2013年習近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上提出要建設“自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’”； 2014年11月，住建部發(fā)布《海綿城市建設技術指南》； 2015年1月，財政、住建、水利三部門聯(lián)合下發(fā)《關于組織申報2015年海綿城市建設試點城市的通知》； 2015年4月，武漢等16城市被列入“海綿城市”試點 ，海綿城市將是新型城鎮(zhèn)化的重要發(fā)展方向。海綿城市建設背景有以下四個方面：一、快速城市化；二、 城市雨島效應明顯 ；三、城市內(nèi)澇頻發(fā) ；四、傳統(tǒng)城市建設重經(jīng)濟社會功能，輕生態(tài)服務功能（重社會，輕生態(tài)）。

　　我國城鎮(zhèn)化水平在1949年僅為10.6%，1980年為19.4%，2014年達到54.77%；城鎮(zhèn)人口1949年只有5767萬，2014年全國城鎮(zhèn)常住人口為74916萬。近年來，每年城鎮(zhèn)人口凈增超過2000萬人，城鎮(zhèn)化處于高速發(fā)展階段。我國城市建成區(qū)迅速擴大，1981年為7438平方公里，2000年為22439平方公里，2011年已達43000平方公里，平均每年增加1800平方公里，大致相當于增加一個上海市建成區(qū)面積。中國大陸地區(qū)逐步發(fā)展形成了十大城市群和十幾個中小城市群，城市群的發(fā)展在帶來經(jīng)濟社會群聚紅利的同時，也造成水循環(huán)過程的畸變和區(qū)域性氣候演變，給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力，各類水問題日益凸顯。

　　觀測事實表明，近50年來，全國最大1d、3d雨量增減不明顯，但短歷時暴雨強度增加、極端降水日數(shù)也在增加，尤其是在城市及周邊地區(qū)，雨島效應更加明顯。城市雨島效應和下墊面產(chǎn)匯流過程畸變導致內(nèi)澇現(xiàn)象頻發(fā)。 2007-2013年，全國超過360個城市遭遇內(nèi)澇，其中六分之一單次內(nèi)澇淹水時間超過12小時，淹水深度超過半米，北京、廣州、濟南等城市甚至發(fā)生了造成人員傷亡的嚴重內(nèi)澇。建設部對351個城市的內(nèi)澇情況調研顯示: 213個城市發(fā)生過不同程度的積水內(nèi)澇，占調查城市62%，北京、上海、廣州、重慶、南京、杭州、武漢、西安等都出現(xiàn)過嚴重的內(nèi)澇災害。

　　傳統(tǒng)的城市建設理念偏重于經(jīng)濟和社會功能，強調“堅固耐用、經(jīng)濟美觀”，對生態(tài)環(huán)境和水源涵養(yǎng)功能的考慮不足，特別是對城市化的水文效應認識不足，造成一系列水、生態(tài)、環(huán)境問題。 例如： 對馬路和停車場等采用硬化方式，避免雨天帶來的泥濘問題； 對城市河道采用渠化方式，人為增加排水流速，縮減河道斷面，節(jié)省兩岸土地； 對城市河湖進行圍填侵占，增加建設用地等。

　　隨著城市化的發(fā)展，大型、特大型城市的人口密集程度日益提高，為了承載更多的經(jīng)濟總量和社會人口，許多湖泊洼地被開發(fā)利用。比如北京，市區(qū)水面比例由5％降低到2％左右，歷史上良好的水系和眾多的湖泊，現(xiàn)在只能在名字上體現(xiàn)：水碓子、葦子坑、葦子溝、南洼子、北洼子、將臺洼等。武漢近20年來南湖和東湖等水域變化也是“重社會、輕生態(tài)”城市化建設的一個縮影。

　　城市發(fā)展通常分為三個階段。初級階段為人口快速增加，重工業(yè)為主導，以馬路、高樓、工廠等灰色鋼筋混凝土為主基調，正像倫敦奧運會開幕式里的場景，煙筒林立，烏煙瘴氣。河湖受到污染和嚴重擠占?，F(xiàn)階段為強調人們對良好環(huán)境的需求，生態(tài)環(huán)境建設逐步強化，突出特征是草地、林地的增加和綠色基調的逐漸增強。河流湖泊等的保護開始受到重視，但限于治理黑臭等外觀。而未來階段則為人們貼近自然的歸屬感越來越強烈，建設以城市水系為中心的生態(tài)體系，形成“水清、岸綠、河暢、自然”的臨水宜居型城市，增強的藍色基調。城市河湖水系等“海綿體”的保護和恢復受到空前重視。

　　國外海綿城市的建設探索可追溯到19世紀，大規(guī)模的建設始于20世紀70年代。早在1852年，巴黎的城市排水系統(tǒng)就被納入建設規(guī)劃之中； 1859年，倫敦地下排水系統(tǒng)工程動工，1865年完工，全長2000公里。美國在1972年以前沒有內(nèi)澇防治體系，之后由于合流制的污染和城市內(nèi)澇等原因，開始規(guī)劃建設大排水系統(tǒng)。 澳大利亞在1974年沒有內(nèi)澇工程體系，由于1974年的大洪水等原因，1975年開始規(guī)劃建設城市內(nèi)澇體系； 日本東京于1992年開始建造“地下神廟”，歷時15年，耗資30億元，終于建成堪稱世界上最先進的下水道排水系統(tǒng)。

　　國家的設計理念主要是四個：美國的低影響開發(fā) (LID)：采用源頭削減、過程控制、末端處理的方法進行滲透、過濾、蓄存和滯留，防治內(nèi)澇災害；英國的可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)(SUDS)；澳大利亞的水敏感性城市設計(WSUD)；日本城市泄洪系統(tǒng)和雨水地下儲存系統(tǒng)。這是美國的低影響度開發(fā)。LID融合了經(jīng)濟、環(huán)境、發(fā)展等元素，是一種基于經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的設計策略。其目的是維持區(qū)域天然狀態(tài)下的水文機制，通過一系列的分布式措施創(chuàng)造與天然狀態(tài)下功能相當?shù)乃暮屯恋鼐坝^，減輕城市化地區(qū)水文過程畸變帶來的社會及生態(tài)環(huán)境負效應。LID 于20世紀90年代在美國馬里蘭州普潤斯·喬治縣提出，用于城市暴雨最優(yōu)化管理實踐（Best Managements Practices）。

　　這是低影響開發(fā)的主要措施。一個是保護和修復城市的天然河湖，劃定河湖藍線。立法禁止圍填河湖及天然濕地。對已渠化的河道進行生態(tài)修復。一個是修建生物滯留池( Bio-retention) 又稱雨水花園( Rain garden) ，或者生物入滲池( Bio-infiltration)。一般修建于流域上游，通過利用植物、微生物和土壤的化學、生物及物理特性進行污染物的移除，從而達到水量和水質調控目的。植被；有機覆蓋層；植物生長介質層。三是草地渠道。是一種狹長的渠道，對來自于停車場、人行道、街道以及其它不透水性表面的徑流進行過濾和入滲，與傳統(tǒng)渠道區(qū)別的是其表面鋪設有植被。

　　四是植被覆蓋又稱為綠色屋頂或者綠覆蓋，在不透水性建筑的頂層覆蓋一層植被，是由植被層、介質層、過濾層以及排水層等所構成的一個小型的排水系統(tǒng)。五是透水性路面。各國在應對城市雨澇問題時，都提出了各自新的設計理念。LID模式：由原來的單純排水轉換為下滲、蓄水、排澇、雨水利用雨污分流代替雨污合流制是一個緩慢過程，在城市規(guī)劃中應不斷改造舊城區(qū)合流制排水系統(tǒng)，采取截流合流制管道中的污水到新建污水管網(wǎng)中，以及新建雨水和污水管網(wǎng)的形式結合，逐步以實現(xiàn)從合流制到分流制排水的過渡。

　　其他國家的建設理念和措施與LID基本一致，只是側重點不同：英國的可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)(SUDS)側重“蓄、滯、滲”，提出了四種途徑“消化”雨水（儲水箱、滲水坑、蓄水池、人工濕地），減輕城市排水系統(tǒng)的壓力。澳大利亞的水敏感性城市設計(WSUD)側重“凈、用”，強調城市水循環(huán)過程的“擬自然設計”。日本城市泄洪系統(tǒng)和雨水地下儲存系統(tǒng)強調“滯”和“排”。

　　第三部分介紹一下海面型城市的主要任務。海面型城市的核心思想是“一片天對一片地”，實現(xiàn)立體多層次多功能分流分滯 在基本遵循自然產(chǎn)匯流規(guī)律的基礎上，城市建成后實現(xiàn)“一片天對一片地”，利用城市空間對降雨“化整為零”進行收集和儲存：就地滲排，構建分散立體多層次、多功能的分流分滯系統(tǒng)。

　　生態(tài)屋頂。對所有新建或可改造的房屋屋頂進行屋頂綠化(或微型菜園)，可有效儲和攔對應面積的雨水100-300毫米；建立空中儲水層；同時還可以有效削減城市的“熱島”效應，美化城市，改善空氣質量和減少環(huán)境污染。生態(tài)景觀。對所有新建或可改造的綠地進行改造，實現(xiàn)旱可高效補灌，澇可快速滲排?？捎行?、攔和收集對應面積的雨水150-400毫米。生態(tài)道路。對所有新建或可改造道路、硬化地面預埋排灌一體管，將道路和硬化形成的徑流經(jīng)沉沙及隔濾垃圾井后通過排灌管滲至地下，可有效儲、攔和收集對應面積雨水100-200毫米。生態(tài)水池。修訂地下消防水池國家標準，擴建地下消防水庫，利用自然湖泊或新建人工蓄水池進行錯峰調節(jié)，削減徑流峰值。生態(tài)廣場?？茖W合理的將城市新建或可改造的的廣場、小區(qū)活動中心廣場改成下陷式多功能廣場，汛期作為分洪儲水的人工景觀湖，少雨季節(jié)恢復廣場和活動中心，應對城市特大暴雨洪澇。

　　還有一方面重要的措施是強化滲透滯蓄。加大滲水路面、下凹式綠地、下凹式廣場建設比例，發(fā)揮對雨水的下滲、截流、滯蓄作用。利用地下空間滯蓄利用雨洪。在積水點多發(fā)、且對城市安全要求運行較高的地區(qū)分別建設地下滯蓄水涵，在城區(qū)下凹式立交橋區(qū)等建設的地下滯蓄利用空間。利用天然洼地等滯蓄雨洪。例如北京：結合西部地區(qū)山洪滯蓄要求，利用砂石坑建設西部蓄洪回補工程，新增雨洪水調蓄能力700萬方，調蓄雨洪水，實現(xiàn)自然回補涵養(yǎng)地下水源。

　　再有就是立體多層次多功能分流分滯。奧運中心區(qū)屋頂、地面和綠地全部建設雨水設施，年可收集雨水105萬立方米，20年一遇的暴雨全部蓄集園內(nèi)。這是第一項任務：海綿體的建設。城市海綿體：既包括河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等水系，也包括綠地、花園、可滲透路面這樣的城市配套設施海綿體的建設從點到到線到面。要有效的保護現(xiàn)有河湖海綿體，要全面修復受損海綿體，要大力構建城市新海綿體。這是點狀海綿體：蓄水池。在城市小區(qū)或公園里設置地下或半地下的雨水蓄積池，將小區(qū)屋頂?shù)挠晁⒒▓@地面的產(chǎn)流收集起來，用于無雨日的綠地灌溉。

　　線狀海綿體：河湖水系。首先是做好河湖海綿體的拓展。增加河流水系集蓄、滯留、承泄能力；在中下游建設生態(tài)緩沖帶，在入河口恢復灘/濕地。做好做好河湖海綿體的的連通。研究河湖連通的可能性及連通方案，提高城市水體流動性及調配靈活性。還有蓄洪區(qū)海綿功能開發(fā)以及海綿體整合。面狀海綿體。綠地及透水地面系統(tǒng)。

　　任務二是排水設施建設——多尺度排水系統(tǒng)構建。小尺度排水系統(tǒng)建設：針對常見雨情，源頭雨水控制，通過滲、蓄、滯策略排水。考慮城市用地布局、豎向設計和道路豎向設計對雨水綜合利用和排放。中尺度排水系統(tǒng)：針對城市洪澇標準內(nèi)雨情，通過中小河道、雨水管道、泵站提標改造、增設行泄通道、調蓄區(qū)、蓄澇區(qū)等策略，通過常規(guī)的雨水管渠系統(tǒng)收集排放。大尺度排水系統(tǒng)： 針對超常雨情，設計暴雨重現(xiàn)期一般為50-100年一遇，由隧道、綠地、水系、調蓄水池、道路等組成，通過地表排水通道或地下排水深隧，輸送極端暴雨徑流。

　　任務三是科學調度管理。在理清各部門職責的條件下，研究城市海綿體和排水系統(tǒng)聯(lián)合調度的可能性及分工，制定海綿體個體與群體之間、上下游及左右岸之間分散滯蓄、緩釋慢排的調度方案；研究通過海綿體滲、滯、蓄、凈、用、排實現(xiàn)城市生態(tài)補水的長效機制；最大限度的發(fā)揮海綿城市建設的防澇及生態(tài)補水功能。

　　最后說一下海綿城市建設的幾個關鍵問題。城市是水循環(huán)“二元”演化程度最深的地區(qū)，雨水系統(tǒng)，天然湖泊水系、濕地，坡面漫流、河口都是屬于自然水循環(huán)的；自來水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、污水再生水利用系統(tǒng)，屬于社會水循環(huán)。海綿型城市建設的最根本目標就是：要盡量減少社會水循環(huán)對自然水循環(huán)的沖擊。一方面，在水量上不要從自然水循環(huán)剝奪太多；另一方面，在水質上，污水別排得太多。要實現(xiàn)節(jié)水、治污、再生利用。維持二元水循環(huán)的平衡，讓水的生態(tài)功能，經(jīng)濟功能發(fā)揮到極致。

　　海綿型城市建設目前存在七個方面的關鍵問題，包括城市海綿體規(guī)劃技術；“滲、滯、蓄、凈、用、排”措施的布局及調度運用技術；城市排水系統(tǒng)規(guī)劃技術；城市排水規(guī)劃標準完善；設計方法改進；城市洪澇預警調度系統(tǒng)；海面城市建設目標的可達性分析。這是分布式城市水循環(huán)模型。分布式城市水循環(huán)模型，首先將城市劃分為不同的功能”斑塊”,在每個斑塊上進行“自然-社會”二元水循環(huán)過程模擬，然后將地表水文過程與地下管網(wǎng)的水動力學過程進行耦合，得到城市水循環(huán)的分布式模擬結果。在斑塊單元，模型能夠刻畫海綿城市的“滲、滯、蓄、凈、用”措施的效果，在管網(wǎng)水動力學模擬環(huán)節(jié)可以反映“排”的效果。

　　最后，城市快速發(fā)展改變了地表自然格局和城市上空的降水規(guī)律（雨島效應），造成水循環(huán)過程畸變。傳統(tǒng)城市建設重社會經(jīng)濟功能、輕生態(tài)涵養(yǎng)功能，在內(nèi)澇防治上片面強調“外排”，導致內(nèi)澇和缺水問題交替出現(xiàn)——“遇雨即澇、無雨則旱”。開展海綿城市建設，關鍵是要落實“一片天對一片地”的思想，將內(nèi)澇水“化整為零、變害為利”，在城市水文單元上實現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化！

　　王浩:中國水利水電科學研究院水資源研究所所長、中國工程院院士