海绵城市沥青力学性能分析 -

第一篇：海绵城市沥青力学性能分析 -

海绵城市沥青力学性能分析

一、研究背景及意义

海绵本身有水分与力学两个特征。水分特征指的是海绵吸水、保水、释水等性质，力学特征指的是海绵本身的回弹、压缩、恢复等性质。“海绵城市”概念是一种形象的表达，源自于行业内和学术界习惯借用“海绵”的物理特性来比喻城市的某种吸附功能，比喻城市吐纳雨水的能力，其学术术语为“低影响开发雨水系统构建”(L0w impact development of rainwater system construction).多孔沥青混合料（Porous Asphalt Mixtures）顾名思义是一种含有较多连通空隙（一般大于 15%）的沥青混合料，由于其在排水、抗滑及降噪方面的优良使用性能，近几十年来在欧洲、日本、美国得到了广泛的应用。由多孔沥青混合料面层与多孔排水基层组成的透水式路面可以将雨水转移入地下，有效补充地下水，形成良好的生态系统循环；同时透水式路面亦可有效连通大气环境与下部土壤基础，增加水分的相互流通，而水在流通过程中可以很好地转移热量，最终起到降低路面温度、减少城市热岛效应的目的。而饱水式路面可以在路面结构内部保存水分，当外界温度升高，水分蒸发将改善沿途热环境，缓和热岛效应。同时，对于降低车辆行驶噪音，改善道路两侧居民居住环境有较大益处。

但是，由于使用功能与传统密级配沥青混合料有较大差异，多孔沥青混合料的更广泛应用还存在很多问题。多孔沥青混合料的物理特性（尤其是空隙率）严重制约着其功能性及耐久性。随着使用年限的增加，混合料内部出现空隙破坏和堵塞，此时多孔沥青混合料排水、降噪等功能将迅速减弱。对于季节性冻融地区，由于设计、施工不合理以及使用过程中环境与交通的影响，混合料可能会出现堵塞并导致路面积水，当温度在冰点上下循环变化时，混合料又将面临冻融耐久性问题。

故我们研究的问题主要针对的是海绵城市中，采用多孔沥青路面的力学性能分析。

二、多孔沥青混合料的力学模型

1、多空沥青混合料粘弹塑性损伤本构方程的假设

(1)假设多孔沥青混合料初始损伤为 0；

(2)多孔沥青混合料的损伤主轴与应力主轴和应变主轴重合。

2、总应变的增量表示

在岩土材料中，材料在受力时的变形一般包括可恢复与不可恢复部分。在本研究中，总变形增量方程可写为：

3、损伤模型

沥青混合料在成型后内部结构即存在不同程度的缺陷与裂纹，尽管这些缺陷与裂纹在混合料内部是离散分布的，但在连续损伤力学中，材料的这些缺陷可使用连续的内部损伤场变量表示。在岩土领域的研究中，Weibull分布函数被一些学者用以描述岩土材料内部的损伤过程，其表达式为：假设损伤因子 D 变化率满足 Weibull 分布，即：

因此，损伤因子可写为

引入损伤力学中的有效应力概念，即：

4、粘弹性模型

对多孔沥青混合料进行单轴压缩时，采用的是位移控制模式，即保持应变速率不变，探讨应力随时间与应变的变化情况。已有研究表明，广义 Maxwell 模型适用于描述恒应变率加载下的材料粘弹性行为。为简化模型参数，选择 2 个 Maxwell 模型与 1 个弹簧并联，模型示意图如下：

该模型的连续方程可使用积分形式表示：

对于恒定应变率施加荷载，上式中

即为加载速率。因此，该模型可以反映加载速率的影响。以上积分型本构方程当进行数据拟合和参数验证时，需要对其离散化，即构建增量型本构方程，因此改写为：

因此可得，5、塑性模型

对于岩土材料，一般情况下静水压力对材料塑性是有影响的。因此最终屈服函数选择应用广泛的 Drucker-Prager 模型，该模型屈服函数在π平面的投影为光滑连续的圆形，且考虑了静水压力的影响。其形式为

在选取塑性流动规则时，已有研究表明沥青混合料的力学行为符合非关联流动法则，即塑性势函数 g 并不等于屈服函数 f。为了得到非关联塑性模型，Drucker-Prager 塑性势函数采用与屈服函数类似的结构形式，仅将其中的参数进行了更改：

为了更好地验证模型，引入有效应力与有效应变的概念。对于本章的验证试验，加载模式为单轴压缩。因此，有效应力为：

而有效塑性应变可用增量形式表达：

塑性模量的概念随之可定义为：

因此可得，6、模型的验证

可以看到模型在 0℃以上与试验数据拟合较好。当温度下降到-10℃时，由于沥青混合料显示出更多的弹性，其力学性能对加载速率依赖性减弱。

对于多孔沥青混合料来说，经历冻融后其强度逐渐降低，粘性开始丧失，混合料抵抗外力能力减弱，并且在冻融过程中其破坏形式主要为内聚力的损失。而多孔沥青混合料的结构整体性主要靠沥青胶浆或沥青与集料间粘结性提供，因此冻融后其结构开始松散，最终导致坑洞等破坏。Huurman 等提出多孔沥青混合料的破坏主要包括沥青胶浆的断裂和沥青与集料界面粘结力的失效。按照前述分析，沥青胶浆也是细集料与沥青的混合物，由复合材料理论，两者之间的界面交界处应是破坏的临界位置。

三、沥青与集料间的粘结性能

多孔沥青混合料的冻融损伤归根结底也是一种疲劳损伤，即外界温度在 0℃上下循环变化时，冰冻荷载对混合料结构内部施加的周期作用。路面内部的温度可近似认为呈正弦变化，因此施加到混合料内部结构上的荷载也可认为是正弦荷载。最终多孔沥青混合料的冻融损伤问题就演化为在循环变化的冰冻荷载下，沥青与集料的界面抗疲劳性能。

尽管本文中对沥青与集料界面系统进行疲劳试验时采用的是剪切加载模型，为单向受力。但实际路面中界面应处于 2 维或 3维的受力状态。因此参考以往研究提出界面在受疲劳荷载时损伤率满足以下方程：

一般来说，D=1 代表承载能力的完全丧失。本文以沥青结合料模量下降到初始模量的一半作为破坏的标志，因此可认为 D=0.5 为材料的破坏临界点。对于周期循环加载过程，在时间增量内的损伤增量可写为：

由于采用等幅值加载，本文假设单次加载循环对界面系统造成固定的损伤。因此疲劳寿命可表示为：

因为对集料与沥青界面性能的研究是在不同温度下进行，那么式中的参数也应与温度密切相关。考虑到疲劳试验仅对 3 种温度进行了试验，同时基于简化模型的目的，假设式中参数与温度线性相关，即：

最后，通过预测结果与实测数据进行最小平方差拟合，得到上述疲劳模型参数。

当沥青为普通未改性沥青时，沥青材料自身的粘度较小，这时与其粘结的岩石材料化学成分就将有较大的影响。而当胶结材料为粘度较大的橡胶沥青时，两者之间的界面性能主要取决于沥青自身的特性，而岩石成分的作用相对减小。这也说明，对于多孔沥青混合料，在冻融荷载下结合料的性质非常重要。

四、研究展望

上述界面疲劳试验尽管可以很好的表征复合材料抵抗外部低频率温度荷载的能力，但是由于试验频率较低，试验时间过长，不利于更广泛地应用。如何以简单的性能试验表征沥青与集料间的冻融疲劳作用，需要进一步研究。

对于冻融作用下的多孔沥青混合料，当内部冰冻荷载足够大时，只需要数次循环加载就会产生界面破坏。而这个荷载对于不同温度是不同的。

低温下沥青与集料界面开裂力学性能的研究需要进一步做下去。力学试验由于条件所限，需要忽略集料的表面物理特性。对于多孔沥青混合料，在冻融等外界荷载作用下，集料与沥青间的界面以及沥青胶浆应是最不利位置，由微观冻融引起的损伤不可忽视。

五、参考文献

1.吴丹洁，詹圣泽，李友华等，中国特色海绵城市的新兴趋势与实践研究，2016.1.11； 2.郭锋利，侯曙光，木质素纤维在高粘沥青混合料中的分散工艺，2012.3.30； 3.王知乐，解建光，多孔降噪沥青路面研究，2013.2；

4.蒋玮，沙爱民等，透水沥青路面的储水-渗透模型与效能，2013.1；

5.M.Huurman.Lifetime Optimisation Tool, LOT, Main Report, Laboratory of Road and Railway Engineering, Delft University of Technology, Delft, 2008.1；

6.M.Huurman, L.T.Mo.Fatigue in mortar and adhesive zones;measurements, test interpretation and determination of model parameters[R].Laboratory of Road and Railway Engineering, Delft University of Technology, Delft, 2007.11；

7.关宏信，郑健龙，沥青路面粘弹性疲劳损伤分析，2008；

8.Liantong Mo, M.Huurman, Shaopeng Wu, A.A.A Molenaar.Ravelling investigation of porous asphalt concrete based on fatigue characteristics of bitumen–stone adhesion and mortar[J].Materials and Design, 2009,(30): 170179.9.易军艳，基于界面行为的多孔沥青混合料冻融损伤特性研究，2012.3； 10.韩宏伟，黄绍龙，丁庆军等，运用高粘度改性沥青配置OGFC的研究，2005.3；

第二篇：申论热点分析：海绵城市

热点分析：海绵城市

16城试点“海绵城市” 将获大额中央补贴

21世纪经济报道记者获悉，包括南宁、济南在内的16个城市将获得中央财政补贴10多亿元，用于海绵城市建设。这一补贴源于2014年2月31日财政部发布的《关于开展中央财政支持海绵城市建设试点工作的通知》一文。

该文指出，财政部、建设部、水利部将推进中央财政支持的海绵城市试点工作，中央财政对海绵城市建设试点给予专项资金补助，一定三年，具体补助数额按城市规模分档确定，直辖市每年6亿元，省会城市每年5亿元，其他城市每年4亿元。对采用PPP模式达到一定比例的，将按上述补助基数奖励10%。

全国130多个城市参与竞争，最后经过筛选有34个进入初步名单。3月4日，3部委确定22个城市参与国家海绵城市建设试点城市竞争性评审答辩，最后有16个获得海绵城市的资格。

4月2日晚间，根据财政部网站消息，海绵城市建设试点城市名单正式公布。根据竞争性评审得分，排名在前16位的城市分别是：迁安、白城、镇江、嘉兴、池州、厦门、萍乡、济南、鹤壁、武汉、常德、南宁、重庆、遂宁、贵安新区和西咸新区。

海绵城市，能充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水吸纳、蓄渗和缓释作用，有效缓解城市内涝，削减城市径流污染负荷，节约水资源，保护和改善城市生态环境。

雨水要留下来且做好处理

根据财政部此前发出的通知，2015年有积极性的省份先推荐1个城市，各省份推荐城市后经过财政部、建设部和水利部进行资格审查，然后对通过资格审查的城市，在3月组织公开答辩，由专家进行现场评审，现场公布评审结果。

其中资格审核的要求的是：城市发展对排水防涝基础设施建设、调蓄雨洪和应急管理能力需求强烈；试点区域总面积原则上不少于15平方公里，多年平均降雨量不低于400毫米；优先鼓励旧城改造项目，包括城市水系统、城市园林绿地、市政道路、绿色建筑小区等。

21世纪经济报道记者获悉，本次重庆也入围16个海绵试点城市，但是京沪津都没入选。有专家指出，北京目前尽管在立交桥下开始设定蓄水池，但是主要是排水用的，与海绵城市还是有区别。

中国城镇供水排水协会副秘书长王岚指出，海绵城市的最主要内容是两个，即雨水要保留下来，其次是要做好处理。而做到这两条的很少。“常德过去做这样的工作已经很多年了，很多城市才起步。”她说。

常德市委书记王群在3月27日申报国家海绵城市建设试点城市竞争性评审答辩会上指出，常德共有河湖面积78万亩，年均径流总量1356亿立米，占洞庭湖年均入湖径流总量的48%。常德已经有了10年的探索与实践，早年常德编制了《水城常德—江北城区水敏性城市发展和可持续性水资源利用整体规划》，在此基础上高标准编制了相关的20多个总体规划和专业规划。

今年2月，常德市委、市政府成立了海绵城市建设推进工作领导小组，计划3年内在近42平方公里的中心城区范围内实施海绵城市建设试点示范，加速打造生态宜居常德。

中央大额补贴

根据国家政策，入围海绵城市将获得巨额的财政补贴。其中常德将有望获得超过12亿元的国家专项补贴资金，是历年来获国家城市建设单项补贴最高的一次。

广西地方媒体也指出，如果南宁入选海绵试点城市，南宁市在未来3年将获得16.5亿元以上 的国家专项补贴资金，用于进一步优化城市基础设施、改善人居环境等方面的建设。

按照直辖市入选海绵试点城市，每年6亿元的中央财政补贴，3年可以拿18亿元。不过重庆是以两江新区的名义申请海绵城市试点单位，是否3年能拿到18亿，仍难定。

北京林业大学园林学院教授李飞指出，建设海绵城市，资金需求巨大。海绵城市对中国仍是新鲜事物，要做到雨水留下并不容易。南京过去实施雨污分离是需要的，“但是仅仅分离还不够，关键是雨水能蓄住且以后被利用。”

海绵城市涉及到沥青渗水以及公路地面渗水等功能，这需要使用特别的水泥和砖面，渗水的沥青，涉及巨额的资金。

以常德为例，该市共有河湖面积78万亩，全市年均降雨量超过1360毫米，预备进行海绵城市的试点区域可达118平方公里。到2014年底，常德市城区启动的110多个项目中已完成36个，完成投资80亿元。

用“海绵城市”终结“城市看海”

今年以来,我国已有41座城镇遭受内涝。2012年有184座城市发生内涝,2013年234座城市内涝,2014年125座城市内涝,“城市看海”屡见不鲜。在国家气象局日前举办的“直击天气——与科学家聊天”活动中,专家对“城市看海”做了详细分析及应对措施,认为应通过建设“海绵城市”,撕下“城市看海”名牌。(7月29日《工人日报》)

“海绵城市”是个比喻说法,是指城市像海绵一样,遇到降雨时就地渗透、吸收、存蓄雨水；遇到干旱时再将蓄存的雨水“吐”出来,加以循环利用,比如浇灌花草树木、清洗城市道路和建筑等,可为城市节约大量水资源,缓解城市水危机。有人因此说,“海绵城市”让城市像海绵一样“呼吸”,更具生态魅力。

“海绵城市”确实可以让“到城市看海”成为传说。近年来,我们很多城市屡屡为逢雨必涝、暴雨淹城所困。为何?在现有城市状态下,城市排水防涝水平长期滞后的痼疾难以根除。逢雨必涝之后则是旱涝急转,城市又开始“喝渴”,为何?拼命造房、拼命开发的城市已无蓄水功能。

如果建成“海绵城市”,下雨时像海绵一样把水“吸”住,干旱时再把水“吐”出来,不仅能提升城市的生态还原能力,而且能提升城市消化雨水的能力,缓解逢雨必涝,岂不妙哉?故而去年11月,住建部发布了《海绵城市建设技术指南》,鼓励各地因地制宜,探索建设自然留存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”,根治城市内涝顽疾,而不是将雨水“一排了之”。

建“海绵城市”首先得有“海绵体”,“海绵体”从哪里来?一方面要保护好现有河流、湖泊、沟渠等“海绵体”。有些城市,在急功近利的卖地与开发冲动之下,不仅河湖周边用地纷纷被开发商侵占,甚至还填湖遮河,在湖河及湿地上修房造屋。或无视湖河保护而沦为“臭水坑”、“垃圾场”。要建“海绵城市”,就要在现有河湖水系周围划一条清晰的保护线,还公共空间给市民。

另一方面,要大规模建设新“海绵体”。新建林地、河湖自不必说,在修建街道、广场及停车场等公共区域时,不能一味地硬化路面,据说硬化地表对雨水的渗水率不足一成,而用渗水砖铺设公共区域,渗水率高达六成。还应改变过去追求一马平川而填坑平渠的不科学做法,因地制宜地建设下沉式绿地、公园、草沟、水景设施等。在东京和大阪,街头小型公园、绿地和广场无一例外地采用沉降式,雨水可轻易在此汇聚并渗入地下。

建设“海绵城市”一方面是让雨水流得更畅——涝时能吸水,另一方面是让留得更多——旱时能吐水。当我们的城市成了“海绵城市”,“城市之肾”河湖能正常代谢,“城市之肺”土壤能正常呼吸,或许就不会那么频繁地“一边喊渴,一边内涝”了。期待“海绵城市”建设在我国风生水起。

建设“海绵城市” 促进人水和谐 “海绵城市”通过下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，可实现“自然积存、自然渗透、自然净化”三大功能。“海绵城市”建设可有效地解决我省城市水安全、水污染、水短缺、生态退化等问题，应科学谋划并将其付诸实施。

习总书记多次强调“城市要优先考虑把有限的雨水保留下来、优先考虑更多的利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”。这表明，建设“海绵城市”已经成为党中央、国务院的重大决策部署。海南建设国际旅游岛和生态省，有条件也应该率先贯彻落实中央的决策部署，在城市转型发展、城市生态文明建设上作出示范。

“海绵城市”的提出背景

改革开放以来，我国城市数量从1978年的193个增加到2014年的658个，城镇化率达到54.77%，城市已成为人们生产生活的主要组成部分。与此同时，城市也面临资源约束趋紧、环境污染加重、生态系统退化等一系列问题，其中又以城市水问题表现最为突出。

水安全问题。一方面，受“重地上、轻地下”等习惯思维的影响，城市排水设施建设不足，“逢雨必涝”成为城市顽疾，据统计，全国62%的城市发生过水涝。另一方面，传统城市到处都是水泥硬地面，城市绿地等“软地面”在竖向设计上又高于硬地面，雨水下渗量很小，也未考虑“滞”和“蓄”的空间，容易造成积水内涝，更严重的是，阻碍地下水补给，造成地下水水位下降、形成漏斗区。如2014年海口市漏斗区面积为726平方公里，比2004年增加了48平方公里，其中2008至2013年海口漏斗区面积持续扩大。

水生态问题。传统城市建设造成大量湖河水系、湿地等城市蓝线受到侵蚀，据调查，我国湿地面积比10年前减少3.4万平方公里，海南东部沿海超过20%的湿地消失，土壤、气候等生态环境质量下降。另一方面，城市河、湖、海等水岸被大量水泥硬化，甚至这种城市化水岸修筑模式已向乡村田园蔓延，人为割裂了水与土壤、水与水之间的自然联系，导致水的自然循环规律被干扰，水生物多样性减少，水生态系统被破坏。

水污染问题。以海南为例，目前主要江河及湖库水质保持优良，但是城市内河、部分入海河流水质问题始终没有得到改善，据省环境监测中心监测，全省城市内河水质达标率仅51.4%。值得一提的是，目前的城市污水都是到下游、末端集中处理，长距离的污水管网工程，不仅耗费资金和地下空间资源，而且污水沿途“跑、冒、滴、漏”，以致污水处理厂负荷不足，又造成新的环境污染。

水短缺问题。海南降雨量充沛，人们很难联想到缺水问题，然而事实上海南也季节性缺水、区域性缺水，如今年6月份的干旱造成多个城市用水告急，原因就是海南降雨在时间、空间上分布不均衡，加上岛屿地理上中间高、四周低，河短坡陡，水来得急、去得也快，而位于城市的自然调蓄空间大量被挤占，人工蓄水设施又不足，导致大量雨水白白流走。

建设“海绵城市”就是要系统地解决城市水安全、水资源、水环境问题，减少城市洪涝灾害，缓解城市水资源短缺问题，改善城市水质量和水环境，调节小气候、恢复生物多样性，使城市再现“鸟语、蝉鸣、鱼跃、蛙叫”等生态景象，形成人与自然和谐相处的生态环境。

“海绵城市”的基本认知

“海绵城市”让城市回归自然。

顾名思义，“海绵城市”是指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”。“海绵城市”遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”六字方针，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，从而实现“自然积存、自然渗透、自然净化”三大功能。

“海绵城市”的本质是改变传统城市建设理念。传统城市习惯于战胜自然、改造自然的城市建设模式，结果造成严重的城市病和生态危机；“海绵城市”则是顺应自然、尊重自然的低影响发展模式。在城市排水上，传统城市建设模式是以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划建设理念，而“海绵城市”以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划建设理念，追求城市 人水和谐。

“海绵城市”的认识误区。“海绵城市”是否要花很多钱？

从算大账的角度出发，“海绵城市”不但具有社会效益、生态效益，更具有经济效益，可谓花钱少、办事好。一是“海绵城市”注重依靠自然力量渗水、蓄水、排水，大大减少了排水设施的工程建设量。二是传统的大马路、大广场、排水设施维护费用高，“海绵城市”依托生态修复、生态处理，运行维护要求低、成本也低。三是“海绵城市”还能收获雨水资源利用、污染源防治、暴雨内涝灾害缓解等综合效益，降低水环境污染治理费用以及城市内涝造成的巨额损失。

当然，我们不主张对老旧城区单独进行海绵化改造，而是提倡利用老旧城综合改造时，将“海绵城市”的理念融入进去，适当添置一些“海绵体”，这虽然会增加一些建设成本，但却是城市生态修复所必须还的“旧账“。

“海绵城市”是否要替换原来的排水系统？

当一个城市遇到降雨时，首先是城市各类“海绵体”吸水、渗水功能发挥作用，其次是蓄水设施吸纳、调蓄，再次是随着“海绵体”的饱和，就需要进入传统排水系统排除。显然，“海绵城市”对传统排水系统不是取代，而是一种“减负”和“补充”，这也要求“海绵城市”建设要统筹低影响开发雨水系统、传统排水系统及超标雨水排放系统，形成相互补充、相互保障的完整系统。

“海绵城市”的建设思路

转变思想观念。建设“海绵城市”是党中央国务院的重要决策部署，也是城市建设领域的调结构、转方式。“海绵城市”的建设需要全社会转变观念、形成共识，特别是各市县政府作为城市建设的直接责任人，更需要充分认识到“海绵城市”建设的必要性、紧迫性并付诸实际行动，各个相关部门和行业也要同步推进。为此需要在不同层面开展大量宣传、培训工作，既包括住建、水务、国土等管理部门培训，也包括规划、设计、施工等专业培训，还包括投融资政策和运作方式方面的培训等。我厅将联合省内主要媒体以及省委党校开展多方位的宣传培训。

抓好微循环建设。可以对城市各类新建和改造项目，先启动各类具有末端微循环功能的“海绵体”建设，如建筑、小区的雨水收集利用，城市下凹式绿地建设，道路、广场采用透水铺装，污水处理尽量采用就近、生态模式等等，这些项目即使在大海绵系统未形成的情况下，也能单独实施，且不妨碍未来系统化。

大力推广绿色建筑。绿色建筑在“海绵城市”建设中起基础性的作用。从小区下凹式绿地、绿色屋顶、建筑物内蓄水装置或周边小型、分散的蓄水设施抓起，积极为雨水利用及回补地下水提供渗透路径，充分利用各类自然条件，推进建筑节能、节地、节水、节材，创建绿色小区、绿色社区。

加强规划引导管控。省级利用“多规合一”契机，融入“海绵城市”的理念，强化对森林、水系、湖泊等大海绵体的保护，强化城市绿线、蓝线等划定。各市县应将“海绵城市”的要求贯穿于城市总体规划、专项规划、控制性规划的全过程，并转化为具体管控指标，在城市中保留足够的生态用地，控制城市不透水面积比例，最大限度减少对城市原有水生态环境的破坏。

创新城市投融资模式。“海绵城市”既有普通建筑、小区等社会领域里的工作内容，又有城市公园、广场等公共领域里的内容。对社会领域内容，应通过法规规章以及适当奖励等措施，组织社会力量去自行实施，政府加强监管评估来确保落实；对公共领域里的项目内容，除财政直接投入实施外，也可以由政府制定具体的操作办法，采取ppp模式等引进社会资本参与。

制定标准规范及鼓励政策。结合国家《海绵城市建设指南》，制定我省“海绵城市”建设的技术标准、规程规范，争取出台一部地方综合性法规，以保障“海绵城市”主要指标和管控措施的落实。同时制定相应的政策，鼓励应用新技术、新工艺和新产品的研发、生产制造和施工应用，力争培育一批“海绵城市”新型产业和创新型企业，为城市产业结构调整做出贡献。

第三篇：海绵城市介绍

海绵城市介绍

海绵城市是指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，从而让水在城市中的迁移活动更加“自然”。

海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。

建设海绵城市，首先要扭转观念。传统城市建设模式，处处是硬化路面。每逢大雨，主要依靠管渠、泵站等“灰色”设施来排水，以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划设计理念，往往造成逢雨必涝，旱涝急转。根据《海绵城市建设技术指南》，今后城市建设将强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念。

建设海绵城市就要有“海绵体”。城市“海绵体”既包括河、湖、池塘等水系，也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用，最后剩余部分径流通过管网、泵站外排，从而可有效提

第四篇：海绵城市简介

海绵城市简介

海绵城市就是让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海绵性，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。海绵城市循环收集与释放详见图1.1。

图1.1 海绵城市循环收集与释放示意图

最近，海绵城市成了城市建设领域的一个热词，为什么要建设海绵城市、海绵城市会给我们的城市和百姓生活带来哪些好处、海绵城市又将如何实现?

海绵城市的理念，应该渗透到城市建设的各个方面。海绵城市建设可以更好地实现雨洪利用、排水防涝以及河流整治，不仅局限于某一个方面。它是一个系统工程，以修复城市水生态、涵养城市水资源、改善城市水环境、提高城市水安全、复兴城市水文化等为目标。

海绵城市建设如何具体实施?遵循“渗、蓄、滞、净、用、排”这“6字箴言”，是落实海绵城市理念的措施。

1.海绵城市--渗

海绵城市由于城市下垫面过硬，到处都是水泥，改变了原有自然生态本底和水文特征，因此，要加强自然的渗透，把渗透放在第一位。其好处在于，可以避免地表径流，减少从水泥地面汇集到管网里，同时，涵养地下水，补充地下水的不足，还能通过土壤净化水质，改善城市微气候。而渗透雨水的方法多样，主要是改变各种地面铺装材料，改造屋顶绿化，调整绿地竖向，从源头将雨水留下来然后“渗”下去。

传统的城市开发中无论是市政公共区域景观铺装还是居住区景观铺装设计中多数采用的都是透水性差的材料，所以导致雨水渗透性差，而在这一方面可以通过透水铺装实现雨水渗透，或通过水渠和沟槽将雨水引流至街道附近的滞留设施中。

传统城市开发建设中道·占据了城市面积的10%-25%，而传统的道·铺装材料也是导致雨水渗透性差的重要隐私之一，除了景观铺装方面可以通过透水铺装实现雨水渗透之外，还可以将园区道路、居住区道路、停车场铺装材料改为透水混凝土，加大雨水渗透量，减少地表径流，渗透的雨水储蓄在地下储蓄池内经净化排入河道或者补给地下水，减少了直接性雨水对·面冲刷然后快速径流排水对于水源的污染。

海绵城市建设措施不仅在于地面，屋顶和屋面雨水的处理也同样重要。在承重、防水和坡度合适的屋面打造绿色屋顶，利于屋面完成雨水的减排和净化。对于不适用绿色屋顶的屋面，也可以通过排水沟、雨水链等方式收集引导雨水进行贮蓄或下渗.对于不适用绿色屋顶的屋面，也可以通过排水沟、雨水链等方式收集引导雨水进行贮蓄或下渗。

2.海绵城市---蓄

即把雨水留下来，要尊重自然的地形地貌，使降雨得到自然散落。现在人工建设破坏了自然地形地貌后，短时间内水汇集到一个地方，就形成了内涝。所以要把降雨蓄起来，以达到调蓄和错峰。而当下海绵城市蓄水环节û有固定的标准和要求，地下蓄水样式多样，总体常用形式有两种：塑料模块蓄水、地下蓄水池。雨水蓄水模块是一种可以用来储存水，但不占空间的新型产品；具有超强的承压能力；95%的镂空空间可以实现更有效率的蓄水。配合防水布或者土工布可以完成蓄水，排放，同时还需要在结构内设置好进水管、出水管、水泵装置和检查井。雨水收集池是由水池池体、水池进水沉沙井、水池出水井、高、低位通气口，出水水管、水池溢流管、水池曝气系统等几部分组成。

3海绵城市---滞

其主要作用是延缓短时间内形成的雨水径流量。例如，通过微地形调节，让雨水慢慢地汇集到一个地方，用时间换空间。通过“滞”，可以延缓形成径流的高峰。具体形式总结为三种：雨水花园、生态滞留池、渗透池、人工湿地。

雨水花园是指在园林绿地中种有树木或灌木的低洼区域，由树皮或地被植物作为覆盖。它通过将雨水滞留下渗来补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰，还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染。其中浅坑部分能够蓄积一定的雨水，延缓雨水汇集的时间, 土壤能够增加雨水下渗，缓解地表积水现象。蓄积的雨水能够供给植物利用，减少绿地的灌溉水量。

概念上来讲生态滞留区就是浅水洼地或景观区利用工程土壤和植被来存储和治理径流的一种形式，治理区域包括草地过滤，砂层和水洼面积、有机层或覆盖层、种植土壤和植被。生态滞留区在对于土壤的要求和工程技术上的要求不同于雨水花园，形式根据场地位置不同也较为多样，如生态滞留带、滞留树池等。植浅草沟具有输水功能，具有一定的截污净化功能。适用于径流量小及人口密度较低的居住区、工业区或商业区、公园、停车场及公共道路两边，可以代替路边的排水沟或者雨水管渠系统。植草沟沟顶宽0.5～2m，深度0.05～0.25m，边坡（垂直：水平）1:3～1:4,纵向坡0.3%～5%。可设置在雨水花园、下凹式绿地前作为预防处理。

雨水塘是渗水洼塘即利用天然或人工修筑的池塘或洼地进行雨水渗透，补及地下水，雨水塘能有效地削减径流峰值。但雨水塘护坡需要种植耐湿植物，若雨水塘较深（超过60cm)护坡周边就要种植低矮灌木，形成低矮绿篱，消除安全隐患。同时整个雨水塘系统还要形成微循环才能防止水体腐坏。

雨水湿地人工雨水湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，将雨水花园、生态滞留池收集的雨水进行集中的净化。而且其具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，极其适合海绵城市建设中多出应用。

4海绵城市---净 通过土壤的渗透，通过植被、绿地系统、水体等，都能对水质产生净化作用。因此，应该蓄起来，经过净化处理，然后回用到城市中。雨水净化系统根据区域环境不同从而设置不同的净化体系，根据城市现状可将区域环境大体分为三类：居住区雨水收集净化、工业区雨水收集净化、市政公共区域雨水收集净化。根据这个三种区域环境可设置不同的雨水净化环节，而现阶段较为熟悉的净化过程分为三个环节：土壤渗滤净化、人工湿地净化、生物处理。

土壤渗滤净化：大部分雨水在收集时同时进行土壤渗滤净化，并通过穿孔管将收集的雨水排入次级净化池或贮存在渗滤池中；来不及通过土壤渗滤的表层水经过水生植物初步过滤后排入初级净化池中。

人工湿地净化：分为2个处理过程，一是初级净化池，净化经土壤渗滤的雨水；二是次级净化池，进一步净化初级净化池排出的雨水，以及经土壤渗滤排出的雨水；经二次净化的雨水排入下游清水池中，或用水泵直接提升到山地贮水池中。初级净化池与次级净化池之间、次级净化池与清水池之间用水泵进行循环。

雨水净化系统三大区域环境分别是：

A.居住区雨水收集净化：居住区雨水收集净化过程中由于居住区内建筑面积和绿化面积较大，雨水冲刷过后大量水体可以经生态滞留区、雨水花园、渗透池收集起来经过土壤过滤下渗道模块蓄水池中，相对来说雨水径流量较少。所以利用海绵城市雨水收集系统将雨水惠存、下渗、过滤然后经过生物技术净化之后就可以大量用于绿化灌溉、冲厕、洗车等方面。

B.工业区雨水收集净化：工业区有别于居住区，相对来说绿地面积较少，硬质场地和建筑较多，再加上工业产物的影响，所以在海绵城市雨水收集和净化环节就要格外注意下渗雨水的截污环节。经过承载海绵城市原理的园林设施对工业污染物的过滤之后，雨水经过土壤下渗道模块蓄水池，在这个过程中设置截污处理对下渗雨水进行第二次的净化，进入模块蓄水池之后配合生物技术再次净化后再次的循环利用到冷却水补水、绿化灌溉、混凝土搅拌等方面。

C.市政公共区域雨水收集净化：市政公共区域雨水收集净化对比前两个区域环境有着不一样的方面，绿地面积大，不同地区山体高程不同所以导致径流量不同，并且河流、湖泊面积较大，所以减缓雨水冲刷对山体表面的冲击破坏和对水源的直接污染是最为重要的问题。就上述问题来讲，市政区域雨水净化在雨水收集方面要考虑生态滞留区和植物缓冲带对山体的维护作用以及对河流、湖泊的过滤作用。在雨水调蓄方面主要使用调蓄池来对下渗雨水进行调蓄，净化后的水一方面用于市政绿化和公厕冲厕，一方面排入河流、湖泊补给水原，解决了水资源短缺的问题。

5海绵城市---用

在经过土壤渗滤净化、人工湿地净化、生物处理多层净化之后的雨水要尽可能被利用，不管是丰水地区还是缺水地区，都应该加强对雨水资源的利用。不仅能缓解洪涝灾害，收集的水资源还可以进行利用，如将停车场上面的雨水收集净化后用于洗车等。我们应该通过“渗”涵养，通过“蓄”把水留在原地，再通过净化把水“用”在原地。

所收集的雨水可用于：建筑施工、绿化灌溉、洗车、抽水马桶、消防、景观用水。

6海绵城市---排

利用城市竖向与工程设施相结合，排水防涝设施与天然水系河道相结合，地面排水与地下雨水管渠相结合的方式来实现一般排放和超标雨水的排放，避免内涝等灾害。有些城市因为降雨过多导致内涝。这就必须要采取人工措施，把雨水排掉。当雨峰值过大的时候，地面排水与地下雨水管渠相结合的方式来实现一般排放和超标雨水的排放，避免内涝等灾害。经过雨水花园、生态滞留区、渗透池净化之后蓄起来的雨水一部分用于绿化灌溉、日常生活，一部分经过渗透补给地下水，多余的部分就经市政管网排进河流。不仅降低了雨水峰值过高时出现积水的几率，也减少了第一时间对水源的直接污染。

第五篇：海绵城市论文

海绵城市及其海绵城市规划

【摘要】当今中国正面临着水资源短缺，水质污染，洪涝灾害，水生物栖息地丧失等多种水问题。这些水问题综合症是系统性、综合的问题，亟需一个更为综合全面的解决方案。“海绵城市”理论的提出正是立足这一背景。本文从水资源、水环境、水安全等方面深人分析了河北省面临的现状问题，指出河北省建设海绵城市的必要性：全面提升城市功能，落实新型城镇化战略；彻底解决城市水问题，推动水安全战略。并在现状关键问题与建设海绵城市必要性的基础上，提出了河北省建设海绵城市的规划建设保障：一套格局规划指标管全局，一副生态安全格局定基础，三层海绵分区作指引，多重规划体系促保障。1前言

近些年来，逢雨必涝，渐演变为我国大中城市的痼疾，为了解决这个问题，国家先后发布相关通知和政策，要求建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市。总书记在中央城镇化工作会议指出“解决城市缺水问题，必须顺应自然在探索新型城镇化的道路上，通过河流治理，让城市变成可以自由深呼吸的海绵城市”。2015年10月《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》（国办发〔2015〕75号）指出到2020年，城市建成区20％以上的面积达到海绵城市建设目标要求；到2030年，城市建成区80％以上的面积达到海绵城市建设目标要求。海绵城市建设通过对雨水“渗、滞、蓄、净、用、排”等方式的处理，在系统层面、全过程对雨水径流进行管控，使城市具有吸水、持水、释水的水力特性。河北省是北京向西部地区辐射、转移推进过程中的第一省份，建设海绵城市为整个北方缺水地区的全面开展提供了积极的示范与推动作用。2 河北省现状问题分析

2.1 水资源整体匮乏，利用形式单一，雨水利用能力欠缺

河北省是严重的资源型缺水省份。多年平均水资源量为203亿m^3，人均水资源占有量为31lm^3，是全国平均值的1／7，不及国际上公认的人均1000m^3缺水标准的1／3，甚至比不上以干旱缺水著称的中东和北非地区。

自然因素方面，因为雨水是河北省水资源的主要来源，也是影响河北省水资源周期性变化的主要因素。水资源最多的年份往往是降水量较多的年份，而缺水年份则完全对应于干旱年份，水资源和气候降水有较强的正相关关系。在全球气候变暖的背景下，河北省近年的气候状况也发生了明显的变化，干旱化趋势愈加明显，水资源日益紧张，降雨量在时空上分布严重不均，存在着明显的地域差异。根据对河北省1997-2006年10年的降水量的分析，仅2003年为偏丰年，其他时期均为平水、枯水、偏枯年。

并且20世纪50年代以来，由于山区人类活动改变了流域内的植被、地面形态和地下水埋深，增强了流域调蓄能力，延长了产流、汇流时间，使得降雨入渗和土壤的蒸发量加大，地表径流减少；平原区主要由于浅层地下水位普遍下降，土壤包气带增厚，使产流量相应减少。致使地表水和水资源总量都在急剧减少。自1950年代起，河北省水资源量呈逐渐减少的趋势，由304.7亿立方米减少到128亿立方米，减少幅度达58%。

通过海绵城市建设，采用调蓄池、天然雨洪公园等措施，对雨水进行有效收集利用，同时新建再生水厂，提高再生水生产能力，可替代部分市政绿化、河流景观等方面用水，缓解水资源短缺的状况。采用渗水铺装、下沉绿地等低影响开发措施，减少硬质路面比例，从源头控制雨水，补给地下水，缓解地下水超采压力。2.2 水质污染严重

工业上，河北省工业发展处于快速上升阶段，污水处理效率低，城市污水处理厂管网建设不配套，部分污水处理厂因种种不能达到设计规模能力，投融资渠道不畅等现象，对水环境构成污染威胁。

农业上，河北省作为农业大省，农业化肥和农药使用量过多，这样，不但会造成土壤肥力下降、土地质量退化，而且化肥中的有害成分还通过土壤渗透到地下水中造成水资源的污染。另外农膜污染也是农业水资源污染的一种，农膜材料的主要成分是高分子化合物。在自然条件下难以分解。

生活上，居民产生的生活 废水其实只有很少一部分经过处理，大部分都是未经过处理直接排入了河流等，从而导致了地表水的污染。

2.3 水资源供需矛盾突出

一方面，20世纪80年代以来，河北省连续多年干旱，降水量较常年减少，且水质污染严重，致使可供用水量减少； 另一方面，不断发展的国民经济对水的需求日益增加，水资源的供需矛盾日益突出。河北省人口、耕地和水资源总量与全国相比，人口占全国的 5.37%，耕地占全国的 8.61%，而现状水资源总量，仅占全国（第一次水资源评价）的 0.72%，人均亩均水量均为全国平均值的 11%左右。

尽管河北省对地表水资源开发利用程度已大大超出国际社会公认的40％的合理限度，但是其供需缺口还是相当大的。根据有关水资源部门评价，河北省南水北调中线供水区现状（2006年）平水年(P=50％)缺水量60～80亿m，偏枯年(P=75％)缺水量100～120亿m3，2.4 地下水过度开采

2014年中国水资源公报中显示，2014年全国总供水量6095亿m3，占当年水资源总量的 22.4%。其中，地表水源供水量4921亿m3，占总供水量的80.8%；地下水源供水量1117亿m3，占总供水量的18.3%；其他水源供水量57亿m3，占总供水量的0.9%。如图4。而北方省份地下水供水量则占有相当大的比例，其中河北、河南、北京、山西和内蒙古5个省（自治区、直辖市）地下水供水量占总供水量约一半以上。而2007年河北省水资源公报中，全省供水量201.83亿立方米，其中地表水工程供水量39.21亿立方米，占总供水量的19%，地下水开采量162.08亿立方米，占总供水量的80%，其他水源供水量0.54亿立方米，占总供水量的1%。由此可见，河北省的社会经济发展用水主要靠加大地下水超采量来维持的。使深层淡水水质局部遭到破坏；浅层地下水位普遍降低，加之地表河流、水体干涸，造成湿地面积减少，土壤沙化加重；地下水位下降，增大了地表污水对地下水体的入渗。2.5城市排涝系统滞后，内涝频发，试点区处内涝高风险区，易涝点较多

河北省暴雨一般多发生在盛夏7—8月份，降雨强度大，排水系统滞后，几乎每年都会发生大小不等的洪涝灾害，给河北省带来不同程度的损失。河北省当前的排水管网排涝能力不足，不满足一年一遇的排水管网比例较高，整个省份的排涝标准也不高，处于内涝高风险区域，25％处于中风险区，基础设施滞后，排涝能力整体较低。通过海绵城市建设，可以加快推动和改造排水防涝设施，尽快满足新国标以及各类海绵城市建设标准，提高城市排水防涝能力。河北省海绵城市建设的必要性 3.1 全面提升城市的功能

建设用地增长逐年突破已有规划，快速城镇化的过程中的问题逐步凸显，城市新区发展较快，绿色化生态化基础设施稍显滞后，新区内涝问题逐步凸显，东部新区防洪体系欠缺；城中村密度过高、人居环境质量亟待提升，公共绿地空间不足；部分河道、防洪沟两侧城中村、棚户区散布，区域环境质量堪忧。

有必要分区域、分重点、因地制宜地开展海绵城市建设，加强海绵型建筑与小区、海绵型道路与广场、海绵型公园与绿地、绿色蓄排与净化利用等设施建设。通过海绵城市建设，全面提升城市新区、各类园区、成片开发区的城市建设水平；开展危房改造和老旧小区改造，逐步改善老城区人居环境质量；有机更新城中村、棚户区，落实新型城镇化战略，全面提升城市功能。

3.2彻底解决城市水问题，推动水安全战略 河北省所涉及的城市水问题，覆盖全面，特点突出。常规水资源有限，雨水、中水等非常规水资源利用不足；城区内季节性河流较少，水体流动性较差，受水量和污染排放双重影响，部分河道水质不佳，呈现黑臭。受降水特性和老城排涝设施滞后等影响，河北省有近9％的区域处在内涝高风险区，新城区防洪体系亟待完善；中心城区生态化岸线比例较低，地下水超采严重，约50％的区域属地下水严重超采区。有必要通过海绵城市的建设，从水资源、水环境、水安全、水生态等层面入手，解决河北省面临的核心水问题，保障城市水安全战略顺利实施。海绵城市规划建设策略

通过一套规划指标、一副生态安全格局、三层海绵分区、多重衔接体系等构建河北省海绵城市建设框架，以海绵城市建设理念引领河北省城市发展，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等低影响措施，实现雨水资源的自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。

4.1一套规划指标管全局

以年径流总量控制率作为海绵城市建设核心指标，从水生态、水安全、水环境、水资源、制度建设及执行情况、显示度六个方面搭建河北省海绵城市建设指标体系。

4.2—副生态安全格局定基础

规划在识别山、水、林、田、湖等生态本底条件的基础上，结合生态敏感性评估，构建海绵城市的自然生态空间格局。基于“廊道一基质一斑块”的生态本底进行要素识别，主要为河流廊道，自然保护区、林草生态系统、城市绿地系统、植被覆盖度、地质灾害敏感性等，构建海绵城市的空间格局体系。

4.3多重衔接体系促保障 4.3.1 规划衔接保障

落实海绵城市建设要求的规划内容，应当分层级、分步骤地纳入到城市总体规划、相关专项规划、控制性详细规划、修建性详细规划等法定规划中，成为法定规划的有机组成部分；从而使整个城市规划体系中能够系统性、综合性地体现海绵城市规划建设的理念、原则、方法、以及技术措施。从而加大城市径流雨水源头减排的刚性约束，充分发挥自然排水系统、生态排水设施、道路、绿地等的雨水调蓄作用，使城市建设用地成为具有吸水、蓄水、净水和释水功能的“海绵体”，实现城市开发后的水文特征接近开发前，减轻市政雨水管网的压力，有效缓解城市涝，削减城市径流污染负荷，提高雨水资源化利用效率，修复城市水生态系统。

4.3.2 监测考核保障

结合住建部《海绵城市建设绩效评价与考核办法（试行）》，根据运行监测数据，利用统计分析、模拟分析手段，对已建项目进行工程效益的自评估与内部考核，保障如期全面达到住建部考核要求。绩效评估内容包括项目进展情况与设施运行情况，按排水分区进行总体控制和分解，由项目实施情况由下而上核算。建立在线监测系统，为海绵城市建设的制定《河北省海绵城市建设绩效考评办法》，构建海绵城市建设考核制度。

5小结

本文分析了河北省现状面临的主要问题，为全面提升城市功能，落实新型城镇化战略，彻底解决城市水问题，推动水安全战略，提出了“一套规划指标管全局，一副生态安全格局定基础，三层海绵分区作指引，多重衔接体系促保障”的海绵城市建设规划策略，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等低影响措施，实现雨水资源的自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。