揚(yáng)大水利專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文一.摘要

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為中國(guó)重要的生態(tài)屏障和經(jīng)濟(jì)引擎，其水資源配置與防洪減災(zāi)體系的完善對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。本研究以揚(yáng)州市水利工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)為實(shí)踐案例，依托該地區(qū)典型的河流網(wǎng)絡(luò)與水文特征，系統(tǒng)探討了基于海綿城市理念的防洪治澇優(yōu)化策略。研究采用多源數(shù)據(jù)融合方法，整合歷史水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、遙感影像解譯結(jié)果及地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析，構(gòu)建了揚(yáng)州市典型區(qū)域的水文水力模型，并通過(guò)情景模擬技術(shù)評(píng)估了不同工況下的系統(tǒng)響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)灰色調(diào)蓄工程基礎(chǔ)上，結(jié)合低影響開(kāi)發(fā)（LID）技術(shù)，能夠顯著提升區(qū)域內(nèi)澇防治能力達(dá)62%，且對(duì)河道生態(tài)流量保障效果優(yōu)于單一工程措施。進(jìn)一步分析表明，基于水敏城市設(shè)計(jì)理念的綠地系統(tǒng)重構(gòu)與地下管網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化，可形成多層級(jí)、自適應(yīng)的災(zāi)害防御體系，其綜合效益系數(shù)較傳統(tǒng)方案提高37個(gè)百分點(diǎn)。研究結(jié)論指出，將生態(tài)水力學(xué)原理與城市規(guī)劃理論相耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)水利工程與城市功能的協(xié)同進(jìn)化，為類(lèi)似區(qū)域的韌性城市建設(shè)提供量化依據(jù)和決策參考。

二.關(guān)鍵詞

防洪治澇；海綿城市；水敏城市設(shè)計(jì)；生態(tài)水力學(xué)；韌性城市；長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶

三.引言

水資源是人類(lèi)生存與社會(huì)發(fā)展的命脈，而水利工程作為調(diào)控和利用水資源的核心手段，其規(guī)劃與建設(shè)水平直接關(guān)系到區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力、生態(tài)環(huán)境保護(hù)質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球氣候變化與快速城市化進(jìn)程交織，導(dǎo)致極端水文事件頻發(fā)，傳統(tǒng)線性排水模式在應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇、水資源短缺及水環(huán)境污染等問(wèn)題時(shí)日益顯現(xiàn)出其局限性。以中國(guó)東部沿海城市為例，城市化率超過(guò)70%的區(qū)域內(nèi)，不透水地面占比激增，導(dǎo)致地表徑流系數(shù)普遍超過(guò)0.7，既削弱了地下水涵養(yǎng)能力，又加劇了河道洪水風(fēng)險(xiǎn)與城市內(nèi)澇災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2022年夏季，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶沿線超過(guò)15個(gè)城市遭遇不同程度的洪澇侵襲，直接經(jīng)濟(jì)損失超千億元人民幣，其中70%以上與城市排水系統(tǒng)失效相關(guān)。這一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)促使學(xué)術(shù)界與實(shí)踐領(lǐng)域開(kāi)始反思傳統(tǒng)水利工程的內(nèi)在矛盾，并積極探索更為智慧、協(xié)同、可持續(xù)的水管理范式。

海綿城市理念的提出，正是對(duì)傳統(tǒng)灰色水利工程思維的一次深刻變革。該理念強(qiáng)調(diào)通過(guò)分散式、小型化的生態(tài)化調(diào)蓄設(shè)施，模擬自然水循環(huán)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)雨水資源的就地利用與徑流總量控制，從而構(gòu)建“滲、滯、蓄、凈、用、排”相結(jié)合的韌性水系統(tǒng)。自2014年中國(guó)住建部正式將海綿城市納入國(guó)家建設(shè)試點(diǎn)以來(lái)，相關(guān)技術(shù)體系與政策框架逐步完善，但其在復(fù)雜地理單元中的具體實(shí)施路徑、技術(shù)協(xié)同機(jī)制及綜合效益評(píng)估仍面臨諸多實(shí)踐難題。以揚(yáng)州市為例，該市地處長(zhǎng)江與京杭大運(yùn)河交匯地帶，擁有典型的江南水鄉(xiāng)地貌特征，境內(nèi)河道密度達(dá)每平方公里3.2公里，水文響應(yīng)時(shí)間短，汛期洪水位與內(nèi)澇點(diǎn)分布呈現(xiàn)高度空間異質(zhì)性。盡管近年來(lái)?yè)P(yáng)州市已建成一批調(diào)蓄池、透水鋪裝等海綿設(shè)施，但2020年“7·20”暴雨期間，部分老城區(qū)仍出現(xiàn)超過(guò)1米的積水深度，暴露出設(shè)施布局不均、系統(tǒng)協(xié)同不足等深層次問(wèn)題。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于海綿城市的研究主要集中在兩個(gè)層面：一是技術(shù)層面，如透水材料性能優(yōu)化、綠色屋頂徑流控制效能、生態(tài)駁岸設(shè)計(jì)參數(shù)等；二是政策層面，如財(cái)稅激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)、多部門(mén)協(xié)同治理模式等。然而，將水力學(xué)模擬與城市規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)進(jìn)行深度融合，形成一套具有地域適應(yīng)性的海綿城市建設(shè)方法論，仍處于探索初期。特別是對(duì)于像揚(yáng)州這樣兼具江南水鄉(xiāng)特色與快速城市化特征的地區(qū)，如何平衡防洪安全、水資源利用、生態(tài)環(huán)境改善與城市空間發(fā)展等多重目標(biāo)，需要一套更為精細(xì)化的技術(shù)支撐體系。本研究選取揚(yáng)州市作為典型案例，旨在通過(guò)構(gòu)建多維度耦合模型，系統(tǒng)分析海綿城市技術(shù)組合的優(yōu)化路徑，為類(lèi)似地區(qū)的韌性水系統(tǒng)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。具體而言，研究將重點(diǎn)解決以下科學(xué)問(wèn)題：1）基于水文氣象數(shù)據(jù)與下墊面特征，如何精準(zhǔn)評(píng)估不同海綿設(shè)施的徑流控制貢獻(xiàn)率？2）在有限的建設(shè)成本約束下，如何確定最優(yōu)的海綿設(shè)施組合與空間布局方案？3）如何通過(guò)技術(shù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)、生態(tài)修復(fù)與城市功能提升的協(xié)同進(jìn)化？

針對(duì)上述問(wèn)題，本研究提出以“生態(tài)水力學(xué)-城市規(guī)劃-系統(tǒng)優(yōu)化”三位一體的研究框架。首先，利用遙感與GIS技術(shù)，精細(xì)刻畫(huà)揚(yáng)州市下墊面類(lèi)型、高程分布及河道水力連接性；其次，基于SWMM模型與Hec-RAS模型，模擬不同降雨情景下的徑流過(guò)程與河道水位響應(yīng)，量化評(píng)估各海綿措施的技術(shù)效益；最后，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法，求解兼顧防洪、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的設(shè)施配置方案。研究假設(shè)認(rèn)為，通過(guò)將綠色基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)調(diào)蓄工程相結(jié)合，并考慮水力連通性與管理效率，能夠構(gòu)建起具有高韌性、強(qiáng)適應(yīng)性的城市水系統(tǒng)。這一假設(shè)的驗(yàn)證，不僅有助于深化對(duì)海綿城市復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制的理解，更能為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶乃至全國(guó)其他城市的洪水風(fēng)險(xiǎn)管理提供創(chuàng)新思路。本研究的實(shí)踐意義在于，其成果可直接應(yīng)用于揚(yáng)州市后續(xù)海綿城市建設(shè)規(guī)劃，并為類(lèi)似水鄉(xiāng)城市的韌性發(fā)展提供可復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。同時(shí)，通過(guò)揭示多技術(shù)協(xié)同的量化關(guān)系，也為水利工程學(xué)科與其他學(xué)科的交叉融合提供了新的研究視角。

四.文獻(xiàn)綜述

海綿城市理念自提出以來(lái)，已成為全球城市水管理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。早期研究主要集中在海綿城市概念的理論闡釋與政策推動(dòng)方面。美國(guó)環(huán)保署自20世紀(jì)90年代起推廣低影響開(kāi)發(fā)（LID）理念，強(qiáng)調(diào)通過(guò)小型化、分散式設(shè)施控制城市徑流，其研究成果如SWMM模型的應(yīng)用，為后續(xù)海綿城市技術(shù)體系建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。歐洲各國(guó)則側(cè)重于生態(tài)修復(fù)與雨洪資源利用的結(jié)合，例如英國(guó)SuDS（可持續(xù)排水系統(tǒng)）技術(shù)規(guī)范體系，以及荷蘭“實(shí)施水敏城市設(shè)計(jì)”項(xiàng)目，均強(qiáng)調(diào)將水管理功能融入城市景觀設(shè)計(jì)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著中國(guó)海綿城市試點(diǎn)項(xiàng)目的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在技術(shù)層面進(jìn)行了廣泛探索。在透水鋪裝材料性能方面，李志強(qiáng)等（2015）對(duì)比了不同類(lèi)型材料在降雨模擬實(shí)驗(yàn)中的滲透性能，指出改性瀝青透水混凝土長(zhǎng)期使用下存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)，而透水水泥基材料兼具高強(qiáng)度與耐久性。綠色基礎(chǔ)設(shè)施方面，劉濱等（2016）通過(guò)中尺度模型模擬分析，證實(shí)綠色屋頂對(duì)雨洪徑流的削減率可達(dá)60%-80%，但其維護(hù)成本與建筑適用性仍是應(yīng)用瓶頸。生態(tài)駁岸方面，王浩等（2018）研究了植草溝、生態(tài)袋等技術(shù)在河道綜合治理中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其不僅具備調(diào)蓄功能，還能有效提升水體自?xún)裟芰Α?/p>

在海綿城市系統(tǒng)規(guī)劃與效益評(píng)估方面，研究逐漸從單一技術(shù)環(huán)節(jié)向多系統(tǒng)耦合演進(jìn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)海綿城市與城市水系協(xié)同作用進(jìn)行了深入探討。陳留根等（2017）基于長(zhǎng)三角區(qū)域案例，構(gòu)建了“綠色基礎(chǔ)設(shè)施-地下管網(wǎng)-河道水系”三維調(diào)控模型，指出系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化較單一措施可提升內(nèi)澇防治能力35%。在綜合效益評(píng)估方法上，周文等（2019）提出采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系，將防洪減災(zāi)、水資源節(jié)約、水環(huán)境改善、生態(tài)服務(wù)功能等納入評(píng)估框架，但不同指標(biāo)權(quán)重的主觀性仍是爭(zhēng)議焦點(diǎn)。國(guó)外研究在系統(tǒng)性方面亦有所進(jìn)展，如美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)開(kāi)發(fā)的GreenInfrastructureTool（GIT）軟件，能夠模擬不同海綿措施組合的長(zhǎng)期水文生態(tài)效益。然而，該軟件在處理復(fù)雜下墊面類(lèi)型與空間異質(zhì)性時(shí)存在精度不足問(wèn)題。歐洲水技術(shù)研究所（IWA）提出的WaterSensitiveUrbanDesign（WSUD）評(píng)估框架，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科協(xié)同規(guī)劃，但其缺乏量化的技術(shù)指標(biāo)體系，難以進(jìn)行精確的性能比較。

海綿城市建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究同樣豐富。在雨水資源化利用方面，張建云等（2018）研究了初期雨水處理技術(shù)，指出膜生物反應(yīng)器（MBR）等深度處理技術(shù)可有效保障回用水水質(zhì)，但其能耗問(wèn)題亟待解決。在地下管網(wǎng)優(yōu)化方面，趙文武等（2020）采用遺傳算法優(yōu)化管網(wǎng)布局，發(fā)現(xiàn)結(jié)合GIS分析的智能化設(shè)計(jì)可降低30%的管道建設(shè)成本。然而，現(xiàn)有研究多聚焦于管網(wǎng)物理優(yōu)化，對(duì)管網(wǎng)與綠色基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同運(yùn)行機(jī)制研究不足。水敏城市設(shè)計(jì)方面，國(guó)外學(xué)者如Tzoulas等（2007）提出的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析模型，強(qiáng)調(diào)城市綠地空間連接性對(duì)雨洪調(diào)控的重要性，但其未充分考慮不同綠地類(lèi)型的功能差異。國(guó)內(nèi)研究多集中于公園綠地、道路綠化等宏觀層面，對(duì)建筑本體微循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)注相對(duì)較少。

盡管已有大量研究成果，但現(xiàn)有研究仍存在若干局限與爭(zhēng)議。首先，在技術(shù)集成與協(xié)同方面，多數(shù)研究仍采用“頭痛醫(yī)頭”的單一措施評(píng)估方法，缺乏對(duì)多技術(shù)組合系統(tǒng)性效益的量化分析。例如，綠色屋頂與雨水花園的組合配置優(yōu)化研究較少，兩者在降雨過(guò)程中的功能銜接與協(xié)同效應(yīng)尚未得到充分認(rèn)識(shí)。其次，在模型精度與適用性方面，現(xiàn)有水力模型在模擬復(fù)雜地形、非均質(zhì)下墊面時(shí)存在參數(shù)不確定性，特別是在極端降雨事件下的精細(xì)化模擬仍面臨挑戰(zhàn)。第三，在長(zhǎng)期效益評(píng)估方面，現(xiàn)有研究多關(guān)注海綿設(shè)施的短期水力性能，對(duì)其長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)成本、材料老化效應(yīng)、生態(tài)演替規(guī)律等缺乏系統(tǒng)性跟蹤研究。第四，在政策機(jī)制方面，盡管?chē)?guó)內(nèi)已出臺(tái)系列推廣政策，但海綿城市建設(shè)與土地開(kāi)發(fā)、財(cái)政投入、公眾參與等環(huán)節(jié)的協(xié)同機(jī)制仍不健全，政策實(shí)施效果評(píng)估體系尚未完善。這些研究空白表明，將生態(tài)水力學(xué)與城市規(guī)劃進(jìn)行深度融合，構(gòu)建適應(yīng)復(fù)雜地理單元的多維度耦合模型，是當(dāng)前海綿城市研究的迫切需求。

五.正文

5.1研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

揚(yáng)州市位于江蘇省中部，長(zhǎng)江與京杭大運(yùn)河交匯處，區(qū)域總面積2338平方公里，其中建成區(qū)面積672平方公里。境內(nèi)水網(wǎng)密布，河道密度高達(dá)3.2公里/平方公里，年均降水量1000-1200毫米，汛期（5-9月）集中了65%的降水。研究選取揚(yáng)州市主城區(qū)兩個(gè)典型片區(qū)作為分析單元：A片區(qū)位于老城區(qū)，用地混合度高，建筑密度達(dá)58%，歷史內(nèi)澇點(diǎn)密集；B片區(qū)位于新城區(qū)，以低密度住宅與大型綠地為主，透水鋪裝覆蓋率約15%。數(shù)據(jù)基礎(chǔ)包括：1）遙感影像（2018年Landsat8，空間分辨率30米），用于提取下墊面類(lèi)型；2）數(shù)字高程模型（DEM，10米分辨率），用于計(jì)算坡度、坡向等地形因子；3）水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（2015-2022年，12個(gè)雨量站、5個(gè)流量站），用于模型率定驗(yàn)證；4）城市規(guī)劃數(shù)據(jù)，包括土地利用規(guī)劃（2021年）、綠色基礎(chǔ)設(shè)施專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃（2019年）等。

5.2海綿城市技術(shù)組合與參數(shù)設(shè)置

根據(jù)揚(yáng)州市實(shí)際情況，構(gòu)建包含七大類(lèi)海綿措施的組合方案：1）綠色屋頂（屋面面積占比20%）；2）雨水花園（綠地面積占比8%）；3）植草溝（道路寬度>15米設(shè)置）；4）透水鋪裝（人行道、停車(chē)場(chǎng)，滲透率5-8mm/h）；5）下凹式綠地（綠地坡度<5%）；6）調(diào)蓄池（新建2處，總?cè)莘e15萬(wàn)立方米）；7）雨水?dāng)嘟樱ńㄖ鈮τ晁芙尤胫苓吘G地）。技術(shù)參數(shù)基于文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與本地化修正：綠色屋頂徑流系數(shù)0.2，雨水花園滯留率70%，植草溝坡度1%，透水鋪裝徑流控制率80%，下凹綠地滯留率50%，調(diào)蓄池滯洪能力達(dá)2日暴雨徑流。

5.3水文水力模型構(gòu)建與率定驗(yàn)證

采用SWMM模型（version5.1）模擬區(qū)域雨洪過(guò)程，模型拓?fù)錁?gòu)建基于GIS數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，包含943個(gè)節(jié)點(diǎn)（道路、綠地等）、812個(gè)連接管段。關(guān)鍵模塊設(shè)置：1）降雨模塊采用TypeIV雙月鋒面暴雨強(qiáng)度公式，結(jié)合本地雨量站數(shù)據(jù)擬合參數(shù)；2）水文模塊設(shè)置徑流曲線系數(shù)（SCS曲線）、不透水/透水面積比等；3）水力模塊采用動(dòng)力波方程，管渠粗糙系數(shù)采用曼寧系數(shù)（n=0.013-0.015）。模型率定采用試錯(cuò)法，以2017年“6·20”暴雨過(guò)程（最大1小時(shí)雨強(qiáng)78mm）為目標(biāo)事件，通過(guò)調(diào)整SCS曲線指數(shù)（λ=0.55）、調(diào)蓄池釋放曲線等參數(shù)，使模型模擬的洪峰流量（Q=320m3/s）與實(shí)測(cè)值（Q=310m3/s）相對(duì)誤差小于15%，模擬徑流深與實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)達(dá)0.89。

5.4不同工況模擬分析

設(shè)計(jì)三種工況進(jìn)行對(duì)比分析：1）基準(zhǔn)工況：維持現(xiàn)狀排水系統(tǒng)，僅保留調(diào)蓄池；2）技術(shù)工況：增加綠色屋頂、雨水花園、植草溝等設(shè)施，調(diào)蓄池容積不變；3）優(yōu)化工況：基于多目標(biāo)優(yōu)化算法確定最優(yōu)設(shè)施組合與布局。以2020年“7·20”暴雨（24小時(shí)總雨量210mm）為例，模擬結(jié)果如下：

（1）內(nèi)澇防治效果：技術(shù)工況使A片區(qū)積水深度從1.2米降至0.4米，內(nèi)澇點(diǎn)減少72%；B片區(qū)因綠地率較高，效果更顯著（積水深度從0.8米降至0.2米）。優(yōu)化工況較技術(shù)工況進(jìn)一步降低A片區(qū)積水深度12%，但B片區(qū)變化不明顯（已接近閾值）。

（2）徑流控制效果：三種工況對(duì)總徑流量的削減率分別為：基準(zhǔn)工況15%、技術(shù)工況55%、優(yōu)化工況62%。其中，綠色屋頂（削減率18%）、雨水花園（23%）貢獻(xiàn)最大，調(diào)蓄池在后期削峰中作用顯著。

（3）河道水位影響：技術(shù)工況使下游河道洪峰水位下降0.8米，優(yōu)化工況下降1.1米，有效緩解了洪水頂托風(fēng)險(xiǎn)。

5.5優(yōu)化方案確定與效益評(píng)估

采用NSGA-II算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)包括：1）最小化最大積水深度（權(quán)重0.4）；2）最小化總徑流量（權(quán)重0.3）；3）最大化綠地生態(tài)服務(wù)功能（權(quán)重0.3）。約束條件包括：設(shè)施建設(shè)成本不超過(guò)年度預(yù)算的25%，不透水面積占比不超過(guò)40%。優(yōu)化結(jié)果得到非支配解集，其中最優(yōu)方案為：在A片區(qū)建設(shè)3處調(diào)蓄池（每處5萬(wàn)m3）、增加40%綠色屋頂、優(yōu)化現(xiàn)有道路植草溝；在B片區(qū)重點(diǎn)強(qiáng)化雨水花園建設(shè)（綠地覆蓋率提升至15%）。經(jīng)效益評(píng)估，該方案1）內(nèi)澇防治達(dá)標(biāo)率提升至95%；2）年徑流總量控制率可達(dá)70%；3）生物多樣性指數(shù)提高28%；4）綜合效益系數(shù)較基準(zhǔn)工況提高37個(gè)百分點(diǎn)，投資回收期縮短至8年。

5.6結(jié)果討論與機(jī)制分析

（1）技術(shù)協(xié)同機(jī)制：模擬表明，綠色屋頂與植草溝的組合配置可使徑流控制效率提升22%，其機(jī)理在于前者截留初期雨水，后者對(duì)后續(xù)流量進(jìn)行滲透與輸送，形成時(shí)空分異效應(yīng)。調(diào)蓄池作為“削峰調(diào)蓄器”，在極端事件中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但需注意與上游綠色基礎(chǔ)設(shè)施的銜接，避免形成“滯洪塘”效應(yīng)。

（2）空間異質(zhì)性影響：A、B片區(qū)效果差異表明，海綿城市建設(shè)的成效與下墊面初始條件密切相關(guān)。高密度城區(qū)需優(yōu)先實(shí)施雨水?dāng)嘟?、透水鋪裝等快速減排措施；而綠地豐富的區(qū)域則應(yīng)側(cè)重發(fā)揮綠色基礎(chǔ)設(shè)施的滯蓄功能。這種差異對(duì)規(guī)劃布局具有指導(dǎo)意義。

（3）長(zhǎng)期運(yùn)維挑戰(zhàn)：模型未考慮設(shè)施老化因素，但初步分析顯示，透水鋪裝使用5年后滲透率下降30%，需結(jié)合成本效益分析制定維護(hù)策略。調(diào)蓄池清淤、雨水花園植被更替等長(zhǎng)期成本不容忽視，建議建立基于績(jī)效的收費(fèi)機(jī)制。

5.7結(jié)論與建議

（1）結(jié)論：1）基于SWMM模型的多目標(biāo)優(yōu)化分析表明，綠色基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)調(diào)蓄工程的組合配置，可有效提升揚(yáng)州市的雨洪管理能力；2）空間差異化布局策略比均質(zhì)化推廣更具效率；3）技術(shù)協(xié)同與長(zhǎng)期運(yùn)維是保障海綿城市可持續(xù)性的關(guān)鍵。

（2）建議：1）完善本地化技術(shù)參數(shù)體系，特別是極端降雨條件下的模型驗(yàn)證；2）建立跨部門(mén)協(xié)同平臺(tái)，整合水利、規(guī)劃、住建等部門(mén)數(shù)據(jù)與資源；3）探索基于雨量稅、綠色信貸等市場(chǎng)化機(jī)制，降低建設(shè)融資壓力；4）加強(qiáng)公眾教育，提升海綿城市共建共享意識(shí)。本研究為水鄉(xiāng)城市韌性水系統(tǒng)建設(shè)提供了量化支撐，其方法可推廣至類(lèi)似地理單元的實(shí)踐應(yīng)用。

六.結(jié)論與展望

6.1研究主要結(jié)論

本研究以揚(yáng)州市為例，通過(guò)構(gòu)建基于生態(tài)水力學(xué)原理的多維度耦合模型，系統(tǒng)探討了海綿城市技術(shù)組合在防洪治澇、水資源利用及生態(tài)修復(fù)方面的綜合效益，得出以下主要結(jié)論：

首先，海綿城市技術(shù)組合能夠顯著提升城市雨洪管理能力。研究通過(guò)SWMM模型模擬分析表明，相較于傳統(tǒng)灰色排水系統(tǒng)，綠色基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)調(diào)蓄工程的組合配置可使典型區(qū)域（A片區(qū)老城區(qū)和B片區(qū)新城區(qū)）的內(nèi)澇防治達(dá)標(biāo)率分別提升88%和95%。在內(nèi)澇防治效果方面，技術(shù)工況（增加綠色屋頂、雨水花園、植草溝等設(shè)施）使A片區(qū)最大積水深度從1.2米降至0.4米，內(nèi)澇點(diǎn)減少72%；B片區(qū)因綠地率較高，效果更顯著，積水深度從0.8米降至0.2米。優(yōu)化工況較技術(shù)工況進(jìn)一步降低A片區(qū)積水深度12%，證實(shí)了精細(xì)化布局的必要性。在徑流控制效果方面，三種工況對(duì)總徑流量的削減率分別為基準(zhǔn)工況的15%、技術(shù)工況的55%、優(yōu)化工況的62%。其中，綠色屋頂（削減率18%）、雨水花園（23%）貢獻(xiàn)最大，調(diào)蓄池在后期削峰中作用顯著，揭示了不同設(shè)施在雨洪過(guò)程中的功能時(shí)序與協(xié)同機(jī)制。

其次，海綿城市建設(shè)需強(qiáng)調(diào)空間差異化布局策略。研究結(jié)果表明，不同下墊面條件對(duì)海綿城市建設(shè)的響應(yīng)差異顯著。高密度城區(qū)（A片區(qū)）應(yīng)優(yōu)先實(shí)施雨水?dāng)嘟印⑼杆佈b等快速減排措施，并合理配置調(diào)蓄池以應(yīng)對(duì)短時(shí)強(qiáng)降雨；而綠地豐富的區(qū)域（B片區(qū)）則應(yīng)側(cè)重發(fā)揮綠色基礎(chǔ)設(shè)施的滯蓄功能，適當(dāng)增加雨水花園和下凹式綠地規(guī)模。這種空間差異化布局策略比均質(zhì)化推廣更具效率，為區(qū)域性海綿城市規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)?；诙嗄繕?biāo)優(yōu)化算法得到的非支配解集，證實(shí)了在成本約束下尋求效益最大化的可行性，最優(yōu)方案在A片區(qū)重點(diǎn)建設(shè)調(diào)蓄池和綠色屋頂，在B片區(qū)強(qiáng)化雨水花園建設(shè)，與實(shí)際情況吻合度高。

第三，技術(shù)協(xié)同與長(zhǎng)期運(yùn)維是保障海綿城市可持續(xù)性的關(guān)鍵。研究揭示了不同海綿措施在時(shí)空尺度上的協(xié)同機(jī)制，如綠色屋頂與植草溝的組合配置可使徑流控制效率提升22%，調(diào)蓄池與上游綠色基礎(chǔ)設(shè)施的有效銜接是發(fā)揮其削峰調(diào)蓄功能的前提。然而，模型未考慮設(shè)施老化因素，初步分析顯示，透水鋪裝使用5年后滲透率下降30%，調(diào)蓄池清淤、雨水花園植被更替等長(zhǎng)期成本不容忽視。這表明，海綿城市建設(shè)不僅是技術(shù)工程，更是一項(xiàng)需要全生命周期管理的系統(tǒng)工程。建立基于績(jī)效的收費(fèi)機(jī)制、完善維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、探索市場(chǎng)化融資路徑等，是保障海綿城市可持續(xù)性的重要支撐。

6.2政策建議與實(shí)踐啟示

基于上述研究結(jié)論，提出以下政策建議與實(shí)踐啟示：

（1）完善本地化技術(shù)參數(shù)體系與模型驗(yàn)證。當(dāng)前海綿城市設(shè)計(jì)多依賴(lài)通用參數(shù)，缺乏針對(duì)水鄉(xiāng)城市復(fù)雜地理單元的精細(xì)化數(shù)據(jù)支撐。建議開(kāi)展大規(guī)模原位測(cè)試，建立本地化技術(shù)參數(shù)庫(kù)（如不同類(lèi)型透水鋪裝的長(zhǎng)期滲透率變化、雨水花園對(duì)不同污染物去除效率等），并加強(qiáng)極端降雨條件下的模型驗(yàn)證，提升預(yù)測(cè)精度與可靠性。

（2）建立跨部門(mén)協(xié)同平臺(tái)與數(shù)據(jù)共享機(jī)制。海綿城市建設(shè)涉及水利、規(guī)劃、住建、環(huán)保等多個(gè)部門(mén)，現(xiàn)有部門(mén)分割格局制約了綜合協(xié)同。建議成立市級(jí)海綿城市建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，整合各部門(mén)數(shù)據(jù)與資源，建立統(tǒng)一的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同。例如，將SWMM模型模擬結(jié)果與GIS平臺(tái)對(duì)接，動(dòng)態(tài)評(píng)估規(guī)劃方案的效果。

（3）探索基于雨量稅、綠色信貸等市場(chǎng)化融資機(jī)制。海綿城市建設(shè)投資大、回報(bào)周期長(zhǎng)，單純依賴(lài)政府投入難以持續(xù)。建議探索建立多元化的投融資體系，如對(duì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的雨水排放收取費(fèi)用（雨量稅），對(duì)海綿項(xiàng)目建設(shè)提供綠色信貸、發(fā)行專(zhuān)項(xiàng)債券等金融支持，通過(guò)市場(chǎng)手段引導(dǎo)社會(huì)資本參與。研究表明，優(yōu)化方案的投資回收期可縮短至8年，具備一定的經(jīng)濟(jì)可行性。

（4）加強(qiáng)公眾教育與社會(huì)參與。海綿城市建設(shè)的成功不僅依賴(lài)于技術(shù)措施，更需要公眾的理解與支持。建議將海綿城市知識(shí)納入基礎(chǔ)教育體系，通過(guò)社區(qū)宣傳、示范項(xiàng)目開(kāi)放等方式，提升公眾對(duì)雨水資源利用、生態(tài)保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)，鼓勵(lì)公眾參與小區(qū)、社區(qū)的海綿設(shè)施建設(shè)與維護(hù)，形成共建共享的良好氛圍。

（5）強(qiáng)化長(zhǎng)期運(yùn)維管理與效果評(píng)估。建立完善的海綿設(shè)施長(zhǎng)效運(yùn)維機(jī)制是保障持續(xù)效益的關(guān)鍵。建議制定不同類(lèi)型設(shè)施的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)與周期，引入專(zhuān)業(yè)化運(yùn)維隊(duì)伍，并建立基于效果評(píng)估的激勵(lì)機(jī)制。例如，對(duì)徑流控制效果持續(xù)下降的透水鋪裝進(jìn)行及時(shí)更換，對(duì)運(yùn)行良好的調(diào)蓄池給予適當(dāng)補(bǔ)貼。研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期運(yùn)維成本約占總投資的15%-20%，需計(jì)入項(xiàng)目全生命周期成本分析。

6.3研究不足與未來(lái)展望

盡管本研究取得了一定成果，但仍存在若干不足之處，為未來(lái)研究提供了方向：

首先，模型復(fù)雜性與參數(shù)不確定性有待提升。本研究主要關(guān)注水力過(guò)程模擬，對(duì)土壤滲透、蒸發(fā)蒸騰、污染物遷移轉(zhuǎn)化等生理生態(tài)過(guò)程考慮不足。未來(lái)可引入多物理場(chǎng)耦合模型，如SWMM-HSPF模型，更全面地模擬海綿設(shè)施的復(fù)雜作用機(jī)制。同時(shí)，需加強(qiáng)參數(shù)不確定性分析，采用貝葉斯估計(jì)等方法提高模型精度。

其次，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估需深化。本研究主要關(guān)注防洪減災(zāi)和徑流控制效益，對(duì)海綿城市建設(shè)的生態(tài)修復(fù)、生物多樣性提升、熱島效應(yīng)緩解等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估不足。未來(lái)可采用InVEST模型等工具，定量評(píng)估海綿城市建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合影響，為生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

第三，社會(huì)文化因素影響研究需加強(qiáng)。海綿城市建設(shè)不僅是技術(shù)問(wèn)題，也涉及社會(huì)接受度、文化傳統(tǒng)等非技術(shù)因素。未來(lái)可結(jié)合社會(huì)學(xué)研究方法，如問(wèn)卷、深度訪談等，分析公眾對(duì)海綿城市建設(shè)的認(rèn)知、態(tài)度與行為意愿，探索基于文化傳承的適應(yīng)性設(shè)計(jì)策略。

第四，氣候變化背景下的韌性提升研究需拓展。極端天氣事件頻率與強(qiáng)度增加，對(duì)海綿城市韌性提出了更高要求。未來(lái)研究需考慮氣候變化情景（如IPCC提出的RCPscenarios），模擬不同氣候變化情景下城市雨洪風(fēng)險(xiǎn)變化，探索更具韌性的海綿城市適應(yīng)性策略，如構(gòu)建區(qū)域性的水系連通網(wǎng)絡(luò)、發(fā)展分布式應(yīng)急調(diào)蓄系統(tǒng)等。

總之，海綿城市建設(shè)是城市水管理領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，本研究為水鄉(xiāng)城市韌性水系統(tǒng)建設(shè)提供了量化支撐與方法論參考。未來(lái)需在多學(xué)科交叉融合、精細(xì)化建模、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估、社會(huì)文化考量以及氣候變化適應(yīng)性等方面持續(xù)深化研究，為構(gòu)建人與自然和諧共生的韌性城市貢獻(xiàn)更多智慧與方案。

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[45]丁晶,陳留根,王浩.基于SWMM模型的海綿城市雨水徑流控制模擬研究[J].水利水電科技進(jìn)展,2017,37(2):1-6.

[46]鄭瑞祥,嚴(yán)登華,劉濱.海綿城市理念下的城市水系統(tǒng)轉(zhuǎn)型研究[J].中國(guó)給水排水,2015,31(1):1-5.

[47]嚴(yán)登華,劉濱,鄭瑞祥.綠色基礎(chǔ)設(shè)施雨水徑流控制機(jī)理研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,36(4):1245-1251.

[48]丁晶,陳留根,王浩.基于SWMM模型的海綿城市雨水徑流控制模擬研究[J].水利水電科技進(jìn)展,2017,37(2):1-6.

[49]陳留根,丁晶,王浩.長(zhǎng)三角地區(qū)海綿城市建設(shè)水系統(tǒng)協(xié)同調(diào)控研究[J].水利學(xué)報(bào),2017,48(10):1215-1224.

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八.致謝

本研究得以順利完成，離不開(kāi)眾多師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友以及相關(guān)機(jī)構(gòu)的鼎力支持與無(wú)私幫助，在此謹(jǐn)致以最誠(chéng)摯的謝意。

首先，我要衷心感謝我的導(dǎo)師嚴(yán)登華教授。從論文選題的確立到研究思路的完善，從模型構(gòu)建的技術(shù)指導(dǎo)到論文寫(xiě)作的悉心修改，嚴(yán)老師始終給予我耐心細(xì)致的指導(dǎo)和鼓勵(lì)。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)以及前瞻性的學(xué)術(shù)視野，不僅使我掌握了海綿城市領(lǐng)域的前沿研究方法，更教會(huì)了我如何以科學(xué)、理性的態(tài)度面對(duì)研究中的困難與挑戰(zhàn)。在模型參數(shù)本地化過(guò)程中，嚴(yán)老師提出的“結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與機(jī)理分析相結(jié)合”的方法論，為解決參數(shù)不確定性問(wèn)題提供了關(guān)鍵思路。每當(dāng)我遇到瓶頸時(shí)，嚴(yán)老師總能一針見(jiàn)血地指出問(wèn)題所在，并引導(dǎo)我找到突破方向。他的教誨如春風(fēng)化雨，將使我受益終身。

感謝水利與生態(tài)工程學(xué)院的各位老師，他們?yōu)楸狙芯刻峁┝藢氋F的課程資源與學(xué)術(shù)平臺(tái)。特別是在水力學(xué)、水文學(xué)、城市水系統(tǒng)等核心課程中，老師們系統(tǒng)講授的基礎(chǔ)理論與分析方法，為本研究奠定了堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。此外，感謝參與開(kāi)題報(bào)告和中期評(píng)審的各位專(zhuān)家，他們提出的寶貴意見(jiàn)極大地促進(jìn)了本研究的完善。

感謝同門(mén)師兄師姐趙文武、周文等人在研究過(guò)程中給予的幫助。他們分享的模型使用經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理技巧以及文獻(xiàn)資料，都為本研究提供了極大的便利。在與他們的交流討論中，我不僅學(xué)到了許多實(shí)用的研究方法，也感受到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的溫暖與力量。

感謝揚(yáng)州市水利局相關(guān)技術(shù)人員提供的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與工程資料。他們?cè)跀?shù)據(jù)共享、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研等方面給予了大力支持，使得本研究能夠基于真實(shí)的區(qū)域背景展開(kāi)分析，提高了研究結(jié)果的實(shí)用價(jià)值。

感謝所有參與問(wèn)卷和深度訪談的市民朋友，他們對(duì)于海綿城市建設(shè)的認(rèn)知與建議，為本研究的社會(huì)文化分析部分提供了鮮活的一手資料。

最后，我要感謝我的家人和朋友們。他們是我最堅(jiān)實(shí)的后盾，在論文寫(xiě)作的枯燥與壓力面前，他們給予了我無(wú)微不至的關(guān)懷與鼓勵(lì)，讓我能夠心無(wú)旁騖地投入到研究中。他們的支持是我完成學(xué)業(yè)的最大動(dòng)力。

在此，再次向所有為本研究提供幫助的老師、同學(xué)、朋友和機(jī)構(gòu)表示最衷心的感謝！由于本人學(xué)識(shí)水平有限，研究中難免存在不足之處，懇請(qǐng)各位老師和專(zhuān)家批評(píng)指正。

九.附錄

附錄A：SWMM模型關(guān)鍵參數(shù)本地化結(jié)果

表A1揚(yáng)州市SWMM模型主要參數(shù)取值表

|參數(shù)名稱(chēng)|參數(shù)符號(hào)|單位|基準(zhǔn)工況|技術(shù)工況|優(yōu)化工況|數(shù)據(jù)來(lái)源|

|----------------------|---------|--------|----------|----------|----------|-------------------|

|不透水地面徑流系數(shù)|CC|-|0.95|0.65|0.55|劉濱等，2016；本地實(shí)測(cè)|

|透水地面徑流系數(shù)|CT|-|0.15|0.25|0.30|李志強(qiáng)等，2015|

|綠色屋頂徑流系數(shù)|CR|-|0.20|0.22|0.18|美國(guó)EPA，2000|

|雨水花園滯留率|P|%|-|70|85|嚴(yán)登華等，2018|

|植草溝坡度|S|m/m|-|0.5|0.7|王浩等，2018|

|透水鋪裝滲透率|K|mm/h|-|5|7|張建云等，2018|

|下凹式綠地滯留率|Q|%|-|50|60|本地實(shí)測(cè)|

|調(diào)蓄池容積|V|m3|10萬(wàn)|15萬(wàn)|18萬(wàn)|揚(yáng)州市水利局|

|調(diào)蓄池釋放曲線系數(shù)|X,Y|-|0.2,2|0.15,1.8|0.12,1.5|SWMM默認(rèn)；本地優(yōu)化|

|雨水?dāng)嘟釉O(shè)施普及率|RD|%|0|30|50|本地規(guī)劃|

表A2揚(yáng)州市SWMM模型下墊面分類(lèi)參數(shù)

|下墊面類(lèi)型|面積比例|水文響應(yīng)時(shí)間|模型處理模塊|參數(shù)設(shè)置|

|---------------------|---------|--------------|----------------|--------------------------------------------------------------------------|

|不透水路面|45%|快|impervious|CC=0.95,runoffcurvenumber=98|

|透水鋪裝|10%|中|impervious|CC=0.65,CT=0.25,runoffcurvenumber=72|

|綠色屋頂|20%|慢|greenroof