海綿城市建設(shè)中若干水文學(xué)問題的研討
                                         夏軍1,2,3，石衛(wèi)1，王強1，鄒磊1
（1. 武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2. 武漢大學(xué)水安全研究院，湖北 武漢 430072；3. 水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430072）
摘要：針對海綿城市建設(shè)面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出了以水循環(huán)為紐帶、將城市暴雨-徑流、水污染治理和城市生態(tài)綠地、濕地建設(shè)與市政建設(shè)（排水、排污）規(guī)劃管理聯(lián)系為一體的“城市水系統(tǒng)”的概念與方法；基于水文學(xué)原理，分析了目前海綿城市建設(shè)中最為關(guān)鍵、也質(zhì)疑較多的年徑流總量控制率的概念，指出現(xiàn)行的年徑流總量控制率的計算實質(zhì)是年降水總量控制率。如果回歸到水文學(xué)概念，年徑流總量控制率就必須與水文系統(tǒng)響應(yīng)的增益因子，即徑流系數(shù)建立內(nèi)在的聯(lián)系；需要研究徑流系數(shù)并非常數(shù)，而是與土壤濕度、降水強度和下墊面組合的時變非線性理論問題。此外，論文對比分析了現(xiàn)行海綿城市建設(shè)LID措施和改進(jìn)后的年徑流總量控制率之間的關(guān)系，深入剖析了“城市看海”發(fā)生的條件與風(fēng)險。最后就海綿城市建設(shè)與規(guī)劃的水文學(xué)基礎(chǔ)亟待改進(jìn)：徑流系數(shù)非線性、區(qū)分自然條件和城市化后的蓄水量變化的差別、考慮河湖水系調(diào)蓄和陸地蒸散發(fā)、與流域大海綿調(diào)控結(jié)合、風(fēng)險管理等方面進(jìn)行了研討，提出了未來我國海綿城市建設(shè)的若干個建議。
關(guān)鍵詞：海綿城市；城市化；水系統(tǒng)；水文學(xué)；總徑流控制率；低影響開發(fā)
中圖分類號：TU984    文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A   文章編號：1004-6933（2017）01-0001-12
Discussions on several hydrological issues in the sponge city construction
XIA Jun1,2,3, SHI Wei1 ,WANG Qiang1, ZOU Lei1
（1.State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China；2.The Research Institute for Water Security, Wuhan University, Wuhan 430072; 3.Hubei Provincial Collaborative Innovation center for Water Resources Security, Wuhan 430072）
Abstract: As a developing country, China is facing more and more challenges on urban construction under global change and social development. This paper gives the reviews on the problems and challenges of sponge city construction. The concept and method of “urban water system” integrating with urban sprawl-runoff, water pollution control and urban ecological greenbelt, wetland and municipal construction (drainage and sewage), are proposed. Based on the theory of hydrology, hydrological control criteria which is the most critical and questionable in the construction of sponge city is analyzed, and points out that the calculation of the control rate of total annual runoff is to calculate the control rate of total annual precipitation. Thence, it is necessary to establish an internal relation with the gain factor of the response of the hydrological system, i.e. the runoff coefficient. It also needs to reveal that runoff coefficient of the hydrological system i.e. the gain factor is not a constant, but the time-varying nonlinearity of the combination of soil moisture, precipitation intensity and underlying surface. Additionally, hydrological control criteria of sponge city construction is modified to analyze the conditions and risks of the “see the sea from the city”. Finally, the runoff coefficient nonlinearity, the change differences in storage capacity between the natural conditions and after urbanization, considering the lake water system storage and land evaporation, the basin sponge regulation and control, and risk management, should be strengthened in the hydrological basis of sponge city construction and planning. Aiming at the upsurge of sponge city construction, some suggestions on future sponge city construction in China are put forward.
Key words: Sponge City construction; Urbanization; Water system; Hydrology; Total runoff control rate; Low impact development
1 研究背景
    受氣候變化和人類活動因素影響，城市面臨洪澇災(zāi)害、水資源短缺、水體黑臭以及生態(tài)系統(tǒng)退化與修復(fù)的諸多問題。在極端氣候變化和城市快速發(fā)展共同影響下，我國“城市看海”的城市愈來愈多，城市洪澇災(zāi)害造成了巨大的社會經(jīng)濟損失[1-3]。僅以武漢市為例，截至2016年7月6日，暴雨災(zāi)害造成全市12個區(qū)75.7萬人受災(zāi)。共轉(zhuǎn)移安置災(zāi)民167897人次，目前80207名群眾處于轉(zhuǎn)移安置狀態(tài)，全市布設(shè)安置點68個，農(nóng)作物受損97404hm2，倒塌房屋2357戶5848間。直接經(jīng)濟損失22.65億元，因災(zāi)死亡14人。武漢市投資巨大的排水系統(tǒng)，但依然年年“看海”，城市內(nèi)澇問題十分突出。城市發(fā)展如何與水問題和平共處？中國城市陷入的“治水方略”之困境又該如何解開？成為當(dāng)前及未來涉及人口最多和經(jīng)濟發(fā)展壓力最大的中國城市化建設(shè)面臨的嚴(yán)峻的亟待研究解決的城市化建設(shè)的戰(zhàn)略問題。
  為了解決城市化導(dǎo)致的一系列負(fù)面效應(yīng)，自20世紀(jì)90年代發(fā)達(dá)國家如美國就開始提出了低影響開發(fā)(LID，Low Impact Development)[4]、英國的可持續(xù)排水（SUDS，Sustainable Urban Drainage Systems)[5]，澳大利亞的水敏感城市設(shè)計（WSUD，Water Sensitive Urban Design）[6]等城市雨洪問題管理體系。LID從源頭上對徑流調(diào)控，通過入滲、過濾和蒸發(fā)等方式模擬自然水文條件，進(jìn)而實現(xiàn)減少徑流、降低污染負(fù)荷和保護(hù)受納水體的目標(biāo)，與城市生態(tài)建設(shè)有機結(jié)合，根本改變城市健康問題，關(guān)鍵要素如圖1所示[7-8]。WSUD根據(jù)城市水循環(huán)系統(tǒng)概念，對城市供水、污水處理以及水的再循環(huán)等作為一個整體進(jìn)行綜合管理（見圖2），并促進(jìn)城市規(guī)劃設(shè)計與建造方式的改變，維持城市可持續(xù)發(fā)展[10]。SUDS基于城市發(fā)展可持續(xù)性理念，除了城市生存環(huán)境至關(guān)重要的飲用水、水環(huán)境外，進(jìn)一步將地表水功能性價值考慮在內(nèi)，使其排水系統(tǒng)更具持續(xù)性[5]。

圖1 LID關(guān)鍵組成要素[9]

圖2水敏感城市設(shè)計中的水綜合管理[10]

近幾年，海綿城市建設(shè)成為我國城市水問題關(guān)注的熱點[3]。2013年12月，在中央城鎮(zhèn)化工作會議上首次提出了海綿城市的理念：“在提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然保存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。隨后，習(xí)近平總書記先后在2014年考察京冀協(xié)同發(fā)展座談會、中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第5次會議和2015年中央城市工作會議上多次強調(diào)了海綿城市建設(shè)的部署。2014年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南（試行）》（以下簡稱《指南》）[11]，為促進(jìn)我國海綿城市建設(shè)提供技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)；2014年12月份，中央相關(guān)部門隨即開展了全國首批試點城市的申報工作；至2015年4月份，在組織和相關(guān)部門的積極努力下全國首批16個試點城市正式確定。國務(wù)院辦公廳2015年10月印發(fā) 《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》）， 部署推進(jìn)我國海綿城市建設(shè)工作。
2 海綿城市建設(shè)面臨的問題和挑戰(zhàn)
 

  由于中國社會經(jīng)濟發(fā)展，未來2030年左右我國的水資源安全將面臨嚴(yán)峻的問題與挑戰(zhàn)[12]。以城鎮(zhèn)化和供水為例，1981年，我國城鎮(zhèn)化率21.16%，到了2011年全國城鎮(zhèn)化率已經(jīng)攀升到51.27%，預(yù)計2030年和2050年將分別達(dá)到70%和80%。當(dāng)前我國城市（含縣）日供水總規(guī)模3.14億m3，其中城市日供水2.57億m3，按照傳統(tǒng)的供需模式，未來水資源的供給需求和缺口將進(jìn)一步加大。我國的城鎮(zhèn)化速度快，建設(shè)速度跟不上城市綜合治理的速度，傳統(tǒng)的城市建設(shè)凸顯的城市“病”愈來愈突出：
（1）城市內(nèi)澇及洪澇災(zāi)害損失愈來愈嚴(yán)重。2016年全國多地如北京、廣州、武漢發(fā)生“看海”城市內(nèi)澇情景；
（2）城市水環(huán)境問題也愈來愈凸顯。城市垃圾、生活污水排放、河道水流堵塞導(dǎo)致城市水體黑臭問題；
（3）城市水生態(tài)退化嚴(yán)峻。例如有“百湖”之稱的武漢市湖泊退化，據(jù)2010年武漢市水務(wù)局的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，近幾十年來武漢的湖泊面積減少了228.9 km2，五十年來近100個湖泊人間“蒸發(fā)”，中心城區(qū)僅存的38個湖泊，還面臨著繼續(xù)被侵蝕的危險；
（4）城市人群疾病多發(fā)。生存環(huán)境的水污染、廢氣和霧霾凸顯，人口膨脹、交通擁堵、住房緊張等，將會加劇城市負(fù)擔(dān)、制約城市化發(fā)展以及引發(fā)市民身心疾病。
國家關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的部署，為徹底改變我國城市建設(shè)工作，提供了戰(zhàn)略性的發(fā)展機遇。但是，我國海綿城市建設(shè)過程中存在許多挑戰(zhàn)性的問題：
（1）一些地方對海綿城市缺乏科學(xué)的認(rèn)識，在沒有進(jìn)行合理規(guī)劃設(shè)計之前，就盲目施工建設(shè)；
（2）海綿城市建設(shè)的核心是水問題，但是海綿城市建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計、施工、監(jiān)控與管理過程中缺少以水文學(xué)為核心的海綿城市規(guī)劃建設(shè)團隊與實體；缺乏涉水的海綿城市建設(shè)與管理基礎(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)與體系；缺乏針對海綿城市的“水與氣候”、“水與環(huán)境”、“水與生態(tài)”、“水與社會”聯(lián)系的城市綜合水系統(tǒng)及其交叉學(xué)科的先進(jìn)科研技術(shù)支撐，目前存在一系列技術(shù)障礙；缺乏必要的海綿城市建設(shè)的后評估管理體系和制度建設(shè)；
（3）我國海綿城市建設(shè)有“大上快干、急于求成”、實效并不理想等諸多問題。尤其2016年南方城市遭受大暴雨，城市洪澇災(zāi)害嚴(yán)重，給中國的海綿城市建設(shè)帶來嚴(yán)峻的思考與挑戰(zhàn)。
我們的觀點：國外的LID等好的經(jīng)驗的確要學(xué)，但是要考慮中國獨特的自然條件（中國季風(fēng)氣候特性）和城市經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀（客觀基礎(chǔ)、條件與問題）。如何對癥下藥，真正解決中國的城市水問題，需要認(rèn)真思考、科學(xué)研究、科學(xué)地城市規(guī)劃、科學(xué)管理與正確決策。
3 海綿城市建設(shè)的水系統(tǒng)概念
  海綿城市建設(shè)的核心是一個復(fù)雜水系統(tǒng)問題，基本概念是以水循環(huán)為紐帶，聯(lián)系降雨-徑流物理過程、以水環(huán)境水生態(tài)表征的生物地球生物化學(xué)過程和以城市建設(shè)高強度人類活動為特點的人文過程的相互作用和反饋的復(fù)雜系統(tǒng)[12](圖3)。

       圖3水循環(huán)聯(lián)系的三大過程和水系統(tǒng)[12]

  國際上全球水系統(tǒng)科學(xué)（GWSP）發(fā)展前沿[12]：
(1) 強調(diào)水循環(huán)聯(lián)系的三大過程觀測與機理研究，揭示水系統(tǒng)演變規(guī)律；
(2) 強調(diào)水循環(huán)聯(lián)系的三大過程作用-反饋的水系統(tǒng)“耦合-解耦”模型研究，認(rèn)識三大過程的相互作用關(guān)系；
(3) 強調(diào)水系統(tǒng)關(guān)鍵的“調(diào)控”，為變化環(huán)境下的城市建設(shè)與綜合治理提供科學(xué)支持。
變化環(huán)境下的水系統(tǒng)科學(xué)涉及到“水與氣候”、“水與環(huán)境”、“水與生態(tài)”、“水與社會”多個方面的綜合問題[13]，其核心是水文學(xué)。
因此，我國海綿城市建設(shè)的水系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ)系統(tǒng)包括：城市水文學(xué)：城市暴雨洪水-徑流形成、徑流總量控制率；城市水生態(tài)：生態(tài)水文、綠地、濕地、河湖；城市水環(huán)境：環(huán)境水文、面源、水污染控制；海綿城市水系統(tǒng)規(guī)劃：水量、水質(zhì)、水環(huán)境調(diào)控的工程措施、非工程措施，以及海綿城市建設(shè)監(jiān)測與監(jiān)控，海綿城市建設(shè)后評估與管理等。這是海綿城市建設(shè)新的需求。
結(jié)合武漢市海綿城市建設(shè)的水系統(tǒng)需求為例：（1）需要強調(diào)一個整體水系統(tǒng)規(guī)劃；（2）需要建設(shè)一個有效的水系統(tǒng)監(jiān)測與監(jiān)控；（3）需要發(fā)展一個基于水與氣候、水與環(huán)境、水與生態(tài)、水與社會相互聯(lián)系與反饋的城市水系統(tǒng)模型與調(diào)控/管理平臺；（4）需要推動城市海綿城市建設(shè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、海綿城市建設(shè)的體制、制度改革、社會倫理教育和公眾服務(wù)體系。
4  海綿城市建設(shè)的水文學(xué)問題研討
  國務(wù)院辦公廳2015年10月印發(fā)指導(dǎo)意見指出海綿城市建設(shè)總體要求為“通過綜合采取‘滲、滯、蓄、凈、用、排’等措施，最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求；到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。” 2016年3月住建部發(fā)出關(guān)于印發(fā)海綿城市專項規(guī)劃暫行規(guī)定的通知，其中第十三條明確了海綿城市建設(shè)目標(biāo)（主要為雨水年徑流總量控制率）和具體指標(biāo)，明確近、遠(yuǎn)期要達(dá)到海綿城市要求的面積和比例，參照《海綿城市建設(shè)績效評價與考核辦法（試行）》提出海綿城市建設(shè)的指標(biāo)體系。關(guān)于年徑流總量控制率定義，《指南》指出按30年日降雨量排序，占總量70%的年均總量對應(yīng)的20-30毫米的中小降雨事件。目前海綿城市建設(shè)主要集中在小區(qū)尺度上的LID項目上。
4.1年徑流總量控制率
  年徑流總量控制率是海綿城市建設(shè)中一個最基礎(chǔ)的水文學(xué)問題。2016年住建部提出的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》（簡稱指南）對年徑流總量控制率定義：“根據(jù)多年日降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析計算，通過自然和人工強化的滲透、儲存、蒸發(fā)（騰）等方式，場地內(nèi)累計全年得到控制（不外排）的雨量占全年總降雨量的百分比。”
《指南》中提出的年徑流總量控制率計算方法是介于美國的徑流總量計算法和降雨場次百分點之間�！吨改稀分刑岢�“選取至少近30年（反映長期的降雨規(guī)律和近年氣候的變化）日降雨（不包括降雪）資料，扣除小于等于2mm的降雨事件的降雨量，將降雨量日值按雨量由小到大進(jìn)行排序，統(tǒng)計小于某一降雨量的降雨總量（小于該降雨量的按真實雨量計算出降雨總量，大于該降雨量的按該降雨量計算出降雨總量，兩者累計總和）在總降雨量中的比率，此比率（即年徑流總量控制率）對應(yīng)的降雨量（日值）即為設(shè)計降雨量”。由此可見，海綿城市建設(shè)中的關(guān)鍵指標(biāo)之一年徑流總量控制率實際上是年降水總量控制率。
例如，上海等設(shè)計院依據(jù)《指南》的概念，得到了控制徑流的雨量占全年全部雨量的百分比，年徑流總量控制率指標(biāo)計算公式如下:
                                                                                                         
（1）
為了了解目前指南提出的年徑流總量控制率的概念是否合理以及如何改進(jìn)和科學(xué)計算。首先應(yīng)該理解以下幾個關(guān)鍵的基礎(chǔ)問題：（1）什么是城市徑流形成原理；（2）城市的徑流系數(shù)分析的問題；（3）如何科學(xué)測算一個城市的年徑流總量；（4）如何科學(xué)計算城市的年徑流總量控制率。
4.2徑流形成與轉(zhuǎn)化
    由降雨在集雨區(qū)（流域或城市）形成徑流的過程稱為徑流形成與轉(zhuǎn)化，包括：產(chǎn)生多少徑流的產(chǎn)流及其運動匯流等復(fù)雜流域或城市的水文過程，如圖4所示。降水產(chǎn)生徑流量級的大小稱為水文系統(tǒng)增益G，在水文學(xué)有個專有名詞，即徑流系數(shù)。

圖4 城市水循環(huán)示意圖[14]

4.2.1 徑流系數(shù) 
 徑流系數(shù)為一定匯水面積內(nèi)總徑流量Y(mm)與降水量X(mm)的比值，說明在降水量中有多少水變成了徑流，它綜合反映了流域內(nèi)自然地理要素對徑流的影響，其計算公式為α=Y/X，而其余部分水量則損耗于植物截留、填洼、入滲和蒸發(fā)。
眾所周知，徑流系數(shù)是城市雨洪控制利用系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)，在雨洪控制利用系統(tǒng)的理論研究、規(guī)劃、設(shè)計計算中應(yīng)用廣泛。徑流系數(shù)選擇的合適與否，對整個排水系統(tǒng)的排水能力和工程造價有重要影響。然而，目前關(guān)于徑流系數(shù)計算基本是以線性理論為基礎(chǔ)。
4.2.2 徑流系數(shù)的非線性問題研究
  從系統(tǒng)水文學(xué)的觀點，徑流系數(shù)亦稱之為水文系統(tǒng)的增益 （Gain factor）。在總徑流線性系統(tǒng)模型，或簡單線性模型（Simple Linear Model，簡稱為SLM）中，增益因子G被假定為一個常數(shù)（公式（2）），表示流域多年平均徑流系數(shù)的概念（見圖5）。然而，許多流域的觀測數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)增益是時變的，并且和流域濕度成正比例，比如說前期降雨量指數(shù)，或者實際蒸散發(fā)和降雨的比值[15-16]。
                              
（2）

圖5總徑流水文線性模型(SLM)與系統(tǒng)增益因子概念示意

系統(tǒng)增益的水文概念為流域的產(chǎn)流系數(shù)。夏軍通過對全球不同氣候區(qū)域的60多個流域的降雨徑流海量數(shù)據(jù)資料，辨識了降水、土壤濕度等關(guān)鍵性控制因素的時變與非線性特性。由于這些高度非線性，導(dǎo)致了降雨形成徑流的系統(tǒng)增益并非定常和平均態(tài)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了徑流形成的增益因子G(t)與土壤濕度、降雨強度和下墊面組合的時變非線性指數(shù)規(guī)律[17]。如果缺乏土壤濕度資料，流域土壤前期影響雨量（API）是一個較理想的替代指標(biāo)。如圖6所示意，水文時變增益因子與流域土壤前期影響雨量之間的非線性關(guān)系可以表達(dá)為
                          （3）

    式中，為土壤濕度；為下墊面參數(shù)；為降雨強度。

                  圖6 增益G與土濕的非線性關(guān)系

進(jìn)一步提出了徑流計算新的方法與時變增益模型（Time Variant Gain Model, TVGM）同樣將降雨-徑流之間的轉(zhuǎn)化過程分為流域產(chǎn)流模塊和匯流模塊兩部分。在產(chǎn)流模塊中，有效凈雨R表達(dá)為毛雨P(guān)和系統(tǒng)增益G之積，計算公式如下：
                     
（4）
基于時變增益非線性產(chǎn)流機理（5）

即使流域匯流采用線性響應(yīng)函數(shù)模型我們可以從理論上可以導(dǎo)出與普適性Volterra非線性響應(yīng)函數(shù)式同構(gòu)的具有物理機制的適用解，過程如下：

（6）

式中：g1為流域下墊面相關(guān)的線性產(chǎn)流參數(shù)，g1為流域下墊面相關(guān)的線性產(chǎn)流參數(shù)，，g2為流域下墊面相關(guān)的非線性產(chǎn)流參數(shù)，是與流域土壤水力特性、蒸發(fā)相關(guān)的參數(shù)， 和 都是時間積分變量。該方面研究的意義和價值：從理論上解釋了徑流非線性響應(yīng)與土壤濕度（API）、下墊面（g1、g2、Ke）、降雨強度（p）等之間的內(nèi)在聯(lián)系；揭示了復(fù)雜關(guān)系中能夠找到一個簡單關(guān)系的非線性產(chǎn)流機理；非線性系統(tǒng)更能準(zhǔn)確描述降雨-徑流形成關(guān)系，徑流系數(shù)為定常的線性系統(tǒng)理論只是其一階特例。時變增益模型中關(guān)于徑流計算新方法解決了水文線性理論中假定產(chǎn)流增益為常數(shù)和為平均態(tài)的問題[17]。
因此，海綿城市建設(shè)中需要建立與徑流系數(shù)及其非線性特性聯(lián)系的年徑流總量控制率的新的計算方法。

4.3城市化水文效應(yīng)- LID作用和認(rèn)識“看海”問題
    任何一個城市的發(fā)展歷史都是在原來自然流域/區(qū)域/水系的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷城市不同階段建設(shè)發(fā)展起來的。LID以及我國海綿城市建設(shè)的核心理念，就是盡可能去城市化的水文效應(yīng)，回歸或等價回歸到自然狀態(tài)[11]。從當(dāng)前和未來全國海綿城市建設(shè)的熱潮與面臨嚴(yán)峻的“城市看海”困境看，亟待認(rèn)識LID的作用和如何深刻認(rèn)識“看海”的本質(zhì)問題。

（1）自然條件下區(qū)域水文平衡關(guān)系與徑流系數(shù)

自然條件下，區(qū)域蓄水量變化與年降水量、年徑流量、年蒸發(fā)量的關(guān)系如下：                               （7）

                            （8）

式中，為年降水量；為為年徑流量；為為年蒸發(fā)量；為蓄水量變化。其中蓄水量變化可由下列公式表示：

             （9）

式中，為陸面土壤滲蓄水量變化；為陸面塘堰蓄水量變化；為陸面河湖蓄水量變化；為陸面濕地蓄水量變化。則徑流系數(shù)表示為：

                            （10）

 比較公式（1）和公式（10）發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行的海綿城市年徑流總量控制率未考慮陸地蒸散發(fā)，雨水滯蓄量只有LID概念的雨水入下滲量和年滯蓄量，缺少河湖水系調(diào)蓄量等。
 

 （2）城市化條件下區(qū)域水文平衡關(guān)系及其蒸散發(fā)和蓄水量的變化
城市化條件下，水文平衡關(guān)系以及蒸散發(fā)和蓄水量的變化分別如公式（11）和（12）所示：                                     （11）

                                            （12）

（3）城市化條件下徑流量R1與徑流系數(shù)

                     （13）
因此，徑流系數(shù)1則為：

                                  (14)

從公式（14）中可以發(fā)現(xiàn)，城市化后與城市化前徑流系數(shù)存在一定的關(guān)系。再次比較公式（1）與（14），可知現(xiàn)行海綿城市建設(shè)LID措施的年徑流總量控制率關(guān)系式可以表達(dá)為：

        (15)

因此，面向城市化問題的海綿城市建設(shè)年徑流總量最大控制率（%）則為：

   (16)

海綿城市建設(shè)目標(biāo)是通過工程/非工程措施將由于城市化的年雨水土壤入滲量、塘堰雨水滯蓄量、河湖調(diào)蓄水量、濕地蓄水量盡可能恢復(fù)到自然狀態(tài)，即四個部分下滲和蓄水減少量趨于0.

                       (17)

由于我國南方、北方的地理與氣候條件不同，自然條件下的降雨-徑流關(guān)系與特性也不一樣。因此，海綿城市建設(shè)的年徑流總量控制率（%）也不能要求一樣。變化環(huán)境下的海綿城市建設(shè)尚不能夠徹底告別“城市看海”。

（4）如何減少城市“看海”問題
從水文學(xué)的觀點和分析，不難看出幾個基本的途徑：
    ①盡可能消除城市化建設(shè)帶來的不利的水文效應(yīng)：通過工程/非工程措施將城市年雨水土壤入滲量、塘堰雨水滯蓄量、河湖和濕地調(diào)蓄量盡可能恢復(fù)到自然狀態(tài).

②客觀評估城市基礎(chǔ)設(shè)施能夠抗御洪澇災(zāi)害的能力：城市化后最大蓄水總量等于LID措施下的下滲雨量、水塘、河湖、濕地的蓄水量之和，即

                                 (18)

當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)大暴雨時，城市的實際產(chǎn)水量若近似估計為

                                       (19)

當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)暴雨洪水，城市出現(xiàn)“看海”就成為必然，海綿城市建設(shè)應(yīng)有風(fēng)險管理意識。提高城市的 需要科學(xué)做好海綿城市規(guī)劃，包括：全方位監(jiān)測與監(jiān)控系統(tǒng)；雨污分流，河湖聯(lián)通，修復(fù)濕地，恢復(fù)洼地，建設(shè)源頭LID，建設(shè)分散性大型蓄水深隧、多用洼地等工程措施；暴雨內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報，科學(xué)調(diào)度與管理，建設(shè)的后評估與跟蹤系統(tǒng)等非工程措施；綠色城市的發(fā)展體制建設(shè)與制度創(chuàng)新等。

5 討論與建議
我國海綿城市建設(shè)正處于起步階段，盡管取得了有目共睹的成就，但是在海綿城市建設(shè)與規(guī)劃的水文學(xué)基礎(chǔ)方面，存在許多薄弱環(huán)節(jié)亟待改進(jìn)：
（1）徑流系數(shù)是城市雨洪控制利用系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)，在雨洪控制利用、規(guī)劃、設(shè)計計算中應(yīng)用廣泛。徑流系數(shù)選擇的合適與否，對整個排水系統(tǒng)的排水能力和工程造價有重要影響。目前需要探討的是：現(xiàn)行依據(jù)的徑流系數(shù)設(shè)計城市排水基本屬于線性和定常徑流系數(shù)的理論范疇。海綿城市建設(shè)的水文學(xué)理論需要更新，需發(fā)展和應(yīng)用時變非線性變徑流系數(shù)的方法。
（2）年徑流總量控制率是海綿城市規(guī)劃和建設(shè)考核最重要和最基本的指標(biāo)。研究表明：現(xiàn)行的海綿城市年徑流總量控制率計算框架存在需要改進(jìn)的地方，即：要分開自然條件和城市化后的蓄水量變化的差別；目前的雨水滯蓄量只有LID概念的雨水滯蓄量，不僅需要考慮河湖水系調(diào)蓄量等，也需要考慮陸地蒸散發(fā)。
（3） 海綿城市建設(shè)的本質(zhì)追求是構(gòu)建良性的城市水循環(huán)體系，而非碎片化的人造景觀。
（4）海綿城市需以問題為導(dǎo)向而非以指標(biāo)為導(dǎo)向，現(xiàn)階段要緩解的突出問題：“城市看海”與“水體黑臭”；同時，避免新的開發(fā)過程對城市水安全構(gòu)成更大壓力。
（5）任何一個城市的發(fā)展歷史都是在原來自然流域/區(qū)域/水系的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷城市不同階段建設(shè)發(fā)展起來的。LID以及我國海綿城市建設(shè)的核心理念，就是盡可能去城市化的水文效應(yīng)，回歸或等價回歸到自然狀態(tài)。本文提出了海綿城市建設(shè)LID措施的年徑流總量控制率關(guān)系和面向城市化問題的海綿城市年徑流總量最大控制率（%）的計算方法。
（6）盡管國家年年投資“海綿城市”建設(shè)，但是由于氣候變化和人類活動影響，當(dāng)暴雨超出海綿承載能力時，“城市看海”將成為必然。因此，我國海綿城市建設(shè)要有風(fēng)險管理意識。為此需在流域、城市與社區(qū)多個尺度上進(jìn)行海綿城市統(tǒng)籌規(guī)劃，首先城市內(nèi)的海綿功能（LID調(diào)節(jié)與河湖庫洼調(diào)蓄的結(jié)合）與城市外流域“海綿”調(diào)節(jié)功能的有機結(jié)合，納入到社會經(jīng)濟發(fā)展的多尺度水系統(tǒng)范疇統(tǒng)一規(guī)劃與建設(shè)。其次，海綿城市建設(shè)要有風(fēng)險管理意識與應(yīng)對機制。其推進(jìn)模式是指標(biāo)的逐步完善與提高，而不是高標(biāo)準(zhǔn)建成區(qū)的逐步擴大。最后，海綿城市建設(shè)是城建、水務(wù)、環(huán)保等相關(guān)部門間的協(xié)同運作、良性互動，而非各自為政。
小結(jié)：海綿城市建設(shè)在我國處于起步階段，本文針對以上幾個關(guān)鍵問題進(jìn)行了研討，提出了未來我國海綿城市建設(shè)的幾個建議：
（1）統(tǒng)籌規(guī)劃和重復(fù)利用已有的部門資源，建設(shè)好多部門協(xié)調(diào)和有效的遙感、空中、地面、地下為一體的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；
（2）重視水文學(xué)在海綿城市建設(shè)的應(yīng)用。城建部門應(yīng)多吸收水文、水利、環(huán)保與生態(tài)領(lǐng)域?qū)＜遥�發(fā)展城市水系統(tǒng)模型與調(diào)控/管理平臺；
（3）加強海綿城市建設(shè)的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與支撐，其核心是抓好以水循環(huán)為核心的海綿城市建設(shè)，研究城市防洪安全、城市供水安全、城市水質(zhì)安全、城市的水生態(tài)安全等關(guān)鍵的科學(xué)技術(shù)問題，通過科技創(chuàng)新，全面提升海綿城市水安全的功能與保障能力。
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