海绵城市是什么?低影响开发与城市排水系统核心内容一文梳理
导读 海绵城市让城市像海绵一样吸水、蓄水、渗水、净水,是中国应对城市内涝和水资源问题的系统性解决方案。本文从六字方针(渗滞蓄净用排)、技术体系、与排水管网关系、全链条内涝模拟等维度全面深度解读。
海绵城市是什么?
海绵城市(Sponge City)是指城市能够像海绵一样,在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,在需要时释放和利用蓄存的水资源,实现雨水在城市中的自由迁移和弹性适应。
这个概念由中国在 2012 年正式提出,是对传统城市排水理念的根本性颠覆。传统模式的核心思路是"快排"——雨水落到地面,越快排走越好,通过排水管道直接排入河道。海绵城市的思路则是"慢排 + 利用"——让雨水尽可能就地渗透、就地蓄存、就地净化,削减径流峰值、补充地下水、改善城市水生态。
为什么传统排水模式不够用了?
核心原因是城市化导致的不透水面急剧增加:
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原来:降雨落到草地/林地 → 大部分下渗补充地下水,小部分形成地表径流
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现在:降雨落到道路/屋顶/广场 → 几乎 100% 形成地表径流,全部涌入排水管网
结果:同等降雨量下,管网负荷是开发前的 5-10 倍。管网扩容的速度远跟不上城市扩张的速度,内涝频发。
同时,传统"快排"模式带来三个问题:(1) 河道洪峰提前、峰值升高,下游防洪压力加大;(2) 雨水携带路面污染物直排入河,造成水体污染;(3) 地下水得不到补充,城市地面沉降加剧。
海绵城市的核心技术体系
海绵城市不是某一个单一技术,而是一套"渗、滞、蓄、净、用、排"六字方针的技术体系:
渗(渗透)
让雨水就地渗入地下,补充地下水,减少径流。
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透水铺装:用透水混凝土、透水砖、碎石路面替代传统不透水路面,雨水直接渗入地下
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绿色屋顶:在建筑屋顶种植植被,截留雨水、延缓径流、降低建筑能耗
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下凹绿地:将绿地高程降低 5-15cm,引导周边硬化路面的雨水流入绿地渗透
滞(滞留)
延缓雨水进入管网的时间,削减径流峰值。
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生物滞留池(雨水花园):在地势低洼处种植耐水植物,雨水进入后缓慢下渗和蒸发
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植草沟:在道路两侧或停车场周边设置植草的浅沟,替代传统排水沟,雨水在沟中缓慢流动渗透
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高位花坛:在人行道与建筑之间设置抬高的绿化带,截留屋面雨水
蓄(蓄存)
把雨水存下来,用于后续利用。
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雨水桶/雨水罐:收集屋面雨水用于浇灌绿化和冲洗车辆
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蓄水池/调蓄池:在地下建设大型蓄水池,储存暴雨高峰期的过量雨水,待管网负荷降低后再缓慢排放
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雨水湿地:兼具蓄水、净化、景观功能的生态湿地
净(净化)
通过土壤、植物、微生物的协同作用净化雨水中的污染物。
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植被缓冲带:在河道或湖泊边缘种植乔灌草复合植被带,过滤入河地表径流中的泥沙和污染物
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人工湿地:利用湿地植物和微生物降解雨水中的氮、磷、有机物
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初期雨水弃流装置:将降雨初期污染物浓度最高的那部分雨水(冲刷路面油污和灰尘)分离出来进行专门处理,后期较干净的雨水直接排放或利用
用(利用)
将净化后的雨水用于城市杂用水。
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绿化浇灌、道路洒水、景观补水、车辆冲洗、建筑工地用水
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雨水资源化利用率是海绵城市考核的重要指标
排(排放)
在超标暴雨情况下,通过科学的排水路径设计,将超出海绵设施处理能力的雨水安全有序地排出,避免无序漫流和严重内涝。
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地表行泄通道:利用道路纵坡、开放空间等地面路径,引导超标雨水安全排向河道
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多功能调蓄空间:平时作为广场、停车场、运动场,暴雨时作为临时蓄水空间
海绵城市与城市生命线的关系
海绵城市是城市生命线中排水专项的自然延伸和升级:
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传统排水:管好"管道里"的事——管道是否堵塞、泵站是否正常运行
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海绵城市:管好"管道外"的事——地面上的雨水去哪了、如何减缓入管速度、如何就地消纳
两者结合形成完整的城市雨洪管理体系:海绵设施负责"源头削减+过程控制"——从源头减少进入管网的雨水量;排水管网负责"末端排放"——将海绵设施处理不完的雨水安全排走。
在城市生命线的数字孪生和仿真模型中,海绵设施(绿色屋顶、透水铺装、雨水花园)和灰色设施(管道、泵站、调蓄池)需要统一建模——SWMM 模型的 LID 模块就是做这件事的标准工具。
城市内涝模拟的全链条
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降雨预报输入:气象部门提供的未来 2-3 小时定量降雨预报数据
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产流计算:SWMM 模型根据 DEM 地形数据和土地利用类型(不透水面比例),计算每个子汇水区的产流量。海绵设施(透水铺装、绿色屋顶)的不透水面比例低于传统路面
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汇流计算:LID 模块模拟海绵设施对径流的削减和延缓效果(下渗、蒸发、蓄存)
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管网水动力模拟:剩余径流进入排水管网,模拟管道充满度和检查井水位
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地表积水模拟:当管网满负荷、检查井溢流时,水溢出到地表。结合 DEM 高程数据,模拟积水的空间分布、深度、持续时间
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预警发布:积水深度超过阈值的路段和区域,自动生成预警信息,推送至交通部门(封路提示)和公众(绕行建议)
海绵城市的建设成效与考核
自 2015 年国家启动海绵城市建设试点以来,全国已有 30 个城市入选试点(第一批 16 个,第二批 14 个),总投资超过 2000 亿元。考核指标主要包括:
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年径流总量控制率:每年有多少比例的降雨量被海绵设施就地消纳(不下河),试点要求通常为 70%-85%
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内涝防治标准:能抵御多少年一遇的降雨(一般为 30-50 年一遇)
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雨水资源化利用率:净化后用于杂用的雨水占总降雨量的比例
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城市热岛效应缓解:绿色屋顶和透水铺装对城市微气候的改善效果
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水环境质量改善:入河污染物的削减比例
结论
海绵城市是应对城市内涝、水资源短缺、水环境污染三重挑战的系统性解决方案。它不是"在路面上铺透水砖"那么简单,而是涉及城市规划、建筑设计、园林绿化、市政排水、水资源管理等十几个专业的综合系统工程。
在城市生命线安全体系中,海绵城市与排水管网监测、内涝仿真预警、泵站智能调度等技术深度融合,从"管道思维"升级为"流域思维",从"快排"走向"慢排+利用",全面增强城市的防洪排涝韧性。
参考文献
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国务院办公厅.《关于推进海绵城市建设的指导意见》. 2015
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住建部.《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》. 2014
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U.S. EPA. Storm Water Management Model (SWMM) User's Manual
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中科复兴. 公司画册 3.0. 排水专项应用