浅析海绵城市建设的现状及发展趋势_开题报告

一、文献综述

（一）课题的研究背景和意义

1 课题研究背景

    水是生命之源，地球上水的覆盖率虽然高达71%，但是人类真正能够利用的淡水资源却是极其有限，主要包括江河湖泊及部分地下水资源，仅占地球总水量的0.26%。中国地域辽阔，地形复杂，大陆性季风气候非常显著，形成了水资源地区分布不均匀的特点。人均水资源量仅占世界平均水平的1/4[1]，是全球人均水资源最贫乏的国家之一，同时又是世界上用水量最多的国家。

    在水资源日益短缺的情况下，随着城市化建设的进程不断加快，城市人口数量的不断增加，城市的用水量需求也在不断上涨[2]。与此同时，水体受污染范围逐年扩大，但由于水污染控制的滞后性，加剧了水资源短缺的问题。这已经成为制约城市可持续发展的重要因素。

    如何解决城市水资源短缺的问题已经刻不容缓。

    雨水作为地球水循环不可缺少的一部分，是几乎所有的远离河流的陆生植物补给淡水的惟一方法，是人类生活中最重要且自然可再生的淡水资源。中国陆地面积面积960万平方公里，多年平均年降水总量约6万亿立方米，折合年降水深为628毫米，比亚洲平均年降水深少114毫米，且存在地区降水分布不均匀的特点。

    另外，中国是世界上多暴雨的国家之一，降水的年际变化和季节变化大，一般年份雨季集中在七、八两个月。 由于城市温度高，上升气流多，雨水多，形成了典型的“雨岛效应”，使得城区的年降雨量比农村地区高5%~10%。同时，城市地势低，地表多覆盖了隔水层，不透水且下水道建设不完善，城市预防及应对灾害的能力不足，机械排水的能力不足导致夏天成了很多城市发生严重洪涝灾害的季节。洪涝灾害会造成地面严重积水，减少地表降雨入渗量，使得地下水得不到有效补充，严重干扰了自然水文循环。

    因此，城市既要解决水资源短缺的问题，又要兼顾季节性防洪排涝。

    城市雨水的收集与利用是一项绿色环保型工程，轻污染，减缓了城市水资源紧缺现象，减少了防洪投资和洪灾损失，有效改善城市自然生态系统。

    为了实现城市水资源的可持续利用，使雨水利用资源化，2012年4月，在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中，“海绵城市”的概念首次提出。

    2013年12月12日，习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中强调：“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”。

    海绵城市，即城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。逐步改善并恢复城市的自然生态平衡，提升城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生[5]。

2 课题研究意义

城市雨水收集与利用为水资源的长期可持续发展提供了一个有效途径。

雨水污染轻，方便蓄存，经过简单的处理便可以作为景观用水、绿化用水、工业冷却水及生活杂用水等纯净度要求不高的水源。

充分合理地利用雨水资源，能够节约水源、补给城市的生态水量，也能减轻城市排水设施的负担，回补地下水源。不仅可以缓解部分城市的水资源短缺问题，还能减少城市水土流失和水涝现象，保证城市防洪安全，改善生态环境 , 充分实现水资源的可持续利用。

    通过对雨水的收集利用和水资源持续发展的不断地研究，争取用较短的时间带动整个城市雨水利用技术的发展，实现城市雨水利用的标准化和产业化，在节省巨额的市政投资、减少政府财政支出及居民用水开支的同时，能够推动形成产业链，在促进经济增长、吸纳就业、促进小城镇建设等方面发挥积极作用。作为新的经济增长点，产生更多的经济效益、社会效益和生态效益，创造更加绿色更加健康的城市环境。

    海绵城市与传统城市在开发模式上最根本的差别在于理念上的差别和建设模式上的不同。

    传统城市的雨水管理就是“快排”，即通过雨水的收集不经处理直接排放到水体，最终随着河流流走。

    海绵城市的核心理念则是多目标控制，强调源头减排与末端控制相结合，在小区、道路、绿地、广场等场地内通过分散式的小型生态设施如下沉式绿地、透水路面、雨水花园、湿地、渗井等多种手段和措施将雨水截留、存储、下渗或者加以利用，与管渠系统、雨水调蓄等设施共同构建新型雨水管理系统。如同将城市建设得像一块大的“海绵”，在下雨的时候，城市能够将雨水存储在“海绵” 体内，需要时，城市又能够像“海绵”一样将之前吸收存储的雨水释放出来。通过这“一吸一放”的过程，减少雨水排放，减少径流雨水对水环境的负荷，节约水资源，缓解城市内涝，改善城市生态[8]。

图1海绵城市与传统城市在开发模式上最根本的差别[16]

（二）课题国内外研究进展

1 课题国外研究进展

    目前，世界上许多国家都在利用收集的雨水解决人们生活用水和城市用水问题。

1.1 德国的雨水利用

    德国是欧洲开展雨水利用工程最好的国家之一，其雨水利用技术已经进入标准化和产业化阶段。德国的城市雨水利用方式有 3 种：

    （1）屋面雨水集蓄系统。集下来的雨水经简单处理，使其达到杂用水水质标准，主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水。

    （2）雨水截污与渗透系统。道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨水管道口均设有截污挂篮 , 以拦截雨水径流携带的污染物。 

    （3）生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道建有渗透浅沟 , 表面植有草皮 , 供雨水径流流过时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨水池或人工湿地 , 作为水景或继续下渗。

    另外 , 德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规 , 对雨水利用给予支持[12]。

1.2 日本的雨水利用

    日本注重修建蓄积雨水的工程设施，这些设施不仅控制了汛期多余的雨洪径流，又减少了排水设施，同时也缓解了城市水资源的供需矛盾。主要包括：

    （1）地下建筑部分：日本于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池，充分利用地下空间，将蓄积的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。

    （2）地上建筑部分：在调洪池内修建运动场，雨季用来蓄洪，平时用作运动场。发展建设各种雨水入渗设施，包括渗井、渗沟、渗池等，占地面积小，可因地制宜的修建在楼前屋后。将雨水收集的理念应用于城市建筑设计上，将收集到的雨水用于消防、植树、洗车、冲厕、冷却塔补给等，部分雨水经处理后供居民引用[11]。

1.3 其他国家的雨水利用

    例如美国的地下隧道蓄水系统、地下回灌系统及屋顶蓄水和由入渗池、井草地、透水地面组成的地表回灌系统，强制“就地滞洪蓄水”。

    英国伦敦的世纪圆顶是欧洲最大的建筑物内的水循环设施，由于储存容积有限，多余的雨水排入泰晤士河。收集的雨水在芦苇床中处理，同时也增加城市的景观多样性。

    丹麦将收集自屋顶的雨水储存于贮水池内经过滤使用，完全能够满足日常冲洗厕所及洗衣服所需的生活用水，相当于居民用水量的22%。

    澳大利亚在很多新开发居民点附近的停车场、人行道上铺设透水砖，并在地下修建蓄水管网，雨水收集后，经过三级过滤沉淀处理，作为工业用水直接利用[12]。

    综上所诉，国外发达国家城市的雨水利用主要经验是1）制定一系列有效的雨水利用法律法规及政策；2）建立完善的屋顶蓄水、地表及地下回灌系统；3）收集到的雨水经处理主要用于生活杂用水及工业生产用水。

    国外城市的雨水利用技术日趋成熟，取得了较好的经济效益和环境效益。根据我国的水资源现状、城市发展环境，通过借鉴国外发达国家的雨水利用经验，加强研究适用本国的雨水利用技术并大力推广，以求缓解我国水资源的供需矛盾。

2 课题国内研究进展

    我国城市雨水利用虽具有悠久的历史，而真正意义上的城市雨水利用的研究与应用却从20世纪80年代开始，并于90年代发展起来。但总的来说技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律、法规保障体系。20世纪90年代以后，我国特大城市的一些建筑物已建有雨水收集系统，但是没有处理和回用系统。目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。

    城市雨水的利用不仅仅是狭义的利用雨水资源和节约用水，它还包括减缓城区雨水洪涝和地下水位的下降，控制雨水径流污染、改善城市生态环境等广泛的意义。因此，城市雨水利用是一种多目标的综合性技术[12]。

    “海绵城市”概念首次提出以后，出台“关于推进海绵城市建设的指导意见”指出，采用渗、滞、蓄、净、用、排等措施，将70%的降雨就地消纳和利用[6]。

    2014年12月31日，根据习近平总书记关于“加强海绵城市建设”的讲话精神和近 期中央经济工作会要求，财政部、住房城乡建设部、水利部决定开展中央财政支持海绵城市建设试点工作。

    2017年3月5日中华人民共和国第十二届全国人民代表大会第五次会议上，李克强总理政府工作报告中提到：统筹城市地上地下建设，再开工建设城市地下综合管廊2000公里以上，启动消除城区重点易涝区段三年行动，推进海绵城市建设，使城市既有“面子”，更有“里子”[7]。明确了海绵城市的发展方向，让海绵城市建设不仅仅限于试点城市，而是所有城市都应该重视这项“里子工程”。

2.1 海绵城市——低影响开发雨水系统建设基本原则

    （1）规划引领：先规划后建设，将海绵城市建设、低影响开发雨水系统构建的内容落实到城市各层级、各相关专业规划以及后续的建设程序中。

    （2）生态优先：优先保护水生态敏感区，利用自然排水系统与低影响开发设施，维护城市良好的生态功能。

    （3）安全为重：以人民生命财产安全和社会经济安全为重，消除安全隐患，增强防灾减灾能力，保障城市水安全。

    （4）因地制宜：根据地方特点，合理制定目标，科学规划布局。

    （5）统筹建设：结合城市总体规划，严格落实要求，低影响开发设施应与建设项目的主体工程同时规划设计、同时施工、同时投入使用[16]。

2.2 海绵城市——低影响开发雨水系统构建途径

    海绵城市——低影响开发雨水系统构建需统筹协调城市开发建设各个环节。

    （1）规划阶段：应遵循低影响开发理念，明确低影响开发控制目标，结合开发区及项目特点确定相应规划指标，落实设施建设的主要内容。

    （2）设计阶段：不同设施及其组合的平面与竖向设计应科学合理、统筹兼顾，对各类设计方案进行技术经济分析和比较，及时优化，建设低影响开发设施，构建低影响开发雨水系统。

    （3）运行维护阶段：建成后应明确维护管理责任单位，落实设施管理人员，细化日常维护管理内容，确保低影响开发设施运行正常[16]。

图1 海绵城市——低影响开发雨水系统构建途径示意图[16]

2.3 雨水收集利用主要方式

2.3.1 雨水的收集存储

    雨水收集的方式多种多样，其收集的效率会随着收集面材质、气象条件 ( 日照、温湿度等 ) 以及降雨时间的长短等因素而有所差异。

2.3.1.1 地上部分

    （1）若建筑物屋顶未硬化且屋顶坡度较小，则可采用绿色屋顶模式，绿色屋顶在滞留雨水的同时还起到节能减排、缓解热岛效应的功效。

    （2）若建筑屋顶硬化，宜采取宜采取雨落管断接或设置集水井等方式将屋面雨水断接并引入周边绿地、透水路面或通过植草沟、雨水管渠将雨水引入场地内的集中调蓄设施。

    （3）若地面是城市主干道，可采用透水沥青路面或透水水泥混凝土路面，优化道路横坡坡向、路面与道路绿化带及周边绿地的竖向关系，做好防渗措施等。可结合道路绿化带和道路红线外绿地优先设计下沉式绿地、生物滞留带、雨水湿地等。

    （4）若是地面硬化的庭院、广场、人行道等，应该首先选用透水材料铺装或建设汇流设施 , 将雨水引入周边绿地内或储水设施中。

    （5）城市绿地植物宜根据水分条件、径流雨水水质等进行选择，宜选择耐盐、耐淹、耐污等能力较强的乡土植物。保护并合理利用场地内原有的湿地、坑塘、沟渠等城市自然水体。有景观水体的小区，景观水体宜具备雨水调蓄功能。通过雨水湿地、湿塘等集中调蓄设施，在消纳自身及周边区域径流雨水后，可设计溢流排放系统与城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统有效衔接。

    （6）设置地上封闭式调蓄池，适用于单体建筑雨水的集蓄，具有雨水管渠易接入和管理方便的特点，但占地面积大。

    （7）设置地上开敞式调蓄池，充分利用自然条件、景观和净化相结合，生态效果好，适用于开阔地带雨水的储存。

2.3.1.2 地下部分

    （1）设置地下封闭式调蓄池，主要用于小区或建筑群雨水的存储，具有节省占地和雨水管渠容易接入的特点，需要做好防渗和防溢流措施。

    （2）设置蓄存排放系统即雨水截污与渗透系统，道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。

    （3）尽量限制地下空间的过度开发，为雨水回补地下水提供渗透路径[18]。

2.3.2 雨水的处理

    与一般的水处理过程相似，唯一区别是雨水的水质比一般回收水的水质好，污染程度轻，pH呈中性，含盐量很少，硬度很低，无需进行软化，初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂，是最大的问题所在。

    简单的处理方法即经砂砾石层等过滤，严格的处理方法包括湿地生态处理、砂滤、膜过滤、紫外线消毒等，以确保雨水使用的安全性。

    一般程序：集水→筛选（筛网槽）→沉淀（两个沉淀槽）→砂滤→停留槽→消毒（视情况而定）→处理水槽（供水槽）。

    沉淀槽下方则设有清洗排泥管 , 用来方便槽底淤泥的清洗排除 , 维持沉淀槽的循环使用。

2.3.3 雨水的利用

    （1）通过屋面收集的雨水主要会用于家庭、公共场所和企事业单位的非饮用水，如浇灌、冲洗厕所、洗衣洗车、冷却循环等。

    （2）通过城市道路路面、广场、停车场等收集的雨水，只要修建简单的雨水收集和存储工程，即可用于城市清洁、绿地灌溉、维持城市水景等。

    （3）通过城市绿地收集的雨水，经绿地蓄渗、补充消耗的土壤水分后，多余的雨水流入集蓄水池，既可用来灌溉绿地，也可作为城市清洁用水。

    雨水在未经过妥善处理前（如消毒等），一般建议用于替代不与人体接触的用水（如卫生用水、浇灌花木等）为主。也可将所收集下来的雨水，经简单处理与储存的过程后，用水泵将雨水提升至顶楼的水塔，供厕所的冲洗使用。还可作为其他用水，如空调冷却水，消防用水、洗车用水、园林绿化用水、景观用水和道路清洗用水等。此外，收集的雨水也可以经消毒处理后供居民饮用。

    按照不同的需求对收集的雨水进行针对性且有效的处理后使其达到符合设计使用标准。总体说来，冲厕、洗车、灌溉等市政与生活杂用应符合城市杂用水水质标准。回用于景观用水水质应符合景观环境用水水质标准。食用作物、蔬菜浇灌用水还应符合农田灌溉水质标准要求。用于空调冷却水、采暖系统补水等其他用途时，其水质应达到空调用水及冷却水水质标准。

    雨水就地吸纳利用，不仅节约了自来水用水量，缓解了城市水资源短缺，而且雨水不进入城市雨水管网，减轻了城市防洪排水和处理系统的负荷[19]。

（三）课题研究存在的问题分析

    虽然国家高度重视海绵城市建设，海绵城市的指导思想适用于任何地区和城市，但很多持有传统观念的地区仍然存在诸多认识问题，片面地认为少雨地区没有必要建设海绵城市，雨量充沛而又不缺水的南方城市不需要海绵城市，高强度开发的东部城市由于用地空间太小无法做海绵城市等等。

    高碳排放、高污染、粗放型的雨水排放模式已经难以为继，从长期来看，我国城市雨水系统建设模式必然向海绵城市-低影响开发雨水系统建设模式转变。

    但是从一些雨水管理领先国家的推进经验来看，这一转变和新体系的建立绝非一蹴而就的事，是一个长期而艰巨的系统工程，必须在管理理念、政策机制方面有重大突破，必须建立系统的基础理论、工程技术体系、专业人才队伍和培育新型的产业等等，期望短期内快速见效恐欲速而不达[21]。

    “海绵城市并不是一天就建成的，海绵城市可能需要5年、10年，甚至更长时间才能解决。我们也不能因为这次水淹了，就说海绵城市的试点失败了。这些海绵城市试点，都有一定的示范作用。但是，这个示范意义大多是局部性的。生态水利和国土海绵系统建设是根本出路。”俞孔坚说。

    我国雨水收集利用还处于初级阶段，没有形成系统化、标准化的规模，存在集蓄和利用脱节、资源利用率低等问题。

    另外政府引导性不强，相关法律法规不够完善，且缺乏有效的公众参与机制，因眼球效应而走红的所谓地标建筑与标志性工程的影响力要远远高于普通城市建设。无法最大限度的发挥公众的监督、建议、管理维护等重要作用。

    最重要的是构建海绵城市——低影响开发雨水系统社会效益显著，但前期设计建设成本高，资金需求量大，而且由于目前我国水价偏低，从经济效益来看，缺乏稳定收益回报，目前还没有特别成功和完善的模式。

    如何编制具有强指导性、实施性的专项规划，大量项目的具体设计招投标、施工建设，推行PPP模式，质量监督和保障，评估验收准备等安排，都是各城市尽快推进和落实海绵城市建设工作的焦点和难点[21]。

（四）拟解决的方案

    海绵城市——低影响开发雨水系统是一项系统工程，是一套完整的雨水收集、处理与应用系统。其中涉及到城市规划、环保、给排水、水利、园林景观、建筑、道路等许多行业和专业。因此，如何良好有序地建设海绵城市，需要各行业、各专业和各政府部门取得共识，通力合作，在建设中协调好各组织之间的关系，建立高效的保障机制，提高海绵城市建设管理的系统性和综合性。

    因此，在海绵城市建设中，首要任务是建立多部门统筹协调机制和高效权威的统一指挥机制。政府主管部门应起到主导作用，成立工作领导，加强顶层设计，统筹这项工作[15]。

    （1）前期调查研究，制定多目标控制方案

    不同城市或同一城市的不同区域的雨水年径流总量具有显著差异，规划前期应做好相关方面的调查研究工作，包括地形地貌、水文地质、降雨规律、水环境与水资源状况等。从中罗列出各城市或区域存在的问题及其真正的建设需求。才能合理分析关键问题，制定多目标控制系统方案。

    （2）系统分类、科学编制及严格实施规划

    先对具有复杂多样性的海绵城市建设项目进行细致分类，例如示范区内与示范区外，建成区与待建区，新建城区与老旧城区，建筑小区、道路、绿地广场、河湖水系、管网改造等工程类项目和能力建设、信息平台建设、技术规范标准编制等非工程类项目，根据不同的分类编制总体及详细的规划方案，再把方案设计具体到每一条道路，每一栋建筑，每一块绿地，每一条河流，制定相应的技术路线[8]。

    将海绵城市建设要求作为城市规划许可和项目建设的前置条件，在施工图审查、施工许可、竣工验收等环节严格把关。将雨水年径流总量控制率作为城市规划的刚性控制指标，建立区域雨水排放管理制度。

    （3）统筹推进海绵城市及相关基础设施建设

    全面落实海绵城市建设要求，提倡生态优先，加强对城市坑塘、河湖、湿地等水体的保护与生态修复，推广海绵型公园和绿地，消纳自身雨水，并为蓄滞周边区域雨水提供空间。

    在保证城市道路、绿地原有功能的基础上，以解决城市内涝、雨水收集利用、黑臭水体治理为突破口，推进区域整体治理。建立工程项目储备制度，避免大拆大建，老城区要结合棚户区和城乡危房改造，以求实现老旧小区有机更新。同时城市新区要推广海绵型建筑与小区、海绵型道路与广场，推进城市排水防涝设施建设和易涝点改造，实施雨污分流，科学布局建设雨水调蓄设施[18]。

    （4）完善标准规范、配套机制及保障措施

    海绵城市建设不仅要完善规划建设，更要保证后期维护管理。

    借鉴国外发达国家的成功经验，加强研究和制定适应中国实际的政策、法规、技术规程、技术标准以及后期的监管、激励制度，形成从国家到地方的自上而下的法律、条例、政策体系，鼓励海绵城市开发建设工程和技术的研发、示范和推广。

    加大政府投入，同时成立专项机构，全面把握各职能类别，做到优化配置，细化责任，信息化科学管理。采取相应的公众教育与意识提高的方法，使公众自愿地投入到海绵城市建设中，并获取相应的回报。

    此外，强调积极引入社会资本，创新融资渠道和投资方式，鼓励技术企业与金融资本结合，创新建设运营机制，促进海绵城市开发建设的产业化发展。

    （5）及时总结经验教训，妥善解决存在问题

    海绵城市试点建设已开展一段时间，对于其中的成功经验应及时总结， 对于存在的问题要提出有效的应对方案， 要及时纠正认识和建设中的误区， 避免过度工程化、盲从化、雷同化和景观化， 避免为了海绵而建设零星水体和湿地， 避免对水生态系统造成新的破坏[20]。

    《关于推进海绵城市建设的指导意见》指出，建设海绵城市，统筹发挥自然生态功能和人工干预功能，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式，有利于修复城市水生态、涵养水资源，增强城市防涝能力，扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化质量，促进人与自然和谐发展。

    总体来说，为了维持良好的水环境，实现城市水资源的可持续利用，不仅要制定严格的法律、法规和规定，在对污水进行治理的同时对雨水进行收集利用。还要投入大量的人力物力进行技术研究应用与推广，使资源利用与城市景观和环境改善融为一体。最终从规划、设计到应用，形成了比较成熟和完整的雨水收集、处理、控制和渗透技术以及配套的法规和管理体系，逐步形成雨水利用产业的一体化。

二、^范文提纲

1 绪论

1.1 建设背景和研究意义

1.1.1 建设背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1国外研究现状的综述

1.2.2国内研究现状的综述

2海绵城市建设

2.1 城市雨水收集利用

2.1.1 雨水的收集

2.1.2 雨水的处理

2.1.3 雨水的利用

2.2海绵城市与低影响开发雨水系统

2.2.1 基本概念

2.2.2 系统构建

2.2.3 典型案例

3 发展现状及存在的问题

4 预期结果及解决对策

5 结论

6 参考文献

7 致谢

三、参考文献

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