王沫

摘 要：以“海綿城市”的概念為出發(fā)點(diǎn)，從生態(tài)學(xué)的尺度、城市尺度和流域尺度三方面分析了城市內(nèi)澇現(xiàn)象，并提出了保護(hù)水系水岸植被、治理湖泊污染淤積、合理建設(shè)水利防洪工程等治理建議。

關(guān)鍵詞：海綿城市;洪水;流域;空間尺度

中圖法分類號(hào)：TU992 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0302

1 ?“海綿城市”與城市內(nèi)澇

1.1 “海綿城市”的概念

“海綿城市”是低影響開發(fā)（Low Impact Development）在中國(guó)的通俗版本，旨在通過(guò)在城市里建設(shè)很多“海綿體”似的雨水花園、草地、林地、濕地、水塘、湖泊來(lái)儲(chǔ)蓄雨水資源，加快、加大雨水下滲率，減少、減小地表徑流（水土流失、面源污染）?！昂＞d城市”提出了“雨洪是資源”的正確概念其建設(shè)者也進(jìn)一步提出了“以海綿城市建設(shè)解決城市內(nèi)澇問(wèn)題”等理念。

1.2 ? 海綿城市建設(shè)不能解決城市內(nèi)澇

城市內(nèi)澇是在區(qū)域或者流域的尺度上產(chǎn)生的問(wèn)題，也只能在區(qū)域或流域的尺度上解決問(wèn)題。這是生態(tài)學(xué)的基本常識(shí)，即一切生態(tài)關(guān)系是以生態(tài)尺度為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系?！昂＞d城市”可以在城市內(nèi)小區(qū)域尺度上解決地表徑流、小區(qū)域尺度的雨水資源等問(wèn)題，城市中大大小小的“海綿體”可以實(shí)現(xiàn)其海綿的功能，例如解決區(qū)域內(nèi)雨水下滲、減少地表徑流、減少面源污染等問(wèn)題。但是它不具備“海綿城市”所預(yù)期的解決城市內(nèi)澇的功能和效應(yīng)。

2 ?城市尺度上的城市內(nèi)澇

城市化發(fā)展改變了城市下墊面物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)，原有濕地、林地、草地被住宅、公路、街區(qū)等替代，城市降水徑流過(guò)程發(fā)生了顯著變化。以武漢市為例：歷史上，武漢有“三山六水一分田的說(shuō)法”。現(xiàn)在武漢的六分水（湖、河漫灘、濕地）變?yōu)槎炙?，其余四分水變成了城市，無(wú)法承載暴雨帶來(lái)的城市洪澇。究其原因，一是城市不透水面積增加，排水系統(tǒng)相對(duì)滯后;二是部分城區(qū)建在“雨洪通道”上（低洼處），防洪高堤又阻止了雨水外排的可能?！耙环痔铩笔怯晁赡艿摹俺雎贰?，可以規(guī)劃建設(shè)能將雨水盡快引入田間的途徑。

古今中外，城市一般都依山傍水而建，概括起來(lái)兩種建法：一是將城市建立在最大洪水線之上，稱之為“安全建設(shè)高程”。暴雨來(lái)了，雨水自然往水系里排。二是例如荷蘭的阿姆斯特丹那樣，城市建在低洼地，建時(shí)就把城市圍起來(lái)，洪水來(lái)了，把水往外抽。

城市尺度上的城市內(nèi)澇問(wèn)題跟城市的空間格局有關(guān)?，F(xiàn)在的城市大多土地平整，由于水表張力和城區(qū)平坦，暴雨雨水無(wú)法向四周擴(kuò)散而在城內(nèi)聚集，城市內(nèi)澇不可避免了，平整的城區(qū)面積越大，城市內(nèi)澇就越嚴(yán)重。為此，城市建設(shè)者建設(shè)城市的排水系統(tǒng)，以期能夠解決城市排澇問(wèn)題。但是排水井口總是在城市低洼處，暴雨一來(lái)，最容易堵塞的也是排水井口。目前，解決此問(wèn)題有兩種辦法：一是改進(jìn)井口的設(shè)計(jì)，改平坦式井口為凸起式井口;二是城市按地形地勢(shì)分隔成地表面流的排水街區(qū)或路段，讓水以最可能短的距離、最快的速度往低洼地散開。防止大量雨水淤積，進(jìn)而堵塞，最后匯集為洪流，或避免大量雨水匯集入路網(wǎng)成為水（渠）網(wǎng)，造成水土流失和面源污染。

另外，現(xiàn)在的部分道路設(shè)計(jì)，往往綠化帶比路面高，綠化帶里的雨水和泥水流入道路路面，路面的雨水順著道路往低處流，路面形成“水渠”，城市街道也會(huì)形成“水渠”網(wǎng)，從而造成城市內(nèi)澇。因此，要解決這一問(wèn)題，一是在道路規(guī)劃建設(shè)時(shí)，路面應(yīng)該比道路兩邊的綠化帶高，雨水就會(huì)自然流向道路兩邊，路面不會(huì)積水積淤。二是路邊每隔幾十米設(shè)置分散的排水口，避免雨水在路邊形成水流。對(duì)雨水進(jìn)行管理的原則，一是加大就地下滲;二是盡可能盡快用“面流”的方式分散雨水;三是在有條件的情況下盡可能盡快將雨水引入低洼的農(nóng)田、水系、濕地。

3 ?流域尺度上的城市內(nèi)澇

3.1 ?河流比降對(duì)城市內(nèi)澇的影響

根據(jù)目前研究發(fā)現(xiàn)，從流域尺度考慮城市內(nèi)澇問(wèn)題首先需要關(guān)注流域里的河流比降，即河流水面比降，又稱水力坡度。從理論上說(shuō)河流水面比降受水流速、河床、水質(zhì)等諸多因素的影響。但從實(shí)用的角度出發(fā)要注意以下情況：一是比降小于0.004%，水面是一個(gè)靜止的狀態(tài)，此坡度下，由于水表張力的作用，水體無(wú)法流動(dòng)。打比方，如果從三峽大壩到重慶朝天門碼頭約600km，三峽大壩的水位為145m高程，即使沒(méi)有水的流動(dòng)重慶的水位也會(huì)在169m高程以上。二是比降大于0.004%，小于0.01%，則會(huì)產(chǎn)生泥沙沉淀，堵塞河道，形成死水。三是比降大于0.01%，小于0.1%，是水體自凈化能力最強(qiáng)的水流。四是比降大于0.1%，水流順暢，但自凈化功能降低了，沖刷增加了，水資源也就快速流失了。比降大時(shí)，河流就會(huì)沖刷拐彎加大長(zhǎng)度，減少比降，直到達(dá)到平衡。洪水來(lái)時(shí)，水頭壓力加大，比降也會(huì)加大。水流尤其是洪水，受到大壩的阻攔，就會(huì)增加水頭的壓力，比降就會(huì)抬高。即使是抬高到0.1%，當(dāng)三峽大壩處于145m的水位時(shí)，重慶水位可能會(huì)達(dá)到195～205m，就可能造成城市內(nèi)澇。

3.2 ?氣象對(duì)城市內(nèi)澇的影響

根據(jù)氣象資料發(fā)現(xiàn)，近20年全國(guó)各城市的年平均降雨量跟前20年并沒(méi)有太大的差別。但是，一次連續(xù)降雨量能占據(jù)年平均降雨量的30～70%，甚至達(dá)到年平均降雨量的120%。比如，河北省贊皇縣歷史上年均降雨量568mm，而2016年7月19日一次連續(xù)降雨量高達(dá)721mm，超過(guò)年均降雨量26.9%。2020年梅雨期，長(zhǎng)江流域降雨強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)，有的突破歷史極值。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2020年6月8日入梅以來(lái)，武漢市梅雨期歷時(shí)45天，與1998年梅雨期時(shí)長(zhǎng)持平，時(shí)長(zhǎng)歷史第二。共經(jīng)歷8輪強(qiáng)降雨，累計(jì)降水量達(dá)到801.1～1046.9mm，局部地區(qū)超過(guò)1 100mm，全市平均累計(jì)降水量904.1mm，接近2016年歷史同期平均累計(jì)雨量（923mm），居歷史同期第二位;其中江夏烏龍泉最大累計(jì)雨量為1 122mm，最大24小時(shí)降雨量472.3mm，為歷史極值。同時(shí)，整個(gè)流域同時(shí)產(chǎn)生突發(fā)性和多發(fā)性連續(xù)強(qiáng)降雨的可能性越來(lái)越大。例如，邁阿密是近60年來(lái)在海岸濕地上發(fā)展起來(lái)的城市，整座城市水網(wǎng)交錯(cuò)，看不到防洪堤壩，房屋臨水而居，高出水面（即海平面）不到3m。邁阿密年降雨量超過(guò)1 800mm，一次連續(xù)降雨量（包括臺(tái)風(fēng)雨）可超過(guò)300mm，卻無(wú)城市內(nèi)澇現(xiàn)象發(fā)生，其原因值得探究。根據(jù)在衛(wèi)星測(cè)量，這座大都市水面面積與陸地面積之比超過(guò)20%。也就是說(shuō)，如果一次300mm的連續(xù)降雨量?jī)A泄到100km2的匯水面積上（不考慮下滲和其他因素），300mm的雨水從100km2匯集到20 km2的水面上，水面上的水位會(huì)升高5倍即1.5m。在對(duì)于水面面積與陸地面積之比的研究中發(fā)現(xiàn)，田納西州作為美國(guó)最早成立流域管理局的區(qū)域，其水面面積與陸地面積之比是7～11%。而中國(guó)許多省份的水面面積與陸地面積之比都在1%以下，這是我國(guó)“生態(tài)文明建設(shè)亟需關(guān)注的問(wèn)題。

4 ?建議

4.1推進(jìn)海綿城市建設(shè)

從小區(qū)域的尺度來(lái)說(shuō)，需要完善海綿建設(shè)，實(shí)現(xiàn)雨水就地下滲、減少地表徑流;從城市尺度來(lái)說(shuō)，應(yīng)該將城市建設(shè)在安全高程之上，避免占用水面，“圍城”而不“圍水”，將雨水管理作為城市設(shè)計(jì)的第一基本功，做到“按一片天管好一片地”（王浩院士語(yǔ)）;從流域的尺度來(lái)講，應(yīng)該保護(hù)水系的自然水文形態(tài)、保護(hù)河流的彎曲度、保護(hù)河漫灘和濕地，更重要的是要保護(hù)水系水岸植被（河流基本上是“裸河”）。同時(shí)，加大力度恢復(fù)濕地和水面，擴(kuò)大其面積。

4.2 ?治理湖泊污染淤積

正常情況下，自然湖泊的淤積底泥以每年1mm的速度增加。而許多受到污染的湖泊的淤積底泥每年的增加都超過(guò)15cm，這有150倍之差。這些被污染的湖泊都是“平底湖”，平均水深3m左右，處于風(fēng)力可以對(duì)底泥產(chǎn)生影響（攪拌）的作用范圍。風(fēng)力不斷把富營(yíng)養(yǎng)化的底泥攪拌到水體里，在陽(yáng)光的作用下，各種藻類瘋狂生長(zhǎng)，死后沉淀進(jìn)入淤泥，又被攪拌重新進(jìn)入水體。如此循環(huán)直到水體耗盡氧氣而發(fā)臭，底泥不斷淤積，使得湖泊成為“死湖”，失去生態(tài)功能和蓄水的水資源功能。生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)就是杜絕污染、清除淤泥、使湖泊和濕地恢復(fù)到原有面積（濕地面積一般占湖泊面積的5～20%）、實(shí)現(xiàn)湖泊三類水水質(zhì)（這是恢復(fù)湖泊水生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵）。更重要的是，為了維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性，應(yīng)該通過(guò)生態(tài)工程建立0.01%到0.1%比降的“鍋底狀”湖底，使水深超過(guò)3m，降低風(fēng)力對(duì)底泥的影響程度，恢復(fù)湖泊的自然水動(dòng)力，恢復(fù)水體自凈化系統(tǒng)。這里的恢復(fù)是指增加湖泊濕地的蓄洪能力，減少污染、減少淤積也是增加湖泊的蓄洪能力。不同生態(tài)尺度上的生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系從來(lái)都不是單一的。

4.3 ?合理規(guī)劃城市防洪工程

從科學(xué)工程學(xué)視角建議，在實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程和水利防洪工程時(shí)，不僅應(yīng)該證明工程項(xiàng)目的可行性，還應(yīng)該考慮以下：工程建設(shè)的必要性，工程建設(shè)的優(yōu)劣，工程的目標(biāo)，對(duì)工程目標(biāo)的量化和檢驗(yàn)，投入資金的合理性，其他更為科學(xué)的替代方法等等。比如，考慮到大壩攔阻了泥沙，河水變清加上水的壓力，導(dǎo)致河床下切，枯水季節(jié)，長(zhǎng)江水難以進(jìn)入鄱陽(yáng)湖。鄱陽(yáng)湖有可能成為“鄱陽(yáng)濕地”或“鄱陽(yáng)草地”;河床的下切，同時(shí)還有可能引起上海的海水倒灌和崇明島形態(tài)的變化。當(dāng)然，這種空間尺度的變化也涉及到時(shí)間尺度的議題。時(shí)空尺度的交融，使得未來(lái)對(duì)“城市防洪排澇問(wèn)題的科學(xué)思維更復(fù)雜、更具有挑戰(zhàn)性。

5 ?思考

不同空間尺度對(duì)于城市防洪排澇問(wèn)題具有不同研究視角。不同尺度上的問(wèn)題有著不同的解決措施和方案。這些不同尺度上的問(wèn)題、措施、方案還與景觀格局密切相關(guān)，即是不同空間尺度下的空間關(guān)系（也稱生態(tài)空間關(guān)系）。通俗地說(shuō)，就是不同尺度上不同土地（利用）類型及其變化的相關(guān)關(guān)系。這也是邁阿密大都市20%的水面面積與陸地面積比避免城市內(nèi)澇的原因。而如今，有著“四城三山二水一分田”的武漢卻時(shí)常出現(xiàn)城市內(nèi)澇現(xiàn)象，其原因就在于“空間格局”的不同，是20%的水跟城市的空間格局（空間關(guān)系）的不同。同樣20%的水面，武漢的20%水面與城市和江河水面高程和格局的空間關(guān)系與邁阿密很不一樣，所以城市防汛排澇的結(jié)果也大不一樣。

那么，對(duì)于“海綿城市”建設(shè)能不能解決城市內(nèi)澇問(wèn)題，是否可以把“海綿城市”的概念擴(kuò)大為“國(guó)土海綿”或者“流域海綿”的廣義概念去認(rèn)識(shí)這一討論。生態(tài)學(xué)尺度的含義不僅僅是空間范圍或面積大小的問(wèn)題，同時(shí)還是一個(gè)生態(tài)等級(jí)（ecological hierarchy）的概念。小區(qū)尺度，著眼的是海綿體的問(wèn)題，關(guān)注的是地表徑流和就地下滲的問(wèn)題;城市尺度，關(guān)心的是城市內(nèi)澇的問(wèn)題，關(guān)注的是城市“山水林田湖城”的空間格局和空間關(guān)系問(wèn)題;而流域尺度下的城市防洪排澇問(wèn)題，關(guān)注的是流域水系、水面積及其對(duì)突發(fā)超強(qiáng)降雨的應(yīng)對(duì)能力問(wèn)題。通俗地說(shuō)，生態(tài)學(xué)尺度就是在不同的生態(tài)等級(jí)上處理不同的生態(tài)關(guān)系?！皣?guó)土海綿”和“流域海綿”不屬于城市尺度或流域尺度的等級(jí)，因此它無(wú)法解決城市尺度和流域尺度上城市防洪排澇問(wèn)題。

作為空間格局的討論，進(jìn)一步引申，討論全國(guó)正在推動(dòng)的國(guó)土空間規(guī)劃。從流域的空間尺度的基本命題和思路出發(fā)推進(jìn)國(guó)土空間規(guī)劃無(wú)疑是正確的，國(guó)土空間規(guī)劃強(qiáng)調(diào)了流域生態(tài)系統(tǒng)的“山水林田湖”的實(shí)體也是正確的。但是，不能忽略“山水林田湖”的相互關(guān)系，尤其是空間相互關(guān)系，不能忽略“山水林田湖”作為生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和其為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，不能忽略“山水林田湖”與城市擴(kuò)張和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間相互關(guān)系。這些空間相互關(guān)系對(duì)于國(guó)土空間規(guī)劃的重要意義值得關(guān)注。因此，國(guó)土空間規(guī)劃必須建立在嚴(yán)格、科學(xué)、具有法律效益研究的基礎(chǔ)上，以保證國(guó)土空間規(guī)劃的實(shí)用性、前瞻性、科學(xué)性。在不同生態(tài)學(xué)尺度上，科學(xué)地處理好各種空間關(guān)系，使城市不再受“城市看?！焙汀俺鞘泻樗眴?wèn)題的困擾。

Discussion on Urban Waterlogging Phenomenon and Treatment Suggestions

from the Watershed and Multi-spatial Scales

Wang Mo

（Wuhan Hydrology and Water Resources Survey Bureau， Wuhan 430070， China）

Abstract： Taking the concept of "sponge city" as the starting point， this paper analyzes urban waterlogging from three aspects： ecological scale， urban scale and watershed scale. Proposals were put forward for the protection of waterfront vegetation， the treatment of lake pollution and siltation， and rational construction of water conservancy and flood control projects.

Keywords： sponge city; flood; watershed; spatial scale