地面沉降？城市内涝？海绵城市来解决这些问题

出品：科普中国

制作：杨宗良冯华

监制：中国科学院计算机网络信息中心

随着经济飞速发展，城市开发步伐迅速，我们遇到的问题也越来越多——空气污染、城市内涝、地面沉降等隐患都在困扰着城市中的每一个人。

自20世纪60年代以来，随着地下水开采量的不断增加，北京市地面沉降不断加剧，京津冀地区俨然成为世界上最大的地下水降落漏斗，发生地面沉降的面积达到7万平方公里。最新的遥感监测显示，北京局部地区的沉降中心速率达到11厘米/年。

不仅是地面沉降问题使得满城人心惶惶，夏季来临，频发的暴雨带来的城市内涝问题更是令人神经紧绷。俗话说下水道是一座城的良心，平日光鲜亮丽的大城市却总在大雨时节受到“良心的拷问”。

可见，城市发展问题已然成为社会进步的路障，如何缓解因地下水过度开采导致的地面沉降问题，如何处理城市内涝并补充地下水，值得我们仔细探究。

超采地下水导致地面沉降

2002年发射的GRACE重力卫星，由两颗低轨卫星组成，它就像“一杆秤”，当卫星飞过重力异常区域时，K波段微波测距系统通过测量两颗卫星间的距离和距离变化率来“秤”出地球质量的变化。通过检测得知，在华北平原，这种地球质量的变化主要是由于地下水消耗引起的。

图片来源网络

过度开采会造成地下水位下降严重，使得水位下降造成的空隙很难在短期时间里得到恢复，进而使得上覆地层的重量只能作用在含水介质所构成的骨架上，换言之，由于地下水的开采造成原来一个稳定的受力平衡得到破坏，为了得到新的平衡地面就产生了相应的能量输出，即地面沉降。

地面沉降严重威胁地表建筑、地下管线、高铁运行和防洪等城市安全，缓慢的地面沉降常常不被大家发现，只有当局部不均匀沉降问题比较突出，并诱发地裂缝等次生灾害、对房屋、道路等造成明显的破坏时，我们才会直接感受到它的存在。

夏季“城市看海”形势严峻

城市的开发建设有着大量的不透水屋面和地面，随着城市化进程加深，能够吸收雨水的地面和水面急剧减少，加之许多老城排水系统并不完善，从而导致了内涝威胁。

图片来源网络

为了缓解内涝灾害，许多城市都进行了排水管道改造，但是依然存在不堪重负、内涝频发的现象。显然，传统的改造方式并不能适应大时代发展的节奏，或许是时候将人类“改变”自然的思维转化为“遵循”自然，环境友好的生存方式才是长久之计。

2012年，在低碳城市与区域发展科技论坛中，一个全新的建设理念首次进入人们的视野：建设“海绵城市”。

“海绵城市”为何物？

“海绵城市”的国际通用术语为“低影响开发雨水系统构建”，是新一代城市雨洪管理概念，指的是城市像海绵一样，遇到有降雨时能够就地或者就近“吸收、存蓄、渗透、净化”径流雨水，补充地下水、调节水循环，在干旱缺水时有条件将蓄存的水“释放”出来并加以利用，从而让水在城市中的迁移活动更加“自然”。

也就是说，海绵城市的核心设计理念就是“就地解决”，区别于传统的将水转移至他处的治水思路。

海绵城市水循环图解（来源网络）

这一种全新的循环式处理视角很快得到了政府与专家的重视，2013年习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中强调优先考虑建设海绵城市来解决城市内涝问题；2014年财政部、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；2015年10月，国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》，部署推进海绵城市建设工作。

海绵城市与城市发展问题

如前文所述，传统解决思路中，我们以别处水源进行地下水填充来解决地面沉降问题，以加修管道解决城市内涝问题，但是地球资源毕竟有限，一味地填充与增补并不是长远之法，那么提高地表径流的利用率该是转变思路解决问题的当务之急。

在原始自然条件下，大部分雨水由地面吸收并渗入地下，然后由地表蒸发再回归大气，多余的部分则从地表汇集形成溪流汇入江河湖海，但是城市的开发建设使得雨水无法渗入地下，阻断雨水循环，也破坏了地下水的有效收集。

传统模式与海绵城市地表径流收集示意图（来源网络）

海绵城市强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排放径流雨水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念，其实是一种“全局式”的水循环概念，这就要求我们在进行城市建设的同时，充分利用大自然水循环的特点，实现人与自然和谐共处的理想局面。

建设海绵城市，可有效提高地表径流回收率与利用率，之前造成城市内涝的地表径流能够通过“海绵”下渗，从而填补地下水空缺，进而使超采地下水造成的地面沉降得到一定缓解，有利于修复城市水生态环境与城市整体结构，给城市带来综合生态环境效益的同时也给百姓的公共出行和休闲生活带来极大便利。

建设“海绵城市”道阻且长

尽管政府部门对于海绵城市的建设给予了高度的关注和大力支持，但是改变长期超采带来的地面沉降并没有那么简单。作为一个长远的治本之策，海绵城市的建设涉及大量的改建工程和较长的工期，是一个由点、线、面诸多方面共同构成的庞大系统工程，不可能一蹴而就。

中国科学院大气物理研究所“千人计划”研究员杨宗良认为，海绵城市的建设仍旧面临着诸多障碍，也是城市建设过程中经济利益与自然生态之间的权衡，必须基于环境因素、经济和社会因素等多方面的考虑进行系统化的城市规划，所以说海绵城市的建设还有很长的路要走。

其实，“海绵城市”从理念到实践的过程也是蜿蜒曲折的。但是在我国政府的高瞻远瞩下，现在已经有厦门、镇江、嘉兴等30个城市进入了试点建设过程中，国务院也在2015年就下达了“大力建设海绵城市，提高城镇化质量”的要求。相信在不久的将来，我们的城市将不受重重问题的困扰，真的能够像海绵一样——自由呼吸。

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发表于 2017-05-31 00:00
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