2013年習近平總書(shū)記在中央城鎮化工作會(huì )議上提出要建設“自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’”； 2014年11月，住建部發(fā)布《海綿城市建設技術(shù)指南》； 2015年1月，財政、住建、水利三部門(mén)聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于組織申報2015年海綿城市建設試點(diǎn)城市的通知》； 2015年4月，武漢等16城市被列入“海綿城市”試點(diǎn) ，海綿城市將是新型城鎮化的重要發(fā)展方向。海綿城市建設背景有以下四個(gè)方面：一、快速城市化；二、 城市雨島效應明顯 ；三、城市內澇頻發(fā) ；四、傳統城市建設重經(jīng)濟社會(huì )功能，輕生態(tài)服務(wù)功能（重社會(huì )，輕生態(tài)）。

　　我國城鎮化水平在1949年僅為10.6%，1980年為19.4%，2014年達到54.77%；城鎮人口1949年只有5767萬(wàn)，2014年全國城鎮常住人口為74916萬(wàn)。近年來(lái)，每年城鎮人口凈增超過(guò)2000萬(wàn)人，城鎮化處于高速發(fā)展階段。我國城市建成區迅速擴大，1981年為7438平方公里，2000年為22439平方公里，2011年已達43000平方公里，平均每年增加1800平方公里，大致相當于增加一個(gè)上海市建成區面積。中國大陸地區逐步發(fā)展形成了十大城市群和十幾個(gè)中小城市群，城市群的發(fā)展在帶來(lái)經(jīng)濟社會(huì )群聚紅利的同時(shí)，也造成水循環(huán)過(guò)程的畸變和區域性氣候演變，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力，各類(lèi)水問(wèn)題日益凸顯。

　　觀(guān)測事實(shí)表明，近50年來(lái)，全國最大1d、3d雨量增減不明顯，但短歷時(shí)暴雨強度增加、極端降水日數也在增加，尤其是在城市及周邊地區，雨島效應更加明顯。城市雨島效應和下墊面產(chǎn)匯流過(guò)程畸變導致內澇現象頻發(fā)。 2007-2013年，全國超過(guò)360個(gè)城市遭遇內澇，其中六分之一單次內澇淹水時(shí)間超過(guò)12小時(shí)，淹水深度超過(guò)半米，北京、廣州、濟南等城市甚至發(fā)生了造成人員傷亡的嚴重內澇。建設部對351個(gè)城市的內澇情況調研顯示: 213個(gè)城市發(fā)生過(guò)不同程度的積水內澇，占調查城市62%，北京、上海、廣州、重慶、南京、杭州、武漢、西安等都出現過(guò)嚴重的內澇災害。

　　傳統的城市建設理念偏重于經(jīng)濟和社會(huì )功能，強調“堅固耐用、經(jīng)濟美觀(guān)”，對生態(tài)環(huán)境和水源涵養功能的考慮不足，特別是對城市化的水文效應認識不足，造成一系列水、生態(tài)、環(huán)境問(wèn)題。 例如： 對馬路和停車(chē)場(chǎng)等采用硬化方式，避免雨天帶來(lái)的泥濘問(wèn)題； 對城市河道采用渠化方式，人為增加排水流速，縮減河道斷面，節省兩岸土地； 對城市河湖進(jìn)行圍填侵占，增加建設用地等。

　　隨著(zhù)城市化的發(fā)展，大型、特大型城市的人口密集程度日益提高，為了承載更多的經(jīng)濟總量和社會(huì )人口，許多湖泊洼地被開(kāi)發(fā)利用。比如北京，市區水面比例由5％降低到2％左右，歷史上良好的水系和眾多的湖泊，現在只能在名字上體現：水碓子、葦子坑、葦子溝、南洼子、北洼子、將臺洼等。武漢近20年來(lái)南湖和東湖等水域變化也是“重社會(huì )、輕生態(tài)”城市化建設的一個(gè)縮影。

　　城市發(fā)展通常分為三個(gè)階段。初級階段為人口快速增加，重工業(yè)為主導，以馬路、高樓、工廠(chǎng)等灰色鋼筋混凝土為主基調，正像倫敦奧運會(huì )開(kāi)幕式里的場(chǎng)景，煙筒林立，烏煙瘴氣。河湖受到污染和嚴重擠占?，F階段為強調人們對良好環(huán)境的需求，生態(tài)環(huán)境建設逐步強化，突出特征是草地、林地的增加和綠色基調的逐漸增強。河流湖泊等的保護開(kāi)始受到重視，但限于治理黑臭等外觀(guān)。而未來(lái)階段則為人們貼近自然的歸屬感越來(lái)越強烈，建設以城市水系為中心的生態(tài)體系，形成“水清、岸綠、河暢、自然”的臨水宜居型城市，增強的藍色基調。城市河湖水系等“海綿體”的保護和恢復受到空前重視。

　　國外海綿城市的建設探索可追溯到19世紀，大規模的建設始于20世紀70年代。早在1852年，巴黎的城市排水系統就被納入建設規劃之中； 1859年，倫敦地下排水系統工程動(dòng)工，1865年完工，全長(cháng)2000公里。美國在1972年以前沒(méi)有內澇防治體系，之后由于合流制的污染和城市內澇等原因，開(kāi)始規劃建設大排水系統。 澳大利亞在1974年沒(méi)有內澇工程體系，由于1974年的大洪水等原因，1975年開(kāi)始規劃建設城市內澇體系； 日本東京于1992年開(kāi)始建造“地下神廟”，歷時(shí)15年，耗資30億元，終于建成堪稱(chēng)世界上最先進(jìn)的下水道排水系統。

　　國家的設計理念主要是四個(gè)：美國的低影響開(kāi)發(fā) (LID)：采用源頭削減、過(guò)程控制、末端處理的方法進(jìn)行滲透、過(guò)濾、蓄存和滯留，防治內澇災害；英國的可持續發(fā)展排水系統(SUDS)；澳大利亞的水敏感性城市設計(WSUD)；日本城市泄洪系統和雨水地下儲存系統。這是美國的低影響度開(kāi)發(fā)。LID融合了經(jīng)濟、環(huán)境、發(fā)展等元素，是一種基于經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境可持續發(fā)展的設計策略。其目的是維持區域天然狀態(tài)下的水文機制，通過(guò)一系列的分布式措施創(chuàng )造與天然狀態(tài)下功能相當的水文和土地景觀(guān)，減輕城市化地區水文過(guò)程畸變帶來(lái)的社會(huì )及生態(tài)環(huán)境負效應。LID 于20世紀90年代在美國馬里蘭州普潤斯·喬治縣提出，用于城市暴雨最優(yōu)化管理實(shí)踐（Best Managements Practices）。

　　這是低影響開(kāi)發(fā)的主要措施。一個(gè)是保護和修復城市的天然河湖，劃定河湖藍線(xiàn)。立法禁止圍填河湖及天然濕地。對已渠化的河道進(jìn)行生態(tài)修復。一個(gè)是修建生物滯留池( Bio-retention) 又稱(chēng)雨水花園( Rain garden) ，或者生物入滲池( Bio-infiltration)。一般修建于流域上游，通過(guò)利用植物、微生物和土壤的化學(xué)、生物及物理特性進(jìn)行污染物的移除，從而達到水量和水質(zhì)調控目的。植被；有機覆蓋層；植物生長(cháng)介質(zhì)層。三是草地渠道。是一種狹長(cháng)的渠道，對來(lái)自于停車(chē)場(chǎng)、人行道、街道以及其它不透水性表面的徑流進(jìn)行過(guò)濾和入滲，與傳統渠道區別的是其表面鋪設有植被。

　　四是植被覆蓋又稱(chēng)為綠色屋頂或者綠覆蓋，在不透水性建筑的頂層覆蓋一層植被，是由植被層、介質(zhì)層、過(guò)濾層以及排水層等所構成的一個(gè)小型的排水系統。五是透水性路面。各國在應對城市雨澇問(wèn)題時(shí)，都提出了各自新的設計理念。LID模式：由原來(lái)的單純排水轉換為下滲、蓄水、排澇、雨水利用雨污分流代替雨污合流制是一個(gè)緩慢過(guò)程，在城市規劃中應不斷改造舊城區合流制排水系統，采取截流合流制管道中的污水到新建污水管網(wǎng)中，以及新建雨水和污水管網(wǎng)的形式結合，逐步以實(shí)現從合流制到分流制排水的過(guò)渡。

　　其他國家的建設理念和措施與LID基本一致，只是側重點(diǎn)不同：英國的可持續發(fā)展排水系統(SUDS)側重“蓄、滯、滲”，提出了四種途徑“消化”雨水（儲水箱、滲水坑、蓄水池、人工濕地），減輕城市排水系統的壓力。澳大利亞的水敏感性城市設計(WSUD)側重“凈、用”，強調城市水循環(huán)過(guò)程的“擬自然設計”。日本城市泄洪系統和雨水地下儲存系統強調“滯”和“排”。

　　第三部分介紹一下海面型城市的主要任務(wù)。海面型城市的核心思想是“一片天對一片地”，實(shí)現立體多層次多功能分流分滯 在基本遵循自然產(chǎn)匯流規律的基礎上，城市建成后實(shí)現“一片天對一片地”，利用城市空間對降雨“化整為零”進(jìn)行收集和儲存：就地滲排，構建分散立體多層次、多功能的分流分滯系統。

　　生態(tài)屋頂。對所有新建或可改造的房屋屋頂進(jìn)行屋頂綠化(或微型菜園)，可有效儲和攔對應面積的雨水100-300毫米；建立空中儲水層；同時(shí)還可以有效削減城市的“熱島”效應，美化城市，改善空氣質(zhì)量和減少環(huán)境污染。生態(tài)景觀(guān)。對所有新建或可改造的綠地進(jìn)行改造，實(shí)現旱可高效補灌，澇可快速滲排?？捎行?、攔和收集對應面積的雨水150-400毫米。生態(tài)道路。對所有新建或可改造道路、硬化地面預埋排灌一體管，將道路和硬化形成的徑流經(jīng)沉沙及隔濾垃圾井后通過(guò)排灌管滲至地下，可有效儲、攔和收集對應面積雨水100-200毫米。生態(tài)水池。修訂地下消防水池國家標準，擴建地下消防水庫，利用自然湖泊或新建人工蓄水池進(jìn)行錯峰調節，削減徑流峰值。生態(tài)廣場(chǎng)?？茖W(xué)合理的將城市新建或可改造的的廣場(chǎng)、小區活動(dòng)中心廣場(chǎng)改成下陷式多功能廣場(chǎng)，汛期作為分洪儲水的人工景觀(guān)湖，少雨季節恢復廣場(chǎng)和活動(dòng)中心，應對城市特大暴雨洪澇。

　　還有一方面重要的措施是強化滲透滯蓄。加大滲水路面、下凹式綠地、下凹式廣場(chǎng)建設比例，發(fā)揮對雨水的下滲、截流、滯蓄作用。利用地下空間滯蓄利用雨洪。在積水點(diǎn)多發(fā)、且對城市安全要求運行較高的地區分別建設地下滯蓄水涵，在城區下凹式立交橋區等建設的地下滯蓄利用空間。利用天然洼地等滯蓄雨洪。例如北京：結合西部地區山洪滯蓄要求，利用砂石坑建設西部蓄洪回補工程，新增雨洪水調蓄能力700萬(wàn)方，調蓄雨洪水，實(shí)現自然回補涵養地下水源。

　　再有就是立體多層次多功能分流分滯。奧運中心區屋頂、地面和綠地全部建設雨水設施，年可收集雨水105萬(wàn)立方米，20年一遇的暴雨全部蓄集園內。這是第一項任務(wù)：海綿體的建設。城市海綿體：既包括河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等水系，也包括綠地、花園、可滲透路面這樣的城市配套設施海綿體的建設從點(diǎn)到到線(xiàn)到面。要有效的保護現有河湖海綿體，要全面修復受損海綿體，要大力構建城市新海綿體。這是點(diǎn)狀海綿體：蓄水池。在城市小區或公園里設置地下或半地下的雨水蓄積池，將小區屋頂的雨水、花園地面的產(chǎn)流收集起來(lái)，用于無(wú)雨日的綠地灌溉。

　　線(xiàn)狀海綿體：河湖水系。首先是做好河湖海綿體的拓展。增加河流水系集蓄、滯留、承泄能力；在中下游建設生態(tài)緩沖帶，在入河口恢復灘/濕地。做好做好河湖海綿體的的連通。研究河湖連通的可能性及連通方案，提高城市水體流動(dòng)性及調配靈活性。還有蓄洪區海綿功能開(kāi)發(fā)以及海綿體整合。面狀海綿體。綠地及透水地面系統。

　　任務(wù)二是排水設施建設——多尺度排水系統構建。小尺度排水系統建設：針對常見(jiàn)雨情，源頭雨水控制，通過(guò)滲、蓄、滯策略排水?？紤]城市用地布局、豎向設計和道路豎向設計對雨水綜合利用和排放。中尺度排水系統：針對城市洪澇標準內雨情，通過(guò)中小河道、雨水管道、泵站提標改造、增設行泄通道、調蓄區、蓄澇區等策略，通過(guò)常規的雨水管渠系統收集排放。大尺度排水系統： 針對超常雨情，設計暴雨重現期一般為50-100年一遇，由隧道、綠地、水系、調蓄水池、道路等組成，通過(guò)地表排水通道或地下排水深隧，輸送極端暴雨徑流。

　　任務(wù)三是科學(xué)調度管理。在理清各部門(mén)職責的條件下，研究城市海綿體和排水系統聯(lián)合調度的可能性及分工，制定海綿體個(gè)體與群體之間、上下游及左右岸之間分散滯蓄、緩釋慢排的調度方案；研究通過(guò)海綿體滲、滯、蓄、凈、用、排實(shí)現城市生態(tài)補水的長(cháng)效機制；最大限度的發(fā)揮海綿城市建設的防澇及生態(tài)補水功能。

　　最后說(shuō)一下海綿城市建設的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。城市是水循環(huán)“二元”演化程度最深的地區，雨水系統，天然湖泊水系、濕地，坡面漫流、河口都是屬于自然水循環(huán)的；自來(lái)水系統、排水系統、污水再生水利用系統，屬于社會(huì )水循環(huán)。海綿型城市建設的最根本目標就是：要盡量減少社會(huì )水循環(huán)對自然水循環(huán)的沖擊。一方面，在水量上不要從自然水循環(huán)剝奪太多；另一方面，在水質(zhì)上，污水別排得太多。要實(shí)現節水、治污、再生利用。維持二元水循環(huán)的平衡，讓水的生態(tài)功能，經(jīng)濟功能發(fā)揮到極致。

　　海綿型城市建設目前存在七個(gè)方面的關(guān)鍵問(wèn)題，包括城市海綿體規劃技術(shù)；“滲、滯、蓄、凈、用、排”措施的布局及調度運用技術(shù)；城市排水系統規劃技術(shù)；城市排水規劃標準完善；設計方法改進(jìn)；城市洪澇預警調度系統；海面城市建設目標的可達性分析。這是分布式城市水循環(huán)模型。分布式城市水循環(huán)模型，首先將城市劃分為不同的功能”斑塊”,在每個(gè)斑塊上進(jìn)行“自然-社會(huì )”二元水循環(huán)過(guò)程模擬，然后將地表水文過(guò)程與地下管網(wǎng)的水動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行耦合，得到城市水循環(huán)的分布式模擬結果。在斑塊單元，模型能夠刻畫(huà)海綿城市的“滲、滯、蓄、凈、用”措施的效果，在管網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模擬環(huán)節可以反映“排”的效果。

　　最后，城市快速發(fā)展改變了地表自然格局和城市上空的降水規律（雨島效應），造成水循環(huán)過(guò)程畸變。傳統城市建設重社會(huì )經(jīng)濟功能、輕生態(tài)涵養功能，在內澇防治上片面強調“外排”，導致內澇和缺水問(wèn)題交替出現——“遇雨即澇、無(wú)雨則旱”。開(kāi)展海綿城市建設，關(guān)鍵是要落實(shí)“一片天對一片地”的思想，將內澇水“化整為零、變害為利”，在城市水文單元上實(shí)現自然積存、自然滲透、自然凈化！

　　王浩:中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所所長(cháng)、中國工程院院士