地面沉降？城市內澇？海綿城市來解決這些問題

出品：科普中國

製作：楊宗良 馮華

監製：中國科學院計算機網路信息中心

隨著經濟飛速發展，城市開發步伐迅速，我們遇到的問題也越來越多——空氣污染、城市內澇、地面沉降等隱患都在困擾著城市中的每一個人。

自20世紀60年代以來，隨著地下水開採量的不斷增加，北京市地面沉降不斷加劇，京津冀地區儼然成為世界上最大的地下水降落漏斗，發生地面沉降的面積達到7萬平方公里。最新的遙感監測顯示，北京局部地區的沉降中心速率達到11厘米/年。

不僅是地面沉降問題使得滿城人心惶惶，夏季來臨，頻發的暴雨帶來的城市內澇問題更是令人神經緊繃。俗話說下水道是一座城的良心，平日光鮮亮麗的大城市卻總在大雨時節受到「良心的拷問」。

可見，城市發展問題已然成為社會進步的路障，如何緩解因地下水過度開採導致的地面沉降問題，如何處理城市內澇並補充地下水，值得我們仔細探究。

超采地下水導致地面沉降

2002年發射的GRACE重力衛星，由兩顆低軌衛星組成，它就像「一桿秤」，當衛星飛過重力異常區域時，K波段微波測距系統通過測量兩顆衛星間的距離和距離變化率來「秤」出地球質量的變化。通過檢測得知，在華北平原，這種地球質量的變化主要是由於地下水消耗引起的。

圖片來源網路

過度開採會造成地下水位下降嚴重，使得水位下降造成的空隙很難在短期時間裡得到恢復，進而使得上覆地層的重量只能作用在含水介質所構成的骨架上，換言之，由於地下水的開採造成原來一個穩定的受力平衡得到破壞，為了得到新的平衡地面就產生了相應的能量輸出，即地面沉降。

地面沉降嚴重威脅地表建築、地下管線、高鐵運行和防洪等城市安全，緩慢的地面沉降常常不被大家發現，只有當局部不均勻沉降問題比較突出，並誘發地裂縫等次生災害、對房屋、道路等造成明顯的破壞時，我們才會直接感受到它的存在。

夏季「城市看海」形勢嚴峻

城市的開發建設有著大量的不透水屋面和地面，隨著城市化進程加深，能夠吸收雨水的地面和水面急劇減少，加之許多老城排水系統並不完善，從而導致了內澇威脅。

圖片來源網路

為了緩解內澇災害，許多城市都進行了排水管道改造，但是依然存在不堪重負、內澇頻發的現象。顯然，傳統的改造方式並不能適應大時代發展的節奏，或許是時候將人類「改變」自然的思維轉化為「遵循」自然，環境友好的生存方式才是長久之計。

2012年，在低碳城市與區域發展科技論壇中，一個全新的建設理念首次進入人們的視野：建設「海綿城市」。

「海綿城市」為何物？

「海綿城市」的國際通用術語為「低影響開發雨水系統構建」，是新一代城市雨洪管理概念，指的是城市像海綿一樣，遇到有降雨時能夠就地或者就近「吸收、存蓄、滲透、凈化」徑流雨水，補充地下水、調節水循環，在乾旱缺水時有條件將蓄存的水「釋放」出來並加以利用，從而讓水在城市中的遷移活動更加「自然」。

也就是說，海綿城市的核心設計理念就是「就地解決」，區別於傳統的將水轉移至他處的治水思路。

海綿城市水循環圖解（來源網路）

這一種全新的循環式處理視角很快得到了政府與專家的重視，2013年習近平總書記在《中央城鎮化工作會議》的講話中強調優先考慮建設海綿城市來解決城市內澇問題；2014年財政部、住房城鄉建設部、水利部決定開展中央財政支持海綿城市建設試點工作；2015年10月，國務院辦公廳印發《關於推進海綿城市建設的指導意見》，部署推進海綿城市建設工作。

海綿城市與城市發展問題

如前文所述，傳統解決思路中，我們以別處水源進行地下水填充來解決地面沉降問題，以加修管道解決城市內澇問題，但是地球資源畢竟有限，一味地填充與增補並不是長遠之法，那麼提高地表徑流的利用率該是轉變思路解決問題的當務之急。

在原始自然條件下，大部分雨水由地面吸收並滲入地下，然後由地表蒸發再回歸大氣，多餘的部分則從地表彙集形成溪流匯入江河湖海，但是城市的開發建設使得雨水無法滲入地下，阻斷雨水循環，也破壞了地下水的有效收集。

傳統模式與海綿城市地表徑流收集示意圖（來源網路）

海綿城市強調優先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等「綠色」措施來組織排放徑流雨水，以「慢排緩釋」和「源頭分散」控制為主要規劃設計理念，其實是一種「全局式」的水循環概念，這就要求我們在進行城市建設的同時，充分利用大自然水循環的特點，實現人與自然和諧共處的理想局面。

建設海綿城市，可有效提高地表徑流回收率與利用率，之前造成城市內澇的地表徑流能夠通過「海綿」下滲，從而填補地下水空缺，進而使超采地下水造成的地面沉降得到一定緩解，有利於修復城市水生態環境與城市整體結構，給城市帶來綜合生態環境效益的同時也給百姓的公共出行和休閑生活帶來極大便利。

建設「海綿城市」道阻且長

儘管政府部門對於海綿城市的建設給予了高度的關注和大力支持，但是改變長期超采帶來的地面沉降並沒有那麼簡單。作為一個長遠的治本之策，海綿城市的建設涉及大量的改建工程和較長的工期，是一個由點、線、面諸多方面共同構成的龐大系統工程，不可能一蹴而就。

中國科學院大氣物理研究所「千人計劃」研究員楊宗良認為，海綿城市的建設仍舊面臨著諸多障礙，也是城市建設過程中經濟利益與自然生態之間的權衡，必須基於環境因素、經濟和社會因素等多方面的考慮進行系統化的城市規劃，所以說海綿城市的建設還有很長的路要走。

其實，「海綿城市」從理念到實踐的過程也是蜿蜒曲折的。但是在我國政府的高瞻遠矚下，現在已經有廈門、鎮江、嘉興等30個城市進入了試點建設過程中，國務院也在2015年就下達了「大力建設海綿城市，提高城鎮化質量」的要求。相信在不久的將來，我們的城市將不受重重問題的困擾，真的能夠像海綿一樣——自由呼吸。

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