解放日报专访智库特聘专家顾国维教授:解“看海”之困,让城市成为“海绵体”
发布人:可持续发展  发布时间:2015-09-28   浏览次数:154

 生物滞留  雨水再生利用  森林  透水路面  雨水花园  湿地  湖泊  绿色屋顶  ■

  

 

    一遇暴雨即成“汪洋泽国”,这几乎成了全国各城市的痛。
  虽然申城今年长达122天的汛期已进入尾声,但这期间,“6·17”和“8·24”两场暴雨所制造出的“海景”,令人记忆犹新。这时的“看海”“戏水”,透着苦涩。
  如果城市像海绵,涝时吸水,旱时“吐”水,那么不久的将来,“城中看海”或将不见。

  上海正在打造“海绵城市” 
   20131212日,习近平总书记在中央城镇化工作会议上首次提出“海绵城市”概念,时隔一年多,我国海绵城市建设试点迅速展开。尽管不在首批试点城市之列,但上海目前正在国家指导性技术指南的基础上,逐步建立自己的“海绵城市”标准。
  “过去,我国在城市内涝治理过程中,主要强调‘排’,但怎么能把水蓄积起来为我所用,考虑得不多。”同济大学原常务副校长、环境科学与工程学院教授、同济大学可持续发展与新型城镇化智库特聘专家顾国维在接受记者专访时指出,在上海地下重新铺设排水管道“不现实”。用“生态海绵”来解决城市内涝,就要尽量减少城市开发的影响,保持一定的绿地和水面,“渗、滞、蓄、净、用、排”多策并举,从源头来减少径流量的产生。

  治内涝不能只盯“排”
  上海为何频繁内涝?现有的排水防涝基础设施比较薄弱是一个直接原因。
  目前上海的排水系统设计标准为一年一遇(即应对每小时36毫米的降水量),中心城区部分地区为三年一遇(每小时50毫米)。顾国维说,现有设施承受大雨没有问题,但当集中暴雨考验来临,就会不堪重负,暴露出排水设施软肋。而且,全市规划的361个雨水排水系统,尚未建设完成,还有多个建成的排水系统低于一年一遇的标准。
  前几年就有人提出,能否加粗排水管道来提高上海的排水能力的问题。顾国维认为“没有操作的可能”。“提高标准对于新开发地区比较简单,已建成区大量的旧管道怎么办?”几乎每条路下面都埋着达不到标准的旧管道。不包括小区内的雨水管道,上海仅市政雨水、合流管道的总长度就接近一万公里。此外,上海的排水管道,老的都是按雨污合流设计的,新区才按雨污分流设计。总体管道设计偏小,暴雨时容易溢流。
  据了解,在发达国家,对新开发地区早有绿色基础设施与灰色基础设施相结合的建设理论与方法。绿色基础设施指雨水花园、绿色屋顶、渗透铺装等低影响开发设施,灰色基础设施指传统的排水管渠系统。绿色与灰色设施结合,不仅可以减少排水系统的投资,且有利于保护生态环境。
  但在顾国维看来,这并不适合上海。上海大部分城区已经建成,且中心城区人口密度超过3万人/平方公里,土地高度紧缺;上海的地下水埋深小、土壤渗透性差。“这些对于应用低影响开发技术,自源头控制径流水量、削减径流峰值来说,均极为不利。且目前上海地下空间已十分拥挤,几乎没有容纳更粗管道的空间了。”
  他指出,鉴于上海降雨比较集中、水面率低、土壤渗透系数低、地下水位高等特殊性,要解决内涝,“排”不是唯一出路。而建设“海绵城市”,无疑能让城市更加有“弹性”:在下大雨的时候,能下渗、能滞留、能蓄存、能净化水;在没有降雨的时候可以把水放出来,可用可排。“渗、滞、蓄、净、用、排”也正是“海绵城市”的精髓。
  “海绵城市建设可以更好地实现雨洪利用、排水防涝以及河流整治,而不仅局限于某一个方面。”顾国维强调,海绵城市建设以修复城市水生态、涵养城市水资源、改善城市水环境、提高城市水安全、复兴城市水文化等为目标,是一个系统工程。

  建蓄水空间更迫切
  城市蓄水能力急剧下降,也是内涝的重要原因。顾国维说,随着城市快速发展,上海原有的河湖水面经过大规模改造,已基本失去了雨水调蓄作用。
  当水泥城市地面大量硬化,街道地面往往比绿地要低,严重影响了城市蓄水。而在过去,有很多绿地、农田在一定程度吸纳了很多水分。河道填埋处由于地势低洼,往往又成为内涝的重灾区。“可以说,城市水系遭到破坏,是城市内涝一个重要的深层次原因。”顾国维说。
  这也导致上海一旦遇到高潮位、台风、暴雨交集时刻,防汛就会被“排”牵着鼻子走而非常被动。“暴雨高潮时,雨就像落在一个盆子里,靠重力自留根本排不出去。”顾国维说,1949年以来,上海一直采用的是“围起来打出去”的办法——在黄浦江、苏州河沿岸利用防汛墙的挡水作用,遇到低潮位时,可以自流进入河道,而高潮位时,就只能用几百个大大小小的泵站水泵将路面上流淌下来的雨水打出去。
  要弥补这一“历史欠账”,要求其实很高。顾国维说,从城市内涝治理来说,既要看城市内部的问题,也要看所在区域,或所在流域的洪水特性、降雨特性以及河流水的特性。在上海“海绵城市”设计中,应当把水与湖、江、地表联动关系合理构建起来,合理利用现有的蓄水空间,并构建起相应的蓄水空间。
  顾国维举例说,比如上海有几万个以排水泵站为核心的配有雨水收集管网的汇水区,黄浦江、苏州河有很多小支流,都建有水闸,当有台风预报时,可降低河水位,流出蓄水体积。将城市洪涝先排到河里,待黄浦江水位降低,再排到江里。
  还有比较现实的操作就是,在绿地搞一些小塘,或者地下空间建蓄水池,作为一个调节排水系统的调节。将城市绿地建成下凹式的,可大量储蓄雨水。城市的露天公园、运动场等,均可作为有效的临时蓄水场所。此外,也可利用房顶、地下蓄水池等滞留雨水。
  “若要释放更多现有蓄水空间,亟需提升水质。”顾国维同时指出。
  经过十几年的努力,苏州河告别了黑臭,建起的截留管将污水和一定量初期雨水送到浦东竹园,经处理后,排入长江口;同时上海搬迁了苏州河上的垃圾码头和米码头,整治河道成效明显。但顾国维认为,截留管的截留倍数还是偏小了,暴雨时,仍有污水排入苏州河。苏州河的水质还达不到IV级要求,这也可能和支流排入的污染有关。
  “城市中保留一定的水面,有利于调蓄雨水。但上海地区保留的水面却不能流动,很容易形成富营养化,所以我们看到的大多湖水是绿绿的。”顾国维认为,要保持水质就必须有循环处理系统,或者定期调水,这增加了处理成本。
  事实上,就海绵城市的考核指标来看,对水环境质量的要求也非常严格。其中包括不得出现黑臭现象;海绵城市建设区域的河湖水系不低于《地表水环境质量标准》 Ⅳ类标准。“如何治理,要提出行之有效的办法。这一任务相当艰巨。”顾国维说。

  以雨水利用增蓄排能力
  如果城市充满“弹性”,下暴雨时路面将没有严重积水。其背后,是城市“蓄水”与“排水”相得益彰的自由呼吸吐纳体系——也就是形象的“海绵体”。
  “形成‘蓄排结合’的防治体系才是治理城市内涝的方向。”顾国维强调说,通过分散式的方法消化降水,减少产生径流,有助于减轻排水管网压力,是治理城市内涝的有效手段。
  这就对地形的设计,尤其是竖向设计提出很高要求。具体来说,雨水是往低处流的,现在有些道路维修,只往上堆混凝土或沥青,以致于路面比小区地坪高,下雨时雨水往小区灌。有的道路地面下立交设置处地形过低,暴雨时径流聚集,很容易淹没地下道路,造成汽车淹没,甚至人员伤亡。“现在地下建筑越来越多,地铁、地下通道、地下商场、地下停车场等,若因台风暴雨造成淹没,损失就很大了。”
  “作为海绵城市建设的重要要求之一,不仅要让城市如海绵一样‘吸水’,更要将水资源储备起来,以备不时之需。”顾国维还指出,雨水资源的合理利用不仅有节约水资源的意义,也是减轻城市防汛压力的重要方式。
  顾国维举例说,德国是欧洲开展雨水利用工程最好的国家之一,制定了一系列法律法规,规定在新建小区之前,无论是工业、商业还是居民小区,均要设计雨水利用设施。德国利用公共雨水管收集雨水,简单处理后,用于厕所冲洗和庭院浇洒。屋面雨水集蓄利用主要用于家庭、公共场所和企事业单位的浇灌、冲厕、洗衣洗车、冷却循环等。
2005年以后,上海市政府出台规范性文件,加快推进节水型城市建设,鼓励在大型建筑、一万平方米以上的小区收集屋顶雨水进行二次利用,可是由于种种原因,许多地方后来就放弃使用。顾国维建议,“要推广雨水收集系统还需政策助力。”比如在小区开发建造时,地表径流系数应该和容积率一样被强制性要求,政府在后期维护时给予必要的扶持,这样城市的雨水收集工作才能被长效开展。
  顾国维认为,城市洪涝防治是一个系统工程,除了要重视基础设施建设,还要重视非工程措施。“目前,上海马路上乃至小区里都有很多摄像头,交通、公安部门利用得很好,水务部门也可以利用。暴雨时通过这些摄像头观察有否积水、在降雨过程中水的流动状况、积水什么时间消退,并与降雨过程泵站排水等情况结合起来,不仅可以掌握是否积水的状况,而且通过研究有利于形成数字化的控制系统。”
  同时,解决城市内涝,城市应急管理要跟上,包括加强对暴雨和洪涝的监测,让预报预警及时准确,才能科学调度和应对。
  他表示,目前我们从理论研究、技术措施、政策标准、金融体系和人才培养方面尚有不足,海绵城市建设任重而道远。“同济大学正在准备成立海绵城市研究中心和智库,和美国、澳大利亚、德国这些在雨洪管理方面走在前列的国家的知名科研院所进行合作,通过深入研究,建立适合我们国情、地理和经济、人文条件的海绵城市理论体系和技术体系。”顾国维认为,这是一个重要的决策支持内容,以科研为基础、大力推进海绵城市建设、并且发展相关产业,提升上海的国际竞争力。

专家开讲
  深圳大学土木工程学院教授佘年:
  莫让“海绵城市”成为新污染释放源

  ■本报见习记者 舒抒
  “‘海绵城市’是一个形象说法,国外直接称之为‘低影响开发’。”深圳大学土木工程学院教授、美国环境工程师协会 LID 模型技术委员会主席佘年表示,对于上海这样已经成型的大都市,若要通过低影响开发(LID)模型来建设海绵城市,首先要明确LID对城市的作用,也就是使城市环境不断接近于开发前的水文循环。此前,佘年曾多年供职于美国西雅图公共事业局。他认为,上海90%的降雨都与西雅图类似。上海如要用LID技术来防止内涝并控制雨洪,美国在过去二十多年的经验教训尤其值得上海甄别借鉴。
  美国环保局对低成本合流制污水溢流(CSO)控制的9条原则值得国内城市思索:第一,下水道及雨污合流系统需得当运行并妥善维护;第二,收集系统的蓄水能力(在线调蓄能力)要最大化;第三,审核污水预处理要求,尽量减少溢流;第四,尽量将送入污水处理厂的溢流污水最大化,进行实时控制;第五,消除旱季污水溢流; 第六,去除CSO中的固体和漂浮物,即实施在线处理;第七,防止污染物进入下水道;第八,进行良好的公共宣传;第九,检测CSO的影响和控制效率。
  佘年表示,控制河污溢流,优先考虑低成本,可运用在线储存、实时控制和在线处理来完成。高成本的河流污水溢流控制主要有大型调蓄池和地下深层隧道。对于上海正计划建设的深隧,他表示,在系统优化都走过一遍后,如果还无法较理想地满足城市排放,那么就要出动深隧这样的大型调蓄设施。然而,芝加哥也正在建设大型调蓄池,大雨来临时仍无法非常理想地控制雨水。“调蓄池的作用是有限的,单凭调蓄池来解决内涝的想法还不成熟。”
  佘年强调,低影响开发的介质一定要规范化,这也是美国曾经历过的教训。据估算,海绵城市建设每平方公里的成本达11.5亿元人民币,在把大量雨水引入地下的同时,如何防止对地下水的污染,成为他目前最担心的问题。他表示,目前大家对海绵城市有一个很错误的假设——以为海绵城市可以削减面源污染。但事实上,如果操作不当,海绵城市建成后其本身也有可能释放污染。
  有城市在“海绵城市”改造中,种植景观绿化时所使用的肥料出现磷、氮超标,并随着雨水径流分别渗入了地下水、排到了市政管网,进入受纳水体成为新的面源污染。佘年表示,氮磷污染会使水质富营养化,然而目前国内外都没有较为理想的解决办法。“我们到现在还未充分了解 ‘海绵城市’,莫让它成为新的污染释放源。”佘年说。

  上市水务规划设计研究院副总工程师赵敏华:
  先渗透,后排水

  ■本报见习记者 舒抒

  上海市水务规划设计研究院副总工程师赵敏华认为,上海老城区要进行海绵城市的低影响开发(LID)改造存在难度。LID改造的核心是利用景观空间并采取相应措施控制暴雨径流,减少城镇面源污染,这个过程涉及千家万户。然而,由于旧区空间局促,现行方法之一是利用现有局部空间,采用断接技术,将外排雨水先接入高于地面的花坛,进行雨水滞留和净化,再溢流外排。雨水这样“一进一出”的过程,就像海绵吸水又放水那样,使老城区地下变得“处处是海绵”。
  上海中心城区范围内的11座初期雨水调蓄设施,在初期雨水面源污染控制方面发挥了很大的作用。不过赵敏华认为,建造之前,必须先搞清楚建调蓄设施的目的究竟是什么。他认为,对上海来说,建设调蓄池的首要目的是排水防涝,缓解城市内涝,而非像北方那样,以积聚雨水为首要需求。
  “但是,雨水并非排得越快越好。”赵敏华说,河道、天然河网应该承担10%以上蓄水作用。此外,农村土地、低洼地都能有蓄水功能。然而,现在上海中心城区只能蓄3%不到的雨水,加之市区土地硬化,雨水容易汇流,但难以渗透到地下。“事实上,真正适用于上海的排涝方式应该是‘先渗透,后排水’。”
  然而,现在上海面临着整个雨水调蓄的控制何时启动、如何与河道接通的重要问题。譬如今年汛期上海遭遇多场暴雨,即使是给排水专业的“牛校”同济大学,也经历了校园“水漫同济”的窘境。问题究竟出在哪里?
  赵敏华为同济大学主校区把了把“脉”。经地形高程分析,主校区一小半校园面积都在海拔3.3米以下,而大部分绿化都高于地面。由于校园地面偏低,周围地势又偏高,因此,“并非同济本身水多,而是周围的水倒灌进了校园,并且还排不出去”,最终导致了“万人看海”的状况。
  像同济这样的例子还不少。赵敏华表示,上海当前在给排水领域面临着除了污水减排还要提高排水、排涝标准的压力。但他强调,“减排”和“提标”在实际操作中必须要分开进行,要时刻牢记海绵城市的“真功夫”在地下,必须一层一层渗透下去、挖下去才切实可行。
  “调蓄池是人为沉积雨水的手段,无法渗透和净化雨水。相反,绿地却具备了沉积、渗透、净化三大对建设‘海绵城市’最为重要的功能。”赵敏华表示,像同济主校区这样易积水区域,完全可以将草坪下挖,使其低于地表。
  他表示,对于短时内“实在排不出去的水”,才需要依靠调蓄池乃至地下深层隧道。目前设想是,利用苏州河、新泾港、淀浦河、桃浦河、走马塘等河道及部分道路的地下空间,规划60米深层调蓄管廊系统,实现减排和提标。
  “城市排水工程往往牵一发而动全身。”赵敏华表示,上海地上土地、地下空间都很紧张,因而需要建设比轨交隧道挖得更深的调蓄隧道。不过,他认为必须将自然方法放在首位,“积水本身不是问题,积水不退才是问题。”积水在下挖绿地、透水地面中得到控制,才是上海排涝的首选出路。