海绵城市技术助力解决城市内涝问题的研究

海绵城市技术助力解决城市内涝问题的研究

梅振力，徐钦

中冶南方武汉建筑设计有限公司，湖北武汉 430077

摘要：随着全球城市化进程的加速，城市内涝问题日益凸显，严重影响了城市的安全运行和居民的生活质量。传统城市排水系统的设计往往侧重于快速排泄雨水，忽略了雨水的资源属性及其对城市生态环境的影响。海绵城市理念的提出，为解决这一问题提供了新的思路。它强调城市与自然和谐共生，通过构建绿色基础设施，提升城市生态系统服务功能，实现雨水的就地消纳和循环利用。本文旨在深入探讨海绵城市在内涝防治中的作用机理，以及其对提升城市可持续发展水平的贡献。

关键词：海绵城市；城市内涝；策略

一、绿色基础设施开发与优化

绿色基础设施的开发与优化是海绵城市理念得以实现的关键所在。这一体系涵盖了多种旨在模仿自然水文循环的创新设计，如透水铺装、绿色屋顶、雨水花园、生态滞留池和湿地公园等，它们共同构成了一个复杂而协调的雨水管理系统，旨在提高雨水的自然处理和再利用率，从而有效缓解城市内涝问题，同时促进城市生态环境的改善。

透水铺装作为绿色基础设施的基础组成部分，通过使用特殊材料或结构设计，允许雨水直接渗透至地下，而非形成地表径流。这种设计不仅能够减少城市洪水的风险，还能够补充地下水，维持地下水位，对于干旱地区的水资源管理尤为重要。绿色屋顶则是在城市建筑顶部种植植被，不仅可以吸收雨水，减少径流，还能够提供城市绿肺，改善空气质量，降低城市热岛效应，为城市居民创造更为舒适的生活环境。

雨水花园和生态滞留池则是精心设计的景观特征，旨在收集和暂时储存雨水，通过植物根系和土壤的自然过滤作用，净化水质后缓慢释放至地下或城市排水系统。这些设施不仅提升了城市的美观度，还能够增强生物多样性，为城市增添生机与活力。湿地公园则是在城市中恢复或创建湿地生态系统，利用湿地独特的水处理能力，有效净化城市雨水径流，同时提供休闲娱乐和教育场所，增进市民对自然环境的认识和爱护。

这些绿色基础设施并非孤立存在，而是相互关联、协同工作的。例如，透水铺装可以将雨水引导至雨水花园或生态滞留池，而这些设施又可以通过地下渗透管与湿地公园相连，形成一个连续的雨水管理网络。通过精心设计和优化，这一网络能够确保雨水在城市中的自然循环，最大限度地减少地表径流，提高雨水的自然渗透和再利用率，同时保持城市生态系统的健康和平衡[1]。

绿色基础设施的开发与优化是一个持续的过程，需要跨学科合作，结合城市规划、生态学、水文学、景观设计等领域的知识，以及对当地气候、地质条件、社会需求的深入了解。通过不断的技术创新和实践经验积累，绿色基础设施将更加成熟和完善，为海绵城市的建设提供坚实的基础，助力城市实现可持续发展，提升城市居民的生活品质。

二、智能排水系统集成

智能排水系统的集成与优化是现代海绵城市技术不可或缺的一部分，它深度融合了物联网、大数据、人工智能等前沿科技，旨在实现城市雨水收集、储存、排放的智能化管理，从而有效应对城市内涝问题，提升城市水循环的效率与安全性[2]。

基于物联网的智能排水系统，通过在城市排水管网、雨水收集设施、水库等关键节点部署大量的传感器和监测设备，实时采集水位、流速、水质等数据，构建起一个全面覆盖、高度互联的信息网络。这些数据随后被传输至中央控制平台，通过大数据分析技术进行处理和解读，生成直观的可视化报告，为城市管理者提供实时的排水系统运行状况和预警信息。例如，在暴雨来临前，系统能够迅速检测到水位上升趋势，自动启动应急排水措施，避免城市内涝的发生。

人工智能技术的应用进一步增强了智能排水系统的预测能力和自动化水平。通过机器学习算法，系统能够分析历史气象数据，预测未来的降雨模式和强度，提前调整排水系统的工作参数，如开启雨水泵站、调节闸门开度、控制雨水花园和生态滞留池的蓄水量等，以最优化的方式应对突发性降雨，减少城市洪水风险。此外，AI技术还可以优化雨水的再利用流程，根据实时的用水需求和水质情况，智能调度雨水资源，提高水资源的利用效率。

智能排水系统还具备自我学习和自我优化的能力，随着数据积累和算法迭代，其预测精度和反应速度将不断提高。这意味着，智能排水系统能够根据城市发展的变化和环境条件的波动，自动调整策略，确保排水系统的稳定运行和最佳性能。例如，当城市扩张导致雨水收集区域增加时，系统能够自动识别新区域的排水需求，动态调整雨水管道的布局和容量，以适应新的城市格局。

三、社会经济与环境效益评估

海绵城市作为一种创新的城市规划和管理模式，其目标是通过模仿自然水文循环过程来增强城市的可持续性。这种模式不仅在减轻城市内涝、提升水质、增加绿地空间等方面带来了显著的社会经济效益，同时对减少碳足迹、保护生物多样性以及缓解城市热岛效应等环境问题产生了深远的积极影响。

首先，海绵城市的建设显著降低了因城市内涝而产生的经济损失。传统的硬质基础设施在面对极端天气事件时往往不堪重负，导致严重的财产损失和生命安全威胁。相比之下，海绵城市通过构建生态雨水花园、绿色屋顶、透水铺装和地下蓄水系统等软性设施，有效提升了雨水的渗透、滞留和净化能力，减少了径流，从而大大降低了城市内涝的风险。这不仅节省了灾后重建的成本，还减少了保险赔付，提高了城市基础设施的韧性和稳定性

[3]。

其次，海绵城市对于改善城市水质和增加绿地面积同样贡献良多。城市化进程中，未经处理的雨水径流常常携带着污染物直接进入河流湖泊，严重影响了水体质量。海绵城市中的各种绿色基础设施可以自然过滤和净化雨水，显著降低了污染负荷，促进了水体生态的恢复。与此同时，绿地面积的增加不仅美化了城市环境，还提供了休闲娱乐的空间，提升了居民的生活质量，吸引了更多的游客和投资，为城市带来了额外的经济收益。

在环境效益方面，海绵城市的长远影响更是不可忽视。通过植被的光合作用和土壤的碳固定作用，海绵城市有助于减少城市碳足迹，对抗全球变暖。丰富的绿地和湿地环境也为野生动植物提供了栖息地，有助于维护城市生物多样性，构建更为健康的城市生态系统。此外，城市绿地的增加还有助于缓解城市热岛效应，降低城市温度，减少空调使用，进而节约能源消耗，形成良性循环。

结语：海绵城市不仅是应对城市内涝挑战的有效手段，更是推动城市向更加生态、绿色、可持续方向转型的重要途径。通过综合运用绿色基础设施、智能水循环管理等策略，海绵城市不仅能够显著降低内涝风险，还能够促进水资源的节约与再利用，改善城市生态环境，提升居民生活质量。未来，随着海绵城市理念的不断深化和技术的进步，我们有理由相信，城市将能够更好地适应气候变化带来的挑战，实现人与自然的和谐共生。

参考文献：

[1]聂菊仙.快速扩张化城市发展下城市内涝的海绵城市设计策略[J].居业,2024,(05):89-91.

[2]冯培培.基于城市内涝防治的海绵城市建设研究[J].水上安全,2024,(07):97-99.

[3]陈凌.城市规划视阈下的城市内涝现状与防治体系建构策略[J].建材发展导向,2023,21(24):78-80.