如何理解海綿城市的概念?它在城市排水防澇建設中可以起到什麼樣的作用?

解讀“海綿城市”的水文效應

“海綿城市”中的水體，稱為海綿體。——人民日報（連結高能預警）

前言：去年我國住建部印發了《海綿城市建設技術指南-低影響開發雨水系統構建 （試行）》（以下簡稱《指南》），旨在全國範圍內建設“自然積存、自然滲透、自然淨化”的“海綿城市”。今天筆者試圖從城市水文學的角度，解讀一下海綿城市在城市防洪排澇中可能起到的作用。為了輔助理解，本文會從自然情況下的水文過程出發，探討城市建設對水文過程的負面影響，最後探討相應治理措施的機理。考慮到不同讀者的知識背景和教育水平，筆者將讀者預設為初中文化水平，即初中生基本能夠看懂本文。文中可能會有一些示意圖，比喻等寫作手法，請專業人士們輕拍~~

1。 自然植被情況下的水量平衡

首先明確研究物件：某地城鄉結合部有一塊正方形林地，林地旁邊有條小河經過。林地中生長不同種類的植物，包括草類、灌木和喬木等等；林地的表面也不是平坦的，存在一定的低窪地。當林地發生降雨時，一部分降雨會從地面流到河裡。我們的研究物件就是那部分從地面流到河裡的水量。

我們可以將降雨中的雨滴假想成空降兵，這些空降兵的戰鬥目標是最快時間內行軍到林地中的河流裡。假設一大群空降兵在林地上空均勻的空降，每個地方空降計程車兵數量相同；實施傘降之後，那些空降兵會面對什麼樣的命運呢？開一下腦洞：

戰死沙場：由於種種原因，空降兵會發生一定程度的減員，包括被敵軍殺死、被殺俘等戰鬥減員，以及降落傘故障死亡、掛在樹上等非戰鬥減員。

戰敗被俘：一部分空降兵會在地面遭遇敵方士兵，如果空降兵的數量大於敵兵，空降兵會戰勝脫困；如果空降兵數量小於敵兵，空降兵將會不幸戰敗被俘。

落入陷阱：林地地面上有一些深坑之類的陷阱，一些空降兵落地後直接被陷阱困住直到戰鬥結束。落入陷阱與戰敗被俘的區別是，落入陷阱後還有可能逃脫，而被俘後逃脫機率較小。

勝利逃亡：如果空降兵數量足夠多，總有一部分空降兵順利降落地表，沿著地表行進至河流中。在本文中，這部分“勝利逃亡”的空降兵是我們的主要研究物件。

Fig。1 自然植被覆蓋情況下空降兵分佈示意圖 （Modified from Growth and Water Resources EPA ）

現在問題來了，如果空降了100個空降兵，有多少能夠勝利逃亡到指定地點呢？根據U。S。 EPA（美國環保局）的一項調查顯示，在自然狀況下只有10個空降兵可以透過地表到達指定地點，剩下的空降兵都損耗在空降後的行軍過程中。

圖2 自然植被覆蓋情況下空降兵分佈數量 （Modified from Growth and Water Resources EPA ）

在實際生活中，我們不僅關注多少空降兵可以到達指定地點，同時也關心空降兵們的到達時間。也就是說，我們不僅關注“數量”，也關注“時間”。首先，由於林地各處的情況不同，空降兵的行軍速度不同；其次，每個空降兵距離集合地點的距離也不同，如果空降兵們同時出發，我們在集合點觀察，每小時有多少空降兵到達集結點呢？

由於產匯流計算過程非常複雜，筆者在這裡直接用實際資料來講解。圖3是一個實際情況中的雨水徑流過程圖。根據我們的假設，如果飛機投放三次空降兵之後，空降兵們開始從不同地點以不同速度向制定目標前進，每小時到達指定地點的空降兵數量先升後降，存在一個極大值，稱之為洪峰（Peak）。由於本文考慮的是城市防洪排澇，我們重點關注空降兵到達數量的最大值以及這個最大值出現的時間，也就是圖3中的洪峰流量和峰現時間。

圖3 自然狀況下的降雨徑流過程線 （Modified from Hydrology & Hydraulics ）

到現在為止，筆者已經介紹了自然狀況下水文過程的幾大要點，包括：

水量平衡地表徑流量雨水徑流過程線本文的第二部分會主要分析這片林地城市化之後對水文過程的負面影響，然後第三部分會分析如何解決這些負面影響。這三部分完成後，筆者期望讀者們能夠從機理上理解海綿城市的著眼點以及實現方法。

To be continued。

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