任南琪院士：海綿城市的地區(qū)分類(lèi)建設(shè)范式

　　任南琪，1959年3月生，工學(xué)博士，教授/博導(dǎo)，中國(guó)工程院院士，長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者?，F(xiàn)為城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，“城市水質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律與保障技術(shù)”國(guó)家創(chuàng)新研究群體帶頭人。兼任國(guó)務(wù)院住房城鄉(xiāng)建設(shè)部海綿城市建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)專(zhuān)家委員會(huì)主任委員，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員，教育部資源環(huán)境與地球科學(xué)部委員，國(guó)際水協(xié)會(huì)（IWA）Fellow，教育部環(huán)境類(lèi)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)副主任委員，中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)能源學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事等。

　　主要從事城市水資源與水環(huán)境改善對(duì)策，污水生物處理工藝、技術(shù)與設(shè)備，廢物資源化及能源化理論與技術(shù)，環(huán)境微生物系統(tǒng)生物學(xué)與生態(tài)學(xué)等方面研究。主持國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目23項(xiàng)。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)獎(jiǎng)12項(xiàng)，全國(guó)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)先獎(jiǎng)狀，全國(guó)模范教師，何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)1項(xiàng)，著作12部，發(fā)表論文SCI收錄600余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利61項(xiàng)。曾入選國(guó)家“百千萬(wàn)人才工程”一、二層次，教育部“跨世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃基金”獲得者，香港裘磋基金獲得者，享受?chē)?guó)務(wù)院特殊津貼。

　　研究背景

　　2015年發(fā)布的《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》確立了海綿城市建設(shè)的總體工作目標(biāo)，并指出：“到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求；到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。”其后，海綿城市建設(shè)項(xiàng)目在全國(guó)30個(gè)試點(diǎn)城市展開(kāi)，建設(shè)區(qū)域從南至北，城市規(guī)模從一線到三四線均有分布。根據(jù)我國(guó)海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前雨水控制利用模式主要以降水量作為劃分依據(jù)進(jìn)行分類(lèi)指導(dǎo)。然而我國(guó)地域面積廣闊，不同的自然地理及氣候特征將直接影響河流及水資源分布、降雨量、雨水匯流、下滲等情況。針對(duì)不同的自然條件和城市本底，海綿設(shè)施的應(yīng)用效果、適應(yīng)性也存在差異。

　　2019年，30個(gè)海綿城市的建設(shè)試點(diǎn)工作均通過(guò)國(guó)家專(zhuān)家組驗(yàn)收，各個(gè)試點(diǎn)城市基于主導(dǎo)問(wèn)題，采用各具特色的技術(shù)實(shí)施路線，形成了多樣化的海綿城市建設(shè)體系，同時(shí)也積累了大量的可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)。本文綜合各類(lèi)因素進(jìn)行城市分類(lèi)，并總結(jié)現(xiàn)有海綿城市試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出基于我國(guó)地域分類(lèi)和社會(huì)屬性分類(lèi)的海綿城市建設(shè)策略和范式，以期為后續(xù)的海綿城市建設(shè)的大面積推廣提供借鑒。

　　一、摘 要

　　在系統(tǒng)分析我國(guó)城市的水文地質(zhì)和氣候條件等自然因素和新舊城區(qū)、功能區(qū)等社會(huì)因素的基礎(chǔ)上，分類(lèi)和總結(jié)現(xiàn)有海綿城市試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出了基于我國(guó)地域分類(lèi)和社會(huì)屬性分類(lèi)的海綿城市建設(shè)策略和范式，以期為海綿城市建設(shè)的推廣提供借鑒。

　　二、基于自然因素的海綿城市分類(lèi)建設(shè)策略與范式

　　1.城市分類(lèi)的主要影響因素

　　海綿城市的實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要考慮到諸多因素。城市地形地勢(shì)對(duì)雨水蓄集與排放具有重要影響，旱澇災(zāi)害的分布影響各地區(qū)建設(shè)目標(biāo)的合理設(shè)定，植被的耐淹耐澇抗旱性與氣溫、土壤、降水有關(guān)，滲透設(shè)施的效果與不同地區(qū)土壤滲透性能和地下水位等有關(guān)。影響海綿城市方案設(shè)計(jì)及建設(shè)成效的因素可分為自然因素與社會(huì)因素，其中自然因素又可分為水文地質(zhì)和氣候條件等因素，具體分類(lèi)如表1所示。

　　2.地形地勢(shì)對(duì)海綿城市建設(shè)分類(lèi)的影響

　　地形地勢(shì)是城市土地利用布局的重要影響因素，一定程度上影響城市的用地功能和開(kāi)放空間的位置。地形因子包括坡度、坡向和高程等，這些因素與城市生態(tài)敏感性、地表徑流方向、水流速度等有著密切關(guān)聯(lián)。坡度決定雨水匯水方向和山體地形的穩(wěn)定性。坡向不同的地塊，日照長(zhǎng)短、溫度有所不同，水體的蒸發(fā)量也不同。高程分析則是匯水分區(qū)的重要依據(jù)，同時(shí)還可反映區(qū)域山水格局等地形水系特征。因此，在海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中，坡度、坡向及高程分析是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。按照城市所處的地形分類(lèi)，我國(guó)位于山前洪積、沖積扇平原的城市數(shù)量較多，其次為低山丘陵河谷地區(qū)的城市，高原山間盆地或谷底的城市，而位于中山、高山地區(qū)數(shù)量的城市極少；除了大平原中腹和三角洲平原外，城市選擇2種地形過(guò)渡或交接的部位形成發(fā)展也非常普遍。不同土壤類(lèi)型的顆粒粗糙程度、含砂率、通氣性、入滲性能與吸水能力不同，地下水位也將影響徑流下滲。

　　3.氣候條件對(duì)海綿城市建設(shè)分類(lèi)的影響

　　我國(guó)幅員廣闊，溫度帶包含寒溫帶、中溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶和高原氣候區(qū)，氣候差異大、降雨時(shí)空分布不均。必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及降雨特點(diǎn)，因地制宜地選擇相應(yīng)設(shè)施及雨水利用方案并確定運(yùn)行維護(hù)方法，最大限度地提高系統(tǒng)的效率和安全性，這直接關(guān)系到海綿城市建設(shè)的可持續(xù)性。

　　降雨量及徑流分析是海綿城市設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)。我國(guó)的年降水量地域分布情況如下：東南沿海地區(qū)為1500～2000 mm；長(zhǎng)江中下游地區(qū)為1000～1600 mm；淮河、秦嶺一帶和遼東半島年降水量為800～1000 mm；黃河下游、渭河、海河流域以及東北大興安嶺以東大部分地區(qū)為500～750 mm，黃河上、中游及東北大興安嶺以西地區(qū)為200～400 mm；西北內(nèi)陸地區(qū)年降水量為100～200 mm。我國(guó)海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的年徑流總量控制率分區(qū)也基本基于上述的降水總量確定。

　　然而，我國(guó)不同地區(qū)的降水季節(jié)分配不均，尤其是易形成洪澇災(zāi)害的夏季降水量與上述分區(qū)不是完全相關(guān)。長(zhǎng)江中下游和華南地區(qū)的夏季降水占全年50%以下，其他地區(qū)的夏季降雨更集中，超過(guò)50%。近年來(lái)氣候變化導(dǎo)致極端降雨事件的頻發(fā)，使得傳統(tǒng)意義上按照降水總量定義的干濕地區(qū)與暴雨內(nèi)澇分布越來(lái)越表現(xiàn)出不一致性。屬于半干旱區(qū)的北京，在2012年7月21日出現(xiàn)特大暴雨，市區(qū)形成積水點(diǎn)426處，經(jīng)濟(jì)損失 116.4億元。2013年?yáng)|北大部雨季早、降雨多、歷時(shí)長(zhǎng)，為全國(guó)洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)。因此，單純從降雨量角度劃分不同地區(qū)的雨水控制利用模式，存在一定的不足。

　　4.基于城市自然因素的海綿城市分類(lèi)建設(shè)策略與范式

　　根據(jù)自然因素進(jìn)行城市分類(lèi)，主要依據(jù)城市的自然地形、氣候、降水以及地域分布特征，并結(jié)合土壤、地下水等因素對(duì)我國(guó)城市進(jìn)行以下分類(lèi)：1)東北寒冷平原地區(qū)；2)西北干旱地區(qū)；3)華北及中部暖溫地區(qū)，并進(jìn)一步細(xì)分為：3-1平原區(qū)、3-2山前區(qū)；4)南方多雨地區(qū)，并進(jìn)一步細(xì)分為：4-1山地丘陵地區(qū)、4-2平原河網(wǎng)地區(qū)。通過(guò)對(duì)試點(diǎn)城市的特征解析，識(shí)別共性的關(guān)鍵問(wèn)題，并總結(jié)試點(diǎn)城市的海綿城市建設(shè)策略及推薦了適用的技術(shù)設(shè)施，歸納匯總于表2。

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編輯：王媛媛