基于水循环原理辩证看待海绵城市建设

【摘要】本文利用水循环的学习探讨海绵城市建设的原理和海绵城市建设误区，让学生辩证看待海绵城市建设，并探讨如何解决城市内涝问题，提高学生地理核心素养。

【关键词】水循环  海绵城市  地理核心素养

【中图分类号】G633.55   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）42-0137-02

一、课堂设计背景

2021年暑假一场极端的特大暴雨，让郑州成为全社会的焦点，尤其地铁5号线一列车500余名乘客被困水中，最后造成14人遇难，由此引起人们对于海绵城市建设的关注。社交平台上陆续有网友和专家提出质疑，郑州内涝严重，投入500多亿建设的郑州海绵城市失效？长时间暴雨天气下，我们所建设的海绵城市究竟能发挥多少作用？

要回答这个问题，我们先来学习今天这堂课《水循环》。

二、走进课堂，分析原理

（一）解读课标。普通高中《地理课程标准》（2017年版2020年修订）对该节课内容要求：运用示意图，说明水循环的过程及其地理意义。本节课重难点是水循环过程和洪涝灾害的防治。本节课围绕水循环的过程及其地理意义与基于水循环原理的洪涝灾害的治理展开，培养人地协调观是本节课地理核心素养的重点，在学习水循环过程和环节培养学生的地理实践力，在真实且复杂的情境中认识洪涝灾害的发生原因，以及人类活动影响水循环的方式和强度去探讨如何防治洪涝灾害，体现综合思维的培养，最终使学生能够认识到人地协调的重要性。

（二）通过实验和实践，掌握水循环过程及原理。

实验一：可参照《地理课程标准》中的实施建议实例2：认识地表径流的地理模拟实验。在课前按照老师指导，简化该模拟实验，在某些环节上定性定量的实验，可以将一个放有草地的水槽和一个空的水槽作为透水和不透水地表，然后将两瓶水同时从水槽顶部均匀倒出，观察并计时;在水槽底部用量杯收集流下来的水。该实验利用身边的材料设计不同下垫面对径流的影响，让学生体验科学探究过程，理解其中的地理学原理。

学生通过以上实验可观察到：水循环的环节中有地表径流，在有草地的水槽可以看到下渗和从草地下流出的地下径流环节，水流速度较慢，滞留时间长，且有水量被吸纳，但吸纳的水量较小。

实验二：通过实践确认透水道路下渗程度

学生在自己小区找到一些铺设有透水砖、透水沥青道路或透水混凝土道路，在开始下雨（一般为大雨或暴雨天气）时计时多少时间地表雨水一直下渗直到地表开始积水流动。（该实验需要提前布置做准备）在课程中可以让有做记录的同学报告他们的记录数据，该实验可以让学生很容易得出透水道路对雨水下渗的量是有限的，大部分的雨水还是通过路面排到小区的雨水管道流走。

（三）通过生活经验，切身感受水循环环节。通过2021年暑假的台风“烟花”的切身感受，说出台风“烟花”所涉及的水循环的环节还有哪些？（学生回答总结）蒸发、水汽输送（来自海洋的水汽）和降水。

通过以上实验和实践，由学生绘制水循环过程示意图，学生能很顺利地掌握水循环的各个环节和过程。并且在实验和户外实践过程中，切身感受水循环的各个环节以及人类对水循环环节的影响。

三、走出课堂，探讨海绵城市

（学生活动）课前预先布置作业：利用互联网和书本查询城市洪涝成因和了解海绵城市的内涵及我国目前海绵城市建设现状。（课堂分组报告）

（一）城市洪涝的成因。我国城市洪涝现象较为普遍，广泛分布于南方和北方地区，南方城市尤为显著，特别是近十几年来城市内涝现象进一步加剧。通过学生的分组报告和探讨，主要归结为以下几方面：（1）近十几年的快速城市化进程中，城市水系遭到破坏。水系是天然的洪水涝水的调蓄空间和通道出路。但是由于在城市大规模扩展过程中，没有充分认知自然规律，为了尽可能多地获取建设用地，城市中很多的天然河道被填埋、缩窄和阻断，排水转由下水道替代，一旦地下的排水管道泄洪能力不足、堵塞，必将导致城市内涝成灾，使得很多低洼地段积水成河，甚至很多地下车库、地下隧道被淹，造成人们生命和财产的重大损失。（2）暴雨发生时城市外江洪水位抬高迅速。由于城市化进程中对土地的深度利用，城市的很多土地失去调蓄洪水的功能，失去滞纳洪水的作用，导致洪水迅速外泄，城市外江河湖泊水位迅速抬升。其后果对城市而言，一方面防洪压力加大，另一方面又导致城市排水系统无法顺利泄洪，甚至倒灌，导致城市內涝更严重。（3）不断扩大的城市建设用地导致地面大量硬化和天然植被的破坏，减少了雨水的下渗量和滞容量，使得大量地表径流快速入河和地下排水管道，无法顺利泄洪。

（二）了解海绵城市建设内涵。海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。[1]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，实现雨水在城市中自由迁移。

那么它的工作原理是什么呢？通过刚才水循环过程的学习我们就可以回答，（学生分组讨论回答）就是利用自然界水循环原理，改变水循环过程和某些环节，在海绵城市建设中，我们能改变的主要环节是地表径流、下渗和地下径流。因为城市化的原因，天然河网水系遭到破环，城市硬化地表面积增加，导致地表径流增加，减少了下渗和吸纳环节，迅速抬高了城市外江河湖泊泄洪水位，容易引发城市内涝问题。所以海绵城市的主要原理就是要使城市增加下渗，减少地表径流这两个环节。

我国《海绵城市建设指南》提出控制全年80%至85%的降雨量。《关于推进海绵城市建设的指导意见》指出，将70%的降雨量就地消纳和利用，但海绵城市主要对中小雨发挥作用。在《郑州市海绵城市专项规划》（2017—2030）公示稿中，主城区的年径流总量控制率为73%，对应的设计降雨量仅为20.5毫米，是针对郑州年平均降雨量632毫米来设计的海绵城市建设。

（三）利用水循环原理，辩证看待海绵城市建设。海绵城市建设当然在一定程度上可以缓解或消除城市内涝，但是能不能从根本上解决城市内涝呢？（学生通过实践实验和本节课的学习，以及查阅相关资料，课堂分组讨论回答）通过同学的回答和老师总结，可了解海绵城市建设在城市内涝治理中有以下几方面功能性误区：

1.可以消纳70%的地表产水的目标不可靠。多年的研究成果表明，如浙江省一场降雨过程可下渗的降雨量约10～20毫米，也就是说，即使极限地将所有路面、屋顶全部转换成“海绵”结构，其削减量也仅仅只是20毫米。这相对于我国一场成灾暴雨动辄300毫米，甚至于超过500多毫米的降雨（如2013年浙江的“菲特”台风过程雨量为523毫米，今年郑州日降雨则达624毫米），其削减量所占比重极小。仅仅依靠增加下渗来治理城市洪涝是微不足道的。海绵城市建设指导意见中所提出的全年70%消纳量，对间歇性发生的小降雨也许可以实现，但对大暴雨则失去了意义。

2.海绵城市建设措施听着有理，实则效果有限。以增加下渗为主渠道的建设思路，采用的技术路径和效果并不明显，如花天价改变路面结构，打造“透水路面”。但因路下土体的下渗能力有限，即使透过路面，但仍将溢出。通过开槽、填沙、地下集水空间等来增加滞蓄量，但因造价高昂，容积有限，相对于特大暴雨的产水量级，杯水车薪。利用公园、广场绿地和低地等参与滞蓄，又困难重重，难以全面推开。

3.夸大海绵城市功效，弱化流域治理。以为通过“海绵城市”的建设可以解决城市水问题，却弱化了流域治理，因为城市实则为自然生态系统的一部分，忽视了城市周边天然的排涝系统，完全依赖城市自己这个系统来消化洪涝只能让灾害更为严重。

四、回归课堂，如何解决城市内涝问题

综上问题，那么我们该如何防治城市内涝问题呢？（通过以上分析，学生课堂分组讨论回答）总结如下：

总的来说以坚持传统，创新建设，就是：一坚持走传统的流域治理之路，二通过“海绵城市”的建设途径，两者相结合， 从“渗蓄为主”转变到“蓄排结合”的治理模式上来，从而达到城市内涝治理的目的。具体的防治措施如下：（1）在该城市所处的流域上的治理，使暴雨在该流域发生时不增加城市来水，又要保证城市泄洪通畅，那么主要措施如下：①進行水土保持，生态治理。在该流域种植水土保持林，减少水土流失，合理发展生态农业，保持良好的生态环境。②水利工程措施。在该流域可以修建大量水库、分洪区、截流沟和塘坝等水利工程，并结合田间生物、技术、工程等措施，如修建梯田、地梗等拦蓄地表径流，防止山洪暴发。合理布局洪涝排水系统，修建各种防洪堤、排水沟、排水干道等工程使洪水快速通江达海。（2）在城市上的治理措施：①给城市内涝水以出路，实现快排。要合理规划城市排水管网系统，配套地下排水泵闸系统，增加排涝设施和修建防水堤坝等措施，提高排水效率，在暴雨发生时优先考虑利用泵站等强排措施，通过“高速水路”通江达海。②给城市内涝水足够的调蓄空间。即增加城市内各种绿地、公园和广场及周边区域的水域或低地面积，增强滞蓄能力。

五、小结

为实施课堂教学中地理核心素养培养策略，从现实情境入手，提出问题，通过实践实验等手段，解释和解决实际现象和问题。因此，本节课利用水循环的学习，通过地理学原理去正确辩证地看待“海绵城市”这一新生事物，将理论回归到具体的问题情境中，通过情景教学引导学生形成正确的人地协调观，提高学生运用地理知识解决生活中具体问题的综合思维能力和地理实践力，从而达到培养学生地理核心素养的目的。

参考文献：

[1]科技承载梦想，创新改变未来——海绵城市.中国科学院，2019-5-11

作者简介：

许浩峰（1977年-），男，汉族，浙江桐乡人，硕士研究生，中学一级教师，研究方向为高中地理教学。