俞孔坚“海绵城市”理论与实践(一)

北京大学俞孔坚：“海绵城市”理论与实践（1-5）俞孔坚：“海绵城市”理论与实践（一）“海绵城市”理论的提出正是立足于我国的水问题。有别于传统的工程依赖性治水思路和“灰色”基础设施，它作为一种生态途径，旨在不同尺度上综合解决中国城乡突出的水问题……当今中国正面临着各种各样的水问题：水资源短缺，水质污染，洪涝灾害，水生物栖息地丧失等。这些水问题综合症并不是单纯依靠水利部门或者某一部门可以解决的，而是一系列系统性、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问题。有别于传统的工程依赖性治水思路和“灰色”基础设施，它作为一种生态途径，旨在不同尺度上综合解决中国城乡突出的水问题及相关生态和环境问题；它是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。文章基于生态系统服务、景观安全格局等理论，结合北京市、六盘水市以及哈尔滨群力国家湿地公园等多个案例，详细阐述了“海绵城市”概念的源起、发展、内涵和构建方法体系，并对未来“海绵城市”的研究方向提出了展望。为了贯彻落实习近平总书记讲话及中央城镇化工作会议精神，《住房和城乡建设部城市建设司2014年工作要点》中明确提出：“督促各地加快雨污分流改造，提高城市排水防涝水平，大力推行低影响开发建设模式，加快研究建设海绵型城市的政策措施”，并于2014年11月发布《海绵城市建设技术指南》，一时间，“海绵城市”这一概念再一次进入人们的视野。很多学者将海绵用以比喻城市或土地的雨涝调蓄能力。“海绵城市”、“城市海绵”、“绿色海绵”、“海绵体”等这些非学术性概念之所以得到学界的广泛应用，恰恰在于其代表的生态雨洪管理思想，尽管表述有所不同，核心思想是一致的，“海绵城市”直观地表述了具有“海绵特征”的城市，而其它概念的“海绵”重在指具有海绵城市功能的载体。早在2003年，我曾用“海绵”概念来比喻自然系统的洪涝调节能力，指出“河流两侧的自然湿地如同海绵，调节河水之丰俭，缓解旱涝灾害”。针对中国城市突出的水问题，提出了综合解决城乡水问题的生态基础设施途径，长期以来持续应用于包括台州、威海、菏泽、东营、北京等全国多个城市的生态规划中；多个具有国际影响力的城市海绵体或“海绵城市”示范工程在国际上陆续发表并获奖。较早的实践案例包括2000年的北京中关村生命科学园，其设计采用了人工湿地收集雨水和净化中水的绿地系统，被称为大地生命的细胞；2007年的天津桥园湿地系统，通过简单的填挖方，形成泡状生态海绵体，收集雨水，在解决城市内涝的同时，进行城市棕地的生态修复，发挥综合的生态系统服务；类似的绿色海绵工程也在秦皇岛滨海生态修复、哈尔滨群力国家湿地公园等项目中得到成功应用。随着近年来城市洪涝灾害的频发，“海绵城市”及其相应的规划理念和方法得到社会各界越来越多的认同，在很多重要会议和媒体采访中，我均在呼吁“使整个国土成为一个’绿色海绵系统’，使雨水就地蓄留、就地资源化。使它与城市中的公园系统、湿地系统，形成统一的水生态基础设施自然保护系统”，并为厦门、重庆等多个城市的规划建设建言献策，并给包括中央和国务院领导及北京市最高决策者建言。与此同时，业界也更多地将“海绵城市”理论和方法应用到多项规划设计实践中，例如董淑秋在《首钢工业区改造规划》中提出“生态排水+管网排水”的“生态海绵城市”规划概念，主要针对规划区的雨水利用问题；台湾水利署也基于LID技术在新近的《流域综合治理计划》中提出构建“海绵城市”。图1a,b北京中关村生命科学园的绿色海绵系统：生命细胞概念，绿地吸收和净化雨水和中水（2000）图2a,b天津桥园：城市海绵系统，收集雨水并用于棕地的生态修复（2008）图3a,b生态海绵系统：秦皇岛滨海生态修复（2010）俞孔坚：“海绵城市”理论与实践（二）“海绵城市”的概念被官方文件明确提出，代表着生态雨洪管理思想和技术将从学界走向管理层面，并在实践中得到更有力的推广。但是，不难发现相关研究多围绕以LID技术、水敏感性城市规划与设计等为代表的西方国家先进的生态雨洪管理技术而展开，也越来越聚焦于城市内部排水系统和雨水利用、管理体系，并且在具体技术层面依旧未能摆脱对现有治水“工程性措施”的依赖。在我看来，“海绵城市”的建设理念远不止如此，它为在不同尺度上综合解决中国城市突出的水问题及相关生态和环境问题开启了希望旅程，包括雨洪管理，生态防洪、水质净化、地下水补充、棕地修复、生物栖息地的营造、公园绿地营造，以及城市微气候调节等。因此，在“海绵城市”概念和理论尚在发展阶段之时，我将结合我国水情和生态问题并辅以具体案例，详细阐述“海绵城市”的理论内涵以及构建方法体系。一、“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、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。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%。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。二、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。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-disastercycle）”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（floodadaptivelandscape），并进行扩展和深化。在“第一届城市水景观建设