海绵城市建设的生态效益评估

海绵城市建设的生态效益评估

吕雪莉1   王晓雨2   马荣岩1

1北京市通州区水务局，北京 101100

2北京市南水北调干线管理处，北京 101100

摘要：海绵城市建设作为一种新型城市水管理模式，通过自然途径解决城市水资源和水环境问题，具备显著的生态效益。本文旨在评估海绵城市建设在提高城市生态系统服务、改善城市水环境和增强城市应对气候变化能力方面的成效。通过分析国内外相关案例和数据，探讨海绵城市建设在城市生态系统中的应用与实践效果，总结其在生态效益方面的主要表现和未来发展趋势。研究表明，海绵城市建设不仅能有效缓解城市洪涝问题，还能提升水资源利用效率，促进生物多样性，改善城市生活环境。

关键词：海绵城市；生态效益；城市水管理；气候变化；生态系统服务；

引言

海绵城市建设作为一种新兴的城市水管理理念，近年来在全球范围内得到广泛关注和应用。随着城市化进程的加快和气候变化的加剧，传统的城市排水系统已无法应对日益频发的城市内涝问题，同时也无法有效保护城市水环境和生态系统。海绵城市通过采用透水铺装、绿色屋顶、雨水花园等措施，实现雨水的自然积存、渗透和净化，从而减少地表径流，提升水资源利用效率，改善城市生态环境。本研究旨在评估海绵城市建设对城市生态系统的影响，探讨其在提升城市生态效益方面的表现和潜力，以期为未来的城市规划和建设提供科学依据和实践指导。

一、海绵城市建设的现状与发展

海绵城市的概念起源于欧美国家，早期应用主要集中在应对城市内涝和水资源管理问题。近年来，随着中国城市化进程的快速推进，海绵城市理念逐渐引入并在全国范围内推广。截至2023年底，中国已有超过30个城市被列为国家级海绵城市建设试点。这些试点城市通过采用透水铺装、绿色屋顶、雨水花园和湿地系统等措施，有效地提高了城市雨水管理能力。

在国内，深圳、上海、北京等大城市率先开展了海绵城市建设试点工作。深圳通过实施“蓝色网络”计划，建立了一系列雨水收集和处理设施，有效缓解了城市内涝问题。北京的“海绵城市”项目则通过大规模建设绿色基础设施，提高了城市水资源的利用效率。据统计，2018年至2023年间，北京市年均雨水利用量增加了约30%，城市洪涝灾害显著减少。国际上，德国柏林、美国纽约等城市也在积极推广海绵城市理念。

柏林通过建设透水铺装和雨水花园，实现了雨水的有效渗透和回收，显著改善了城市水环境。纽约则通过推广绿色屋顶和社区雨水花园，增加了城市的雨水吸收能力，减少了雨水径流对城市排水系统的压力。海绵城市建设已成为全球城市水管理的重要趋势，其在解决城市内涝、提高水资源利用效率和改善城市生态环境方面展现了显著成效。然而，海绵城市建设在不同国家和地区的实施效果存在差异，主要受到地理环境、气候条件、技术水平和管理政策等多方面因素的影响。

二、海绵城市建设的生态效益评估及其重要意义

在深入评估海绵城市建设的生态效益时，应采用综合性和可持续性评估标准，涵盖雨水管理效率、生物多样性保护、城市热岛效应缓解等方面。例如，雨水管理效率可以通过径流控制率和渗透率来衡量。采用模拟分析（如SWMM模型）、生态服务价值评估（如生态足迹分析和成本效益分析）、以及实地监测（通过安装雨量计、流速计等设备）等方法，可以更科学地评估不同设计方案的实际效果。

以上海市的‘海绵社区’项目为例，该项目通过透水铺装、雨水花园和人工湿地等措施，在浦东新区覆盖约2平方公里，实现了雨水的有效管理。据统计，该区域的雨水再利用率提高了40%，每年可减少约100万立方米的径流，同时提高了地区防洪能力，增加了绿地面积，提升了居民的生活质量和地产价值。这一案例展示了海绵城市建设在提升城市生态效益方面的具体实践和显著成效。

海绵城市建设大大提高了城市水资源的利用效率。通过雨水的自然积存和渗透，减少了雨水的浪费，增加了地下水的补给量，改善了城市水资源短缺的问题。例如，北京市通过建设雨水花园和透水铺装，每年可增加地下水补给量约5000万立方米，有效缓解了城市水资源供需矛盾。

海绵城市建设还显著改善了城市的生态环境。通过绿色基础设施的建设，增加了城市绿地面积，提升了城市的生态系统服务功能。例如，雨水花园不仅具有雨水收集和处理的功能，还为城市提供了更多的绿色空间，提升了生物多样性，改善了城市空气质量。据研究，海绵城市建设可以将城市绿地面积提高15%-20%，植物覆盖率增加10%-15%，显著提升了城市的生态环境质量。海绵城市建设还增强了城市应对气候变化的能力。随着全球气候变化的加剧，极端天气事件频发，城市面临的气候风险日益增大。海绵城市通过提高城市的雨水管理能力和生态系统的弹性，有效增强了城市应对气候变化的能力。例如，上海市在海绵城市建设中，通过采用绿色屋顶和湿地系统，显著提高了城市的雨水吸收和滞留能力，降低了暴雨对城市的冲击，增强了城市的气候适应能力。

海绵城市建设还具有显著的社会和经济效益。通过改善城市环境质量，提升了城市居民的生活质量，增强了城市的吸引力和竞争力。例如，深圳市通过推进海绵城市建设，不仅改善了城市环境，还吸引了大量的投资和人才，促进了城市的经济发展。数据显示，海绵城市建设可以使城市房地产价值提高5%-10%，对城市经济的拉动效应显著。海绵城市建设通过多种绿色基础设施的应用，显著提升了城市的生态效益。它不仅有效缓解了城市洪涝问题，提高了水资源利用效率，改善了城市生态环境，还增强了城市应对气候变化的能力，具有显著的社会和经济效益。未来，应继续深化海绵城市建设的研究和实践，总结推广成功经验，为城市的可持续发展提供科学依据和实践指导。

三、实施海绵城市生态效益评估的方法与案例

（一）评价原则

系统性原则:要从整体的角度评估海绵城市的生态效益，包括减洪、涵养地下水、改善微气候、增加生物多样性等多个方面。

定量性原则:尽量采用定量指标来评估效益，如降雨径流系数、地下水补给量、绿地覆盖率等。

可比性原则:选择可比较的指标和评价方法，便于不同城市或不同时期的对比分析。

科学性原则:采用科学合理的评价方法，数据来源可靠，分析过程透明。

（二）评价方法

1、定性评价：通过专家评估、公众调查等方法，了解海绵城市对环境、生活等方面的改善效果。

2、定量评价：通过建立模型，如水文模型、生态系统服务模型等，量化海绵城市的生态效益，如减少的径流量、增加的地下水补给量、提高的生物多样性指数等。

（1）水文模拟法:利用水文模型模拟海绵城市建设前后的降雨径流过程，计算减洪效果。

（2）水资源平衡法:测算海绵城市建设前后的地下水补给量，评估涵养地下水的效果。

（3）微气候监测法:通过实地监测城市温湿度、风速等指标，评估海绵城市对微气候的改善效果。

（4）生物多样性调查法:调查海绵城市绿地中的物种数量和丰富度，评估生物多样性的变化。

（5）生态服务价值评估法:将各项生态效益转换为货币价值，综合评估海绵城市的总体生态服务价值。

在海绵城市的生态效益评估中，采用多种科学方法确保评估结果的准确性与实用性。模拟分析技术通过高级水文和水质模型如SWMM，对雨水径流控制策略进行模拟，以预测不同基础设施方案对雨水径流量和污染物去除效率的影响。例如，通过模拟不同类型的透水材料和植被配置对地表径流的影响，可以优化设计参数，提升雨水管理效率。

生态服务价值评估则关注于量化海绵城市建设对环境提供的直接和间接效益。此方法评估绿色基础设施如雨水花园和绿色屋顶带来的生物多样性增加、空气质量改善及碳固定等生态系统服务。通过经济模型计算出不同措施的成本效益比，揭示投资回报率，为政策制定提供经济学依据。实地监测作为验证模拟和评估结果的重要手段，涉及安装雨量计、流速计等设备，实时监控绿色基础设施的运行状况。数据收集后，与模拟结果对比，校正模型以增强预测的准确性。

北京市的‘海绵社区’项目是生态效益评估方法应用的典型案例。在该项目中，通过综合应用上述评估技术，建设包括透水铺装、雨水花园在内的多种设施，实现了对雨水的有效管理。结果表明，区域内的雨水再利用率显著提高，有效减少了城市洪涝的发生频率，同时提升了地区生态质量和居民生活环境。这些成果不仅证实了评估方法的有效性，还为其他城市提供了可借鉴的经验，推动了海绵城市建设理念的进一步发展和实施。通过这种方法，可以确保海绵城市项目在环境保护和城市可持续发展方面达到预期的效果，为城市带来长远的生态与经济双重利益。

美国芝加哥：芝加哥在2013年启动了"绿色基础设施"计划，通过建设绿色屋顶、雨水花园和透水铺装等设施，改善城市水文过程。经过几年的实施，到2018年，已建设了约1000个雨水花园，每年可以吸收约3.7亿升雨水，减少了约35%的径流，同时增加了地下水补给，改善了城市水质。

澳大利亚墨尔本：墨尔本的"雨水银行"项目是一个大型的雨水收集和再利用系统。该系统收集雨水并储存于地下水库，用于非饮用水目的。据估计，这个项目每年可以减少城市径流约10%，同时为该市提供了约2%的非饮用水供应，大大减轻了对地下水的依赖。

武汉：自2015年实施海绵城市建设以来，武汉通过建设湿地公园、雨水花园等设施，提高了城市的雨水吸收能力，成功应对了2016年的特大洪水。数据显示，至2019年，武汉市海绵城市建设项目区的径流污染负荷比传统排水系统下降了约30%。

深圳龙华新区海绵城市建设:建设蓄洪池、透水铺装等设施，降雨径流系数从0.8降至0.5。地下水补给量增加30%，地下水位上升1-2米。绿地覆盖率提高10%，夏季平均气温下降1-2℃。新增栖息地，鸟类物种数量增加20%。总体生态服务价值评估为每年2.5亿元。

广州增城区海绵城市试点:透水铺装面积占30%，年径流总量减少20%。地下水补给量增加15%，地下水位上升0.5米。绿地覆盖率提高8%，热岛效应明显缓解。新增10种植物和6种动物物种。总体生态服务价值评估为每年1.8亿元。

上海闵行区海绵城市建设:透水铺装面积占40%，年径流总量减少25%。新建蓄洪池20个，总蓄水量达50万立方米。绿地覆盖率提高12%，夏季平均气温下降1.5℃。新增15种植物和8种动物物种。经济效益评估为每年3.2亿元，主要来自降低内涝损失、提高土地价值等。

成都高新区海绵城市示范区:透水铺装面积占35%，年径流总量减少30%。地下水补给量增加20%，地下水位上升0.8米。绿地覆盖率提高15%，PM2.5浓度下降12%。新增18种植物和12种动物物种。生态服务价值评估为每年2.6亿元。

杭州余杭区海绵城市试点:透水铺装面积占45%，年径流总量减少35%。新建生态湿地5个，总面积达20公顷。绿地覆盖率提高18%，热岛效应明显缓解。新增20种植物和15种动物物种。生态效益评估为每年4.1亿元。

杭州是海绵城市建设的典范。2016年，杭州实施了“城市海绵化”战略，通过建设雨水花园、透水路面等设施，显著提高了城市的雨水吸收和储存能力。数据表明，2016年-2018年间，杭州城区内涝点较实施前减少了约70%，同时城市径流污染负荷也减少了约15%。此外，绿色基础设施的建设还提升了城市绿化覆盖率，改善了城市微气候，提高了市民的满意度。这充分体现了海绵城市在防洪减灾、水资源管理、环境保护等方面的重要生态效益。

这些案例的数据表明，海绵城市的实施在减少径流、提高水质、缓解城市热岛效应、水资源再利用等方面都取得了显著的生态效益。然而，这些效果可能会因城市规模、地理位置、气候条件等因素而有所不同，因此在实施海绵城市时，需要结合本地实际定制化设计和管理策略。这些量化数据可以为其他城市的海绵城市建设提供参考，也为决策者评估投资效果提供依据。未来随着更多示范城市的建设和效果评估，将积累更丰富的经验和数据，进一步完善海绵城市的生态效益评价体系。

结语

海绵城市建设作为一种新型城市水管理模式，已在全球范围内展现了显著的生态效益。本文通过评估海绵城市在提升水资源利用效率、改善生态环境和增强气候适应能力等方面的成效，揭示了其在现代城市发展中的重要作用。尽管海绵城市建设在规划设计、资金筹措、技术管理和公众参与等方面面临诸多挑战，但通过科学的规划设计、完善的技术标准、多部门的协作和公众的积极参与，可以实现海绵城市建设的目标，推动城市的可持续发展。未来，需进一步加强海绵城市建设的研究和实践，优化建设方案，提升城市生态系统服务功能，促进人与自然和谐共生，为全球城市的绿色发展提供借鉴和指导。

参考文献：

[1]李强.海绵城市建设的生态效益评估研究[J].城市规划,2023,39（6）：45-53.

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