城市建设用地海绵化改造对地表径流水质的影响研究

李松波 常中权

摘要： 海绵城市建设是通过构建生态基础设施，增强城市雨水径流吸收、储存、下渗、净化和排放的能力，用以应对城市水资源短缺和洪涝灾害，并改善水环境，提升城市生态环境质量。以嘉兴市为例，选取了海绵化改造区域和未改造区域的20 个目标样本，对其雨水径流水质进行研究分析，探索了不同用地性质下径流水质的变化情况，并提出了建设用地海绵化改造的具体措施和实施方案，为后续海绵城市建设提供了新思路。

关键词： 海绵城市 径流水质 生态环境 水资源

中图分类号： TU992;X52 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）24-0145-04

随着城市化进程的快速推进，城市水资源状况日益紧张，同时所引发的生态环境问题也日益突出。为了缓解城市水资源短缺和生态环境恶化的问题，海绵城市建设成为当前城市规划的重要方向［1］。海绵城市是指城市在面对生态环境变化和雨水径流所带来的自然灾害时具有良好的“弹性”，可以含蓄雨水径流、延缓洪峰，并对其进行净化、利用和排放，从而达到改善城市生态环境、涵养地下水、缓解水资源短缺的目的［2-3］。本研究以浙江省嘉兴市为例，探讨城市建设用地海绵化改造对地表径流水质的影响，为今后海绵城市的规划建设提供科学依据。

1 研究區域主要情况

嘉兴市地处杭嘉湖平原东部地区，位于浙江省东北部，是长三角地区重要城市之一。嘉兴市水域面积广阔，湖泊河流众多，总面积达26 893 km2，且地势较为平坦，平均地面高程2.16 m，降水量丰沛且受季节性的影响较大，多年平均降雨量达1 183 mm，地下水位高，埋深在0.5～2 m 区间，土壤渗透能力较差，渗透系数在10-7～10-8 m/s 区间，是典型水质型缺水的江南水乡城市。嘉兴市于2015 年获批首批海绵城市试点地区，并于2019 年完成了区域内的海绵城市改造且通过了国家终期考核验收。改造区域如图1 所示。

2 城市建设用地海绵化对地表径流水质的影响

2.1 海绵城市面临的主要问题

嘉兴市域内地势平坦，河道水力坡降很小，大都在十万分之一，水流流速大多在0.05 m/s 以下，多数位置呈现滞留状态，河道驳岸主要以硬化驳岸为主，降低了水体自身动力，加之多条河流建有防洪堤坝、排水泵站等水利设施，加剧了水系的破碎化程度，使得河道淤泥沉积更为严重，导致河道过水断面面积缩小、流水变缓，降低了整体流域内水环境的自净能力和水环境容量，出现了一系列的水环境问题［4-5］。加之嘉兴市处于太湖流域末端，上游大量涌入的过境水携带了较多的污染物，加剧了水环境问题的恶化。上述出现的水环境问题需要通过系统性的改造才能加以改善，海绵城市改造工程迫在眉睫［6］。

城市建设用地海绵化改造是一项系统工程，要以区域内水环境所面临的问题为主要抓手，研究海绵城市建设的主要策略，从宏观层面提出改善水环境、保护水生态的保障机制，从中观层面针对不同用地类型采取针对性的技术手段，从微观层面建设低影响开发的水环境处理设施，系统性地完成海绵城市建设［7-8］。技术路线如图2 所示。

2.2 建设用地海绵化程度对径流水质的影响

嘉兴市通过第一期海绵城市的改造工程和“五水共治”战略的实施，水环境治理效果得到了很大的提升，为了进一步提升后期海绵城市改造效果，研究区域选取了嘉兴市已海绵化改造和未海绵化改造的两类区域，共有20 个性质单一的建设用地区域，其区域内均设有相对独立的排水管网系统，彼此影响较小。各区域用地类型可分为住宅小区、公共建筑及公园三类，容积率均在1.5 及以下。研究区域如图3 所示。

本研究径流水质数据和径流流量数据均通过实测法获得，样本采样点均位于雨水出水口，它所流出的径流量代表了汇入河道的总流量。研究选取了12 场平均降雨强度为中等的有效降雨进行采集，并将所有数据进行无量纲化处理，以消除因量纲等级不同所带来的误差。选取SS、COD、BOD5、NH3-N 和TP 这5 个指标进行水质分析，并取12 场降水的平均浓度进行研究分析，以准确反映各区域内水质状况，其水质情况如图4 所示。

总体来看海绵化改造区域的水质指标均明显好于未改造区域，且已改造用地的水质指标平均浓度大部分达到了地表水Ⅳ类水质及污水二级排放标准，而未改造区域的水质指标的平均浓度均未达到上述两类标准，由此可见海绵城市的改造极大地降低了径流水质的污染状况，控制了面源污染，为嘉兴市的水环境、水生态和水安全发挥了重要作用。

SS在U/R01和U/R06处均处于高位，主要是学校区域和居民区，它们人员较为密集，产生的生活垃圾较多，最高值达到332 mg/L，R06平均浓度也达到了205 mg/L，说明此区域海绵设施布局较差，硬化面积较多，地面透水性差，降雨径流直接排入雨水管道系统，造成SS 较高。未改造区域内COD和BOD5最高值分别为78 mg/L和38 mg/L，最低值分别为37 mg/L 和18 mg/L，改造区域内COD和BOD5最高值分别为41 mg/L和23 mg/L，最低值分别为17 mg/L和4 mg/L，这两类指标在各区域内有相似的变化情况，U02西马桥和U10汽车北站水质污染最为严重，公园区域水质最好。未改造区域内NH3-N和TP最高值分别为4.2 mg/L和0.79 mg/L，最低值分别为1.7 mg/L和0.38 mg/L，改造区域内NH3-N和TP最高值分别为3.2 mg/L和0.47 mg/L，最低值分别为0.9 mg/L和0.19 mg/L，两类水质指标在U10汽车北站区域最高，在U07和U03学校区域最低，改造区域内公共建筑区域水质污染最为严重，公园绿地区域水质较好。由此可见，区域内下垫面的性质和功能属性决定了水质指标的好坏，对于下渗能力差，绿化连通性较低的区域水质难以处理，而绿化面积大，生物滞留设施多的区域则能更好地处理径流水质，达到排放标准。

2.3 海绵城市建设措施

海绵城市建设是一项系统性工程，应由政府主导制订总体规划和政策框架，明确建设区域内的主要目标和时间表，加大资金投入，全力推进基础设施建设、雨水收集储存及处理设施建设、水生态项目修复等工程是全面落地，并与企业、研究机构和其他利益相关者建立合作关系。通过编制规划体系、探索管控体系、制定技术体系、创新融资体系、建立推进体系、创建考核体系，以促进技术创新和项目实施，实现城市水资源的可持续利用，提高城市的生态韧性和居民的生活质量。

海绵城市建设的实质是控制雨水径流，恢复渗透性地面海绵体，达到改善水生态、恢复水环境、涵养水资源、提升用水安全、振兴水文化的过程。首先要保护河流湖泊等天然水资源，恢复被破坏的天然海绵体，减少对自然排水系统的破坏，加强河道治理；其次构建雨水花园、绿色屋顶和雨水湿地等，雨水花園和雨水湿地可通过土壤、植物和微生物的共同作用实现雨水径流水质处理，并涵养地下水，减轻城市排水系统负担，绿色屋顶可通过植物吸收和储存部分雨水，降低雨水初期面源污染，缓解城市热岛效应；再次可构建持续利用的城市排水系统，结合雨水花园、绿色基础设施等，提高城市快速排水的能力和水资源的利用效率；最后加大海绵城市宣传教育力度，提升公众参与海绵城市建设和维护热情，提升城市幸福感［9］。嘉兴市作为典型的平原河网城市，可通过以下路径进一步加强海绵城市建设，如图5 所示。

3 结语

通过对研究区域内的数据分析和相关关系研究，得到了影响嘉兴市不同建设用地地表径流水质的主要指标，发现在同一用地性质下已改造样本区域径流水质明显好于未改造样本区域，其中公园类区域水质最好，公共建筑类区域水质最差，居民生活类区域水质居中。又通过对水质型缺水的平原河网海绵城市改造问题的梳理，提出了相应的政策引导和具体工程措施建议，并制订了完整的海绵城市施工改造方案，为指导嘉兴市在下一阶段海绵城市建设和“五水共治”等工程中一些关键项目的实施提供了思路，为提升水环境质量、改善水生态指明了新方向。

基金项目： 2021 年嘉兴市公益性研究计划项目“城市地表径流水质与建设用地海绵化程度响应关系研究”（项目编号：2021AD30166）；2023 年嘉兴职业技术学院校立科研项目“小流域生态绿化生命共同体综合治理研究”（项目编号：jzyy202342）

参考文献

[1] 韩天宇，宋璐逸，潘尚昆，等. 透水铺装控制和净化地表径流的研究进展[J]. 建筑节能，2019，47（6）：98-101.

[2] 杨映雪，周飞祥，任希岩，等.系统化全域推进海绵城市建设的长效管控机制研究[J]. 给水排水，2021，57（3）：79-84.

[3] 吕凤维，陈垚，刘非，等.不同空间布局下LID设施径流控制效果模拟研究[J]. 中国农村水利水电，2023（3）：120-129，143.

[4] 任南琪，张建云，王秀蘅. 全域推进海绵城市建设，消除城市内涝，打造宜居环境[J]. 环境科学学报，2020，40（10）：3481-3483.

[5] 李定强，刘嘉华，袁再健，等.城市低影响开发面源污染治理措施研究进展与展望[J].生态环境学报，2019，28（10）：2110-2118.

[6] 陶国芳，蒋兆恒. 城市下垫面对地表水文循环过程的影响分析：以通化市辖区为例[J]. 通化师范学院学报，2019，40（6）：91-96.

[7] 叶青，赵强，赵静，等.中新天津生态城中新友好公园海绵城市规划建设实践[J].给水排水，2023，59（5）：44-49.

[8] 张辰，吕永鹏，邓婧，等.上海市系统化全域推进海绵城市建设体系与技术研究[J].环境工程，2020，38（4）：5-9，107.

[9] 韩松磊，李田.南方平原城市生态滞蓄设施运行效果的模拟评估[J].中国给水排水，2017，33（3）：119-122.