大型城市公园海绵建设绩效监测研究——以南京青龙绿带二期工程为例

文／汪 洋 中建八局第三建设有限公司 项目总工 工程师

卢 漫 河海大学土木与交通学院 副教授（通讯作者）

刘雪涵 河海大学土木与交通学院

许炳刚 中建八局第三建设有限公司 分公司副总工程师

引言

随着国家级海绵城市试点建设工作的有序推进，我国大批试点海绵城市项目陆续建成。在总结建设成果与经验的同时，不少试点建设也暴露出了一些问题，如“建”与“管”脱节现象，过于注重前期建设，而忽略后期监测管理与维护。由此可见，通过监测体系对海绵城市建设效果进行评价，可为海绵城市的规划、设计、建设及时提供数据支撑与反馈，也能够为海绵城市建设积累基础数据。

1 研究背景

1.1 海绵城市概念

海绵城市的概念最早源于美国20 世纪70 年代提出的“最佳管理措施”（BMPs），其产生是为了解决非点源污染，而后逐渐发展成控制降雨径流量与水质的综合雨洪管理措施。在BMPs基础上，美国20 世纪末又接连提出“低影响开发（LID）”“绿色基础设施（GI）”等雨洪管理概念[1]。

结合国内外在城市雨洪管理方面的研究成果，我国在《2012 低碳城市与区域发展科技论坛》中首次提出“海绵城市”的概念；2015 年，国家财政部、住建部和水利部联合开展海绵城市建设试点工作。目前，海绵城市建设已成为一项国家战略，我国海绵城市试点建设也取得了一定的成果。

1.2 海绵建设绩效监测

随着国内外海绵技术的广泛应用，海绵城市建设的绩效监测也得到重视。

海绵城市绩效监测即通过构建包括雨量、液位、流量、水质（SS）等关键评估指标的在线监测网，实现海绵城市建设情况的数据采集、远程传输和拟合评估[2]。依据不同项目背景、不同建设目的，监测指标相应变化，总体而言，我国绩效监测主要围绕水质、水量两大方面进行[3,4]。

2 海绵绩效监测理论发展现状

2.1 海绵绩效评估体系

美国海绵城市的探索起步较早，绩效评估体系也较完善。而我国海绵城市建设起步较晚，理论研究基础较为薄弱，且近几十年城市化进程暴露出的城市内涝、热岛效应等问题亟待解决，我国住建部分别于2015 年和2018 年颁布《海绵城市建设绩效评价与考核办法（试行）》（以下简称为《考核办法》）、《海绵城市建设评价标准（征求意见稿）》（以下简称为《评价标准》），两者均是在借鉴国际经验的基础上进行了本土化改造。

不同发展时期、不同地域的评价标准各异，可从表1 中得出如下结论：

表1 中美海绵绩效评价标准（表格来源：作者自绘）

（1）美国自20 世纪起就开始注重雨洪管理，发展至今已经经历“管渠快速排放-水量排放控制-水量排放与水质净化并重-多目标控制以恢复自然水文循环”的目标转变[5]，因此，其评估体系也由LEED-ND 的单纯注重环境效益；发展为SITES 开始考虑社会效益；再完善成LPS 对环境、社会、经济、美学四类绩效的综合评估体系。

（2）与美国长期发展而成的评价体系相比，中国海绵城市绩效评估仍处于探索阶段。从评价维度来对比，中国指标评估全部集中于环境绩效；从评价方式来对比，中国仅具有评价指标，缺乏整体评估体系的建立；从指标选取来对比，中国增加了“内涝防治”“地下水补给”等符合现今国情的约束性指标，将有效推动中国海绵城市建设[6]。

2.2 海绵绩效监测指标

由我国现行海绵建设绩效评估体系《评价标准》与2015年住建部颁布的《考核办法》概括分析，可将考核指标主要分为三大类：生态环境效果评价指标、社会经济效果评价指标、建设过程评价指标。本文只讨论海绵建设的生态环境效果，并将其罗列如表2[3,4]。

表2 评估内容与对应监测指标（表格来源：作者自绘）

2.3 海绵绩效监测体系

基于以上绩效评估系统与监测指标的分析，本文提出了以下海绵建设绩效监测系统的技术路线（图1）。

图1 海绵绩效监测系统技术路线（图片来源：作者自绘）

依据项目状况与监测需求确立监测指标，进而构建多尺度、多片区、多方式的监测体系[7]，经过终端数据的整合与采样化验分析，可全面评估城市公园海绵建设绩效，并反馈用于调整项目的监测需求；终端数据的长期在线监测也可构建预警系统，高效解决问题。

3 海绵绩效监测技术

3.1 监测方式

海绵城市建设绩效监测体系是以在线监测为主、人工监测为辅的多方式结合体系。在线监测主要包括在线雨量、液位、流量、SS 水质等指标监测，在固定节点布设仪器；人工监测是在降雨过程中，在监测点进行人工采样，对透明度、DO、氨氮、pH 等水质参数进行化验分析。

海绵建设的有效性需从整体与局部两个尺度进行评估，故将监测类别分为整体项目监测、局部监测2大类，局部监测中选取有代表性的片区，如海绵典型设施、管网和汇水末端，如表3 所示。

表3 海绵建设绩效监测体系构建（表格来源：作者自绘）

3.2 整体项目监测

整体项目监测主要包含对试点区内的雨量、温湿度、内涝情况的监测，通过数据分析了解试点区内的气候条件、内涝改善情况与热岛效应改善情况。

3.2.1 雨量、温湿度监测

雨量、温湿度均为长期监测数据，是海绵绩效研究的重要本底数据，应选取雨季的降雨场次，需涵盖最大降雨级别的雨量数据。雨量与温湿度应持续观测并记录。

3.2.2 内涝情况监测及选点

城市内涝是我国海绵建设绩效监测的重点内容，依据《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）（2016 年版）[8]，在雨水排水设计重现期，非机动车道、人行道不得有积水现象，易涝点的径流水深不应大于15cm，且雨后退水时间不应大于30min。

3.3 典型设施监测

依据雨水径流的汇流过程，如图2 进行监测布点。

图2 雨水汇流过程中的监测布点图（图片来源：作者自绘）

对于以水量控制为主的设施，主要包括雨水花园、生态树池、植草沟、植被缓冲带在内的生物滞留设施、透水铺装等，需实时监测流量情况。为测算场次降雨的设施径流总量控制率、峰值延迟时间和峰值削减率，需要在设施进水口、溢流口以及设施底部盲管排水口处进行流量监测。

对调蓄池、雨水湿地、雨水湿塘等调蓄设施布设在线监测液位仪，实时监控其液位变化，计算其雨水收集量，评估蓄存功能。此外，与设计资料中的调蓄体积相比对，可以在暴雨前提前排空蓄水池，缓解暴雨阶段雨水对管网的排放压力。

SS 水质监测针对具有净化功能的BMP 设施，其通过沉淀、吸附、过滤作用去除雨水径流污染物，设施主要包括雨水花园、生态树池、植草沟、植被缓冲带等生物滞留设施，下凹式绿地等。可在设施进水口、溢流口布设在线悬浮物监测仪进行SS 水质监测，获得单场降雨进入和外排的污染负荷，计算单场降雨径流污染控制量。同时，不同地区的污染物类型不同，可补充增加人工监测，采集样本化验以检测TN、TP、COD等污染物含量。

3.4 管网监测

雨水通过海绵设施过滤、净化后，先汇集于管网，由排口汇入受纳水体。因此，管网监测是检验海绵绩效的重要一环，可对海绵项目、雨污混流、管网改造的成果进行评估。

在市政排水管道的关键节点处，如雨污混接节点、主干管网下游节点等进行液位、流量监测，目的是在雨季实时监测水量情况。

溢流口监测以在线监测为主、人工监测为辅，针对污染物严重的地区，进行采样和化验。溢流口的人工检测指标包括pH、COD、氨氮、TN、TP 五大指标。通过对溢流排口进行流量和水质监测，对比其雨季和旱季的溢流口流量和水质数据，可判断溢流排放口的径流污染贡献率和雨污混接情况。同时，针对合流制溢流口，需严格监控水质，在非降雨时段不应有污水入河。

3.5 末端监测

降雨径流通过海绵设施处理，由排水管网汇集最终排入受纳水体。末端监测即是对主要受纳水体的水量与水质进行监测，以评估整体海绵建设绩效。

3.5.1 受纳地表水体

地表水监测是城市水体环境质量的重要指标，分为流量和水质检测。在线监测流量仪和在线悬浮物监测仪的布点位置应能够掌握项目片区内上游水位、水质情况，反映中游段变化，评估支流流量及水质，并能把控出口段流量和水质情况。

在水质监测方面，除进行SS 监测外，需要对pH、DO、氨氮、透明度等指标进行人工采样监测，对水体整体的黑臭情况进行定量化反映。

3.5.2 地下水

依据《评价标准》对地下水埋深变化趋势的要求，海绵建设绩效监测应包含地下水液位监测，以评估海绵建设对地下水水位下降的遏制作用。在每个流域分区内布设1个地下水监测固定探井，进行液位在线连续监测。

4 案例分析——南京青龙绿带二期工程

4.1 项目规划及区域概况

青龙绿带二期工程位于南京江北新区中心区的城市景观带上，是江北新区中心区重点打造的大型生态景观工程。项目地块形状为蜿蜒带状，地势北高南低，占地面积约62.7 公顷，沿线布置飞龙丽景公园、龙德养生公园、明龙园艺游园、瑞龙郊野公园四个主题公园。片区内水系主要通过泵站汇入外河，最终汇入长江（图3）。

图3 青龙绿带二期工程河道及其水流方向（图片来源：青龙绿带二期项目资料）

南京青龙绿带二期工程的建设目标是开启一扇代表江北新区低影响开发（LID）的海绵城市建设实效和四新技术应用的亮丽展示窗口。

4.2 海绵城市技术项目监测情况

4.2.1 整体项目监测情况

南京属亚热带季风湿润气候区，每年6月下旬至7 月上旬为梅雨季节，年均降水量1106mm[9]。考虑到降雨的随机性和局部性，采用冗余设置，在青龙绿带二期的四个工区内分别 布设1 台雨量计，如图4 所示。

图4 分区示意图（图片来源：青龙绿带二期项目资料）

由于项目面积不大，温湿度监测只需在任一工区布设1 台温湿度仪即可。同时，在南京城郊的非工业区布设1 台温湿度仪作为对比数据。

青龙绿带二期工程地势北高南低，由各点标高推断出项目易涝点（图5），观测人员应在有效降雨场次对易涝点进行实地勘测，并结合监控影像，测算出雨后退水时间和易涝点径流水深。

图5 工区易涝点监测（图片来源：作者改绘自青龙绿带二期工程设计说明）

4.2.2 典型设施监测情况

青龙绿带二期工程的主要海绵设施如表4所示，依据其功能分别安设监测仪。

表4 青龙绿带二期工程典型海绵设施监测（表格来源：作者自绘）

4.2.3 管网改造监测情况

图7 三工区管网监测布点图（图片来源：作者改绘自青龙绿带二期工程设计说明）

青龙绿带二期工程的排水管网如图6—图8所示，本次研究选取雨污混流节点、管廊干线节点与溢流口进行流量监测，管廊支线及其他节点进行液位监测，最终溢流口监测SS 水质，必要时在溢流口进行人工采样。

图6 一、二工区管网监测布点图（图片来源：作者改绘自青龙绿带二期工程设计说明）

图8 四工区管网监测布点图（图片来源：作者改绘自青龙绿带二期工程设计说明）

4.2.4 末端水体监测情况

本项目重新规划调整了工程范围内水系，定向河、胜利河、中心河、翡翠河为内河，四机泄洪沟为泄洪通道，珍珠河、七里河为外河，水系主要通过七里河汇入长江。

四机泄洪沟与翡翠河均处于中上游河段，且紧邻青龙绿带二期工程，故两河为重要监测河段，除在线监测外，监测人员应在有效降雨场次进行人工采样（图9），检验河段透明度、pH、DO 等污染物指标；定向河、中心河与胜利河均为勾连绿带水系与长江的下游河段，可通过SS 水质与流量监测来全面评估绿带工程的海绵建设成果。

图9 末端地表受纳水体监测布点图（图片来源：作者改绘自青龙绿带二期工程设计说明）

结语

本文在分析海绵绩效评估理论的基础上，结合南京青龙绿带二期工程项目特点，选取海绵绩效监测指标，进而构建多尺度、多方式的海绵绩效监测体系，以期为其他大型城市公园海绵建设绩效监测提供参考。但在不同工程中，应多次进行实勘并因地制宜地明确海绵建设目标，从整体项目、典型设施、管网与末端水体四方面组建海绵绩效在线监测网络。