王 燕,虞美秀,陸智聰

(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.蘇州宇鴻水務(wù)科技有限公司,江蘇 蘇州 215000)

2015年開(kāi)始中國(guó)進(jìn)行海綿城市建設(shè)，分別選取了覆蓋全國(guó)范圍的30個(gè)城市進(jìn)行試點(diǎn)，并以水生態(tài)中的年徑流總量控制率和水環(huán)境中的面源污染削減率作為核心指標(biāo)指導(dǎo)海綿城市建設(shè)各項(xiàng)工作。為有效測(cè)算海綿項(xiàng)目施工質(zhì)量，全面分析海綿城市實(shí)施效果，需要借助監(jiān)測(cè)手段獲取所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。海綿城市建設(shè)開(kāi)始之前，已有城市雨水徑流觀測(cè)以市政檢查井系統(tǒng)為主，針對(duì)75%控制率對(duì)應(yīng)規(guī)模場(chǎng)次降雨的水量和污染特性觀測(cè)較少。海綿城市專項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作是宏觀與微觀的高度融合，是城市水文自然和社會(huì)循環(huán)研究的重要基礎(chǔ)[1-2]。

海綿城市建設(shè)過(guò)程中需要借助監(jiān)測(cè)及模型輔助規(guī)劃、設(shè)計(jì)、驗(yàn)收、運(yùn)行、調(diào)度、搶險(xiǎn)全過(guò)程?；诖诵枨箧?zhèn)江已建成基于最大日負(fù)荷總量(Total Maximum Daily Load，TMDL)思想的模型體系，包括設(shè)施級(jí)模型(HydroCAD、MIDS Calculator)、項(xiàng)目(地塊)級(jí)模型(SWMM、PCSWMM)、匯水區(qū)級(jí)模型(HSPF)及河湖水體模型(HEC-RAS、EFDC)。監(jiān)測(cè)對(duì)象體系的建立為各級(jí)模型的構(gòu)建、率定、驗(yàn)證、應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以此支撐海綿城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、評(píng)估、運(yùn)營(yíng)、應(yīng)急等各項(xiàng)工作。

相較于常規(guī)的監(jiān)測(cè)對(duì)象體系，海綿城市監(jiān)測(cè)增加了源頭綠色設(shè)施觀測(cè)，縱觀國(guó)內(nèi)外源頭綠色設(shè)施監(jiān)測(cè)的研究進(jìn)展，結(jié)合國(guó)內(nèi)外低影響開(kāi)發(fā)(Low Impact Development，LID)設(shè)施監(jiān)測(cè)的研究進(jìn)展來(lái)看，加拿大的Credit Valley Conservation (簡(jiǎn)稱CVC)公司在海綿設(shè)施監(jiān)測(cè)方面做了較為深入的研究，并積累了近10年的研究成果，提出峰值控制、徑流控制、污染削減等監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，規(guī)范監(jiān)測(cè)方案制定，并結(jié)合案例展示海綿設(shè)施監(jiān)測(cè)方法和結(jié)果分析方法，對(duì)于中國(guó)海綿設(shè)施監(jiān)測(cè)具有很高的參考價(jià)值[3]。此外,EPA等多個(gè)水環(huán)境研究機(jī)構(gòu)建立了International Storm Water BMP(Best Management Practice) DataBase (簡(jiǎn)稱BMPDB)[4]，該學(xué)術(shù)組織旨在提供BMP相關(guān)基礎(chǔ)信息，以推進(jìn)全世界城市雨水管理工作發(fā)展，其中監(jiān)測(cè)部分形成了名為“Urban Storm Water BMP Performance Monitoring”手冊(cè)，共分為監(jiān)測(cè)計(jì)劃制定、水文水動(dòng)力監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)實(shí)施、數(shù)據(jù)管理與報(bào)告編制、數(shù)據(jù)分析、低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施監(jiān)測(cè)、低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施數(shù)據(jù)分析、低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施監(jiān)測(cè)案例等章節(jié)，該手冊(cè)內(nèi)容涵蓋了海綿城市監(jiān)測(cè)的諸多內(nèi)容，對(duì)于中國(guó)監(jiān)測(cè)工作具有重要指導(dǎo)作用。中國(guó)在LID建設(shè)和研究方面起步相對(duì)較晚，但也有眾多研究成果見(jiàn)諸期刊，如西安理工大學(xué)李家科教授長(zhǎng)期從事LID設(shè)施效果監(jiān)測(cè)，并以生物滯留技術(shù)(雨水花園、生態(tài)濾溝等)、人工濕地技術(shù)、植被過(guò)濾帶技術(shù)為重點(diǎn)開(kāi)展長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，形成了眾多具有參考價(jià)值的科研成果，其中生物滯留技術(shù)水量調(diào)控對(duì)于中小雨(<25 mm)削減率基本可達(dá)到60%以上，污染物去除方面，負(fù)荷削減率均在50%以上，并隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的推移呈降低趨勢(shì)[5]。

中國(guó)幅員遼闊，國(guó)外以及國(guó)內(nèi)部分地區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法滿足各地應(yīng)用需求，因此需要建立不同地區(qū)監(jiān)測(cè)體系，采集相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為海綿城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)保障。以鎮(zhèn)江為代表的長(zhǎng)江中下游流域海綿監(jiān)測(cè)對(duì)象體系建立的探索與實(shí)踐，將對(duì)全域?qū)嵤┖＞d城市建設(shè)提供充分的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)積累。

1 海綿城市監(jiān)測(cè)對(duì)象體系

海綿城市建設(shè)總體目標(biāo)為控制徑流總量、提升水質(zhì)、緩解內(nèi)澇，研究?jī)?nèi)容為從降雨到地表徑流，再到管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸、受納水體排放的整個(gè)過(guò)程。與之相對(duì)的海綿城市監(jiān)測(cè)對(duì)象體系由降雨、下墊面、陸域(海綿設(shè)施、項(xiàng)目地塊、排水分區(qū))、河湖、流域共同構(gòu)成(圖1)，其中海綿設(shè)施、項(xiàng)目地塊、排水分區(qū)三者之間在空間上屬于層層遞進(jìn)包含關(guān)系，每個(gè)排水分區(qū)由多個(gè)項(xiàng)目地塊組成，每個(gè)項(xiàng)目地塊中包含了多種海綿設(shè)施。

海綿城市建設(shè)在常規(guī)排放系統(tǒng)上新增有源頭、過(guò)程、末端設(shè)施。因此，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括氣象(降雨)、下墊面、海綿設(shè)施、市政管網(wǎng)、受納水體監(jiān)測(cè)。

a)氣象(降雨)監(jiān)測(cè)。作為城市雨洪的主要來(lái)源，降雨是雨洪過(guò)程的重要驅(qū)動(dòng)。

b)下墊面監(jiān)測(cè)。下墊面污染負(fù)荷是面源污染的重要來(lái)源，不同類別和空間分布的下墊面污染負(fù)荷各異，是水環(huán)境治理的難點(diǎn)。

c)海綿設(shè)施監(jiān)測(cè)。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》單項(xiàng)設(shè)施主要有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、蓄水池、雨水罐、調(diào)節(jié)塘、調(diào)節(jié)池、植草溝、滲管/渠、植被緩沖帶、初期雨水棄流設(shè)施、人工土壤滲濾等。海綿設(shè)施按所處的位置和作用可分為源頭、過(guò)程和末端設(shè)施。根據(jù)頂層設(shè)計(jì)和目標(biāo)分解，鎮(zhèn)江市海綿城市總體目標(biāo)最終落實(shí)到每一個(gè)設(shè)施上，因此設(shè)施的設(shè)計(jì)目標(biāo)和建成后的效果是監(jiān)測(cè)服務(wù)的重點(diǎn)。

d)市政管網(wǎng)監(jiān)測(cè)。與常規(guī)雨洪管理監(jiān)測(cè)相似，市政管網(wǎng)監(jiān)測(cè)著重考慮項(xiàng)目(地塊)、排水分區(qū)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及出口的水量水質(zhì)特征。

e)受納水體監(jiān)測(cè)。鎮(zhèn)江市的主要受納水體為三河一湖(運(yùn)糧河、古運(yùn)河、虹橋港和金山湖)，城市所有地表徑流最終匯入受納水體，對(duì)于受納水體的監(jiān)測(cè)可從全流域的角度研究城市水環(huán)境質(zhì)量狀況。

1.1 氣象(降雨)監(jiān)測(cè)

氣象(降雨)是城市排水系統(tǒng)重要的驅(qū)動(dòng)條件，因此需要對(duì)當(dāng)?shù)氐臍庀蠛陀炅窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。降雨觀測(cè)的主要方式有普通雨量計(jì)觀測(cè)、雷達(dá)降水觀測(cè)、氣象衛(wèi)星降雨估計(jì)[6]。通常情況下，采用普通雨量計(jì)觀測(cè)的方式，考慮雨量空間分布不均的特點(diǎn)，每5 km2內(nèi)需布設(shè)一個(gè)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。如站點(diǎn)不足，可通過(guò)內(nèi)插法和正比法進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充[7]。雨量的監(jiān)測(cè)通常的做法為強(qiáng)度觀測(cè)，即在單位時(shí)間內(nèi)的降雨深度觀測(cè)。氣象觀測(cè)較為專業(yè)，對(duì)管理與維護(hù)人員要求較高。因此，在條件不足時(shí)，建議直接采用當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)提供的數(shù)據(jù)。根據(jù)上述要求，在鎮(zhèn)江29.28 km2范圍內(nèi)均勻布設(shè)了11個(gè)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

1.2 下墊面污染負(fù)荷監(jiān)測(cè)

當(dāng)點(diǎn)源污染得到有效控制后，面源污染成為城市水質(zhì)主要污染源。非降雨期污染物在下墊面上進(jìn)行累積，降雨開(kāi)始后各種污染源隨著初始沖刷進(jìn)入城市雨水排放系統(tǒng)，超標(biāo)部分溢流進(jìn)水體，造成水體水質(zhì)下降。為了提升城市水環(huán)境質(zhì)量需要充分了解污染源和污染量，需要對(duì)下墊面污染負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

下墊面的主要類型為屋面、路面、草坪等。選擇不同區(qū)域(人流集中、車流集中、人流量小)的不同下墊面進(jìn)行降雨期間的水質(zhì)采集，從而了解污染負(fù)荷情況。目前下墊面污染負(fù)荷采樣主要為人工采樣的方式。

鎮(zhèn)江主城多為高密度老城區(qū)，為充分掌握主城范圍各類下墊面污染負(fù)荷特性，對(duì)主城范圍內(nèi)各下墊面進(jìn)行梳理，從典型性及可操作性兩方面考慮，篩選各類典型下墊面采樣點(diǎn)(表1)。

1.3 海綿設(shè)施監(jiān)測(cè)

結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究實(shí)踐，對(duì)海綿設(shè)施效果的監(jiān)測(cè)共有4種思路，分別為時(shí)間上的對(duì)比監(jiān)測(cè)、空間上的對(duì)比監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)效果與官方數(shù)據(jù)對(duì)比、入流和出流監(jiān)測(cè)對(duì)比[8]。本研究主要采用最后一種思路，在監(jiān)測(cè)對(duì)象的出入流處進(jìn)行對(duì)比監(jiān)測(cè)海綿設(shè)施效果。

1.3.1雨水花園監(jiān)測(cè)

LID源頭削減設(shè)施的入流為漫地流，對(duì)于入流流量的監(jiān)測(cè)較為困難，建議選擇漫地流的典型入流點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其他入流點(diǎn)根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行估算。在上述條件都不允許的情況下，可用合理化公式、曲線號(hào)碼及模型模擬的方法推估入流流量。雨水花園入流多為小流量，常規(guī)的流量監(jiān)測(cè)設(shè)備不適用，因此采用對(duì)小流量較為敏感的三角堰流量監(jiān)測(cè)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

采用三角堰流量計(jì)監(jiān)測(cè)LID設(shè)施入流流量時(shí)，在設(shè)備安裝前需要對(duì)堰高度進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)液位和流量之間的換算關(guān)系公式參數(shù)進(jìn)行率定。堰的高度取決于設(shè)施收水范圍在一定強(qiáng)度降雨下峰值流量的大小。LID設(shè)施出流監(jiān)測(cè)點(diǎn)需布設(shè)在盲管進(jìn)溢流井及溢流井進(jìn)下游市政井處，出流量較小，建議使用堰式流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

表1 下墊面監(jiān)測(cè)詳細(xì)信息

1.3.2過(guò)程、末端海綿設(shè)施監(jiān)測(cè)

鎮(zhèn)江的過(guò)程、末端海綿設(shè)施，主要為雨水濕地，包含多級(jí)生物濾池和重力流濕地2種形式，該類設(shè)施較為關(guān)注設(shè)施的水質(zhì)去除效果，以某一重力流濕地為例，其構(gòu)造見(jiàn)圖2，雨水進(jìn)入沉沙過(guò)濾池后再均勻進(jìn)入濕地。凈化后雨水再通過(guò)盲管和溢流井出流進(jìn)入河道。為監(jiān)測(cè)重力流濕地凈化效果，在進(jìn)水入口及盲管出流處分別進(jìn)行水量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)(圖2中紅色點(diǎn)位)。

1.4 項(xiàng)目(地塊)、排水分區(qū)監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目(地塊)、排水分區(qū)在海綿城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行階段，是包含海綿設(shè)施在內(nèi)更上一個(gè)層級(jí)的研究對(duì)象，在該尺度上可以更好地分解總體目標(biāo)、評(píng)估建設(shè)效果。對(duì)于項(xiàng)目(地塊)、排水分區(qū)的監(jiān)測(cè)同樣使用出入流對(duì)比監(jiān)測(cè)方法。其中入流在無(wú)客水時(shí)等于降雨量，出流處選擇總排口處，排水分區(qū)匯流范圍較大時(shí)在市政干管關(guān)鍵位置增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)。設(shè)備選取方面，流量較小時(shí)使用堰式流量計(jì)，流量較大時(shí)可采用多普勒超聲波流量計(jì)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)以人工采樣為主。

根據(jù)上述內(nèi)容，陸域部分共布設(shè)降雨、下墊面、海綿設(shè)施、項(xiàng)目地塊、排水分區(qū)5類監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖3。

1.5 受納水體監(jiān)測(cè)

受納水體水質(zhì)提升是實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)的總體目標(biāo)最直接的體現(xiàn)之一。作為城市整個(gè)水循環(huán)的末端，水體的環(huán)境質(zhì)量直接代表了城市水環(huán)境污染治理效果。受納水體監(jiān)測(cè)應(yīng)滿足受納水體模型率定和驗(yàn)證的需求。鎮(zhèn)江河湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖4。

以上不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)指標(biāo)、布點(diǎn)原則、監(jiān)測(cè)頻率等信息匯總見(jiàn)表2。

表2 海綿城市監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)頻率和監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原則

續(xù)表2 海綿城市監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)頻率和監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原則

2 數(shù)據(jù)采集、集成與分析

2.1 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集

所有在線監(jiān)測(cè)設(shè)備保證降雨期間5 min一個(gè)值的數(shù)據(jù)采集頻率，非降雨期間河道采樣數(shù)據(jù)可根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整數(shù)據(jù)采集間隔。

2.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)人工采集

2.2.1采樣方法

監(jiān)測(cè)對(duì)象體系中涉及到下墊面、海綿設(shè)施出入流、項(xiàng)目排口、河道排口、河道斷面水質(zhì)水樣采集工作，采樣過(guò)程參照下墊面采樣要求。自監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)(出)流開(kāi)始監(jiān)測(cè)，建議于第0、5、10、15、30、60、90、120 min進(jìn)行采樣。如果某次降雨歷時(shí)較長(zhǎng)，則對(duì)于降雨歷時(shí)超過(guò)120 min的部分，降雨歷時(shí)每增加120 min增加采樣一次，不足120 min在降雨結(jié)束前增加一次采樣；如果某次降雨歷時(shí)小于120 min，可根據(jù)實(shí)際情況酌情減少采樣數(shù)量，但每場(chǎng)降雨的水樣數(shù)量不少于8個(gè)(主要為前期的徑流水樣)，直至降雨產(chǎn)流結(jié)束。采樣時(shí)記錄采樣時(shí)刻，根據(jù)相關(guān)采樣規(guī)范進(jìn)行科學(xué)采樣。河道非雨期采集水樣不少于5次。

2.2.2采樣過(guò)程管理

為規(guī)范采樣工作，所有采樣人員在手機(jī)終端關(guān)注流量監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)，自有流量數(shù)據(jù)開(kāi)始，掃描現(xiàn)場(chǎng)二維碼，新建采樣事件，編號(hào)為XX地點(diǎn)20170613。采樣開(kāi)始后，上載采集工作照片和水樣照片及水樣編號(hào)，編號(hào)方式為XX:XX，同時(shí)在水樣上標(biāo)注編號(hào)。采樣結(jié)束后按照樣品采集先后順序放置一排拍照存檔，用XX地點(diǎn)20171211命名，提交到手機(jī)終端。

2.2.3水質(zhì)化驗(yàn)及數(shù)據(jù)填報(bào)

水質(zhì)指標(biāo)主要包含SS、COD、TN、TP、氨氮。數(shù)據(jù)分析化驗(yàn)宜參照表3中所示的各種方法。道路采樣點(diǎn)記錄清掃時(shí)間和清掃方式以及交通流量，采樣點(diǎn)務(wù)必遠(yuǎn)離垃圾桶，避免樣品受到其他因素污染。

表3 關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)測(cè)方法

2.3 數(shù)據(jù)集成與初步分析

考慮到后期的海綿城市建設(shè)和管理需求，需要建立鎮(zhèn)江市海綿城市監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)。除滿足城市自查、省級(jí)評(píng)價(jià)與部級(jí)抽查要求外，還為鎮(zhèn)江市智慧海綿系統(tǒng)監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，在各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建設(shè)鎮(zhèn)江市海綿城市大數(shù)據(jù)中心；并通過(guò)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)的建設(shè)，建立海綿城市綜合監(jiān)控系統(tǒng)；研究數(shù)據(jù)中心大量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和人工采集數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、可視化和應(yīng)用模式；將數(shù)據(jù)應(yīng)用研究結(jié)果自動(dòng)用于模型率定、驗(yàn)證和建成效果評(píng)估，以全面保障海綿城市建設(shè)效果，同時(shí)為數(shù)據(jù)應(yīng)用于公眾、城市監(jiān)管和運(yùn)營(yíng)等部門(mén)提供接口(圖5)。

3 鎮(zhèn)江市海綿城市績(jī)效評(píng)估

3.1 評(píng)估思路與方法

鎮(zhèn)江海綿城市試點(diǎn)區(qū)面積為29.28 km2，根據(jù)地形地貌及排水管網(wǎng)系統(tǒng)，將試點(diǎn)區(qū)劃分為11個(gè)排水分區(qū)，各排水分區(qū)結(jié)合自身特點(diǎn)，因地制宜地選擇綠色-灰色雨水基礎(chǔ)設(shè)施、源頭-過(guò)程-末端控制措施相結(jié)合的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)各排水分區(qū)水質(zhì)、水量目標(biāo)的耦合。

根據(jù)海綿設(shè)施、項(xiàng)目地塊、排水分區(qū)空間上自下而上的層層包含關(guān)系，每個(gè)排水分區(qū)目標(biāo)自上而下進(jìn)行分解到每個(gè)項(xiàng)目中，為項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工提出要求。因此，結(jié)合監(jiān)測(cè)方案，對(duì)于海綿設(shè)施的效能評(píng)估依據(jù)為從頂層設(shè)計(jì)方案分解到項(xiàng)目和設(shè)施級(jí)別的徑流總量控制、污染控制等目標(biāo)。

根據(jù)評(píng)估依據(jù)，海綿設(shè)施效能評(píng)估的總體思路分為四級(jí)，分別為總體效能評(píng)估、排水分區(qū)效能評(píng)估、項(xiàng)目級(jí)別效能評(píng)估、設(shè)施級(jí)別效能評(píng)估。通過(guò)這四級(jí)粗細(xì)有別、重點(diǎn)突出的差異性評(píng)估，可實(shí)現(xiàn)對(duì)海綿建成效果進(jìn)行多級(jí)別、多角度的全面評(píng)估。

根據(jù)GB/T 51345—2018《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[9]，海綿城市建成效果評(píng)價(jià)方法分為年徑流總量控制率容積核算法、流量監(jiān)測(cè)法和“監(jiān)測(cè)+模型計(jì)算”評(píng)估法。上述各評(píng)估方法降雨條件為全年實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)序列，所需數(shù)據(jù)時(shí)間跨度大、精度要求高。在實(shí)際的監(jiān)測(cè)評(píng)估過(guò)程中，為了解單場(chǎng)降雨效能，通常采用場(chǎng)次降雨評(píng)估法。

該評(píng)估方法的指標(biāo)定義為場(chǎng)次降雨控制百分比，計(jì)算公式為：

P=(VP-VO)/VP×100%

(1)

式中P——場(chǎng)次降雨控制百分比；VP——場(chǎng)次降雨總體積；VO——徑流外排總體積。

需注意出流為雨水徑流出流量，如監(jiān)測(cè)對(duì)象匯流范圍有污水混入需進(jìn)行扣除。

本次評(píng)估根據(jù)數(shù)據(jù)情況及對(duì)象復(fù)雜性采樣不同方法，其中排水分區(qū)因涉及內(nèi)容較多，采用模型法以全年實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行評(píng)估，項(xiàng)目地塊采樣模型法以場(chǎng)次降雨作為輸入進(jìn)行評(píng)估，海綿設(shè)施因邊界清晰數(shù)據(jù)準(zhǔn)確完整，故以場(chǎng)次降雨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接評(píng)估。

3.2 評(píng)估示例

3.2.1排水分區(qū)評(píng)估

鎮(zhèn)江海綿城市建設(shè)頂層設(shè)計(jì)采用完整的陸域河湖模型體系進(jìn)行方案達(dá)標(biāo)分析，其中陸域部分采用SWMM模型進(jìn)行模擬。為保障目標(biāo)分解的合理性，需要對(duì)每一個(gè)排水分區(qū)模型進(jìn)行率定，驗(yàn)證達(dá)標(biāo)的模型參數(shù)才可用于目標(biāo)方案論證。鑒于此選取代表性(匯流邊界明確，為高密度老城區(qū))排水分區(qū)排口——中山橋上游排水口(圖6)2019年數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的3場(chǎng)降雨過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行SWMM模型關(guān)鍵參數(shù)率定(表4)，其中3場(chǎng)降雨的模擬峰值皆擬合較好，6月6日和7月6日退水部分的擬合較差，8月10日整體擬合程度皆較好(圖7)。

曼寧n值不透水面透水面管道吸力水頭/mm0.1500.3000.015209洼蓄量/mm不透水面透水面飽和傳導(dǎo)率/(mm·h-1)初始缺失率3510.3

通過(guò)率定好的參數(shù)結(jié)果輸入模型，以水平年降雨作為邊界條件，對(duì)排水分區(qū)進(jìn)行評(píng)估，COD、NH3-N、TP單位面積負(fù)荷量分別為0.207 0、0.003 0、0.000 5 t/(a·hm2)，年溢流次數(shù)為26，平均溢流時(shí)長(zhǎng)為3.6 h。

3.2.2項(xiàng)目地塊評(píng)估

根據(jù)鎮(zhèn)江市海綿城市建設(shè)試點(diǎn)實(shí)施方案要求，從江濱匯水區(qū)分解到華潤(rùn)新村小區(qū)的目標(biāo)為：年徑流總量控制率為86.7%，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為39.24 mm；排水防澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到有效應(yīng)對(duì)30年一遇降雨；面源污染削減率達(dá)到60%。

采用2017年6—8月的6場(chǎng)降雨及流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行華潤(rùn)新村小區(qū)LID模型參數(shù)率定驗(yàn)證，相對(duì)均方誤差均小于10%，監(jiān)測(cè)值與模擬值擬好度較好(圖8)，可用于小區(qū)地塊方案建設(shè)績(jī)效評(píng)估。

采用2007—2016年的連續(xù)降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行華潤(rùn)新村年徑流總量控制率及TSS徑流污染模擬分析，進(jìn)行源頭LID海綿方案績(jī)效評(píng)估。①年徑流總量控制率。華潤(rùn)新村10 a的降雨總量為75.8萬(wàn)m3，徑流總量為14.7萬(wàn)m3，其中包括通過(guò)LID盲管凈化后緩釋的徑流量(4.52萬(wàn)m3)，因此沒(méi)有通過(guò)自然蒸發(fā)、下滲及LID設(shè)施凈化的未控制徑流量為10.2萬(wàn)m3，即10 a內(nèi)通過(guò)自然及人工手段控制徑流量為65.6萬(wàn)m3，實(shí)現(xiàn)86.5%年徑流總量控制率，基本滿足控制目標(biāo)。②TSS污染削減率。2017年通過(guò)對(duì)華潤(rùn)新村排口TSS進(jìn)行7場(chǎng)降雨濃度監(jiān)測(cè)，估算TSS年均濃度(AMC)約為81.5 mg/L，華潤(rùn)新村未改造前10年徑流量約為34.1萬(wàn)m3，則未改造時(shí)TSS污染總量為27.8 t。未控制徑流中TSS總量為10.2萬(wàn)m3×81.5 mg/L=8.3 t，LID設(shè)施對(duì)TSS濃度削減率為85%，因此，通過(guò)LID凈化后外排徑流量所包含的TSS總量約為4.52萬(wàn)m3×81.5 mg/L×15%=0.55 t，TSS污染削減率=(27.8-8.3-0.55)/27.8×100%=68%，滿足徑流污染控制目標(biāo)。

3.2.3海綿設(shè)施評(píng)估

經(jīng)過(guò)自上而下的目標(biāo)分解，細(xì)化到每一個(gè)海綿設(shè)施都有一定的貢獻(xiàn)度要求，因此需要對(duì)海綿設(shè)施進(jìn)行達(dá)標(biāo)分析。鎮(zhèn)江采用的海綿設(shè)施類型主要有雨水花園、植草溝、綠色屋頂、雨水濕地、透水鋪裝等，從可實(shí)施角度出發(fā)，本次對(duì)其中部分雨水花園和雨水濕地進(jìn)行了進(jìn)出口流量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)。以其中一處——江濱新村二區(qū)雨水花園為例(具有較好的完整場(chǎng)次降雨出流水量水質(zhì)數(shù)據(jù))進(jìn)行效果評(píng)估。

在對(duì)該處雨水花園進(jìn)行連續(xù)在線觀測(cè)過(guò)程中，捕捉到2017年8月8日降雨過(guò)程完整出流數(shù)據(jù)(圖9)。依據(jù)綜合徑流系數(shù)計(jì)算雨水花園匯流范圍總徑流量為90.92 m3，監(jiān)測(cè)總出流量為5.06 m3(盲管處)，3處峰值流量分別為2.73、1.82、2.66 m3/h，雨峰延滯時(shí)間分別為30、10、100 min。溢流井對(duì)應(yīng)的滯峰效果跟盲管出流一致(圖9)。綜合雨水花園盲管與溢流井總出流量為6.31 m3，雨水花園對(duì)本場(chǎng)降雨的徑流控制率為93.06%。同期對(duì)出流水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，小區(qū)路面、小區(qū)屋頂、空白雨水、雨水花園出流徑流量分別為20.10、30.03、40.79、6.31 m3，結(jié)果見(jiàn)表5。由表可知，雨水花園對(duì)本場(chǎng)降雨的水質(zhì)去除率在89%以上，COD、NH3-N、TP、TSS水質(zhì)去除率分別為90.492%、91.137%、89.023%、96.389%，其中TSS去除效果最明顯。

表5 2017年8月8日?qǐng)龃谓涤晗聣|面污染情況及雨水花園出流水質(zhì)情況

4 結(jié)語(yǔ)

完善的監(jiān)測(cè)對(duì)象體系是海綿城市設(shè)計(jì)、效果評(píng)估、運(yùn)行調(diào)度的重要基礎(chǔ)。本文重點(diǎn)闡述了鎮(zhèn)江市海綿城市監(jiān)測(cè)對(duì)象體系構(gòu)成、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)結(jié)果應(yīng)用等內(nèi)容，并與模型體系相結(jié)合形成可復(fù)制的技術(shù)模式，可為更多城市的海綿建設(shè)提供參考。