洼地，形成一系列蓄水池和具有不同净化能力的湿地，构建了雨洪管理和生态净化系统。这一方法不仅最大限度的减少了城市雨涝灾害，而且在旱季也能有持续不断的水源。第二，拆除渠化河流的混凝土河堤，重建自然河岸的湿地系统，发挥河流的自净能力。第三，建立连续开放空间，建立人行道和自行车道系统，增加通往滨水的通道。最后，项目将滨水区开发和河道整治结合在一起。以水为核心的生态基础设施促进了六盘水的城市改造，提高了城市土地的价值，增进了城市活力。

图6 六盘水城市海绵系统

图7 六盘水城市海绵：明湖湿地建成实景

3.3微观：城市雨洪管理绿色海绵技术，案例：哈尔滨群力雨洪公园

如上所述，“海绵城市”真正在微观尺度的建设依靠的是一系列的水生态基础设施建设技术，限于篇幅在此选择较为有代表的“城市雨洪管理绿色海绵技术”来进行说明。

哈尔滨群力雨洪公园（群力国家湿地公园，34公顷）是我国首个以解决城市内涝为目标的国家级城市湿地公园。该公园通过整体景观设计途径进行生态化的雨洪管理，解决常规市政工程所没能解决的问题，使我们的城市成为与水问题相适应的城市。从2011年建成以来，有效发挥了其解决城市雨涝的功能。设计中关键性技术要点包括：1）以雨洪安全格局为基础，划定由“集水城区-汇水湿地”组成的、具有镶套式结构的“绿色海绵综合体”；2）填-挖技术形成“海绵地形”。一方面是创造多级湿地系统的地形基础，同时为下一步营造多样化的生物栖息地与游憩空间提供环境基础；而且，造价低廉；3）构建“水质净化-蓄滞水-地下水回补”多级多功能湿地系统。该多级湿地系统主要是整合潜流和表流湿地技术，进行土壤和生物净化，将净化后的雨水汇入中央低洼湿地，补充地下水。按照“水质净化人工湿地-蓄滞人工湿地-地下水回补与生物多样性恢复湿地”这一顺序，依次构造三类湿地系统，产生多种生态系统服务。4）充分利用地形及水量分布特征实施特色生境修复，并与乡土生物保护、游憩与科普教育功能相融合。

图8 城市海绵体：哈尔滨群力雨洪公园总平面图

图9 城市海绵体：哈尔滨群力雨洪公园建成实景

4、结语

本文要探讨了关于如何科学、系统地对待水的问题，提出建立水生态基础设施是生态治水的核心，也是实现“海绵城市”的关键。国家高层对“海绵城市”的重视是改变城市规划建设理念的重大契机。围绕这一概念，社会各界通过广泛的讨论来关注城市洪涝问题和一系列相关的生态和环境问题，重新审视工业时代治水思路的利弊，深刻认识生态雨洪管理和城市生态建设的重要性及方法和技术，对实现生态文明和美丽中国具有重要意义，学术界应该给与充分的重视。

我结合多年来经验，提出“海绵城市”建设浪潮应该推动以下几方面学术研究：1）中国古代水适应性城乡发展的思想、工程与技术遗产的整理和研究，目前这方面的研究还非常有限，不论从城市规划、水利建设角度还是从遗产保护角度出发，都应该加快对该类水适应性景观和技术遗产的整理和研究；2）绿色基础设施与灰色基础设施相衔接的研究，中国城市建设已经形成了对灰色基础设施的依赖，如何逐步摆脱这种依赖，有效的促进绿色基础设施优先的城市雨洪调蓄系统、如何在实际管理和操作层面实现这种衔接依旧是难题。3）水生态基础设施规划落实的法治化途径，推进各尺度水生态基础设施的实施纳入法定规划体系，将规划成果广泛征求各部门和利益相关者的意见，通过多方博弈最终确定其空间边界，比如“水生态红线”； 4）一系列相关技术指南的制定，不同尺度水生态基础设施构建指南，以及各类技术集成的使用指南等，《海绵城市建设技术指南》是一个良好的开端，但还远远不够。