海綿城市建設(shè)中低影響開(kāi)發(fā)的應(yīng)用及研究進(jìn)展

劉發(fā)欣，程 文,*，劉 昕，賈如賓，杜長(zhǎng)鈴，王 敏

(1.西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院, 陜西西安 710048；2.北京中環(huán)瑞德環(huán)境工程技術(shù)有限公司，北京 100176；3.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710043；4.中電建鐵路建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，北京 100070)

在氣候變化影響下，伴隨著我國(guó)城市化進(jìn)程，洪澇積水、河流水系生態(tài)惡化、水體富營(yíng)養(yǎng)化、水污染等問(wèn)題日益加劇。實(shí)現(xiàn)一種活潑、安全、可持續(xù)、健康的城市愿景已經(jīng)成為所有人一致和迫切的需求[1]。近年來(lái)，我國(guó)針對(duì)點(diǎn)源污染的治理力度不斷加大，而非點(diǎn)源污染帶來(lái)的危害越來(lái)越大，非點(diǎn)源污染的產(chǎn)生以及發(fā)展過(guò)程存在極大的不確定性，其典型特點(diǎn)包括滯后性、潛伏性、隱蔽性，以及污染范圍廣、治理難度較大[2]等。

國(guó)外從20世紀(jì)70年代就開(kāi)始重視城市雨洪控制。美國(guó)最先提出了最佳管理實(shí)踐(best manage-ment practices，BMPs)，它是通過(guò)灰、綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)[3]，對(duì)雨水徑流采取截取、滯留、蓄集、滲透等方式降低雨水徑流速度、延長(zhǎng)徑流路徑、增加徑流滲透等，從而達(dá)到調(diào)控雨水徑流峰值時(shí)間和降低峰值量的目的。低影響開(kāi)發(fā)(low impact development，LID)被認(rèn)為是第二代BMPs，是協(xié)調(diào)解決雨洪問(wèn)題和水污染問(wèn)題的可持續(xù)城市雨洪管理模式，可緩解快速城市化產(chǎn)生的負(fù)面影響，減少城市內(nèi)澇，降低下游洪水風(fēng)險(xiǎn)和雨洪面源污染，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧可持續(xù)發(fā)展[4-5]。我國(guó)積極借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，2013年正式開(kāi)展“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市建設(shè)，大規(guī)模推廣應(yīng)用LID技術(shù)，結(jié)合城市水系、道路、廣場(chǎng)、居住區(qū)和商業(yè)區(qū)、園林綠地等空間載體，建成低影響的雨洪調(diào)控與利用系統(tǒng)[6]。2015年以來(lái)，先后有30個(gè)城市入選了國(guó)家海綿城市建設(shè)試點(diǎn)；2021年開(kāi)始系統(tǒng)化全域推進(jìn)海綿城市建設(shè)，首批確定了20個(gè)示范城市。因此，本文擬對(duì)海綿城市建設(shè)中主要LID技術(shù)的應(yīng)用、截流去污效果和機(jī)制、模型應(yīng)用現(xiàn)狀、綜合效益評(píng)估方面進(jìn)行綜述，并在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)建議，以期為未來(lái)LID技術(shù)在海綿城市建設(shè)的應(yīng)用和效果評(píng)估等方面提供借鑒。

1 海綿城市建設(shè)中典型LID技術(shù)介紹

本研究利用標(biāo)準(zhǔn)布爾邏輯關(guān)系詞在Web of Science進(jìn)行檢索，運(yùn)用VOS viewer進(jìn)行關(guān)鍵詞疊加分析聚類，分析結(jié)果如圖1所示。由檢索結(jié)果可知，我國(guó)海綿城市建設(shè)在LID研究方面的文獻(xiàn)中，LID措施中的可滲透路面(permeable pavement)、綠色屋頂(green roof)、雨水花園(rain garden)、生物滯留池(bioretention)應(yīng)用較多；模型中暴雨管理模型(SWMM)出現(xiàn)頻率較高；廣州、廈門、武漢、濟(jì)南4個(gè)城市出現(xiàn)頻率較高；植物、土壤和基質(zhì)出現(xiàn)頻率較高；政府、管理、規(guī)劃和研究也出現(xiàn)了較高的頻率。

圖1 我國(guó)海綿城市建設(shè)中LID關(guān)鍵詞疊加分析聚類Fig.1 Overlay Analysis of Keywords Related to LID of Sponge City Construction at Home

李雯[7]運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法，根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，利用文獻(xiàn)計(jì)量軟件Cite Space對(duì)2019年及以前的711篇海綿城市建設(shè)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，其中LID出現(xiàn)頻次較高，說(shuō)明LID技術(shù)在海綿城市建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。LID提倡因地制宜，在徑流產(chǎn)生的源頭部位設(shè)計(jì)各種低影響/綠色設(shè)施，引導(dǎo)雨水徑流遵循自然循環(huán)過(guò)程，進(jìn)行生態(tài)化、低能耗處理，不僅能削減徑流總量、減小徑流峰值、延長(zhǎng)徑流產(chǎn)生時(shí)間、減少雨水污染負(fù)荷和補(bǔ)充地下水，還能最大程度地降低城市建設(shè)中土地開(kāi)發(fā)利用對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的影響[8]。LID技術(shù)既適用于新城開(kāi)發(fā)，又適用于舊城改造[9]。生物滯留設(shè)施(雨水花園)[4,10]、植草溝[11]、下沉式綠地、可滲透路面[12]、屋頂花園[13]以及其他各種小型措施都是LID在海綿城市建設(shè)中的典型應(yīng)用，主要通過(guò)沉淀、滲透、過(guò)濾、截留和微生物降解[14]等過(guò)程，充分發(fā)揮滯留和凈化雨水的功能，達(dá)到徑流削減、污染控制、雨水回用，從而實(shí)現(xiàn)“滲、滯、蓄、凈、用、排”的功能[15]，如圖2所示。

圖2 LID在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用及主要功能Fig.2 Application and Main Function of LID in Sponge City Construction

2 典型LID徑流削減和污染控制研究進(jìn)展

2.1 徑流削減效果和污染去除效果

我國(guó)很多學(xué)者的研究顯示，LID作為一種生態(tài)、低成本、景觀化的城市雨洪管理方法，具有顯著削減雨水徑流水量與調(diào)控雨水污染負(fù)荷作用。

典型LID設(shè)施如雨水花園、植草溝、透水鋪裝等都被證實(shí)具有較好的徑流削減和污染物去除效果。李家科等[16]以西安市某片區(qū)降雨徑流及污染削減為研究對(duì)象，在2～20年一遇的降水條件下，雨水花園對(duì)城市暴雨所形成的徑流量與水質(zhì)都有較好的控制效果，能夠減少?gòu)搅骺偭亢蛷搅鞣逯?，同時(shí)削減污染物濃度峰值和負(fù)荷。唐雙成等[17]通過(guò)在黃土地區(qū)開(kāi)展雨水花園對(duì)雨水徑流及污染物降解的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雨水花園對(duì)入流中總磷和總氮的去除率很低，平均值僅為6.3%和2.7%，但因截留了很大比例的入流(平均削減率為51.5%)，其對(duì)氮、磷污染物總負(fù)荷的削減率分別達(dá)到52.5%和51.5%；但是優(yōu)先流現(xiàn)象導(dǎo)致雨水花園出流速度較快，水力停留時(shí)間較短，影響雨水花園的總體效果。Yuan等[18]研究發(fā)現(xiàn)，植草溝可有效去除污水中的總懸浮固體、化學(xué)需氧量、總氮、總磷，而且夏季去除效果優(yōu)于冬季。張紫陽(yáng)等[19]研究發(fā)現(xiàn)3種透水鋪裝系統(tǒng)對(duì)5種徑流重金屬都有較好的去除效果，其中陶瓷透水磚的去除效果最好且最穩(wěn)定。綜合實(shí)地試驗(yàn)研究和模型模擬研究都證明，LID設(shè)施具有良好的減少地表徑流和污染物去除作用，但隨著降雨強(qiáng)度的增加，調(diào)控效果會(huì)有所降低。Kong等[20]綜合分析了重慶悅來(lái)4個(gè)試點(diǎn)地區(qū)LID建設(shè)后的污染物特征、凈化過(guò)程和環(huán)境影響等因素，發(fā)現(xiàn)以高密度土壤和綠色植物為基礎(chǔ)的LID對(duì)減少地表徑流和緩解初期沖刷效應(yīng)都十分有效，氨氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷、總懸浮固體、化學(xué)需氧量污染物負(fù)荷每年分別降低2 137、1 041、4 296、371、204 360、246 850 kg/km2。宋鴻婕[21]應(yīng)用SWMM模型模擬在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究區(qū)域(6.757×105m2)中運(yùn)用LID措施，LID面積為4.551×105m2(67.35%)，其中綠色屋頂占20.6%、雨水桶占20.7%、透水鋪裝占46.3%、雨水花園占12.4%，設(shè)計(jì)降雨量為25.7 mm；此設(shè)計(jì)方案對(duì)兩年一遇重現(xiàn)期的徑流量削減率達(dá)到88.4%以上，徑流系數(shù)為0.45以下，研究區(qū)域的徑流量和峰值量的削減率都很明顯。表1以生物滯留池(雨水花園)為例，總結(jié)部分文獻(xiàn)研究結(jié)果中徑流量削減以及各種污染物去除效果，其在徑流削減方面可達(dá)到40%左右，污染物去除率方面可達(dá)到40%～80%。

表1 生物滯留池(雨水花園)污染物去除效果Tab.1 Pollutants Removal Effect of Bioretention Pond (Rain Garden)

2.2 污染物去除機(jī)理及優(yōu)化建議

LID技術(shù)通過(guò)滯留和凈化雨水，達(dá)到徑流削減、污染控制、雨水回用的目的，從而實(shí)現(xiàn)“滲、滯、蓄、凈、用、排”的功能。城市地表徑流水需要經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物等復(fù)雜反應(yīng)，以及吸附、沉淀、吸收、降解等過(guò)程，利用植物作用、土壤(基質(zhì))作用、微生物作用以及三者的協(xié)同作用來(lái)完成處理。因此，從某種意義上來(lái)說(shuō)，海綿城市中的大多數(shù)LID技術(shù)是人工濕地的延伸和應(yīng)用。

2.2.1 土壤(基質(zhì))的調(diào)蓄與滯留作用

土壤(基質(zhì))是LID實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄入滲、滯留、緩釋雨水徑流的水文調(diào)節(jié)和吸附、過(guò)濾、降解徑流污染物的重要場(chǎng)所。在人工濕地中，基質(zhì)在污染物削減方面發(fā)揮了主要作用。陳韜等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，城市土壤特征從不同程度上影響其對(duì)降雨徑流的傳輸和處理效果，徑流量的控制與土壤質(zhì)地、容重、孔隙度密切相關(guān)。師曉陽(yáng)等[25]以廈門市海滄區(qū)馬鑾灣試點(diǎn)區(qū)為例，研究發(fā)現(xiàn)雨水花園適合在學(xué)校、停車場(chǎng)等面積較大地區(qū)進(jìn)行布設(shè)，而生物滯留設(shè)施則適合應(yīng)用在道路和居住小區(qū)綠化帶等面積較小、坡度較小的區(qū)域。許目瑤等[26]在揚(yáng)州市開(kāi)展雨水花園集中入滲試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)土壤水的變化受雨前土壤水分、入滲水量、非飽和區(qū)土層深度等因素的綜合影響，研究結(jié)果可為同類雨水花園的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考。因此，在建設(shè)LID設(shè)施前，須對(duì)場(chǎng)地土壤特征進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析：若土壤具有很好的導(dǎo)水性能，則建議布置的LID措施應(yīng)以下滲為主；若土壤具有一定的持水性能，則LID措施應(yīng)以去除污染負(fù)荷為主要作用；若當(dāng)?shù)赝寥啦荒苤苯邮褂?，則需進(jìn)行土壤改良，確保能發(fā)揮好土壤自身及生物棲息地作用，兼具LID措施所需功能[24]。因此，在海綿城市LID建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)充分開(kāi)展土壤現(xiàn)狀調(diào)研，結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥捞卣?，以及所處地形、地質(zhì)、水文、氣象等條件，選擇合適的LID措施，設(shè)置LID布置的優(yōu)化條件參數(shù)，并對(duì)不同LID措施進(jìn)行優(yōu)化布局。

近年來(lái)，濕地和人工浮床技術(shù)的相關(guān)研究較多，側(cè)重不同基質(zhì)或基質(zhì)組合對(duì)污染物的去除效果，而磷的高效去除主要依靠基質(zhì)的攔截吸附和絡(luò)合沉淀等[27]。因此，未來(lái)工程應(yīng)用成熟的基質(zhì)或基質(zhì)組合將在海綿城市建設(shè)的LID技術(shù)實(shí)施中發(fā)揮重要作用。

2.2.2 植物的滯留、吸收與景觀作用

植物是雨水花園、植草溝、下沉式綠地、綠色屋頂?shù)鹊湫蚅ID技術(shù)的重要組成部分，有多方面作用：降低地表雨水徑流與水力負(fù)荷；吸收、吸附污水中的污染物，并具有氧氣傳輸功能，利于有氧微生物的生長(zhǎng)以及氧化、還原反應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)污染物削減[28]；此外，還具有景觀效益以及一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值等。

很多研究發(fā)現(xiàn)，與未種植植物的LID相比，種植植物的LID對(duì)氮、磷等污染物質(zhì)的去除率更高，說(shuō)明植物對(duì)LID設(shè)施中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除具有重要作用[28-29]。Henderson等[30]觀察合成雨水的生物滯留土柱試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有植物的系統(tǒng)出現(xiàn)了氮、磷的淋溶現(xiàn)象，而有植物的系統(tǒng)中近乎沒(méi)有出現(xiàn)氮、磷的淋出。劉志寬[31]對(duì)植物的根系泌氧的特征與總氮、總磷去除效果進(jìn)行綜合分析得出：濕地植物根系的泌氧速率與總氮、總磷的去除率存在正相關(guān)關(guān)系，即泌氧速率越高，總氮、總磷去除率越大。江福英[28]研究水培條件下，15種濕地植物對(duì)氮、磷的吸收和積累效果，發(fā)現(xiàn)美人蕉對(duì)溶液中氨氮、硝酸鹽氮和磷的去除率較高，且植物體內(nèi)對(duì)氮、磷積累量較高，對(duì)污染水體中凈化效果明顯。汪文強(qiáng)[32]研究了4種水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體養(yǎng)分去除及對(duì)水體胞外酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)鳳眼蓮和空心菜較其他植物具有更強(qiáng)的凈化能力。左杰等[33]選取水芹作為濕地植物，發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境溫度低于適宜水芹生長(zhǎng)的溫度時(shí)，浮床種植法比沙基種植法更有利于水芹植物總生物量的增加，尤其是植株根系生物量的增加。鄧志強(qiáng)[34]應(yīng)用模擬試驗(yàn)和野外試驗(yàn)綜合比較美人蕉和蘆葦作為浮床植物的成本，得出蘆葦浮床成本低30%以上。郭亞平等[35]發(fā)現(xiàn)伴隨濕地植物生長(zhǎng)的季節(jié)性，其處理系統(tǒng)的去污能力也出現(xiàn)季節(jié)性差異。另外，夏季收割植物的地上部分有利于提高植物水下溶解氧濃度，進(jìn)而提高系統(tǒng)污染物去除效率[36]。可見(jiàn)，有無(wú)植物、植物類型、種植方式、季節(jié)等因素都會(huì)對(duì)植物的去污效果產(chǎn)生影響，且浮床種植法及經(jīng)濟(jì)植物蘆葦?shù)榷伎梢宰鳛長(zhǎng)ID技術(shù)中植物部分的較好選擇。

因此，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，考慮季節(jié)性因素，通過(guò)合理搭配設(shè)計(jì)擴(kuò)大LID設(shè)施中植物季節(jié)選擇性，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)適用性原則，優(yōu)先選用當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)植物。LID植物選擇的原則為：植物的抗逆性強(qiáng)、既耐旱又耐澇、季節(jié)適應(yīng)性廣、植物根系發(fā)達(dá)，且去污能力強(qiáng)、生物量大、景觀效果佳、成本低、具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、能增加系統(tǒng)的生物多樣性等。

2.2.3 微生物的降解吸收關(guān)鍵作用

研究表明，污染水體凈化是植物、土壤(基質(zhì))、根際微生物共同作用的結(jié)果，而根際微生物的存在是能夠凈化水質(zhì)的關(guān)鍵因素之一[37]。

微生物在氮、磷的循環(huán)中起著十分重要的作用。有機(jī)氮化合物在微生物作用下轉(zhuǎn)化為氨或氨鹽基，氨或氨鹽基被氧化為硝酸鹽氮，硝酸鹽氮通過(guò)反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。有機(jī)磷一方面被微生物固定隨著其死亡可重新釋放轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟衫玫牧祝硪环矫?，土壤中存在的解磷菌或溶磷菌能夠?qū)⒅参镫y以吸收利用的磷轉(zhuǎn)化為可吸收利用的形態(tài)，供植物吸收利用[14]。植物根系具有泌氧功能，促使植物根區(qū)形成好氧-缺氧-厭氧的區(qū)域[38]，不同含氧區(qū)域?yàn)椴煌奈⑸锾峁┝松L(zhǎng)條件，有利于不同微生物生長(zhǎng)和代謝，豐富了根區(qū)微生物的種類和數(shù)量，有利于增加脫氮除磷微生物的種類和數(shù)量，從而達(dá)到良好的脫氮除磷效果。不同植物根系的泌氧速率不同，形成的不同根際微環(huán)境導(dǎo)致其根際微生物種群產(chǎn)生差異，從而產(chǎn)生不同的去污能力。江福英[28]研究發(fā)現(xiàn)4種濕地植物的根際土壤脲酶、磷酸酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶活性都較非根際高，說(shuō)明因?yàn)楦H微生物的存在，加速了介質(zhì)中氮、磷的轉(zhuǎn)化效率。另外，基質(zhì)可以為微生物提供附著面，不同的濕地植物基質(zhì)中，其根際與非根際的微生物數(shù)量特征呈現(xiàn)出明顯的差異[28]。

因此，微生物降解對(duì)LID中污染物的去除發(fā)揮著不容忽視的作用，植物的不同會(huì)對(duì)根際微生物產(chǎn)生影響，篩選LID植物時(shí)，也應(yīng)考慮到其根際微生物特征。另外，可以考慮在LID設(shè)施內(nèi)設(shè)置曝氣管道或者改變?cè)O(shè)施內(nèi)進(jìn)水出水方式等，改變基質(zhì)和根際微環(huán)境，增加微生物的種群和數(shù)量。

總的來(lái)說(shuō)，LID設(shè)施減少雨洪徑流和污染物去除的機(jī)理主要包括3個(gè)方面(圖3)：(1)土壤(基質(zhì))吸附過(guò)濾截留功能是蓄滯地表徑流和去除污染物的主要因素之一；(2)設(shè)施內(nèi)生長(zhǎng)的植物在削減地表徑流、吸收吸附雨水污染物中發(fā)揮重要作用；(3)微生物的特別作用可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物，為植物提供無(wú)機(jī)養(yǎng)分，促進(jìn)設(shè)施中的植物生長(zhǎng)和有機(jī)循環(huán)[23]。

圖3 LID徑流削減、污染控制、雨水回用的機(jī)理Fig.3 Mechanism of LID in Runoff Reduction, Pollution Control and Rainwater Reuse

2.3 雨洪控制模型在LID中的應(yīng)用現(xiàn)狀

模型能夠有效模擬海綿城市中LID技術(shù)的實(shí)施效果，且能夠?qū)δM效果進(jìn)行量化，對(duì)促進(jìn)我國(guó)LID措施的推廣應(yīng)用和城市雨洪控制系統(tǒng)的合理規(guī)劃具有重要指導(dǎo)意義。國(guó)內(nèi)外對(duì)城市雨洪與面源污染模型的研究已相當(dāng)廣泛，代表性模型有SWMM、SWAT、SUSTAIN等[39]。

康宏志等[40]總結(jié)了主要模型的基本功能和適用情況，及其在國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展和實(shí)踐情況，并簡(jiǎn)要分析了各模型在我國(guó)海綿城市建設(shè)模擬中的適用情況，為海綿城市雨洪控制模型的選擇提供一定的參考。由圖1可知，SWMM是海綿城市建設(shè)中運(yùn)用最為廣泛的雨洪管理模型。李雯[7]運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，SWMM出現(xiàn)頻次最高，也證明了這一點(diǎn)。SWMM可用于海綿城市建設(shè)LID設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和評(píng)估，且新版SWMM 5.1中特別引入LID模塊，模擬LID設(shè)施對(duì)徑流量的削減和污染物負(fù)荷減少的有效性，能很好實(shí)現(xiàn)一些常用LID措施如雨水花園、透水路面、綠色屋頂、植草溝、雨水裝置等的模擬和設(shè)計(jì)功能。很多學(xué)者采用SWMM進(jìn)行模擬，分析不同LID設(shè)施對(duì)場(chǎng)地雨水徑流和峰值控制，都取得了很好的效果[16,21,41]。黃筱[42]采用SWMM對(duì)大浦鎮(zhèn)設(shè)計(jì)的雨水管道進(jìn)行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)原有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)加入LID措施，分析不同情境下雨洪設(shè)施對(duì)場(chǎng)地雨水徑流和峰值的控制效果，探索出一套復(fù)雜地形LID技術(shù)應(yīng)用流程，可以為具有復(fù)雜地形的小城鎮(zhèn)雨水系統(tǒng)規(guī)劃提供思路和借鑒。其他雨洪控制模型也得到了一定應(yīng)用，尤其是SWAT[43-45]應(yīng)用較多，它可以根據(jù)流域非點(diǎn)源負(fù)荷輸出污染源組成、空間特征、地勢(shì)地形特點(diǎn)，從源頭控制與過(guò)程控制兩方面設(shè)置不同LID措施，對(duì)各類措施的環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)估。李偉等[46]以美國(guó)德克薩斯州哈里斯縣區(qū)域?yàn)槔?，挑選了雨水花園、雨水倉(cāng)庫(kù)和滲水路面3種常見(jiàn)的LID技術(shù)，基于SWAT軟件優(yōu)化了針對(duì)地表徑流和污染物含量設(shè)定的5個(gè)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)評(píng)估，提出了節(jié)流減排的目標(biāo)。SUSTAIN模型能模擬城市雨水徑流的水量和水質(zhì)，廣泛應(yīng)用在BMPs/LID措施的選擇、評(píng)估和布局，但更多側(cè)重于BMPs[47-49]?？娪龊鏪50]運(yùn)用SUSTAIN模型優(yōu)化模塊NSGA-II算法對(duì)各個(gè)布局可能性進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，得到一系列成本效益最佳的布局方案。賈海峰等[51]運(yùn)用SUSTAIN系統(tǒng)進(jìn)行LID/BMPs措施的篩選，并支持了措施的選址、布局研究。其他模型如MIKE SCAD[40]、RECARGA[22]、HYDRUS-1D[52]等也在相關(guān)研究中有一定的應(yīng)用。

模型的發(fā)展為L(zhǎng)ID各種措施的優(yōu)化配置提供了更加科學(xué)的指導(dǎo)和依據(jù)。模型應(yīng)用的總體思路一般為：首先，研究區(qū)域特點(diǎn)(包括水文氣候、地形、土壤、非點(diǎn)源污染特性、經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及區(qū)域整體規(guī)劃等)，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)在空間上配置可選的LID，形成幾種LID優(yōu)化配置的候選方案；然后通過(guò)模型模擬的方法對(duì)候選方案的削減效率及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行評(píng)估；最后選取成本效益最佳的LID配置方案。但是，目前很多模擬工作都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，與研究區(qū)域土地利用的實(shí)際規(guī)劃情況存在較大偏差，而且缺乏實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，導(dǎo)致模擬結(jié)果準(zhǔn)確性有待考察，無(wú)法很好地指導(dǎo)LID措施的設(shè)計(jì)、規(guī)劃與實(shí)施。因此，加強(qiáng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集、建立大數(shù)據(jù)庫(kù)功能、強(qiáng)化模型的驗(yàn)證和率定、提高模擬準(zhǔn)確度，應(yīng)是未來(lái)模型研究工作中需要重點(diǎn)克服的難點(diǎn)。

3 LID設(shè)施綜合效益評(píng)估

隨著全國(guó)30個(gè)試點(diǎn)海綿城市建設(shè)工作的開(kāi)展和逐步完成，海綿城市建設(shè)的綜合效益評(píng)估工作越來(lái)越重要，以期為后續(xù)全國(guó)其他城市開(kāi)展海綿城市建設(shè)工作提供借鑒和指導(dǎo)意義。目前，針對(duì)海綿城市建設(shè)及雨水措施效益評(píng)價(jià)多集中在定性研究方面，近幾年開(kāi)始嘗試對(duì)海綿城市的綜合效益開(kāi)展定量化研究。

成本效益分析作為一種單目標(biāo)決策分析方法，廣泛應(yīng)用于LID措施的篩選與評(píng)估。蘆琳[53]從全過(guò)程生命周期成本效益進(jìn)行分析，結(jié)果為雨水花園>滲透鋪裝+滲透管/井系統(tǒng)>傳統(tǒng)雨水排水系統(tǒng)等。常艦[43]采用SWAT模型，運(yùn)用成本效益法對(duì)各類措施的環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)估。Wang等[54]運(yùn)用成本效益分析法，分析了在未來(lái)氣候變化預(yù)期情景下，不同LID措施的實(shí)施效果，為決策者在選定合適的成本、徑流及污染控制效益時(shí)提供參考方案。層次分析法(AHP)可以系統(tǒng)清晰地對(duì)海綿城市的綜合效益進(jìn)行評(píng)估，已得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展比較成熟。羅玉婷[55]運(yùn)用AHP，從適應(yīng)能力、功能效益、經(jīng)濟(jì)投入3個(gè)方面建立適用于老城區(qū)的評(píng)價(jià)模型，并對(duì)其中的二級(jí)、三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行說(shuō)明闡述，然后進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化與標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立矩陣和計(jì)算權(quán)重，最后根據(jù)綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行整合并評(píng)價(jià)。俞茜等[56]為了在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段全面評(píng)價(jià)LID設(shè)施的效益，分別從減災(zāi)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益4個(gè)方面篩選了18個(gè)評(píng)估指標(biāo)，構(gòu)建了5類不同LID設(shè)施的綜合效益評(píng)估指標(biāo)體系，但其中大部分指標(biāo)都是定性研究。Li等[57]選取南寧市體育場(chǎng)作為研究案例，選取5種LID措施對(duì)體育場(chǎng)進(jìn)行改造，提出了5種不同的情景，每種情景中各種LID設(shè)施設(shè)置不同的建造比例，并運(yùn)用AHP設(shè)計(jì)的評(píng)估體系，涵蓋環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益層級(jí)指標(biāo)，最后對(duì)5種不同情景進(jìn)行綜合效益分析，結(jié)果表明在34.5%的滯留池設(shè)施和46%的下沉綠地情景下可得到最好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。此種情景分析法對(duì)于海綿城市建造適宜的LID設(shè)施布設(shè)面積和比例給出了很好的示范。另外，近年來(lái)相關(guān)學(xué)者開(kāi)始進(jìn)行海綿城市LID綜合效益的貨幣化研究。李晨等[58]在北京市某建筑小區(qū)通過(guò)增設(shè)綠化屋頂、下沉式綠地、雨水調(diào)蓄池等雨水調(diào)控措施，對(duì)比增設(shè)設(shè)施前后外排量、節(jié)水量、污染削減量、節(jié)電量、固碳釋氧量等的變化，評(píng)估其效益。孫文靖等[59]采用水量平衡法、影子工程法、替代工程法等環(huán)境經(jīng)濟(jì)方法，構(gòu)建海綿城市建設(shè)效益的貨幣化測(cè)算方法，該研究將海綿城市建設(shè)的效益貨幣化，能更加直觀地體現(xiàn)其綜合價(jià)值及實(shí)際收益。

海綿城市建設(shè)LID綜合效益涉及經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)3個(gè)方面，較為復(fù)雜。因此，基于環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，結(jié)合生命周期理論，運(yùn)用AHP，建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立準(zhǔn)確、合理的效益識(shí)別和貨幣化的測(cè)算方法，從而對(duì)海綿城市的綜合效益進(jìn)行定性和定量分析，可以為未來(lái)海綿城市改造實(shí)踐和已建成的海綿城市的效益評(píng)估提供參考。

4 結(jié)論與建議

LID技術(shù)作為我國(guó)海綿城市的主要雨洪調(diào)控措施，具有跨行業(yè)、跨部門、跨學(xué)科的特點(diǎn)，涉及規(guī)劃、建筑、排水、結(jié)構(gòu)、道路、園林、水文等多個(gè)專業(yè)，需要國(guó)土、規(guī)劃、水務(wù)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、建設(shè)、管理等多部門的協(xié)調(diào)配合，是城市建設(shè)中的系統(tǒng)工程，需要建立系統(tǒng)的規(guī)劃、管理及評(píng)估體系。

(1)技術(shù)研究方面：應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)展主要LID設(shè)施的專項(xiàng)研究，包括每個(gè)LID設(shè)施實(shí)施的適用條件，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體地理特征和氣候條件等因素，對(duì)措施本身材料選擇和設(shè)計(jì)、組合式措施的布局方式、措施參數(shù)的選擇等給出建議；在此基礎(chǔ)上，制定全面的LID技術(shù)指導(dǎo)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

(2)模型方面：在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，盡快開(kāi)發(fā)和優(yōu)化適合我國(guó)氣候、地質(zhì)、水文、經(jīng)濟(jì)等條件的專用模型，運(yùn)用大數(shù)據(jù)庫(kù)加強(qiáng)模型的驗(yàn)證和率定，提高模擬準(zhǔn)確度；模型應(yīng)涵蓋規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理和評(píng)估等各個(gè)階段，可用于海綿城市全生命周期效果的模擬。

(3)成本與效益方面：應(yīng)加入LID各項(xiàng)措施的使用壽命期，開(kāi)展全生命周期的成本效益分析，建立整套系統(tǒng)的績(jī)效評(píng)價(jià)體系；同時(shí)，盡快研究制定出普適的綜合效益評(píng)估指標(biāo)體系，建立準(zhǔn)確、合理的效益識(shí)別和貨幣化的測(cè)算方法，為海綿城市LID綜合效益評(píng)估提供指導(dǎo)。