章末问题研究 如何让城市不再“看海”

知识关系导航

• 所属章节：第五章 植被与土壤。
• 功能基础：土壤孔隙、蓄水与保水是雨洪调节的自然基础。
• 过程基础：城市硬化对水循环的影响解释径流增长。
• 生态基础：植被通过截留、根系和蒸腾增强城市调节能力。

本节学习目标

1. 解释城市地表硬化改变下渗、径流、蒸发蒸腾和地下水补给的过程。
2. 说明土壤蓄水如何延迟汇流、削减洪峰并缓解内涝。
3. 读图分析雨水花园的分层结构及下渗、净化、蓄积和利用功能。
4. 理解海绵城市从单点设施到流域化、系统化雨洪管理的思想发展。
5. 评价不同自然和城市条件下建设海绵城市的适宜性与限制。
6. 提出绿色、灰色设施和管理措施协同的城市内涝治理方案。

核心知识点讲解

一、区域定位与地理情境

快速城镇化使道路、广场和建筑屋面等不透水面增加。强降雨时，雨水难以进入土壤，短时间汇入低洼地和排水管网；当径流峰值超过排水能力，就出现道路、地下空间和社区积水，被形象地称为城市“看海”。

城市内涝不同于大江大河流域洪水，但二者可能叠加。城市内涝主要表现为城市范围内短历时积水，成因既有强降雨，也有下垫面改变、地势低洼、河湖空间被占、排水标准和管理不足。

二、核心概念与地理要素

1. 土壤蓄水与洪峰

多孔隙土壤像天然“蓄水库”：降水进入孔隙后暂时储存，一部分继续下渗补给地下水，一部分被植物吸收或蒸腾，一部分缓慢流向河流。这样可减少即时地表径流并延长汇流时间，使洪峰降低、出现推迟。

教材材料指出，1米厚的多孔隙土壤理论上能截留约300毫米降水。这是说明蓄水潜力的理想化数据，实际能力还受初始含水量、质地、压实、坡度、地下水位和降雨强度影响。

2. 雨水花园

雨水花园是地势略低、种植适宜植物、具有蓄水和渗滤结构的绿地，接纳屋顶、道路等汇来的雨水。典型结构包括：

• 表层植物和蓄水洼地：截留、减速和暂存雨水。
• 树皮覆盖层：减少冲刷和蒸发，过滤较大颗粒。
• 种植土和人工填料层：支持植物并吸附、过滤污染物。
• 砂层和砾石层：改善渗透、排水和暂时储水。
• 导水管：土壤入渗能力不足时排出多余水，防止长时间积水。

教材监测材料显示，雨水花园平均可减少75%—80%的地面雨水径流量。这个比例适用于特定案例，不能无条件套用于所有城市；设计规模、降雨、维护和土壤条件都会影响效果。

3. 海绵城市

海绵城市让城市像海绵一样，在降雨时吸水、渗水、滞水、蓄水、净水，需要时释放并利用。它不是单一设施，而是从建筑小区、道路公园到河湖流域的系统规划。

常用六字框架：

• 渗：透水铺装、绿地和土壤增加下渗。
• 滞：植被、下凹空间减慢径流。
• 蓄：池塘、湿地、地下设施储存雨水。
• 净：土壤、植物和工程介质过滤污染物。
• 用：回用于绿化、冲洗、景观和部分工业。
• 排：超过设计容量的雨水通过管网、河道安全排出。

三、过程机制与成因链条

1. 城市硬化导致内涝

不透水面增加、植被减少 → 截留和下渗减少、土壤蓄水功能削弱 → 地表径流系数提高 → 雨水更快进入管网和低洼区 → 汇流时间缩短、洪峰提前增大 → 强降雨时超过管网、泵站和河道能力 → 内涝。

同时地下水补给减少、旱季可利用水减少，形成“雨季水太多、平时水不足”的双重问题。

2. 土壤如何削峰错峰

降水进入土壤孔隙 → 水量暂存并向深层缓慢移动 → 到达河流和管网的时间延后 → 同一时刻的径流量减少 → 洪峰降低并推迟。核心不是把雨水“消失”，而是改变它的路径和时间分配。

3. 雨水花园净化机制

植被减速拦截悬浮物 + 覆盖层过滤 + 土壤和填料吸附部分污染物 + 微生物分解有机污染物 + 植物吸收部分养分 → 出流水水质改善。但溶解性盐和重金属可能在介质中累积，需要监测并更换材料。

4. 从雨水花园到海绵城市

单栋住宅雨水花园 → 社区多个分散设施连接 → 道路、公园、屋顶、河湖统一设计 → 以流域为单元控制径流总量、峰值和污染 → 从末端“快速排走”转向源头减排、过程调蓄、末端排放与资源利用并重。

四、空间分布、图表判读与证据

1. 城市易涝点识别

重点看低洼地、地下通道、立交桥下、河湖沿岸、老旧管网区、高不透水率片区和上游汇水集中处。高程、坡向、排水分区、不透水面比例和历史积水记录应叠加分析。

2. 教材数据判读

北京2012年7月21日平均降水量约170毫米。若土壤厚度1米、状态理想且孔隙未预先饱和，教材给出的300毫米截留潜力从总量上大于170毫米，说明恢复土壤蓄水可显著削减径流；但真实城市土层连续性、初始含水量、降雨强度和地势不同，不能得出“有1米土壤就绝不内涝”。

3. 雨水花园图判读

先看汇水从哪里进入，再看下凹深度和设计蓄水位；由上到下辨认覆盖、种植土、填料、砂和砾石；最后判断是否有防渗层或导水管。不同设计目标不同：补地下水强调入渗，地下水污染风险区则可能设置防渗并将净化水导走。

4. 海绵设施组合

空间	适宜设施	主要功能
建筑	绿色屋顶、雨水桶、调蓄池	源头截留和利用
道路广场	透水铺装、植草沟、下沉绿带	渗透、减速、输送和过滤
小区公园	雨水花园、湿地、池塘	滞蓄、净化、景观
河湖沿岸	滨水湿地、生态缓冲带、行洪空间	蓄洪、净化、生态连通
地下与末端	调蓄隧道、泵站、管网、溢流通道	应对超标暴雨和安全排放

五、人地关系、影响与对策

1. 综合效益

• 减少径流总量、延缓汇流并削减中小降雨洪峰。
• 过滤初期雨水污染，改善河湖水质。
• 储存雨水用于绿化等，缓解部分用水压力。
• 增加绿地和生境，缓解热岛并改善景观。
• 恢复土壤和水循环功能，提高城市生态韧性。

2. 现实困难

• 老城区建筑密集、地下管线复杂、改造空间不足。
• 部分地区黏土渗透慢、地下水位高、地面沉降或污染风险大，不适合盲目下渗。
• 极端降雨可能远超海绵设施设计容量。
• 建设后若缺乏清淤、补植和介质维护，功能衰减。
• 跨部门规划、资金、产权和公众参与协调困难。
• 过度强调景观，忽视汇水计算和溢流路径，会导致设施失效。

3. 应对措施

1. 按地形、土壤、地下水和暴雨特征分区设计，先调查后建设。
2. 新区在规划阶段预留河湖、湿地和调蓄空间；老城用小微、分散设施渐进改造。
3. 绿色基础设施与管网、泵站、调蓄隧道等灰色工程协同。
4. 恢复河湖行洪空间，避免占用低洼地和自然排水通道。
5. 建立监测、预警、清淤和全生命周期维护机制。
6. 对超标准暴雨保留安全溢流和应急疏散方案。

六、综合题型与迁移应用

1. 水循环环节题

硬化主要导致下渗减少、地表径流增加、地下径流补给减少；植被减少还使截留、蒸腾下降。答题需根据材料选择，不能只写“水循环减弱”。

2. 工程评价题

目标是否明确 → 自然条件是否适合 → 设施怎样改变径流 → 正面效益 → 容量、维护和生态风险 → 与其他措施协同。

3. 城市差异题

降水较多、暴雨频繁且土壤渗透较好的城市建设需求和自然潜力较大；但干旱城市也可通过雨水收集缓解缺水。地下水位过高、土壤污染或地质条件不稳地区需控制下渗、重视调蓄和导排。因此不能简单回答“只有湿润城市适合”。

4. 方案设计题

先划定汇水区和易涝点，确定设计降雨；按屋顶—道路—绿地—河湖布置设施，计算蓄渗容量；设置超标暴雨溢流路径；最后配置维护责任和监测指标。

重点梳理

• 内涝链：硬化增加 → 下渗蓄水减少 → 径流量和速度增加 → 洪峰增大提前 → 排水超负荷。
• 土壤作用：让水进入孔隙、延迟汇流、削减洪峰、缓慢释放。
• 雨水花园：植物＋覆盖层＋种植土填料＋砂砾层＋导水管。
• 海绵城市：渗、滞、蓄、净、用、排，多尺度系统治理。
• 建设原则：因地制宜、绿灰结合、平急结合、建设维护并重。

难点突破

1. 300毫米蓄水能力不能机械套用

它取决于1米土层全部可利用孔隙且初始较干等条件。若雨前土壤已饱和、土壤被压实或降雨强度远大于入渗速率，即使总降雨量小于300毫米也会产生径流。

2. 下渗越多是否永远越好

不是。污染场地可能把污染物带入地下水；地下水位高处继续下渗空间小；黄土湿陷、岩溶塌陷或边坡稳定区需谨慎。要根据水文地质条件选择渗透、调蓄或导排。

3. 海绵城市不等于不要排水管网

海绵设施擅长处理中小降雨和削峰，极端暴雨仍需管网、泵站、河道和应急通道。绿色和灰色设施是互补关系。

4. “快速排水”与“就地消纳”的尺度权衡

一个小区快速把水排走可能把洪峰转移到下游；流域尺度更重视源头减排、分散调蓄和错峰。只有在超过本地容量时才安全外排。

5. 建设与维护同等重要

透水铺装孔隙会堵塞，雨水花园会沉积泥沙、植物死亡，调蓄池会淤积。没有定期清理和补植，设计容量会持续下降。

例题讲解

例1 教材资料：硬化改变哪些水循环环节

不透水层使下渗减少、地表径流增加且汇流速度加快，地下水补给和地下径流可能减少；植被减少还使截留、蒸腾下降。最终洪峰增大提前，排水系统更易超负荷。

例2 教材资料：北京土壤蓄水意义

北京案例平均降水170毫米，材料称1米多孔土壤可截留300毫米。数据说明若城市保留连续、结构良好的土壤，可储存相当比例雨水，减少即时径流并延迟进入河流管网，削减洪峰。但实际效果受土壤初始含水量、入渗速率和空间连续性约束。

例3 教材资料：雨水花园作用

• 下渗：土壤、砂砾层为雨水进入地下提供通道。
• 净化：植被、覆盖层、土壤和微生物过滤、吸附和分解污染物。
• 蓄积：下凹空间和孔隙暂存雨水，降低径流峰值。
• 利用：储水可用于植物生长、蒸腾降温或收集回用。
• 其他：增加绿地和生物多样性，改善景观与热环境。

例4 教材资料：海绵城市地面材料与思想发展

地面材料应具有较好的透水性、孔隙性和一定承载力，耐久且不释放污染物；不同区域还需防堵、抗冻和便于维护。思想上由单个住宅的雨水花园发展为全城市、多尺度、系统化管理，从单纯减少径流扩展到渗滞蓄净用排和生态系统提升。

例5 哪些城市适宜建设

所有城市都可吸收海绵理念，但具体方式不同。暴雨多、硬化率高、内涝风险大的城市需求强；地形较平缓、有绿地、土壤渗透适中且地下水位较低的区域更利于下渗。黏土、地下水位高、污染或地质风险区应以地表调蓄、净化和安全排放为主。

易错点整理

1. 把城市内涝完全归因于降雨量大。下垫面、地势、河湖和排水系统同样重要。
2. 只写硬化使“蒸发减少”，遗漏最关键的下渗减少和径流增加。
3. 认为土壤能无限吸水。蓄水容量和入渗速率都有上限。
4. 把雨水花园等同普通花坛。它有下凹汇水和专门分层介质、溢流排水设计。
5. 认为海绵城市能消除所有洪灾。超标准暴雨仍可能内涝。
6. 认为透水地面越多越好。污染、地下水和地质条件可能限制下渗。
7. 只建设不维护，忽略堵塞、淤积和植被更新。
8. 只用管网扩容，可能把洪峰快速转移到下游。

考点考证点整理

考点一：城市化对水循环的影响

• 出题思路：给不透水面比例、洪峰过程线或城市化前后材料，解释内涝。
• 关键条件：植被覆盖、下渗、径流系数、汇流时间、管网容量和低洼地。
• 解答要点：硬化使截留下渗减少、地表径流增加、汇流加快、洪峰增大提前，地下水补给减少。
• 易扣分点：只写排水不畅；不指出具体水循环环节和变化方向。

考点二：土壤蓄水数据分析

• 出题思路：给土层厚度、蓄水量和降雨量，判断削峰潜力及限制。
• 关键条件：初始含水量、孔隙、土壤质地、入渗速率和降雨强度。
• 解答要点：比较容量但说明理论条件；写出暂存、延迟汇流和削峰，而非雨水消失。
• 易扣分点：直接用总容量断言不内涝；忽略土壤饱和和空间覆盖率。

考点三：雨水花园结构功能

• 出题思路：给剖面图，要求判断各层作用、径流路径和附加效益。
• 关键条件：下凹地形、植物、覆盖、填料、砂砾、导水和溢流。
• 解答要点：按雨水路径写截留、下渗、净化、蓄积、利用和超量排放。
• 易扣分点：只写美化环境；忽略导水管和设计容量。

考点四：海绵城市方案评价

• 出题思路：比较城市自然条件或评价透水铺装、湿地和管网组合。
• 关键条件：降雨、地形、土壤、地下水、污染、现状空间和维护。
• 解答要点：因地制宜选择设施，绿灰结合，设置超标暴雨通道并考虑全生命周期维护。
• 易扣分点：措施堆砌而不对应场地；认为所有地区均以强下渗为主。

考点五：城市雨洪治理思想

• 出题思路：比较传统快排、雨水花园和海绵城市，说明理念变化。
• 关键条件：点状到系统、末端到全过程、排放到资源化、单目标到多效益。
• 解答要点：源头减排、过程控制、末端治理；渗滞蓄净用排；以流域和城市系统统筹。
• 易扣分点：把海绵城市解释成简单增加绿地；忽略雨水净化和利用。

练习题

1. 教材资料1：城市硬化

说明城市大面积硬化改变的水循环环节，并解释内涝形成过程。

2. 教材资料1：北京降雨

材料给出1米多孔土壤可截留300毫米降水，北京某次平均降水170毫米。说明土壤蓄水的防洪意义及不能机械比较数字的原因。

3. 教材资料2：雨水花园

从下渗、净化、蓄积和利用四方面说明雨水花园作用，并补充两项其他效益。

4. 教材资料3：海绵城市

推想海绵城市地面材料的特点；说明从雨水花园到海绵城市，雨洪控制思想发生了哪些发展。

5. 教材资料3：适宜条件

说明不同自然条件下城市建设海绵设施时应怎样调整方案。

6. 教材问题探讨

针对我国多数城市，分析解决“看海”问题的现实困难，并提出综合对策。

7. 提升题

某老城区地下水位高、土壤以黏土为主，历史建筑密集。有人建议全面铺设透水砖并大量下渗。评价该建议。

练习题答案

1. 教材资料1：城市硬化

硬化使植被截留和土壤下渗减少，地表径流量增加且汇流加快，地下水补给和地下径流可能减少，蒸发蒸腾也可能下降。强降雨时大量雨水短时间进入低洼地与管网，洪峰增大提前；当流量超过管网、泵站和河道能力，就形成内涝。

2. 教材资料1：北京降雨

土壤孔隙可暂存雨水，减少即时径流、延长汇流时间，使洪峰降低推迟。理想蓄水量300毫米高于170毫米，说明潜力显著；但实际土壤可能雨前已湿或压实，土层不连续，降雨强度可能超过入渗速率，地下水位和坡度也会限制容量，因此不能据此断言完全不会内涝。

3. 教材资料2：雨水花园

土壤砂砾层增加下渗；植物、覆盖层、土壤和微生物过滤吸附分解污染物；下凹空间和孔隙暂存雨水、削减峰值；植物利用水分，储水还可回用于绿化。其他效益包括增加生物栖息地、缓解热岛、改善景观和补给地下水等，具体取决于是否设置防渗层。

4. 教材资料3：海绵城市

材料应多孔透水、具有适当承载力和耐久性，耐堵、抗冻、便于维护且不释放污染物。理念从单栋住宅的点状花园扩展到建筑、道路、公园、河湖和地下设施协同；从末端快排转为源头减排、过程调蓄和末端安全排放；从单纯防涝扩展到渗、滞、蓄、净、用、排及生态改善。

5. 教材资料3：适宜条件

暴雨多、土壤渗透适中、地下水位低且绿地较多区域，可加强下渗和分散调蓄；黏土区应增加地表蓄水和导排，改良或更换局部介质；地下水位高、污染或地质风险区应设置防渗层，重在净化、蓄存和受控排放；干旱城市可强化雨水储存回用。所有城市都需保留超标暴雨排水通道。

6. 教材问题探讨

困难包括老城空间和地下管线受限，地区水文地质差异大，极端暴雨超设计标准，河湖行洪空间被占，建设与维护资金不足，多部门协调和公众参与困难。对策是分区调查和流域统筹，新区预留蓝绿空间、老城小微渐进改造；组合绿色设施与管网泵站调蓄工程；恢复河湖湿地和安全行洪通道；建立监测预警、维护责任和应急疏散；严格控制高风险低洼区开发。

7. 提升题

全面下渗不合理。黏土入渗慢、地下水位高，雨水难以快速进入深层，可能造成表层积水或地下空间渗漏；历史建筑也可能受地基含水变化影响。应先做水文地质和建筑安全评估，采用分散雨水花园的人工介质层并设置防渗、导水管，建设地表调蓄池或地下储水设施，适度扩容管网和泵站，保护历史街区并设置安全溢流路径。