城市建設用地海綿化改造對地表徑流水質的影響研究

李松波 常中權

摘要： 海綿城市建設是通過構建生態基礎設施，增強城市雨水徑流吸收、儲存、下滲、凈化和排放的能力，用以應對城市水資源短缺和洪澇災害，并改善水環境，提升城市生態環境質量。以嘉興市為例，選取了海綿化改造區域和未改造區域的20 個目標樣本，對其雨水徑流水質進行研究分析，探索了不同用地性質下徑流水質的變化情況，并提出了建設用地海綿化改造的具體措施和實施方案，為后續海綿城市建設提供了新思路。

關鍵詞： 海綿城市 徑流水質 生態環境 水資源

中圖分類號： TU992;X52 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0145-04

隨著城市化進程的快速推進，城市水資源狀況日益緊張，同時所引發的生態環境問題也日益突出。為了緩解城市水資源短缺和生態環境惡化的問題，海綿城市建設成為當前城市規劃的重要方向［1］。海綿城市是指城市在面對生態環境變化和雨水徑流所帶來的自然災害時具有良好的“彈性”，可以含蓄雨水徑流、延緩洪峰，并對其進行凈化、利用和排放，從而達到改善城市生態環境、涵養地下水、緩解水資源短缺的目的［2-3］。本研究以浙江省嘉興市為例，探討城市建設用地海綿化改造對地表徑流水質的影響，為今后海綿城市的規劃建設提供科學依據。

1 研究區域主要情況

嘉興市地處杭嘉湖平原東部地區，位于浙江省東北部，是長三角地區重要城市之一。嘉興市水域面積廣闊，湖泊河流眾多，總面積達26 893 km2，且地勢較為平坦，平均地面高程2.16 m，降水量豐沛且受季節性的影響較大，多年平均降雨量達1 183 mm，地下水位高，埋深在0.5～2 m 區間，土壤滲透能力較差，滲透系數在10-7～10-8 m/s 區間，是典型水質型缺水的江南水鄉城市。嘉興市于2015 年獲批首批海綿城市試點地區，并于2019 年完成了區域內的海綿城市改造且通過了國家終期考核驗收。改造區域如圖1 所示。

2 城市建設用地海綿化對地表徑流水質的影響

2.1 海綿城市面臨的主要問題

嘉興市域內地勢平坦，河道水力坡降很小，大都在十萬分之一，水流流速大多在0.05 m/s 以下，多數位置呈現滯留狀態，河道駁岸主要以硬化駁岸為主，降低了水體自身動力，加之多條河流建有防洪堤壩、排水泵站等水利設施，加劇了水系的破碎化程度，使得河道淤泥沉積更為嚴重，導致河道過水斷面面積縮小、流水變緩，降低了整體流域內水環境的自凈能力和水環境容量，出現了一系列的水環境問題［4-5］。加之嘉興市處于太湖流域末端，上游大量涌入的過境水攜帶了較多的污染物，加劇了水環境問題的惡化。上述出現的水環境問題需要通過系統性的改造才能加以改善，海綿城市改造工程迫在眉睫［6］。

城市建設用地海綿化改造是一項系統工程，要以區域內水環境所面臨的問題為主要抓手，研究海綿城市建設的主要策略，從宏觀層面提出改善水環境、保護水生態的保障機制，從中觀層面針對不同用地類型采取針對性的技術手段，從微觀層面建設低影響開發的水環境處理設施，系統性地完成海綿城市建設［7-8］。技術路線如圖2 所示。

2.2 建設用地海綿化程度對徑流水質的影響

嘉興市通過第一期海綿城市的改造工程和“五水共治”戰略的實施，水環境治理效果得到了很大的提升，為了進一步提升后期海綿城市改造效果，研究區域選取了嘉興市已海綿化改造和未海綿化改造的兩類區域，共有20 個性質單一的建設用地區域，其區域內均設有相對獨立的排水管網系統，彼此影響較小。各區域用地類型可分為住宅小區、公共建筑及公園三類，容積率均在1.5 及以下。研究區域如圖3 所示。

本研究徑流水質數據和徑流流量數據均通過實測法獲得，樣本采樣點均位于雨水出水口，它所流出的徑流量代表了匯入河道的總流量。研究選取了12 場平均降雨強度為中等的有效降雨進行采集，并將所有數據進行無量綱化處理，以消除因量綱等級不同所帶來的誤差。選取SS、COD、BOD5、NH3-N 和TP 這5 個指標進行水質分析，并取12 場降水的平均濃度進行研究分析，以準確反映各區域內水質狀況，其水質情況如圖4 所示。

總體來看海綿化改造區域的水質指標均明顯好于未改造區域，且已改造用地的水質指標平均濃度大部分達到了地表水Ⅳ類水質及污水二級排放標準，而未改造區域的水質指標的平均濃度均未達到上述兩類標準，由此可見海綿城市的改造極大地降低了徑流水質的污染狀況，控制了面源污染，為嘉興市的水環境、水生態和水安全發揮了重要作用。

SS在U/R01和U/R06處均處于高位，主要是學校區域和居民區，它們人員較為密集，產生的生活垃圾較多，最高值達到332 mg/L，R06平均濃度也達到了205 mg/L，說明此區域海綿設施布局較差，硬化面積較多，地面透水性差，降雨徑流直接排入雨水管道系統，造成SS 較高。未改造區域內COD和BOD5最高值分別為78 mg/L和38 mg/L，最低值分別為37 mg/L 和18 mg/L，改造區域內COD和BOD5最高值分別為41 mg/L和23 mg/L，最低值分別為17 mg/L和4 mg/L，這兩類指標在各區域內有相似的變化情況，U02西馬橋和U10汽車北站水質污染最為嚴重，公園區域水質最好。未改造區域內NH3-N和TP最高值分別為4.2 mg/L和0.79 mg/L，最低值分別為1.7 mg/L和0.38 mg/L，改造區域內NH3-N和TP最高值分別為3.2 mg/L和0.47 mg/L，最低值分別為0.9 mg/L和0.19 mg/L，兩類水質指標在U10汽車北站區域最高，在U07和U03學校區域最低，改造區域內公共建筑區域水質污染最為嚴重，公園綠地區域水質較好。由此可見，區域內下墊面的性質和功能屬性決定了水質指標的好壞，對于下滲能力差，綠化連通性較低的區域水質難以處理，而綠化面積大，生物滯留設施多的區域則能更好地處理徑流水質，達到排放標準。

2.3 海綿城市建設措施

海綿城市建設是一項系統性工程，應由政府主導制訂總體規劃和政策框架，明確建設區域內的主要目標和時間表，加大資金投入，全力推進基礎設施建設、雨水收集儲存及處理設施建設、水生態項目修復等工程是全面落地，并與企業、研究機構和其他利益相關者建立合作關系。通過編制規劃體系、探索管控體系、制定技術體系、創新融資體系、建立推進體系、創建考核體系，以促進技術創新和項目實施，實現城市水資源的可持續利用，提高城市的生態韌性和居民的生活質量。

海綿城市建設的實質是控制雨水徑流，恢復滲透性地面海綿體，達到改善水生態、恢復水環境、涵養水資源、提升用水安全、振興水文化的過程。首先要保護河流湖泊等天然水資源，恢復被破壞的天然海綿體，減少對自然排水系統的破壞，加強河道治理；其次構建雨水花園、綠色屋頂和雨水濕地等，雨水花園和雨水濕地可通過土壤、植物和微生物的共同作用實現雨水徑流水質處理，并涵養地下水，減輕城市排水系統負擔，綠色屋頂可通過植物吸收和儲存部分雨水，降低雨水初期面源污染，緩解城市熱島效應；再次可構建持續利用的城市排水系統，結合雨水花園、綠色基礎設施等，提高城市快速排水的能力和水資源的利用效率；最后加大海綿城市宣傳教育力度，提升公眾參與海綿城市建設和維護熱情，提升城市幸福感［9］。嘉興市作為典型的平原河網城市，可通過以下路徑進一步加強海綿城市建設，如圖5 所示。

3 結語

通過對研究區域內的數據分析和相關關系研究，得到了影響嘉興市不同建設用地地表徑流水質的主要指標，發現在同一用地性質下已改造樣本區域徑流水質明顯好于未改造樣本區域，其中公園類區域水質最好，公共建筑類區域水質最差，居民生活類區域水質居中。又通過對水質型缺水的平原河網海綿城市改造問題的梳理，提出了相應的政策引導和具體工程措施建議，并制訂了完整的海綿城市施工改造方案，為指導嘉興市在下一階段海綿城市建設和“五水共治”等工程中一些關鍵項目的實施提供了思路，為提升水環境質量、改善水生態指明了新方向。

基金項目： 2021 年嘉興市公益性研究計劃項目“城市地表徑流水質與建設用地海綿化程度響應關系研究”（項目編號：2021AD30166）；2023 年嘉興職業技術學院校立科研項目“小流域生態綠化生命共同體綜合治理研究”（項目編號：jzyy202342）

參考文獻

[1] 韓天宇，宋璐逸，潘尚昆，等. 透水鋪裝控制和凈化地表徑流的研究進展[J]. 建筑節能，2019，47（6）：98-101.

[2] 楊映雪，周飛祥，任希巖，等.系統化全域推進海綿城市建設的長效管控機制研究[J]. 給水排水，2021，57（3）：79-84.

[3] 呂鳳維，陳垚，劉非，等.不同空間布局下LID設施徑流控制效果模擬研究[J]. 中國農村水利水電，2023（3）：120-129，143.

[4] 任南琪，張建云，王秀蘅. 全域推進海綿城市建設，消除城市內澇，打造宜居環境[J]. 環境科學學報，2020，40（10）：3481-3483.

[5] 李定強，劉嘉華，袁再健，等.城市低影響開發面源污染治理措施研究進展與展望[J].生態環境學報，2019，28（10）：2110-2118.

[6] 陶國芳，蔣兆恒. 城市下墊面對地表水文循環過程的影響分析：以通化市轄區為例[J]. 通化師范學院學報，2019，40（6）：91-96.

[7] 葉青，趙強，趙靜，等.中新天津生態城中新友好公園海綿城市規劃建設實踐[J].給水排水，2023，59（5）：44-49.

[8] 張辰，呂永鵬，鄧婧，等.上海市系統化全域推進海綿城市建設體系與技術研究[J].環境工程，2020，38（4）：5-9，107.

[9] 韓松磊，李田.南方平原城市生態滯蓄設施運行效果的模擬評估[J].中國給水排水，2017，33（3）：119-122.