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科學看待“海綿城市”的作用和適用性     朱法君    2018年08月27日09:33

       近年來,隨著城市內澇在我國部分城市日益凸顯,“海綿城市”建設應運而生。住建部等部委專門出台政策,鼓勵支持各地開展“海綿城市”建設。一時間各地積極爭創國家 “海綿城市”建設試點城市,各地住房和建設部門也已將“海綿城市”建設納入了有關工作的考核之中,以推動各地的“海綿城市”建設進程。

  “海綿城市”的技術路徑是期望將城市地面建成可以“吸、放”水體的“海綿”,增強土地的入滲能力,將降雨盡可能多地滯留在土體中,減少地表產流,從而削減洪澇水的總量,達到治理洪澇的目的。住建部的指導意見中,要求各地通過“海綿城市”建設,將全年降雨總量的70%以上滯蓄在“海綿體”中,並作為水資源在洪水過后進行回收利用,且可對初期降雨的污染有效降解。這一理念新穎、願景美好,一經提出便獲得了廣泛認同,但也引起了學術界的一些爭議,焦點在於“海綿城市”建設成本昂貴,其對洪澇治理到底能夠起到多大的作用?

  一、城市洪澇的成因

  我國城市經過幾千來的發展,有自身的規律,其中最重要的就是擇水而建、依水而興。城市選擇建在江河湖泊周邊,對解決交通運輸、用水排污有不可替代的優勢,當然也必然面臨洪澇的不利影響。幾千年來,人類仍然選擇擇水而居,正是因為利大於弊,是權衡后的選擇。隨著人們對洪水規律了解的不斷深入,伴隨著城市的發展,修建了很多防御洪水澇水的水利工程,在人與水和諧相處中共生發展。

  城市洪澇的凸顯始於近20年,特別是近10年來矛盾進一步加劇。分析原因,主要來自於以下幾方面:

  1.城市化加快推進中,水系沒有得到有效保護。每一個地區的水面面積,是千百年來自然形成的洪水澇水的調蓄地和出路,這是自然界的基本“法則”,是洪水本來就有的空間。但是由於城市規劃建設過程中,大量的天然河流被縮窄、被阻斷、被填埋,轉而由下水道所替代,一旦地下的“良心工程”能力不足、被堵塞,必然將會澇水外溢,洪水泛濫。

  2.城市外江洪水位的變化抬高。由於人類社會發展對土地的深度利用,越來越多的土地被保護,失去滯納洪水的作用,洪水歸槽,導致江河湖泊洪水位不斷上升。外江洪水位的上升,既帶來了防洪的巨大壓力,又使得城市的澇水無法順利排入河流,產生內澇。原來設置的下水道排水口,排水能力下降、喪失,甚至於倒灌城區。

  3.土地硬化,減少了雨水的下滲。這部分的影響,比較直觀,社會各界都能夠看到、感受到,但從成因的比重看,這並不是最主要的。如果下水道通暢,能力足夠,道路積水等內澇現象可以消除和彌補。

  二、“海綿城市”的技術路徑和對城市洪澇的作用

  我國現在各地推行的“海綿城市”做法,借鑒於美國洛杉磯。筆者有幸於2018年初親歷了洛杉磯的洪水,並在雨中對洛杉磯的雨水收集進行了實地考証。

  洛杉磯是美國西海岸嚴重缺水的城市,年降雨量約300毫米,城市用水依賴千裡之外的引水工程。由於其城市多為低丘緩坡,城市內澇並不嚴重,城市道路下面基本上沒有建設下水道。由於水資源的極度緊缺,洛杉磯修建了一批雨水收集工程,其主要出發點為雨於的收集利用。但是成本昂貴,一個公園的雨水收集工程動輒幾百、上千萬美元,收集的雨水主要用於公園的綠化用水,客觀上對消減洪水、澇水也有一定的作用。我們在美國期間,恰逢洛杉磯遭遇“特大暴雨”,其實也僅是在兩天時間裡集中下了40多毫米的降雨。但是,當地仍發生了重大的洪災,多地引發了泥石流,造成23人死亡。

  我們不得不對“海綿城市”“消滅”城市內澇的初衷加以反思。我國正在大規模推進“海綿城市”建設的城市中,如武漢、南京這樣的重澇區,投入了大量的資金,但是在洪澇之季並未看到應有的效果。原因何在?城市的洪澇治理上方向有沒有出現偏差?當引起主管部門和城市管理者的深入思考和反思。

  1.對減輕洪澇的效果和區域適用性分析。我國地表產流模式,南方紅壤地區產流機理為“蓄滿產流”,即當土體因前期雨水下滲達到飽和狀態后,后期的降雨才形成地表涇流,北方地區則為“超滲產流”。北方地區因地下水埋深較深,地表與地下水位之間的土體可吸收水量的能力較大,如能解決超滲問題,增加土體的下滲、吸收能力,對削減洪澇有較大的作用。而在南方,由於地下水埋深較淺,一般平原地區約為1米,洪水期甚至於低於洪水位,土體本身可吸收水量的能力十分有限。多年的研究成果表明,如浙江省一場降雨過程可下滲的降雨量(不回歸到河網,真正意義上的削減)約10~20毫米,也就是說,即使極限地將所有路面、屋頂全部轉換成“海綿”結構,其削減量也僅僅只是20毫米,這相對於一場成災暴雨動輒300毫米,甚至於超過500多毫米(如2013年的“菲特”台風)的降雨,其削減量所佔比重極小。而在北方地區,由於單場降雨的總量遠小於南方,如果能夠增加幾十毫米的入滲,則作用巨大。因此,“海綿城市”的最有效適宜地區是北方缺水地區,而非南方豐水地區,特別長江以南以強降雨形式致災的省份,應從洪澇的成因出發,客觀分析、評價“海綿城市”對洪澇治理的作用。

  2.對現行“海綿城市”建設措施的思考。分析評價“海綿城市”對洪澇治理的作用,應從各地的洪澇成因出發,從成災機理著手,因地制宜看待,絕不可“一刀切”、“一招走天下”。否則就會偏離正確的方向,越走越遠,浪費大量的資金和人力。

  由於現行的“海綿城市”建設著眼於增加入滲,隨之採用的技術路徑和手段無外乎這幾方面:

  改變路面結構,打造 “透水路面”,將雨水都通過透水磚、自然土層下滲到地表下面,從而達到消減澇水的作用。這項措施對小雨量的降雨有一定作用,但是對於高強度、大雨量的降雨作用甚微。因為即使表層全部恢復為天然狀態,對雨量產水起決定作用的還是土壤的蓄水能力。但在南方豐水地區土壤蓄水能力極限僅有20毫米左右,絕不可能消納大量級降雨(如大於100毫米的一場降雨過程)的70%。即使表面上看到雨水下滲到了土壤中,其實當土體飽和后,仍然通過淺層地下水的通道回歸到了河流、低地之中。

  開槽、填沙、地下集水空間等等增加滯蓄量。此類辦法的作用取決於建設的蓄水容積。而要得地下空間所要付出的代價是驚人的,用於滯蓄洪水澇水的總量,相比於投入,十分的昂貴。

  利用低地、公園參與滯蓄。這是一個好的方向,應該大力推行。但是這一類工程所佔比例小,且難全面以推開。

  還有專家提議增加屋頂的滯蓄等措施,讓“一片天對一片地”,自我消納洪水澇水,但是其改造的成本亦昂貴不可及。

  綜合這些措施,筆者認為都沒有真正切入到城市洪澇治理的正確途徑上來,都只是一些“小打小鬧”的小手段,不能徹底解決問題。真正有效的方向應該是從“滲蓄為主”轉變為以“蓄排結合”的方式。可以從三條途徑實現:一是給洪水澇水以出路,盡快排出去。可以優先考慮利用泵站等強制性措施讓洪水澇水通江達海。二是給洪水澇水有足夠的空間。即增加城市及周邊區域的水域或低地面積,增強滯蓄能力﹔三是讓地下的排水系統配套泵閘系統,真正能夠收放自如。其實,這才是我們想要的“海綿”效果。

  三、水資源利用效果和初期雨水污染降解的思考

  “海綿城市”倡導通過海綿體的雨水吸收,將雨水資源化,達到高效利用水資源。但由於“海綿體”可吸附利用的水量有限,所能起到的作用也十分有限。也曾有人提議通過建設地下、地表的大容量蓄水池吸納利用洪水,終因投資過大、作用有限,且初期雨水易變質發臭,實際應用價值不大而被放棄。目前的水資源利用也僅局限於綠化等對水質要求較低的部分用水。

  “海綿體”對於小雨量降雨的初期雨水污染有較好的水解作用,前提是所降雨水能夠基本蓄納在“海綿體”之中,通過植物的生長吸收,達到降解的作用。但是一旦降雨產生地表徑流后,污染物質照樣會伴隨徑流流向江河湖泊,對初期雨水的污染降解作用就變得十分微小。

  總體上,對水資源的利用和污染降解,同樣主要適用於干旱地區,在我國的北方地區可以起到較好的預期效果﹔南方地區由於每場降雨的量級大,其可發揮的作用則甚微。

  四、有關資金投入效益和洪澇治理方向性思考

  當前各地正在進行的“海綿城市”建設,一般都採取透水路面改造、更新綠化種類結構、設置雨水調節池等措施,主要以透水路面的改造為主。由於土體特性決定了下滲能力,即使全部更換成了透水磚、改造成了透水混凝土路面,其入滲的能力還是受制於下面的土體,且實施這些措施投資巨大。目前“海綿城市”建設的投入約為每平方公裡1.5億元,如某市“海綿城市”試點投資約45億元,除可爭取到國家支持12億元外,其余30多億需地方財政投入。該市通過“海綿城市”建設可以一定程度上改善城市的面貌,但對內澇問題的解決效果不大,理應把解決內澇核心放在流域治理和城市排澇設施能力提高上。很多城市在爭取成為國家試點的過程中,明白其作用效果的局限性,但是由於看重國家補助資金這塊“香餑餑”,仍然不惜花費巨資硬上工程,可能影響國家財政資金的使用效益。

  由於對“海綿城市”建設效果的夸大宣傳,一定程度上對我國各地的洪澇治理方向產生了不利影響。部分地區由於缺乏專業的洪澇治理認知,僅僅看到表面的現象,決策採取了以“海綿城市”建設為主要方向的洪澇治理方案,弱化了流域治理和排澇設施建設。一旦洪水來臨,必將造成重大災害。■

  (朱法君,浙江省水利廳治水辦主任,民革中央人口資源環境委員會委員/責編 張棟)

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