水生态文明与海绵城市(动态PPT).ppt

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1、建筑与城乡规划学院城市规划1201班,二零一六年四月,报告人：苗杰,水生态文明与海绵城市建设,主要内容：、水 生 态 文 明 II、海 绵 城 市,一、水生态文明的基础认知,“生态（Eco-）”一词源于古希腊字，原意是指家（house）或我们的环境，现代涵义是指生物的生存状态，以及它们之间和与环境、人类之间的关系。,现代化的工业文明,生态与文明,“文明”源于拉丁文“Civis”，是指人类所创造的物质财富和精神财富的总和，也指社会发展到较高阶段表现出来的状态，涵盖了人与人、人与社会、人与自然之间的关系。,对生态文明基础认识,自然界的存在状态,人类社会的进步状态,人类文明中反映人类进步与自然存在和

2、谐程度的状态,1、水是生态系统控制性要素,水是水生生态系统的基本组成，其理化性质、动力条件决定着水生生态系统的状况。,2、对于文明的探讨,文明的时间纵向发展历程,渔猎文明,游牧文明,农业文明,工业文明,信息文明？,2、对于文明的探讨,文明的横向剖面结构,水的演变是生态演变及社会发展的重要驱动力，水生态文明建设是生态文明建设的重要组成部分。,水：生态系统与文明的关键性因子,走向消亡的世界大湖，中亚，咸海的演变,水要素与生态格局演变的实例,国内,国际,唐代,汉代,石羊河流域演化过程,史前时期,史前时期,汉代,唐代,清代,清代,唐代,汉代,石羊河流域演化过程,史前时期,清代,“引河及川谷以灌田”史记

3、移民实边，设置官田,“凉州最大，土沃物繁，而人富其地”读史方舆纪要,“河西十五卫，东起庄浪，西抵肃州，绵亘近两千里”明史争水纠纷频起,约7万,约13.7万,约40万,无人类活动,昔日的咸海，如今干涸的盆地,曾经活跃的渔船，如今 只能“驻足远望”,咸海的卫星图,过度取水截断径流来源、河流堰塞及污染，昔日世界第四大湖行将消亡,咸海过度取水带来的后果,咸海面积变化趋势,20世纪60年代,1999年,2004年,6.6万Km250m深,2.9万Km230m深,1.7万Km2不足20m深,15年内即将消失,-13-,“白风暴和盐沙暴频繁。农田盐碱化加剧河流污染严重。疾病大量增加生物物种锐减。,咸海水循环

4、通量降低导致生态格局演变,盐度增加6倍,沿岸儿童患病率增加20倍,生态文明的内涵与概念提出,可持续发展道路,国际,水生态文明是以水为载体的生态文明内容，体现在经济社会系统与水系统和谐状态。,对水生态文明认识,经济社会端,水系统端,水管理科学,水意识文明,调控途径,水生态文明建设要点,对水生态文明认识,对水生态文明认识,建设生态文明或者水生态文明并不是只要自然生态，不顾人类文明，而是要在现有基础上努力实现人与自然的“再平衡”，达到人与自然和谐，经济与生态协调发展的新平衡。包括：人类生产生活需求与生态系统服务供给能力的再平衡；社会经济发展与自然资源禀赋的再平衡；资源开发利用与环境保护的再平衡；国土

5、资源空间格局与产业布局的再平衡；受损和退化生态系统自然修复与重大生态工程的再平衡。,4、水生态文明建设内涵,水生态文明建设的七个层次,生态文明是人类文明发展的一个崭新阶段，是人、自然（水、土、气、生态等）、社会和谐发展而取得的物质与精神成果的总和。水生态文明重点关注“人-水-生态”的相互关系与协同进化。生态文明不是回到原始状态，而是在新的发展阶段塑造健康、和谐、高效的“新的生态平衡”。城市水生态文明是生态文明的“集中闪光点”，也是生态文明建设的重点和难点。海绵城市建设是城市水生态文明的具体实践形式。,小结,一、海绵城市建设背景二、国外海绵城市建设探索,II、海绵城市建设,快速城市化城市雨岛效应

6、明显城市内涝频发传统城市建设重经济社会功能，轻生态服务功能（重社会，轻生态）,一、海绵城市建设背景,一、海绵城市建设背景,1.快速城市化,10.关中城市群,8.中原城市群,1.长三角城市群,2.京津冀城市群,3.珠三角城市群,4.山东半岛城市群,5.川渝城市群,6.辽中南城市群,7.长江中游城市群,9.海峡西岸城市群,中国大陆地区逐步发展形成了十大城市群和十几个中小城市群,一、海绵城市建设背景,1.快速城市化,城市群的发展在带来经济社会群聚红利的同时，也造成水循环过程的畸变和区域性气候演变，给生态环境带来巨大压力，各类水问题日益凸显。,气候变化使得人类面临全球变暖、极端天气增多等方面挑战，导致

7、城市出现暴雨极值天气与极端干旱的概率增加。,一、海绵城市建设背景,2.城市雨岛效应明显,年最大1d、3d雨量全国增减不明显，但极值有所增加。北方均值明显减小南方极值明显加大，均值略升，Cv略减西部均值、极值明显加大，Cv略减,1d均值,1d均值,3d均值,3d极值,极端降水天数变化,观测事实表明，近50年来，全国最大1d、3d雨量增减不明显，但短历时暴雨强度增加、极端降水日数也在增加，尤其是在城市及周边地区，雨岛效应更加明显。,一、海绵城市建设背景,2.城市雨岛效应明显,城市雨岛效应,一、海绵城市建设背景,2.城市雨岛效应明显,观测事实表明，在市区及城市下风方的地区有降水量增多的现象。根据上海

8、汛期（59月）平均降水量分布图，最大降水量中心位于市区，向外逐渐减小，市中心的降水比郊区多约60mm。其他城市也观察到相同的结果。,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,城市雨岛效应和下垫面产汇流过程畸变导致内涝现象频发。2007-2015年，全国超过360个城市遭遇内涝，其中六分之一单次内涝淹水时间超过12小时，淹水深度超过半米，北京、广州、济南等城市甚至发生了造成人员伤亡的严重内涝。,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,2007年7月18日，济南市遭遇特大暴雨，市区平均雨量134毫米，致使南部城区形成了类似山洪性质的街巷洪水。市区积水1米以上的路段达51处，部分低洼地段最大积水深度达

9、4米，个别坡度较陡路段水流流速达3m/s以上，造成26人死亡。,路面积水淹没汽车,街道上急流起浪,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,2010年5月7日，广州特大暴雨，天河地区3小时降雨接近200毫米，远超排涝体系排涝能力，超过排涝标准的雨水全都往低洼地区汇集，造成低洼地区受淹，影响城区正常运行，导致6人死亡。,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,31,2012 年 7 月 21 日，北京遭遇1951年有气象记录以来最持久的一次强降雨，造成 79 人死亡，导致山洪暴发、京广铁路断运，京港高速最深积水达 6m，城区交通瘫痪、车辆被淹、供电中断等，160万人受灾。,一、海绵城市建设背景,3

10、.城市内涝频发,32,2013年9月11-13日，上海暴雨，近3年来首拉最高等级红色预警，地铁进水、小区积水、40多条道路积水超过50厘米、交通几乎瘫痪。,天然植被覆盖状况40蒸散发，25浅层入渗，25深层入渗，10地表径流,10-20%不透水面38蒸散发，21浅层入渗，21深层入渗，20地表径流,30-50%不透水面35蒸散发，20浅层入渗，15深层入渗，30地表径流,75-100%不透水面30蒸散发，10浅层入渗，5深层入渗，55地表径流,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,城市内涝频发的原因之一：城市化导致不透水面积增加,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,城市内涝频发的原因之三

11、：城市排水基础设施建设不足,浙江绍兴侵占河道建高楼,大多数城市排水基础设施建设严重滞后于城市化进程。我国70%以上的城市排水系统建设的设计暴雨重现期小于1年，90%老城区的重点区域甚至比规范规定的下限还要低，导致低洼地区的暴雨洪水积水严重积水。不仅如此，城市内排水系统（管网）与外排水系统（河道）衔接不协调，存在瓶颈、卡口、甚至“断头管”现象。例如北京丰草河河段排涝标准没有达到20年一遇，“7.21”洪水时导致河水顶托倒灌。,2012.7.21 莲花桥,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,城市内涝频发的原因之四：下凹式立交桥等设施增加,随着城市立体交通的发展，下凹式立交桥、深槽路段、地下通道

12、等易涝设施增多。这些设施往往处于城市交通的关键节点上，一旦出现内涝，极易出现交通系统的整体性瘫痪，严重影响城市正常运转。,北京90座下凹式立交桥采取“一桥一预案”，24小时监控，巡查人员、抢险车辆到位仍然解决不了积水问题,一、海绵城市建设背景,3.城市内涝频发,城市内涝频发的原因之五：城市排水设施维护管理不善,多数城市排水管网淤塞严重。马路清洁工经常把灰尘、垃圾等扫入排水的“雨篦子”，导致本来标准就偏低的雨水管网被淤塞70%-80%，直接影响排水效果。,雨水管被堵塞70%,雨水管被堵塞80%,一、海绵城市建设背景,4.重社会，轻生态,传统的城市建设理念偏重于经济和社会功能，强调“坚固耐用、经济

13、美观”，对生态环境和水源涵养功能的考虑不足，特别是对城市化的水文效应认识不足，造成一系列水、生态、环境问题。例如：对马路和停车场等采用硬化方式，避免雨天带来的泥泞问题；对城市河道采用渠化方式，人为增加排水流速，缩减河道断面，节省两岸土地；对城市河湖进行围填侵占，增加建设用地等,一、海绵城市建设背景,4.重社会，轻生态,初级阶段：人口快速增加，重工业为主导，以马路、高楼、工厂等灰色钢筋混凝土为主基调，正像伦敦奥运会开幕式里的场景，烟筒林立，乌烟瘴气。河湖受到污染和严重挤占。,现阶段：强调人们对良好环境的需求，生态环境建设逐步强化，突出特征是草地、林地的增加和绿色基调的逐渐增强。河流湖泊等的保护开

14、始受到重视，但限于治理黑臭等外观。,未来阶段：人们贴近自然的归属感越来越强烈，建设以城市水系为中心的生态体系，形成“水清、岸绿、河畅、自然”的临水宜居型城市，增强的蓝色基调。城市河湖水系等“海绵体”的保护和恢复受到空前重视。,城市发展的三个阶段,工业文明,生态文明,二、国外海绵城市建设探索,二、国外海绵城市建设探索,国外海绵城市建设案例：韩国首尔清溪川,随着城市化进程加快，清溪川越来越象一条下水道。到1970年，河边贫民窟林立，水质严重污染。1970年代，清溪川上填覆了水泥，变成一条全长5.8公里的6车道高架高速公路。每天逾16.8万辆汽车从其上驶过。,首尔清溪川的治理获得了巨大成功，时任首尔

15、市长也因此名声大振，当选为韩国总统。2008年经济危机后，韩国政府投资180亿美元启动“四大江治理计划”，对国家最大的四条河流：汉江，洛东江，锦江，和荣山江开展生态修复。,二、国外海绵城市建设探索,二、国外海绵城市建设探索,2003年首尔市政府选择拆除道路，恢复河流，改善环境。耗资10亿韩元拆除“硬工程”，恢复“软自然”。清溪川重现首尔，河岸修了公园和绿色空间。,修复前 修复后,修复前 修复后,二、国外海绵城市建设探索,二、国外海绵城市建设探索,美国在1972年以前没有内涝防治体系，之后由于合流制的污染和城市内涝等原因，开始规划建设大排水系统。澳大利亚在1974年没有内涝工程体系，由于1974

16、年的大洪水等原因，1975年开始规划建设城市内涝体系；日本东京于1992年开始建造“地下神庙”，历时15年，耗资30亿元，终于建成堪称世界上最先进的下水道排水系统。,早在1852年，巴黎的城市排水系统就被纳入建设规划之中；1859年，伦敦地下排水系统工程动工，1865年完工，全长2000公里。,国外海绵城市的建设探索可追溯到19世纪，大规模的建设始于20世纪70年代,1.美国的低影响开发(LID)：采用源头削减、过程控制、末端处理的方法进行渗透、过滤、蓄存和滞留，防治内涝灾害2.英国的可持续发展排水系统(SUDS)3.澳大利亚的水敏感性城市设计(WSUD)4.日本城市泄洪系统和雨水地下储存系统

17、,二、国外海绵城市建设探索,国外主要设计理念包括：,LID融合了经济、环境、发展等元素，是一种基于经济及生态环境可持续发展的设计策略。其目的是维持区域天然状态下的水文机制，通过一系列的分布式措施创造与天然状态下功能相当的水文和土地景观，减轻城市化地区水文过程畸变带来的社会及生态环境负效应。LID 于20世纪90年代在美国马里兰州普润斯乔治县提出，用于城市暴雨最优化管理实践（Best Managements Practices）,二、国外海绵城市建设探索,1.美国的低影响开发(LID),Prince Georges,二、国外海绵城市建设探索,最大程度地降低雨洪径流对城市的影响。其技术主要包括减少

18、城市的不透水性面积、保护天然自然资源和生态环境、维持天然的排泄河道、减少排泄管道的应用等。通过一系列的截流、滞流等径流调控措施使得径流均匀地分布在整个区域，消减其集中性，维持天然状态下径流的汇流时间，并对排泄量进行调控。实施有效的公众培训，鼓励土地拥有者利用污染控制措施并保护现有具备水文调控功能性的土地景观。,LID设计目标的实现途径,二、国外海绵城市建设探索,LID的主要措施,（1）保护和修复城市天然河湖(River&Lake Restoration),划定河湖蓝线，立法禁止围填河湖及天然湿地。对已渠化的河道进行生态修复。,二、国外海绵城市建设探索,（2）生物滞留池(Bio-retentio

19、n)又称雨水花园(Rain garden)，或者生物入渗池(Bio-infiltration)。一般修建于流域上游，通过植物、微生物和土壤的化学、生物及物理特性储蓄水量并清除污染物，从而达到水量和水质调控目的。主要组成：植被、有机覆盖层、植物生长介质层。,二、国外海绵城市建设探索,（3）草地渠道（Grass swale）是一种狭长的渠道，对来自于停车场、人行道、街道以及其它不透水性表面的径流进行过滤和入渗，与传统渠道区别的是其表面铺设有植被。,二、国外海绵城市建设探索,（4）植被覆盖(Vegetative roof covers)又称为绿色屋顶(Green roofs)或者绿覆盖(Green

20、covers)，在不透水性建筑的顶层覆盖一层植被，是由植被层、介质层、过滤层以及排水层等构成一个小型的排水系统。,二、国外海绵城市建设探索,（5）透水性地面,表面由透水结构铺装，让初期雨水入渗，下部填筑多孔结构材料制成的垫层，垫层具有吸附降解功能，能够消纳初期雨水的污染。,二、国外海绵城市建设探索,2.英国的可持续发展排水系统(SUDS),排水渠道多样化，避免传统下水管道是唯一排水出口；排水设施兼顾过滤，减少污染物排入河道；尽可能重复利用降雨等地表水。,英国环保局定义“可持续排水系统”包括对地表水和地下水进行可持续式管理的一系列技术，其设计理念遵循三大原则：,二、国外海绵城市建设探索,“可持续

21、排水系统”主要通过四种途径“消化”雨水、减轻城市排水系统的压力：一是对雨水进行收集，将从屋顶、停车场等流下来的雨水就地或在附近用水箱储存起来再利用；二是源头控制，新开发和重新开发项目都要确保尽可能将地表水保留在其源头，方法是建设渗水坑、可渗水步道以及进行屋顶绿化等；,三是指定地点管理，把从屋顶等流下来的雨水引入水池或洼地蓄水池；四是区域控制，通常利用池塘或湿地吸纳一个地区的雨水。,二、国外海绵城市建设探索,英国环境署为推广“可持续排水系统”制定了目标。首先是：英格兰和威尔士所有适合建设“可持续排水系统”的新开发项目都建设这种系统。其次是：对现有排水系统进行翻新，以“可持续排水系统”取而代之。英

22、国国家、区域和地方规划政策也都鼓励采用“可持续排水系统”。,二、国外海绵城市建设探索,3.澳大利亚的水敏感性城市设计(WSUD),WSUD综合考虑城市防洪、基础设施设计、城市景观、道路及排水系统和河道生态环境等，通过引入模拟自然水循环过程的城市防洪排水体系，达成城市发展和自然水环境的和谐共赢,WSUD体系视城市水循环为一个整体,将雨洪管理、供水和污水管理一体化,澳大利亚水资源委员会定义：WSUD（Water Sensitive Urban Design）是从城市规划的各个阶段将城市开发建设与城市的水循环相结合的一种城市规划新途径。,二、国外海绵城市建设探索,WSUD的主要原则：一是保护城市流域

23、范围内的自然生态系统（河流、湿地等）；二是通过改善城市排放的雨水径流水质保护地表和地下水质；三是通过在景观设计中结合雨水处理系统，将雨水处理融入景观特征，提供多功能用途；四是通过在线短时期的储存（包括回用）减少城市峰值流量，尽可能减少不透水区域；五是减少排放到自然环境中的污水量；六是将雨水作为一种资源进行收集回用于非饮用水用途，降低供水管网系统的需求。,二、国外海绵城市建设探索,目前澳大利亚要求，2公顷以上的城市开发必须采用WSUD技术进行雨洪管理设计，其主要设计内容包括：控制径流量：开发后防洪排涝系统上下游的设计洪峰流量、洪水位和流速不超过现状；保护受纳水体水质：水质处理目标根据下游水体的敏

24、感性程度确定；雨洪处理设施融入城市景观，力求功能和景观的融合；增加雨水收集回用。,水量控制措施：透水铺装、下凹绿地、地下储水池、人工湖、雨洪公园等；水质处理措施：道路雨水口截污装置、植被缓冲带、生态排水草沟、泥沙沉蓄池、雨水花园、人工湿地等,二、国外海绵城市建设探索,4.日本城市泄洪系统和雨水地下储存系统,地下水库容积有40多万立方米，可以起到存蓄洪水的作用。水库还装有四台由航空发动机改装的高速排水装置，单台功率达14000马力，全部开动时，可以200立方米/秒的速度向江户川内排出洪水。地下储水系统总储量为67万立方米，具有较大的调蓄能力。,日本东京“地下神庙”,日本东京充分利用城市水系的防洪

25、功能，让大量降雨流归河道，建设了“首都圈外围排水工程”。在中小河流的适当位置修建储水立坑，共建设五处单个容积约为4.2万立方米的储水立坑。立坑之间由地下管道相连，管道最终通向位于东京都附近河流江户川旁边的地下水库（“地下神庙”）。,东京一年至少要遭受5、6次台风袭击却没有被淹过，理由很简单，就是因为拥有完善的城市泄洪系统和雨水地下储存系统。,从90年代开始，日本修改了建筑法，要求大型建筑物和大型建筑群必须建设地下雨水储存和再利用系统。这一系统就是将建筑物周围的雨水收集起来，储存于在地下建设的储水沟渠中，而在平时，这些雨水将用于冲洗大楼的厕所和浇灌花木等使用。,二、国外海绵城市建设探索,二、国外

26、海绵城市建设探索,国外海绵城市建设案例：新加坡,新加坡海绵城市建设首先从水系治理开始，由线到面，最终建成绿色花园城市。政府于1977年下定决心改善河流生态环境。历时十年（19771987）完成城市水系整治。,加,冷,河,新加坡河,二、国外海绵城市建设探索,（1）拆除河道蓝线内的建筑设施，清理河流污染源,二、国外海绵城市建设探索,加冷河上人造沙滩,（2）修复河道岸线，扩大河流缓冲带,加冷河，武吉村,1983,1987,二、国外海绵城市建设探索,芽笼河 1982，1985,梧槽运河 1981，1987,水面恢复，岸坡绿化,（3）,城市快速发展改变了地表自然格局和城市上空的降水规律（雨岛效应），造成水循环过程畸变。传统城市建设重社会经济功能、轻生态涵养功能，在内涝防治上片面强调“外排”，导致内涝和缺水问题交替出现“遇雨即涝、无雨则旱”。开展海绵城市建设，关键是要落实“一片天对一片地”的思想，将内涝水“化整为零、变害为利”，在城市水文单元上实现自然积存、自然渗透、自然净化！,结束语,谢 谢！,