作者：汪 建 刘 俊 (东南大学建筑设计研究院有限公司，南京 210096)
摘 要：自2013年海绵城市概念提出以来，在全国范围内掀起了建设和研究海绵城 市的高潮，本文梳理了一段时间以来有关海绵城市及低影响开发(LID) 的国内外相关文献， 从内涵、指标、技术及评价四重维度阐述了海绵城市相关研究的发展现状，对海绵城市的 建设具有一定的指导意义，也为研究的进一步深化指明了方向。
关键词：海绵城市；低影响开发；研究综述
Review of Sponge City Research
Wang Jian, Liu Jun
Abstract: Since the concept of sponge city was put forward in 2013, there has been a climax of construction and Research on sponge city all over the country. This paper combs the relevant paper about sponge city and low-impact development (LID) for a period of time, and expounds the development status of research on sponge city from four dimensions of connotation, index, technology and evaluation, as well as the construction tools of sponge city. It has certain guiding significance and points out the direction for the further deepening of the research.
Key words: Sponge City; Low-impact Development; Review of research
中国是个幅员辽阔的国家，伴随着快速城市化的进程以及极端天气的时有发生，城市内涝、水 污染等难题都对中国大型城市的社会经济发展产生了较大的负面影响，建设自然积存、自然渗透、 自然净化的海绵城市概念应运而生，并被提到国家战略的层面。2014年10月，住建部发布了《海 绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试用)》,自此在全国范围内，掀起一场以改 善城市生态环境和水循环的海绵城市建设热潮。
我国的海绵城市建设和研究，学习和借鉴了发达国家城市水资源利用及管理的理念和实践经验， 同时在工程实践中不断地总结提升，海绵城市的理论和建设内容处在不断的发展、创新和完善之中，本文拟从四重维度对海绵城市内涵及外延的研究现状进行梳理，从而为海绵城市的研究和建设提供 一种全新的理论框架。
1 海绵城市的基本内涵
横跨三带的地理位置及季风气候使我国的水资源分布高度不平衡，同时城市内涝及水污染问题 日趋严重，天气变化、快速城市化导致了很多城市的水难题，包括内涝、水污染、水资源匮乏等，而海绵城市概念的提出和实施，就是要从根本上解决以上难题，实现社会经济发展和自然环境间的 和谐和平衡 (Nguyen,Ngo, Guo,2019)【1】，据此海绵城市主要包括以下四项内容：城市水资源、水生 态管理、绿色基础设施以及透水铺面等。而城市水环境与水生态问题又是跨地域并互为关联的系统 性问题，诸多问题产生的本质是水生态系统整体功能的失调，解决水问题必须把研究对象从水体本 身扩展到水生态系统，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，构成水系统的完整功能体系。因此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，是 “海绵城市”的核心。构建海绵城市即是建立相应的水生态基础设施，最为高效地完善城市的水生 态环境体系(俞孔坚等，2015)【2】。
海绵城市概念又是和低影响开发(LID) 并生并存的，从西方国家对雨洪管理的发展经验来看， LID是美国自上世纪90年代起发展起来的城市雨水管理新概念，低影响开发强调在降雨时尽可能通过储存、渗透、蒸发、过滤、净化及滞留等多种雨水控制技术，将城市开发后的雨水排出状态 恢复接近城市开发前的状态。英国提出了可持续城市排水系统 (sustainable urban drainage system, SUDS), 澳大利亚提出了水敏性城市设计(water sensitivity urban design,WSUD), 这些概念的核 心思想都是要强调雨水管理的重要性并将城市水循环视为一个整体。我国的海绵城市建设吸取了欧美发达国家的成功经验，将低影响开发技术 (LID) 雨水系统的理念由小区推广到整个城市，将保 护原有水生态系统和恢复被破坏的水生态与推行低影响开发技术结合，建设海绵城市就是构建一个良好的城市生态系统(廖朝轩等，2016)【3】。
车伍等(2015) 【4】提出低影响开发(LID) 是海绵城市建设的重要组成， LID旨在从源头利用小型、 分散措施恢复场地开发前的水文循环，更经济、高效、稳定地解决径流污染、径流减排等综合问题。 然而分散式的小型低影响开发设施对于应对大流域、特大暴雨事件的能力不足，涵盖措施也不够全面，而任何一个中型城市和大城市都面临着径流污染、排水防涝、防洪减灾、水资源短缺等错综复 杂的雨洪问题和严峻挑战，海绵城市的内涵还应该表述为共建弹性的雨水基础设施，应对极端暴雨 和气候变化，恢复城市良性水文循环，保护或修复城市的生态系统。
仇保兴(2015)【5】认为海绵城市的四项基本内涵包括：本质是改变传统城市建设理念，实现与资源环境的协调发展；目标是让城市弹性适应环境变化和自然灾害；转变排水防涝思路；保持开发前后的水文特征基本不变，这一定义较为全面地概括了海绵城市的基本内涵，有别于传统的工程性的、灰色基础设施，海绵城市还是一个动态的、有生命力的系统，从水安全格局到水生态基础设施，从水环境到水资源，海绵城市所力求的资源、生态、环境三位一体的弹性体系就是要综合、系统、可持续地解决城市及社会长期发展的水问题。
2 海绵城市建设的重要指标
海绵城市的建设目标应该涵盖雨水径流总量和污染物控制、雨水资源利用、峰值流量控制-排水防涝等多个分目标，这些分目标之间存在一定的耦合关系，既有区别，也有联系，通过这些综合 控制目标，才能有效地实现海绵城市更高层次的目标，即良性的水文循环、良好的生态系统等(车伍等，2015)【4】。
目前从住建部及各省市颁布的海绵城市建设技术指南来看，雨水径流总量控制率和SS (城市 面源污染)控制率都是海绵城市建设的关键指标，其中雨水径流总量控制率一般要求在55~75%, SS控制率一般不低于50%,在实际工程中通过对这两个关键指标的分解和综合基本能保证海绵城 市规划和建设的合理性和有效性。在编制海绵城市专项规划中，还应与城市总体规划、排水防涝规划、 水系规划、绿地系统规划等相结合，在指标的选择上也应更丰富、更全面。韩松磊(2019)【6】间以西安市为例，提出编制海绵城市专项规划，应根据城市降雨、土壤、地形地貌等因素和经济社会发展 条件，综合考虑水资源、水环境、水生态、水安全等方面的现状问题和建设需求，坚持问题导向与目标导向相结合。西安市为特殊地理区域(湿陷性黄土地区、历史古迹多),从海绵城市建设的策 略及指标选择上可以有三点借鉴： 一是分大、中、小三个海绵构建层次，二是特殊条件和共性问题需融入海绵城市专项规划建设各个阶段，三是特殊地理区域需要专门的技术指引。
因此海绵城市建设的指标要根据范围、层次、区域地理情况科学合理地选择，对场地设计或者地块开发尺度，主要通过狭义的低影响开发实现总量控制目标；而对于城市规模实施，应主要通过广义的低影响开发设施，兼顾和衔接排水管渠及调蓄设施，实现管渠、绿地、水系等的空间协同作 用，充分发挥净化、调蓄和安全排放等多功能，从而实现排水防涝与海绵城市的综合控制目标。
3 海绵城市的主要途径和技术措施
建设海绵城市有三个途径： (1)区域水生态系统的保护和修复； (2)城市规划区海绵城市的 设计与改造； (3)建筑的雨水利用与中水回用(仇保兴，2015)【5】。海绵城市建设首先是雨水的有 效管理(廖朝轩、高爱国、黄恩浩，2016),在目前的海绵城市建设中，主要将自然途径与人工措施相结合，通过统筹处理降水、地表水、地下水和人工给排水，最大限度地实现雨水在城区的积存、渗透、净化和利用，协调给水排水等水循环利用环节，从而实现城市和水生态环境的完美结合。海绵城市是一个从快排的工程排水时代，跨入“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的综合排水、生态排水时代的战略性转变。
海绵城市需要依靠低影响开发雨水系统、常规雨水径流蓄排系统以及超常规雨水径流蓄排系统共同构建，低影响开发 (LID) 设施指在城市开发建设过程中采用源头削减、中途转输、末端调蓄等多种手段，通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术，实现城市良性水循环，提高对径流雨水的 渗透、调蓄、净化、利用和排放能力，维持或恢复城市的“海绵”功能，目前是海绵城市建设中 最主要的手段。 LID主要工程设施包括有：透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、生物滞留设施、渗 透塘、渗井、湿塘、雨水湿地、蓄水池、雨水罐、调节池、植草沟、渗管、植被缓冲带、初期雨水 弃流设施和人工土壤渗滤等(刘昌明等，2016)【7】。
许多研究认为低影响开发的优点在于对城市径流总量及最大流量的改变， Hu(2017)【8】 图的研究 表明低影响开发技术在流域尺度上对降低城市的洪涝灾害是行之有效的，尤其是针对洪水高风险区域能显著减少可能的洪涝区域，论文以南京市河西区域为例，实地考察了54平方公里不同LID措施的实际效果，发现总体上能减少2%~17%的洪涝区域，其中洪涝高风险区域减少6%-80%,而透水铺装的效果要优于雨水收集设施。
同样，海绵城市技术还可以引入不少城市的雨污分流改造中，以国家第一批海绵城市试点城市 鹤壁为例，在城市的雨污分流改造中，小区将合流管作为污水管、新建雨水收集系统，道路应将合 流管作为雨水管、新建污水收集系统，末端应通过截污纳管控泔水、并设置防倒流措施，通过科学 的雨污分流方式和海绵城市建设，加以合理的管控措施，实现了鹤壁市试点区内的黑臭水体水质的 明显改善和提升(周飞祥，2018)【9】。
在海绵城市规划和设计中城市雨洪模拟是一项关键性的支撑技术，也是当前国际研究的前沿与难题(刘昌明等，2016)【7】，论文采用基于HIMS的城市雨洪模型，产流计算采用降水入渗公式，道路汇流模拟采用三维水动力学模型，LID技术采用计算机优化，以实现年径流总量控制达标为目标，并依据各地块用地类型情况，对常德市的e措施进行设计和优化。现状常德城区径流系数在0.33~0.81 之间，平均值为0.64;按确保年径流总量控制目标的实现，采用优化的渗、滞和蓄等多种LID 消纳各地块径流，通过城市雨洪模拟技术和LID 措施优化技术使常德市城区90%的地块均能达到控制目标，污染负荷SS 削减率在45.0%~47.7%之间，平均削减率为46.1%,雨洪径流和污染负荷的输出量将显著降低，基本能够达到控制目标。
Elloit&Trowsdale(2007)【10】 比较了10种常用的LID分析及评价软件，来对比低影响开发条件下雨洪径流计算及水污染控制的软件模拟效果，其中部分软件考虑了地下水及雨水下渗的效果，部分软件嵌入了污水处理的技术参数，10种模型还提供了从每小时到每年的时间分析跨度，尽管模型各有侧重，如MOUSE、SWMM 及 MUSIC 模型更适合于小型区域的流量计算，而RUNQUAL、SLAMM、StormTac 及 PURRS 模型可以模拟没有城市排水管网时的区域雨水收集及处理，研究结果 表明所有模型虽各有侧重，都基本能预测LID 的实际效果，包括区域透水面积及地面径流、水质及污染情况等等，模型的界面也变得越来越容易被使用，模型发展的总体趋势是将LID 引入城市雨污水管网模型，同时长期收集整合区域的天气、流域等生态环境大数据从而使拟合更为准确。
4 海绵城市建设的检测和评价
效果评价是海绵城市建设重要的评价手段之一，通过监测体系对海绵城市建设效果进行评价， 可为海绵城市的规划、设计、建设及时提供数据支撑与反馈，也能够为海绵城市建设积累基础数据 供进一步的研究。(王泽阳 关天胜 吴连丰，2018) 【11】以厦门海绵城市试点区为例，根据住建部《海 绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》,结合在线监测和人工监测的技术手段，构建了设施、 地块、流域3个层级的监测体系，可为下一步模型和监测的效果评估提供依据。
基于海绵城市多目标需求，系统性建设也应该包括源头治理、过程控制和末端处理等多个环节， 通过几方面的共同作用来实现海绵城市综合目标，镇江在海绵城市建设中采用的系统性治理技术包括了源头LID绿色设施、过程灰色手段和末端灰绿蓝处理技术等。源头LID 改造的技术措施主要有生物滞留设施、透水铺装和绿地贴等，过程灰色手段包括点状调蓄池、调蓄管涵及其它技术等，末端灰绿蓝处理技术；末端处理设施包括人工湿地、生态浮岛、水滨喷淋过滤系统等绿色工法，以及 多级生物滤池、自循环高密度悬浮污泥滤沉技术等灰色工法。这些全过程控制系统性治理技术的综合、灵活应用，对于海绵城市建设的检测具有一定的指导意义(刘绪为，2018)【12】。
从国外的雨洪管理经验来看，评价雨洪设施的可持续性需要涵盖经济、人民健康、设施安全以及气候变化等多重维度，评价途径包括设施有效性排序、运行数据采集、生物代谢指标、 可持续发展指标、排放量检测等，一个可控的检测评价框架对海绵城市建设的良性发展是非常有意义的(Upadhuaya,Biswas,Tam,2014)【13】。
Li, Wang, Yu(2019) 【14】结 合SWMM模型及层次分析法建立了一个较为全面的量化评价 体系(见图1),选取30个建设海绵城市的我 国城市，对5种常见LID 设施进行综合绩效评 价，实证研究表明包含34.5%的生物滞留设施 和46.0%的下沉绿地的方案在满足年总径流量 要求方面综合性能最好，实现了良好的雨水利用、景观及生态服务功能。
5 进一步研究的方向
海绵城市建设的研究方兴未艾，目前已基本建立起理论框架，但是对海绵城市的内部机理研究尚未深入，海绵城市的还有许多难点问题亟待进一步探索和解决。首先，海绵城市本质上是动态、弹性的系统，在建设中如何将海绵城市与城市放洪、防涝相协调，实现“快排”措施与资源化利用 措施之间的平衡，将城市水系与LID设施的调配以及与生态景观措施相结合，需要有较为严谨的机理性研究；目前海绵城市建设中雨量参照的是各市的暴雨强度公式，暴雨强度设计和雨型分配还应考虑到全球气候变化的影响，而气候变化对PMP (可能最大降雨)的影响及PMP的概率是目前工程界的热门话题(林炳章，2018);在对城市雨洪模拟的研究中，已有的文献多以SWMM模型为主，而各种模型均有适用范围及利弊，同时模型还应考虑对坡面道路汇流、管网汇流、河道汇流等多种汇流方式的耦合模拟；海绵城市还需要更为科学的监测和风险评估体系等等，这些问题有待深入讨论，也是进一步研究的方向。
参考文献：
[1] Nguyen, Ngo, Guo, et al. Implementation of a specific urban water management - Sponge City, Science of the Total
Environment, 2019,652,147- 162
[2]俞孔坚，李迪华，袁弘等，“海绵城市”理论与实践，规划研究2015,39(6),26-35
[3]廖朝轩，高爱国，黄恩浩，国外雨水管理对我国海绵城市建设的启示，水资源保护，2016,32(1),42-50
[4]车伍，赵杨，李俊奇等，海绵城市建设指南解读之基本概念与综合目标，中国给水排水，2015,31(8),1-5 [5]仇保兴，海绵城市(LID)的内涵、途径与展望，给水排水，2015,3,11-18
[6]韩松磊，湿陷性黄土地区海绵城市规划及建设探索一以西安为例，给水排水，2019,45(1),35-41
[7]刘昌明，张永勇，王中根等，维护良性水循环的城镇化LID 模式：海绵城市规划方法与技术初步探讨，自然资源学报，2016,31(5),719-730
[8] Hu, Sayama, Zhang, et al. Evaluation of low impact development approach for mitigating flood inundation at a watershed scale in China. Journal of Environmental Management, 2017,193(15),430-438
[9]周飞祥，基于海绵城市建设的雨污分流改造模式研究——— 以鹤壁市为例，给水排水，2018,44(12),25-30
[10] Elloitt, Trowsdale, A review of models for low impact urban stormwater drainage, Environmental Modelling & Software,2007,22,394-405
[11]王泽阳，关天胜，吴连丰，基于效果评价的海绵城市监测体系构建一以厦门海绵城市试点区为例，给水排水， 2018,44(3),23-27
[12]刘绪为，穆军伟，方帅，镇江海绵城市系统性治理技术的阶段性总结与探索，中国给水排水，2018,34(16), 7-11
[13] Upadhuaya, Biswas, Tam, A review of infrastructure challenges: assessing stormwater system sustainability, NRC research paper,2014
[14] Li,Wang,Yu, et al. Comprehensive performance evaluation of LID practices for the sponge city construction: A case study in Guangxi, China, Jourmnal of Environmental Management,2019,231,10-20
[15]林炳章，兰平，张叶晖等，可能最大降水估算研究综述，水利学报，2018,49(1),92-102
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