本书系统介绍海绵城市建设效果关键指标评估流程及方法。首先介绍海绵城市建设效果评估休系，简要介绍海绵城市理念的起源及其发展历程；其次，重点介绍海绵城市建设效果数值模型原理及模拟功能，包括产汇流模型、管网排水模型、河流模型、水质模型、海绵设施模型等模块的数学控制方程和求解格式，以及模型适用范围；再次，着重介绍海绵数据采集及处理方法，主要包括水文气象资料、地形资料、土地利用资料和低影响开发（LID）设施基础数据；接下来，构建西安市西咸新区沣西新城海绵城市建设效果评估模型并进行验证；最后，介绍年径流总量控制、面源污染物削减、内涝防治三个关键指标的效果数值模拟评估结果。 本书可作为市政、水利、环境、景观园林等领域的科研人员与工程技术人员的参考用书，也可供高等院校水利工程、给水排水工程及环境工程等相关专业的师生参考使用。

第1章 海绵城市建设效果评估及关键指标
　　1.1 海绵城市理念的起源及发展
　　在全球气候变化及局部人类高强度活动等因素的影响下，快速城市化发展后出现了“水多、水少、水脏、水丑、水臭”等一系列问题，各国在城市雨洪及水环境管理方面做出了较多的探索与实践，其中发达国家积累的经验较多也较为成熟，代表性的国家包括美国、英国、德国、澳大利亚和新西兰等。
　　20世纪70年代，美国*先提出“*佳管理措施”（best management practices，BMPs）理念，在居住区、公园及城市街区采用工程及非工程措施，充分进行雨水资源循环利用，以控制雨洪径流及土壤流失[1]。1999年，美国马里兰州乔治王子县编制出**部低影响开发（low impact development，LID）技术设计规范，从源头上对城市径流雨水进行吸收、存储、渗透、净化及利用；2005年，LID设计理念被美国联邦政府和各州政府广泛认同并采纳[2]。2009年，美国国家环境保护局开始推广“绿色雨水基础设施”（green stormwater infrastructure，GSI），其核心思想是恢复和重建城市绿地系统的生态功能，减轻城市排水和处理系统负荷，实现城市生态、环境、景观相协调的可持续发展。20世纪70年代，英国提出参照自然界水体循环系统，进行径流雨水收集、储存与净化，以缓解城市内涝灾害的“可持续排水系统”（sustainable drainage systems，SuDS）[3]。德国推广了洼地与渗渠（mulden rigolen，MR）系统，旨在通过城市洼地和渗渠等设施进行雨水的储存、渗透及分散处理。澳大利亚的“水敏感城市设计”（water sustainable urban design，WSUD）理念是对雨水实施源头控制，其核心内容是将雨水进行源头调控，包括收集、控制暴雨产生的地表径流，同时通过节水措施减少对水资源的浪费等，其目标是减少城市化对自然水文循环的影响，具体包括五个方面，即保护自然水系统、雨洪处理和景观设计相结合、水质净化、减少地表径流和洪峰流量、在增加综合效益的同时降低开发成本[4]。新西兰的“低影响城市设计与开发”（low impact urban design and development，LIUDD）是在借鉴 LID、WSUD等雨水管理体系基础上产生和发展起来的。LIUDD与其他国家相关理念的不同之处在于该系统更强调本地植物群落在城市低影响设计中的应用，凸显生态功能与地域特色的结合，使得城市绿地在保护生物多样性中也能起到重要作用[1]。
　　尽管各国城市水环境管理的名称不同，但所采取的具体工程措施与非工程措施大同小异，基本都趋向于源头、分散、生态化控制，并主张与传统的、灰色设施相结合，融入生态保护、城市设计与修复等内容。
　　我国的“海绵城市”理念是结合中国城市基础设施建设及发展的特点，在吸收和借鉴各国城市水环境管理的理论与实践基础上不断深化和改进而来的，以一种在生态文明建设大背景下，基于城市水文循环，重塑“人-城-水”和谐关系的新型城市发展理念[5]。“海绵城市”是一个形象的名称，其国际通用术语为“低影响开发雨水系统构建”，具体来说就是通过城市规划、建设的管控，从源头减排、过程控制、系统治理等方面着手，综合采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等技术措施，统筹协调水量与水质、生态与安全、分布与集中、绿色与灰色、景观与功能、岸上与岸下、地上与地下等关系，有效控制城市降雨径流，*大程度地减少开发建设对原有自然水文特征和水生态环境造成的破坏，形象来说就是把城市建设得像海绵一样，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”，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，达到修复城市水生态、涵养城市水资源、改善城市水环境、保障城市水安全、复兴城市水文化的多重目标[6，7]。
　　1.2 海绵城市在我国的发展
　　“海绵城市”概念2012年4月于“2012低碳城市与区域发展科技论坛”中*次在我国提出；2013年12月，习近平总书记在中央城镇化工作会议中明确指出，“要建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”，为海绵城市赋予了新的内涵[8]。
　　2014年10月，住房和城乡建设部制定《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，明确了海绵城市的概念和建设路径，提出了低影响开发的理念、低影响开发雨水系统构建的规划控制目标分解，落实及其构建技术框架，以及海绵城市建设应遵循的基本原则。
　　2014年12月，财政部、住房和城乡建设部、水利部决定开展中央财政支持海绵城市建设试点工作，重点是解决城市建设中的水环境、水生态和内涝问题。2015年4月，*批16个海绵城市建设试点城市名单公布包括：迁安市、白城市、镇江市、嘉兴市、池州市、厦门市、萍乡市、济南市、鹤壁市、武汉市、常德市、南宁市、重庆市、遂宁市、贵安新区和西咸新区；2016年4月，第二批14个海绵城市建设试点城市名单公布包括：北京市、天津市、大连市、上海市、宁波市、福州市、青岛市、珠海市、深圳市、三亚市、玉溪市、庆阳市、西宁市和固原市。
　　2015年7月，住房和城乡建设部办公厅印发《关于印发海绵城市建设绩效评估与考核办法（试行）的通知》，将绩效评估与考核指标分为水生态、水环境、水资源、水安全、制度建设及执行情况、显示度等六个方面，包括年径流总量控制率、城市暴雨内涝灾害防治、城市面源污染控制、水环境质量、污水再生利用率、雨水资源利用率等18项考核指标，并对每项指标的考核要求、考核方法等进行解释说明。
　　2015年10月，国务院办公厅印发《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》（国办发〔2015〕75号），指出海绵城市建设的工作目标：通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施*大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。其主要建设内容包括：统筹推进新老城区海绵城市建设，全国各城市新区、各类园区、成片开发区全面落实海绵城市建设要求；推进海绵型建筑和相关基础设施建设，推广海绵型建筑与小区，推行道路与广场雨水收集、净化和利用，大力推进城市排水防涝设施的达标建设，加快改造和消除城市易涝点；推进公园绿地建设和自然生态修复，恢复和保持河湖水系的自然连通，构建城市良性水循环系统，逐步改善水环境质量。
　　住房和城乡建设部于2018年12月发布了《海绵城市建设评价标准》（GB/T 51345—2018），对海绵城市建设的评价内容、评价方法等作了规定。作为**部行业内海绵城市国家标准，对于引领海绵城市绿色发展、破解城市内涝困局、助力生态文明建设具有重要意义。
　　2021年4月，财政部办公厅、住房城乡建设部办公厅、水利部办公厅印发《关于开展系统化全域推进海绵城市建设示范工作的通知》（财办建〔2021〕35号）。通知指出，“十四五”期间，财政部、住房城乡建设部、水利部通过竞争性选拔，确定部分基础条件好、积极性高、特色突出的城市开展典型示范，系统化全域推进海绵城市建设，中央财政对于示范城市给予定额补助。力争通过3年集中建设，示范城市防洪排涝能力及地下空间建设水平明显提升，河湖空间严格管控，生态环境显著改善，海绵城市理念得到全面、有效落实，为建设宜居、绿色、韧性、智慧、人文城市创造条件，推动全国海绵城市建设迈上新台阶。
　　2021年，20个城市入选*批系统化全域推进海绵城市建设***示范城市，包括唐山市、长治市、四平市、无锡市、宿迁市、杭州市、马鞍山市、龙岩市、南平市、鹰潭市、潍坊市、信阳市、孝感市、岳阳市、广州市、汕头市、泸州市、铜川市、天水市、乌鲁木齐市。
　　1.3 海绵城市建设的意义
　　统计数据显示，2010～2016年，我国平均每年有超过180个城市进水受淹或发生内涝，其中北京市、广州市、武汉市、长沙市、济南市、西安市等城市内涝严重，导致排水系统崩溃甚至人员伤亡[9]。与此同时，城市缺水问题同样突出，我国被联合国认定为“水资源短缺国家”，有超过110个城市严重缺水[10]。因此，城市内涝与城市缺水问题，成为目前城市发展面临的一大生态难题。
　　传统以排为主的城市排水理念已经无法满足现代社会对雨洪管理的需要，海绵城市的概念自提出，便被社会大众认可并接纳，给我国城市的雨水径流可持续管理体系建设提供了新思路，其将雨水作为一种资源纳入到城市综合管理中，以缓解城市缺水与内涝，以及城市水环境污染等危机，具有生态文明建设的积极意义。
　　*先，海绵城市建设可有效避免和减少城市内涝的发生。
　　目前，因全球气候变暖，与内涝有关的暴雨、飓风等极端气象条件在城市上空频繁出现。我国城市建设普遍存在高楼林立、缺乏通风廊道、城市上空的热气流无法疏散等现象，由于城市热岛效应产生的局地气流上升有利于对流性降雨的发生，同时城市空气中的凝结核多，也会促进降雨，由此形成的“城市雨岛效应”是城市内涝的重要诱因之一[11]。另外，传统城市开发方式造就的城市内大面积不透水地面阻断了城市地区原有的自然水文循环，降雨不能及时下渗，形成地表径流；传统的城市排水管网难以适应强降雨形成的径流洪峰，从而产生城市内涝。海绵城市建设的实质之一就是降低汇流，从而实现径流调控。海绵城市建设技术中的“渗”主要是采用绿色屋顶、透水铺装、生态树池、渗透塘、渗井、绿地等措施，减少硬质铺装的占比，从源头上减小径流量；“滞”主要是通过植草沟、生物滞留带、植被缓冲带、雨水花园等生态工程措施，减小雨水汇集速度，延迟洪峰出现时间，降低排水强度，缓解排水压力；“蓄”主要是通过下凹式绿地、雨水湿地、洼地、坑塘、蓄水池等设施的存储空间直接减少径流体积，进而缓解内涝的出现。通过各类绿色雨水基础设施的建设和多项措施联合作用，达到降低地表径流量、控制城市内涝的目的。
　　其次，海绵城市建设是降低径流污染的重要途径。
　　面源污染自20世纪70年代被提出和证实以来，其对水体污染所占比重呈上升趋势，城市面源污染是继农业面源污染以外的第二大面源污染类型[12]。我国地表水资源污染形势较为严峻，面源污染是其主要来源之一。城市面源污染主要由降雨对空气的淋洗和对地表的冲刷作用产生，特别是在强降雨初期，降雨径流将地表及排水管网沉积污染物强烈冲刷汇入受纳水体，导致水体污染。海绵城市建设六字方针中的“净”主要是采用雨水湿地、生物滞留带、雨水花园、下凹式绿地、植草沟等措施过滤或降解汇流雨水中的污染物，达到控制面源污染、保护城市水环境的目的。同时，雨水径流通过“渗”“滞”类海绵设施时，也具有一定截留和净化污染物的效果。
　　*后，海绵城市建设可有效缓解城市水资源短缺现象。
　　我国水资源匮乏，淡水资源总量为 28000亿m3，约占全球水资源的6%，人均水资源占有量不足世界平均水平的四分之一[13]。城市快速发展对水资源需求大，城市开发建设地面过度硬化造成降雨形成径流外排，导致地下水补给不足；水体污染降低了水资源的质量和数量，也加重了水资源的紧缺程度。缺水制约着经济发展，应对水资源短缺危机，一方面要治理源头污染、节约用水；另一方面要探寻新的替代水源。相较城市生活污水及工业废水，雨水污染程度轻，处理成本相对较低，是再生水的优质水源。在降雨时，利用自然水体和雨水调蓄池收集雨水，实现“蓄”的目的；再通过各类净化设施的处理和各级管网的输送，将处理达标的雨水回用于市政浇洒、景观水补充等，不但节省了大量的自来水，而且充分、有效地利用雨水，实现城市水资源的开源节流，节约水资源，同时也降低了污水的排放。
　　海绵城市建设顺应了“低碳、生态”的城市建设理念，解决城市缺水问题，必须顺应自然，要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自

目录
前言
第1章 海绵城市建设效果评估及关键指标 1
1.1 海绵城市理念的起源及发展 1
1.2 海绵城市在我国的发展 2
1.3 海绵城市建设的意义 4
1.4 海绵城市建设效果评估体系及方法 5
参考文献 8
第2章 海绵城市建设效果数值模型原理及模拟功能 10
2.1 SWMM原理及模拟功能 10
2.1.1 地表产流模型 11
2.1.2 下渗模型 13
2.1.3 管网汇流模型 14
2.1.4 面源污染物与水质模型 16
2.1.5 低影响开发设施模型 18
2.1.6 SWMM适用范围 18
2.2 GAST模型原理及模拟功能 20
2.2.1 GAST模型组成及数值求解方法 21
2.2.2 管网汇流模型 22
2.2.3 污染物及泥沙输移模型 24
2.2.4 低影响开发设施模块 25
2.2.5 GAST模型优势及适用范围 26
2.3 其他模型原理及模拟功能简介 30
2.3.1 MIKE模型 30
2.3.2 Info Works模型 31
2.3.3 TUFLOW模型 33
2.3.4 LIST FLOOD模型 33
2.3.5 TELEMAC模型 34
参考文献 35
第3章 海绵数据采集及处理方法 39
3.1 水文气象资料采集及处理方法 39
3.1.1 设计降雨数据采集及处理方法 39
3.1.2 典型下垫面透水规律测量及分析 54
3.2 地形资料采集及处理方法 61
3.2.1 机载激光雷达地形采集技术 61
3.2.2 倾斜摄影地形采集技术 67
3.2.3 数字正射影像地形采集技术 70
3.3 土地利用资料采集及处理方法 72
3.4 LID设施基础数据采集及处理方法 74
参考文献 76
第4章 评估模型构建及验证 78
4.1 陕西省西咸新区沣西新城海绵城市项目概况 78
4.1.1 区域概况 78
4.1.2 雨水排水分区划分 79
4.1.3 典型地块选取 80
4.2 年径流总量及面源污染数值模型构建及验证 81
4.2.1 SWMM建模流程及注意事项 82
4.2.2 沣西新城年径流总量及面源污染数值模型率定及验证 86
4.3 城市内涝过程数值模型构建及验证 96
4.3.1 GAST模型建模过程及注意事项 96
4.3.2 海绵城市实验平台 97
4.3.3 沣西新城内涝过程数值模型率定及验证 100
参考文献 104
第5章 年径流总量控制效果数值模拟评估 106
5.1 考核要求及方法 106
5.2 整体区域年径流总量控制效果数值模拟评估 106
5.2.1 整体区域实测降雨数值模拟评估 106
5.2.2 整体区域设计降雨数值模拟评估 110
5.3 汇水分区年径流总量控制效果数值模拟评估 111
5.3.1 各汇水分区实测降雨数值模拟评估 111
5.3.2 各排水分区设计降雨数值模拟评估 118
5.4 典型地块年径流总量控制效果数值模拟评估 119
参考文献 122
第6章 面源污染物削减效果数值模拟评估 123
6.1 考核要求及模拟任务 123
6.2 试点区域总体面源污染物削减率模拟评估 123
6.2.1 实测降雨面源污染物削减率模拟评估 123
6.2.2 设计降雨面源污染物削减率模拟评估 126
6.3 各汇水分区总体面源污染物削减率模拟评估 127
6.3.1 实测降雨面源污染物削减率模拟评估 127
6.3.2 设计降雨面源污染物削减率模拟评估 144
6.4 典型地块面源污染物削减率监测模拟评估 147
6.4.1 天福和园住宅小区面源污染物削减率监测模拟评估 147
6.4.2 西部云谷科技园面源污染物削减率监测模拟评估 148
参考文献 149
第7章 内涝防治效果数值模拟评估 150
7.1 考核要求及模拟任务 150
7.2 试点区域建设前内涝积水情况及风险评估 151
7.3 沣西新城内涝防治效果模拟评估 152
参考文献 166
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