大型城市公園海綿建設(shè)績效監(jiān)測(cè)研究
——以南京青龍綠帶二期工程為例

文／汪 洋 中建八局第三建設(shè)有限公司 項(xiàng)目總工 工程師

盧 漫 河海大學(xué)土木與交通學(xué)院 副教授（通訊作者）

劉雪涵 河海大學(xué)土木與交通學(xué)院

許炳剛 中建八局第三建設(shè)有限公司 分公司副總工程師

引言

隨著國家級(jí)海綿城市試點(diǎn)建設(shè)工作的有序推進(jìn)，我國大批試點(diǎn)海綿城市項(xiàng)目陸續(xù)建成。在總結(jié)建設(shè)成果與經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，不少試點(diǎn)建設(shè)也暴露出了一些問題，如“建”與“管”脫節(jié)現(xiàn)象，過于注重前期建設(shè)，而忽略后期監(jiān)測(cè)管理與維護(hù)。由此可見，通過監(jiān)測(cè)體系對(duì)海綿城市建設(shè)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為海綿城市的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及時(shí)提供數(shù)據(jù)支撐與反饋，也能夠?yàn)楹＞d城市建設(shè)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究背景

1.1 海綿城市概念

海綿城市的概念最早源于美國20 世紀(jì)70 年代提出的“最佳管理措施”（BMPs），其產(chǎn)生是為了解決非點(diǎn)源污染，而后逐漸發(fā)展成控制降雨徑流量與水質(zhì)的綜合雨洪管理措施。在BMPs基礎(chǔ)上，美國20 世紀(jì)末又接連提出“低影響開發(fā)（LID）”“綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）”等雨洪管理概念[1]。

結(jié)合國內(nèi)外在城市雨洪管理方面的研究成果，我國在《2012 低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中首次提出“海綿城市”的概念；2015 年，國家財(cái)政部、住建部和水利部聯(lián)合開展海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作。目前，海綿城市建設(shè)已成為一項(xiàng)國家戰(zhàn)略，我國海綿城市試點(diǎn)建設(shè)也取得了一定的成果。

1.2 海綿建設(shè)績效監(jiān)測(cè)

隨著國內(nèi)外海綿技術(shù)的廣泛應(yīng)用，海綿城市建設(shè)的績效監(jiān)測(cè)也得到重視。

海綿城市績效監(jiān)測(cè)即通過構(gòu)建包括雨量、液位、流量、水質(zhì)（SS）等關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)情況的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸和擬合評(píng)估[2]。依據(jù)不同項(xiàng)目背景、不同建設(shè)目的，監(jiān)測(cè)指標(biāo)相應(yīng)變化，總體而言，我國績效監(jiān)測(cè)主要圍繞水質(zhì)、水量兩大方面進(jìn)行[3,4]。

2 海綿績效監(jiān)測(cè)理論發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 海綿績效評(píng)估體系

美國海綿城市的探索起步較早，績效評(píng)估體系也較完善。而我國海綿城市建設(shè)起步較晚，理論研究基礎(chǔ)較為薄弱，且近幾十年城市化進(jìn)程暴露出的城市內(nèi)澇、熱島效應(yīng)等問題亟待解決，我國住建部分別于2015 年和2018 年頒布《海綿城市建設(shè)績效評(píng)價(jià)與考核辦法（試行）》（以下簡稱為《考核辦法》）、《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》（以下簡稱為《評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》），兩者均是在借鑒國際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了本土化改造。

不同發(fā)展時(shí)期、不同地域的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)各異，可從表1 中得出如下結(jié)論：

表1 中美海綿績效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表格來源：作者自繪）

（1）美國自20 世紀(jì)起就開始注重雨洪管理，發(fā)展至今已經(jīng)經(jīng)歷“管渠快速排放-水量排放控制-水量排放與水質(zhì)凈化并重-多目標(biāo)控制以恢復(fù)自然水文循環(huán)”的目標(biāo)轉(zhuǎn)變[5]，因此，其評(píng)估體系也由LEED-ND 的單純注重環(huán)境效益；發(fā)展為SITES 開始考慮社會(huì)效益；再完善成LPS 對(duì)環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)四類績效的綜合評(píng)估體系。

（2）與美國長期發(fā)展而成的評(píng)價(jià)體系相比，中國海綿城市績效評(píng)估仍處于探索階段。從評(píng)價(jià)維度來對(duì)比，中國指標(biāo)評(píng)估全部集中于環(huán)境績效；從評(píng)價(jià)方式來對(duì)比，中國僅具有評(píng)價(jià)指標(biāo)，缺乏整體評(píng)估體系的建立；從指標(biāo)選取來對(duì)比，中國增加了“內(nèi)澇防治”“地下水補(bǔ)給”等符合現(xiàn)今國情的約束性指標(biāo)，將有效推動(dòng)中國海綿城市建設(shè)[6]。

2.2 海綿績效監(jiān)測(cè)指標(biāo)

由我國現(xiàn)行海綿建設(shè)績效評(píng)估體系《評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》與2015年住建部頒布的《考核辦法》概括分析，可將考核指標(biāo)主要分為三大類：生態(tài)環(huán)境效果評(píng)價(jià)指標(biāo)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)、建設(shè)過程評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文只討論海綿建設(shè)的生態(tài)環(huán)境效果，并將其羅列如表2[3,4]。

表2 評(píng)估內(nèi)容與對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)（表格來源：作者自繪）

2.3 海綿績效監(jiān)測(cè)體系

基于以上績效評(píng)估系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)指標(biāo)的分析，本文提出了以下海綿建設(shè)績效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)路線（圖1）。

圖1 海綿績效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)路線（圖片來源：作者自繪）

依據(jù)項(xiàng)目狀況與監(jiān)測(cè)需求確立監(jiān)測(cè)指標(biāo)，進(jìn)而構(gòu)建多尺度、多片區(qū)、多方式的監(jiān)測(cè)體系[7]，經(jīng)過終端數(shù)據(jù)的整合與采樣化驗(yàn)分析，可全面評(píng)估城市公園海綿建設(shè)績效，并反饋用于調(diào)整項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)需求；終端數(shù)據(jù)的長期在線監(jiān)測(cè)也可構(gòu)建預(yù)警系統(tǒng)，高效解決問題。

3 海綿績效監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 監(jiān)測(cè)方式

海綿城市建設(shè)績效監(jiān)測(cè)體系是以在線監(jiān)測(cè)為主、人工監(jiān)測(cè)為輔的多方式結(jié)合體系。在線監(jiān)測(cè)主要包括在線雨量、液位、流量、SS 水質(zhì)等指標(biāo)監(jiān)測(cè)，在固定節(jié)點(diǎn)布設(shè)儀器；人工監(jiān)測(cè)是在降雨過程中，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行人工采樣，對(duì)透明度、DO、氨氮、pH 等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行化驗(yàn)分析。

海綿建設(shè)的有效性需從整體與局部兩個(gè)尺度進(jìn)行評(píng)估，故將監(jiān)測(cè)類別分為整體項(xiàng)目監(jiān)測(cè)、局部監(jiān)測(cè)2大類，局部監(jiān)測(cè)中選取有代表性的片區(qū)，如海綿典型設(shè)施、管網(wǎng)和匯水末端，如表3 所示。

表3 海綿建設(shè)績效監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建（表格來源：作者自繪）

3.2 整體項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

整體項(xiàng)目監(jiān)測(cè)主要包含對(duì)試點(diǎn)區(qū)內(nèi)的雨量、溫濕度、內(nèi)澇情況的監(jiān)測(cè)，通過數(shù)據(jù)分析了解試點(diǎn)區(qū)內(nèi)的氣候條件、內(nèi)澇改善情況與熱島效應(yīng)改善情況。

3.2.1 雨量、溫濕度監(jiān)測(cè)

雨量、溫濕度均為長期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是海綿績效研究的重要本底數(shù)據(jù)，應(yīng)選取雨季的降雨場(chǎng)次，需涵蓋最大降雨級(jí)別的雨量數(shù)據(jù)。雨量與溫濕度應(yīng)持續(xù)觀測(cè)并記錄。

3.2.2 內(nèi)澇情況監(jiān)測(cè)及選點(diǎn)

城市內(nèi)澇是我國海綿建設(shè)績效監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容，依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014-2006）（2016 年版）[8]，在雨水排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，非機(jī)動(dòng)車道、人行道不得有積水現(xiàn)象，易澇點(diǎn)的徑流水深不應(yīng)大于15cm，且雨后退水時(shí)間不應(yīng)大于30min。

3.3 典型設(shè)施監(jiān)測(cè)

依據(jù)雨水徑流的匯流過程，如圖2 進(jìn)行監(jiān)測(cè)布點(diǎn)。

圖2 雨水匯流過程中的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖（圖片來源：作者自繪）

對(duì)于以水量控制為主的設(shè)施，主要包括雨水花園、生態(tài)樹池、植草溝、植被緩沖帶在內(nèi)的生物滯留設(shè)施、透水鋪裝等，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量情況。為測(cè)算場(chǎng)次降雨的設(shè)施徑流總量控制率、峰值延遲時(shí)間和峰值削減率，需要在設(shè)施進(jìn)水口、溢流口以及設(shè)施底部盲管排水口處進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)。

對(duì)調(diào)蓄池、雨水濕地、雨水濕塘等調(diào)蓄設(shè)施布設(shè)在線監(jiān)測(cè)液位儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控其液位變化，計(jì)算其雨水收集量，評(píng)估蓄存功能。此外，與設(shè)計(jì)資料中的調(diào)蓄體積相比對(duì)，可以在暴雨前提前排空蓄水池，緩解暴雨階段雨水對(duì)管網(wǎng)的排放壓力。

SS 水質(zhì)監(jiān)測(cè)針對(duì)具有凈化功能的BMP 設(shè)施，其通過沉淀、吸附、過濾作用去除雨水徑流污染物，設(shè)施主要包括雨水花園、生態(tài)樹池、植草溝、植被緩沖帶等生物滯留設(shè)施，下凹式綠地等?？稍谠O(shè)施進(jìn)水口、溢流口布設(shè)在線懸浮物監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行SS 水質(zhì)監(jiān)測(cè)，獲得單場(chǎng)降雨進(jìn)入和外排的污染負(fù)荷，計(jì)算單場(chǎng)降雨徑流污染控制量。同時(shí)，不同地區(qū)的污染物類型不同，可補(bǔ)充增加人工監(jiān)測(cè)，采集樣本化驗(yàn)以檢測(cè)TN、TP、COD等污染物含量。

3.4 管網(wǎng)監(jiān)測(cè)

雨水通過海綿設(shè)施過濾、凈化后，先匯集于管網(wǎng)，由排口匯入受納水體。因此，管網(wǎng)監(jiān)測(cè)是檢驗(yàn)海綿績效的重要一環(huán)，可對(duì)海綿項(xiàng)目、雨污混流、管網(wǎng)改造的成果進(jìn)行評(píng)估。

在市政排水管道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處，如雨污混接節(jié)點(diǎn)、主干管網(wǎng)下游節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行液位、流量監(jiān)測(cè)，目的是在雨季實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水量情況。

溢流口監(jiān)測(cè)以在線監(jiān)測(cè)為主、人工監(jiān)測(cè)為輔，針對(duì)污染物嚴(yán)重的地區(qū)，進(jìn)行采樣和化驗(yàn)。溢流口的人工檢測(cè)指標(biāo)包括pH、COD、氨氮、TN、TP 五大指標(biāo)。通過對(duì)溢流排口進(jìn)行流量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)，對(duì)比其雨季和旱季的溢流口流量和水質(zhì)數(shù)據(jù)，可判斷溢流排放口的徑流污染貢獻(xiàn)率和雨污混接情況。同時(shí)，針對(duì)合流制溢流口，需嚴(yán)格監(jiān)控水質(zhì)，在非降雨時(shí)段不應(yīng)有污水入河。

3.5 末端監(jiān)測(cè)

降雨徑流通過海綿設(shè)施處理，由排水管網(wǎng)匯集最終排入受納水體。末端監(jiān)測(cè)即是對(duì)主要受納水體的水量與水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以評(píng)估整體海綿建設(shè)績效。

3.5.1 受納地表水體

地表水監(jiān)測(cè)是城市水體環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，分為流量和水質(zhì)檢測(cè)。在線監(jiān)測(cè)流量儀和在線懸浮物監(jiān)測(cè)儀的布點(diǎn)位置應(yīng)能夠掌握項(xiàng)目片區(qū)內(nèi)上游水位、水質(zhì)情況，反映中游段變化，評(píng)估支流流量及水質(zhì)，并能把控出口段流量和水質(zhì)情況。

在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面，除進(jìn)行SS 監(jiān)測(cè)外，需要對(duì)pH、DO、氨氮、透明度等指標(biāo)進(jìn)行人工采樣監(jiān)測(cè)，對(duì)水體整體的黑臭情況進(jìn)行定量化反映。

3.5.2 地下水

依據(jù)《評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)地下水埋深變化趨勢(shì)的要求，海綿建設(shè)績效監(jiān)測(cè)應(yīng)包含地下水液位監(jiān)測(cè)，以評(píng)估海綿建設(shè)對(duì)地下水水位下降的遏制作用。在每個(gè)流域分區(qū)內(nèi)布設(shè)1個(gè)地下水監(jiān)測(cè)固定探井，進(jìn)行液位在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。

4 案例分析——南京青龍綠帶二期工程

4.1 項(xiàng)目規(guī)劃及區(qū)域概況

青龍綠帶二期工程位于南京江北新區(qū)中心區(qū)的城市景觀帶上，是江北新區(qū)中心區(qū)重點(diǎn)打造的大型生態(tài)景觀工程。項(xiàng)目地塊形狀為蜿蜒帶狀，地勢(shì)北高南低，占地面積約62.7 公頃，沿線布置飛龍麗景公園、龍德養(yǎng)生公園、明龍園藝游園、瑞龍郊野公園四個(gè)主題公園。片區(qū)內(nèi)水系主要通過泵站匯入外河，最終匯入長江（圖3）。

圖3 青龍綠帶二期工程河道及其水流方向（圖片來源：青龍綠帶二期項(xiàng)目資料）

南京青龍綠帶二期工程的建設(shè)目標(biāo)是開啟一扇代表江北新區(qū)低影響開發(fā)（LID）的海綿城市建設(shè)實(shí)效和四新技術(shù)應(yīng)用的亮麗展示窗口。

4.2 海綿城市技術(shù)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)情況

4.2.1 整體項(xiàng)目監(jiān)測(cè)情況

南京屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，每年6月下旬至7 月上旬為梅雨季節(jié)，年均降水量1106mm[9]。考慮到降雨的隨機(jī)性和局部性，采用冗余設(shè)置，在青龍綠帶二期的四個(gè)工區(qū)內(nèi)分別 布設(shè)1 臺(tái)雨量計(jì)，如圖4 所示。

圖4 分區(qū)示意圖（圖片來源：青龍綠帶二期項(xiàng)目資料）

由于項(xiàng)目面積不大，溫濕度監(jiān)測(cè)只需在任一工區(qū)布設(shè)1 臺(tái)溫濕度儀即可。同時(shí)，在南京城郊的非工業(yè)區(qū)布設(shè)1 臺(tái)溫濕度儀作為對(duì)比數(shù)據(jù)。

青龍綠帶二期工程地勢(shì)北高南低，由各點(diǎn)標(biāo)高推斷出項(xiàng)目易澇點(diǎn)（圖5），觀測(cè)人員應(yīng)在有效降雨場(chǎng)次對(duì)易澇點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，并結(jié)合監(jiān)控影像，測(cè)算出雨后退水時(shí)間和易澇點(diǎn)徑流水深。

圖5 工區(qū)易澇點(diǎn)監(jiān)測(cè)（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設(shè)計(jì)說明）

4.2.2 典型設(shè)施監(jiān)測(cè)情況

青龍綠帶二期工程的主要海綿設(shè)施如表4所示，依據(jù)其功能分別安設(shè)監(jiān)測(cè)儀。

表4 青龍綠帶二期工程典型海綿設(shè)施監(jiān)測(cè)（表格來源：作者自繪）

4.2.3 管網(wǎng)改造監(jiān)測(cè)情況

圖7 三工區(qū)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設(shè)計(jì)說明）

青龍綠帶二期工程的排水管網(wǎng)如圖6—圖8所示，本次研究選取雨污混流節(jié)點(diǎn)、管廊干線節(jié)點(diǎn)與溢流口進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)，管廊支線及其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行液位監(jiān)測(cè)，最終溢流口監(jiān)測(cè)SS 水質(zhì)，必要時(shí)在溢流口進(jìn)行人工采樣。

圖6 一、二工區(qū)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設(shè)計(jì)說明）

圖8 四工區(qū)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設(shè)計(jì)說明）

4.2.4 末端水體監(jiān)測(cè)情況

本項(xiàng)目重新規(guī)劃調(diào)整了工程范圍內(nèi)水系，定向河、勝利河、中心河、翡翠河為內(nèi)河，四機(jī)泄洪溝為泄洪通道，珍珠河、七里河為外河，水系主要通過七里河匯入長江。

四機(jī)泄洪溝與翡翠河均處于中上游河段，且緊鄰青龍綠帶二期工程，故兩河為重要監(jiān)測(cè)河段，除在線監(jiān)測(cè)外，監(jiān)測(cè)人員應(yīng)在有效降雨場(chǎng)次進(jìn)行人工采樣（圖9），檢驗(yàn)河段透明度、pH、DO 等污染物指標(biāo)；定向河、中心河與勝利河均為勾連綠帶水系與長江的下游河段，可通過SS 水質(zhì)與流量監(jiān)測(cè)來全面評(píng)估綠帶工程的海綿建設(shè)成果。

圖9 末端地表受納水體監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖（圖片來源：作者改繪自青龍綠帶二期工程設(shè)計(jì)說明）

結(jié)語

本文在分析海綿績效評(píng)估理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合南京青龍綠帶二期工程項(xiàng)目特點(diǎn)，選取海綿績效監(jiān)測(cè)指標(biāo)，進(jìn)而構(gòu)建多尺度、多方式的海綿績效監(jiān)測(cè)體系，以期為其他大型城市公園海綿建設(shè)績效監(jiān)測(cè)提供參考。但在不同工程中，應(yīng)多次進(jìn)行實(shí)勘并因地制宜地明確海綿建設(shè)目標(biāo)，從整體項(xiàng)目、典型設(shè)施、管網(wǎng)與末端水體四方面組建海綿績效在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。