海綿城市雨水管理課題申報書一、封面內(nèi)容

項目名稱：海綿城市雨水管理關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范

申請人姓名及聯(lián)系方式：張明，手機郵箱：zhangming@

所屬單位：國家水利科學(xué)研究院水資源與環(huán)境研究所

申報日期：2023年10月26日

項目類別：應(yīng)用研究

二．項目摘要

隨著城市化進程加速，雨水徑流污染及內(nèi)澇風(fēng)險日益嚴峻，海綿城市建設(shè)成為城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。本項目聚焦海綿城市雨水管理的核心技術(shù)，旨在構(gòu)建系統(tǒng)性解決方案，提升城市水環(huán)境質(zhì)量與防災(zāi)減災(zāi)能力。研究將基于多源數(shù)據(jù)融合與數(shù)值模擬，重點突破低影響開發(fā)（LID）技術(shù)集成、雨水資源化利用、智慧監(jiān)測預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。通過建立城市尺度雨水管理模型，結(jié)合實際工程案例進行驗證，提出適應(yīng)不同氣候區(qū)與地形條件的優(yōu)化策略。研究方法包括現(xiàn)場水文監(jiān)測、實驗室模擬試驗、機器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用等，預(yù)期形成一套包含技術(shù)標準、設(shè)計規(guī)范和運維模式的完整體系。成果將包括高精度雨水徑流預(yù)測模型、多功能生態(tài)設(shè)施設(shè)計軟件、實時監(jiān)測平臺等，并推動技術(shù)在重點區(qū)域的應(yīng)用示范。本項目成果可為城市水系統(tǒng)韌性提升提供理論支撐與實踐路徑，助力國家“雙碳”目標實現(xiàn)，具有重要的社會經(jīng)濟效益與學(xué)術(shù)價值。

三.項目背景與研究意義

1.研究領(lǐng)域現(xiàn)狀、存在的問題及研究的必要性

全球氣候變化背景下，極端降雨事件頻發(fā)，傳統(tǒng)城市雨水管理模式的弊端日益凸顯。我國城市化進程迅猛，不透水地面比例急劇增加，導(dǎo)致雨水徑流總量大、峰值高、匯流快，引發(fā)了嚴重的城市內(nèi)澇、水體污染和資源浪費問題。海綿城市理念作為應(yīng)對城市水挑戰(zhàn)的重要策略，強調(diào)通過源頭減排、過程控制、末端調(diào)蓄相結(jié)合的方式，實現(xiàn)雨水資源的可持續(xù)利用和城市水環(huán)境的改善。近年來，我國在海綿城市建設(shè)方面取得了顯著進展，相關(guān)政策法規(guī)、技術(shù)指南和示范工程不斷涌現(xiàn)，但在實際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

當前，海綿城市雨水管理領(lǐng)域存在以下突出問題：首先，低影響開發(fā)（LID）技術(shù)體系尚未完善，不同技術(shù)單元的協(xié)同效應(yīng)不足，難以形成系統(tǒng)性解決方案。例如，綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝等單一設(shè)施的效能評估缺乏標準化方法，且在實際工程中往往存在設(shè)計參數(shù)選擇不當、施工質(zhì)量參差不齊等問題，導(dǎo)致預(yù)期效果大打折扣。其次，雨水資源化利用水平低，多數(shù)城市僅注重雨水收集與存儲，而忽視了高品質(zhì)雨水的再生回用技術(shù)，如雨水深度處理與中水回用系統(tǒng)建設(shè)滯后，造成優(yōu)質(zhì)水資源浪費。再次，智慧化監(jiān)測與管理能力薄弱，傳統(tǒng)監(jiān)測手段難以實時、準確地反映雨水徑流過程和設(shè)施運行狀態(tài)，缺乏基于大數(shù)據(jù)和的智能預(yù)警與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，無法有效應(yīng)對突發(fā)性內(nèi)澇事件。此外，區(qū)域尺度雨水管理研究不足，現(xiàn)有研究多集中于小尺度實驗或單一城市案例，缺乏跨區(qū)域、多尺度的對比分析和普適性技術(shù)策略，難以滿足不同氣候、地形和土地利用條件下的實際需求。

海綿城市雨水管理的深入研究具有緊迫性和必要性。一方面，傳統(tǒng)排水模式已無法適應(yīng)城市發(fā)展需求，迫切需要構(gòu)建新型雨水管理體系；另一方面，氣候變化加劇了城市水安全風(fēng)險，提升雨水管理能力已成為保障城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。同時，海綿城市建設(shè)涉及多學(xué)科交叉，需要突破技術(shù)瓶頸，形成系統(tǒng)化、規(guī)范化的技術(shù)體系。此外，我國已將海綿城市建設(shè)納入國家發(fā)展規(guī)劃，開展相關(guān)研究有助于推動技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升國家水治理能力。

2.項目研究的社會、經(jīng)濟或?qū)W術(shù)價值

本項目的研究具有重要的社會價值。首先，通過提升城市雨水管理能力，可以有效緩解城市內(nèi)澇問題，保障市民生命財產(chǎn)安全，提高城市運行效率。其次，雨水資源化利用技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，能夠緩解水資源短缺問題，促進水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略意義。此外，海綿城市建設(shè)還能改善城市生態(tài)環(huán)境，提升城市品質(zhì)，增強居民生活幸福感。通過推動技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級，還能創(chuàng)造新的就業(yè)機會，促進社會和諧發(fā)展。

本項目的研究具有顯著的經(jīng)濟價值。首先，海綿城市雨水管理技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如環(huán)保材料、生態(tài)工程、智能設(shè)備等領(lǐng)域，形成新的經(jīng)濟增長點。其次，通過提高水資源利用效率，可以降低城市供水成本，節(jié)約能源消耗，產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益。此外，海綿城市建設(shè)還能提升城市土地價值，促進房地產(chǎn)市場健康發(fā)展。通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，還能提升城市競爭力，吸引更多投資，推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。

本項目的研究具有重要的學(xué)術(shù)價值。首先，通過多學(xué)科交叉研究，可以推動雨水管理、水力學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，形成新的理論體系和技術(shù)方法。其次，通過建立城市尺度雨水管理模型，可以深化對雨水徑流過程和海綿城市效能的理解，為相關(guān)學(xué)科提供新的研究視角和方法。此外，通過與國際先進水平的對比研究，可以提升我國在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力，為全球城市水管理提供中國方案。通過基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的突破，還能培養(yǎng)高水平科研人才，提升科研團隊的創(chuàng)新能力和國際競爭力。

四.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

海綿城市雨水管理作為一門新興的交叉學(xué)科，近年來在國內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注，取得了諸多研究成果，但也存在明顯的局限性和發(fā)展空白。

1.國外研究現(xiàn)狀

國外對雨水管理和城市水系統(tǒng)的關(guān)注起步較早，特別是在歐美發(fā)達國家，已形成了相對成熟的理論體系和技術(shù)實踐。美國在低影響開發(fā)（LID）技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，自20世紀90年代起，通過《水質(zhì)量交易法案》等政策推動LID技術(shù)的應(yīng)用和推廣。美國環(huán)保署（EPA）開發(fā)了SWMM（StormWaterManagementModel）等系列模型，用于模擬城市雨水徑流過程和LID設(shè)施的效能。在技術(shù)層面，美國在綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI）設(shè)計、雨水資源化利用（如雨水收集系統(tǒng)、人工濕地深度處理）和智慧水務(wù)（如物聯(lián)網(wǎng)傳感器、大數(shù)據(jù)分析）等方面積累了豐富經(jīng)驗。例如，雨洪管理系統(tǒng)（RetrofittingforRnwaterManagement）項目通過改造現(xiàn)有城市基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)雨水滲透、滯留和凈化。此外，美國還注重跨學(xué)科合作，將生態(tài)學(xué)、水力學(xué)、社會學(xué)等融入雨水管理研究，形成了綜合性的技術(shù)框架。

歐洲國家，特別是荷蘭、德國和英國，在海綿城市建設(shè)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施集成方面也取得了顯著進展。荷蘭作為“低洼之國”，長期致力于水管理技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)了“SpongeCities”概念，強調(diào)通過生態(tài)工程措施提升城市水韌性。德國在雨水管理方面注重標準化和規(guī)范化，制定了《雨水管理技術(shù)規(guī)范》（DIN1989），推廣透水鋪裝、雨水花園等LID技術(shù)。英國通過“SuDS”（SustnableDrnageSystems）政策框架，將雨水管理納入城市規(guī)劃體系，并開發(fā)了SuDS性能評估工具。歐洲聯(lián)盟通過“Climahouse”等項目，資助了多個海綿城市示范工程和跨區(qū)域合作研究，推動了相關(guān)技術(shù)的集成和應(yīng)用。在研究方法上，歐洲學(xué)者更注重生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和生物多樣性保護，將雨水管理與城市綠化系統(tǒng)相結(jié)合，形成了獨特的“綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)”理念。

日本在雨水資源化利用和城市防洪方面具有獨到之處。日本國土交通省開發(fā)了MUSICA（ModularUrbanStormwaterManagementandEnvironmentalAnalysis）模型，用于模擬城市雨水循環(huán)和LID設(shè)施的效能。日本在城市雨水利用方面經(jīng)驗豐富，普及了雨水收集系統(tǒng)（如屋面雨水收集、雨水花園），并開發(fā)了高效的雨水凈化技術(shù)（如生物濾池、膜處理）。此外，日本還注重公眾參與和社區(qū)共建，通過教育宣傳和志愿者活動，提升公眾對雨水管理的認識和參與度。日本在地震災(zāi)害背景下，特別重視城市排水系統(tǒng)的韌性和抗風(fēng)險能力，相關(guān)研究為我國海綿城市建設(shè)提供了借鑒。

總體而言，國外在海綿城市雨水管理領(lǐng)域的研究較為深入，形成了較為完善的理論體系和技術(shù)實踐，特別是在LID技術(shù)集成、雨水資源化利用和智慧水務(wù)等方面取得了顯著進展。然而，國外研究也存在一些局限性，如對區(qū)域尺度、多尺度雨水管理研究不足，不同氣候區(qū)、地形條件的普適性技術(shù)策略缺乏；此外，智慧監(jiān)測與管理的實時性、準確性有待提升，大數(shù)據(jù)和技術(shù)的應(yīng)用仍處于初級階段。

2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國海綿城市雨水管理研究起步相對較晚，但發(fā)展迅速，特別是在政策推動和工程實踐方面取得了顯著成效。近年來，國家將海綿城市建設(shè)納入國家發(fā)展規(guī)劃，出臺了一系列政策文件和技術(shù)指南，如《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南（試行）》、《城市雨水管理專項規(guī)劃編制導(dǎo)則》等，為我國海綿城市建設(shè)提供了指導(dǎo)。在學(xué)術(shù)研究方面，國內(nèi)學(xué)者圍繞LID技術(shù)、雨水資源化利用、生態(tài)修復(fù)等方面開展了大量研究。

在LID技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)學(xué)者重點研究了綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝等設(shè)施的雨水徑流控制效能。例如，一些學(xué)者通過實驗和數(shù)值模擬，研究了不同類型綠色屋頂?shù)男钏阅?，以及雨水花園對徑流污染物的去除效果。在雨水資源化利用方面，國內(nèi)學(xué)者關(guān)注雨水收集系統(tǒng)、人工濕地深度處理、雨水回用技術(shù)等，開發(fā)了適合我國國情的雨水利用技術(shù)體系。在生態(tài)修復(fù)方面，國內(nèi)學(xué)者將海綿城市建設(shè)與城市黑臭水體治理、城市綠地系統(tǒng)優(yōu)化相結(jié)合，探索了基于生態(tài)系統(tǒng)的雨水管理策略。

在研究方法方面，國內(nèi)學(xué)者廣泛采用實驗研究、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等方法，研究了城市雨水徑流過程、LID設(shè)施效能和海綿城市綜合效益。例如，一些學(xué)者開發(fā)了基于SWMM模型的改進版，用于模擬我國城市雨水徑流過程和海綿城市效能；此外，一些學(xué)者還利用遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS），分析了城市不透水面積、綠地覆蓋等空間分布特征，為海綿城市規(guī)劃提供了數(shù)據(jù)支持。

我國在海綿城市雨水管理領(lǐng)域也取得了一些重要成果，如形成了適合我國國情的LID技術(shù)標準體系，開發(fā)了雨水資源化利用技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)了一批海綿城市示范工程。然而，國內(nèi)研究也存在一些問題，如基礎(chǔ)理論研究薄弱，對雨水徑流過程、LID設(shè)施協(xié)同效應(yīng)、雨水資源化利用機理等認識不夠深入；技術(shù)集成和系統(tǒng)化研究不足，多數(shù)研究局限于單一技術(shù)或小尺度實驗，缺乏跨區(qū)域、多尺度的對比分析和普適性技術(shù)策略；智慧監(jiān)測與管理能力薄弱，傳統(tǒng)監(jiān)測手段難以實時、準確地反映雨水徑流過程和設(shè)施運行狀態(tài)，缺乏基于大數(shù)據(jù)和的智能預(yù)警與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)；此外，區(qū)域尺度雨水管理研究不足，現(xiàn)有研究多集中于小尺度實驗或單一城市案例，難以滿足不同氣候、地形和土地利用條件下的實際需求。

3.研究空白與展望

盡管國內(nèi)外在海綿城市雨水管理領(lǐng)域取得了諸多研究成果，但仍存在一些研究空白和發(fā)展方向。首先，需要加強基礎(chǔ)理論研究，深入揭示城市雨水徑流過程、LID設(shè)施協(xié)同效應(yīng)、雨水資源化利用機理等基本規(guī)律，為技術(shù)進步提供理論支撐。其次，需要加強技術(shù)集成和系統(tǒng)化研究，探索不同技術(shù)單元的協(xié)同效應(yīng)，形成適應(yīng)不同氣候、地形和土地利用條件的普適性技術(shù)策略。再次，需要加強智慧監(jiān)測與管理能力建設(shè)，開發(fā)基于大數(shù)據(jù)和的智能預(yù)警與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，提升城市雨水管理的實時性、準確性和效率。此外，需要加強區(qū)域尺度雨水管理研究，開展跨區(qū)域、多尺度的對比分析和普適性技術(shù)策略研究，為不同地區(qū)的海綿城市建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)。

未來，海綿城市雨水管理研究將更加注重多學(xué)科交叉、技術(shù)創(chuàng)新和實際應(yīng)用，通過加強基礎(chǔ)理論研究、技術(shù)集成和系統(tǒng)化研究、智慧監(jiān)測與管理能力建設(shè)、區(qū)域尺度雨水管理研究，推動海綿城市建設(shè)從示范工程向規(guī)?；茝V轉(zhuǎn)型，為城市可持續(xù)發(fā)展和水循環(huán)可持續(xù)利用提供有力支撐。

五.研究目標與內(nèi)容

1.研究目標

本項目旨在針對當前海綿城市雨水管理面臨的挑戰(zhàn)，通過多學(xué)科交叉研究，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，構(gòu)建系統(tǒng)性、智能化的海綿城市雨水管理理論與技術(shù)體系，為我國城市水系統(tǒng)韌性提升和水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。具體研究目標包括：

第一，揭示城市復(fù)雜下墊面雨水徑流形成機理與演變規(guī)律。深入研究城市化進程中不同下墊面類型（如建筑、道路、綠地、水體等）對雨水徑流特征（如徑流系數(shù)、徑流過程、污染物負荷）的影響，以及城市空間結(jié)構(gòu)、氣候變化等因素對雨水徑流的耦合作用機制，建立高精度城市雨水徑流預(yù)測模型，為海綿城市規(guī)劃設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

第二，突破多功能生態(tài)設(shè)施高效集成與協(xié)同控制技術(shù)。針對單一生態(tài)設(shè)施效能有限、協(xié)同性差等問題，重點研究綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝、生物濾池、人工濕地等多種生態(tài)設(shè)施的優(yōu)化組合模式，揭示其協(xié)同控制雨水徑流的機理，開發(fā)基于物理、化學(xué)、生物過程的耦合模型，形成適應(yīng)不同城市環(huán)境的多功能生態(tài)設(shè)施設(shè)計、建造和運維技術(shù)規(guī)范。

第三，研發(fā)基于多源數(shù)據(jù)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、等技術(shù)，構(gòu)建城市級雨水智慧監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對雨水徑流過程、生態(tài)設(shè)施運行狀態(tài)、水環(huán)境質(zhì)量的實時、動態(tài)監(jiān)測。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)基于機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的智能預(yù)警與優(yōu)化調(diào)度模型，實現(xiàn)雨水資源的智能管理、生態(tài)設(shè)施的智能控制和內(nèi)澇風(fēng)險的智能預(yù)警，提升城市雨水管理的智能化水平。

第四，建立適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理評價與決策支持體系。針對我國不同氣候區(qū)、地形條件和城市發(fā)展階段的差異性，研究建立一套包含水量、水質(zhì)、生態(tài)、經(jīng)濟等多維度的海綿城市雨水管理綜合評價指標體系，開發(fā)基于模型和數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng)，為不同區(qū)域的海綿城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運維提供科學(xué)決策依據(jù)，推動海綿城市建設(shè)的區(qū)域化和差異化發(fā)展。

2.研究內(nèi)容

基于上述研究目標，本項目將圍繞以下幾個方面的具體研究內(nèi)容展開：

（1）城市復(fù)雜下墊面雨水徑流過程精細化模擬與預(yù)測

具體研究問題：城市化進程中不同下墊面類型對雨水徑流特征的影響機制是什么？城市空間結(jié)構(gòu)、氣候變化等因素如何耦合影響雨水徑流過程？如何建立高精度城市雨水徑流預(yù)測模型？

假設(shè)：不同下墊面類型的組合方式顯著影響雨水徑流的產(chǎn)匯流特性；城市空間結(jié)構(gòu)與氣候變化存在耦合效應(yīng)，可顯著改變雨水徑流的時空分布特征；基于多源數(shù)據(jù)融合的數(shù)值模型能夠有效提高城市雨水徑流預(yù)測的精度和可靠性。

研究內(nèi)容包括：收集典型城市區(qū)域的下墊面類型、高程、土地利用、氣象等數(shù)據(jù)，利用遙感、GIS等技術(shù)進行空間分析；通過現(xiàn)場水文監(jiān)測和實驗研究，獲取不同下墊面類型的雨水徑流過程數(shù)據(jù)和污染物負荷數(shù)據(jù)；基于SWMM、HEC-HMS等模型，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建考慮下墊面組合、城市空間結(jié)構(gòu)、氣候變化因素的城市雨水徑流精細化模擬與預(yù)測模型；對模型進行驗證和校準，評估模型的預(yù)測精度和適用性。

（2）多功能生態(tài)設(shè)施高效集成與協(xié)同控制技術(shù)研究

具體研究問題：如何優(yōu)化組合綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝、生物濾池、人工濕地等多種生態(tài)設(shè)施？多功能生態(tài)設(shè)施的協(xié)同控制雨水徑流的機理是什么？如何形成適應(yīng)不同城市環(huán)境的多功能生態(tài)設(shè)施設(shè)計、建造和運維技術(shù)規(guī)范？

假設(shè)：多功能生態(tài)設(shè)施的優(yōu)化組合能夠顯著提高雨水徑流的控制效能和資源化利用率；生態(tài)設(shè)施之間存在協(xié)同效應(yīng)，可通過優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)“1+1>2”的效果；基于物理、化學(xué)、生物過程的耦合模型能夠有效描述多功能生態(tài)設(shè)施的協(xié)同控制機理。

研究內(nèi)容包括：通過文獻綜述、理論分析和實驗研究，確定不同生態(tài)設(shè)施的性能參數(shù)和最優(yōu)設(shè)計參數(shù)；利用數(shù)值模擬方法，研究不同生態(tài)設(shè)施的組合模式對雨水徑流控制效能（如徑流總量控制率、峰值流量控制率、污染物去除率）的影響；基于多學(xué)科交叉理論，構(gòu)建考慮物理、化學(xué)、生物過程的耦合模型，揭示多功能生態(tài)設(shè)施協(xié)同控制雨水徑流的機理；開發(fā)基于模型和數(shù)據(jù)的生態(tài)設(shè)施設(shè)計、建造和運維技術(shù)規(guī)范，并進行工程案例驗證。

（3）基于多源數(shù)據(jù)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控技術(shù)研發(fā)

具體研究問題：如何構(gòu)建城市級雨水智慧監(jiān)測系統(tǒng)？如何利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、等技術(shù)實現(xiàn)雨水資源的智能管理、生態(tài)設(shè)施的智能控制和內(nèi)澇風(fēng)險的智能預(yù)警？

假設(shè)：基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、技術(shù)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)能夠顯著提高城市雨水管理的效率和智能化水平；機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法能夠有效識別雨水徑流異常事件和內(nèi)澇風(fēng)險，并進行智能預(yù)警和調(diào)度。

研究內(nèi)容包括：設(shè)計并搭建城市級雨水智慧監(jiān)測系統(tǒng)，包括雨水徑流監(jiān)測站、生態(tài)設(shè)施監(jiān)測站、水環(huán)境監(jiān)測站等，利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸；基于云計算平臺，構(gòu)建城市雨水數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的存儲、管理和分析；利用機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法，開發(fā)雨水資源智能管理模型、生態(tài)設(shè)施智能控制模型和內(nèi)澇風(fēng)險智能預(yù)警模型；開發(fā)基于模型的雨水智慧管理決策支持系統(tǒng)，并進行實際工程應(yīng)用驗證。

（4）適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理評價與決策支持體系構(gòu)建

具體研究問題：如何建立適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理綜合評價指標體系？如何開發(fā)基于模型和數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng)？如何推動海綿城市建設(shè)的區(qū)域化和差異化發(fā)展？

假設(shè)：基于水量、水質(zhì)、生態(tài)、經(jīng)濟等多維度的綜合評價指標體系能夠全面評價海綿城市雨水管理的效益；基于模型和數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng)能夠為不同區(qū)域的海綿城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運維提供科學(xué)決策依據(jù)。

研究內(nèi)容包括：收集典型區(qū)域的下墊面類型、水文氣象、水環(huán)境、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)，利用文獻綜述、專家咨詢等方法，建立包含水量、水質(zhì)、生態(tài)、經(jīng)濟等多維度的海綿城市雨水管理綜合評價指標體系；基于模型和數(shù)據(jù)，開發(fā)適應(yīng)不同區(qū)域的決策支持系統(tǒng)，包括海綿城市規(guī)劃輔助決策模型、設(shè)計參數(shù)優(yōu)化模型、建設(shè)效果評估模型等；對不同區(qū)域的決策支持系統(tǒng)進行應(yīng)用驗證，并形成相應(yīng)的技術(shù)指南和標準，推動海綿城市建設(shè)的區(qū)域化和差異化發(fā)展。

通過以上研究內(nèi)容的深入研究和系統(tǒng)攻關(guān)，本項目預(yù)期將形成一套完整的海綿城市雨水管理理論與技術(shù)體系，為我國城市水系統(tǒng)韌性和水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

六.研究方法與技術(shù)路線

1.研究方法、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集與分析方法

本項目將采用理論分析、數(shù)值模擬、實驗研究、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析等多種研究方法，結(jié)合多學(xué)科交叉的技術(shù)手段，系統(tǒng)開展海綿城市雨水管理關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范。

（1）研究方法

1.1數(shù)值模擬方法：采用SWMM、HEC-HMS、MUSICA等城市雨水徑流模擬模型，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建高精度城市雨水徑流預(yù)測模型、多功能生態(tài)設(shè)施協(xié)同控制模型、雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控模型以及海綿城市雨水管理評價模型。通過模型模擬不同情景下城市雨水徑流過程、生態(tài)設(shè)施效能、雨水資源利用情況以及內(nèi)澇風(fēng)險，為海綿城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運維提供科學(xué)依據(jù)。

1.2實驗研究方法：搭建室內(nèi)物理模型實驗平臺，模擬不同下墊面類型、生態(tài)設(shè)施組合模式對雨水徑流過程和污染物去除效果的影響。通過實驗研究，獲取不同條件下雨水徑流的水力參數(shù)和水質(zhì)參數(shù)，驗證和改進數(shù)值模擬模型，為生態(tài)設(shè)施的設(shè)計、建造和運維提供科學(xué)依據(jù)。

1.3現(xiàn)場監(jiān)測方法：在典型城市區(qū)域布設(shè)雨水徑流監(jiān)測站、生態(tài)設(shè)施監(jiān)測站、水環(huán)境監(jiān)測站等，利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。監(jiān)測內(nèi)容包括降雨量、降雨強度、徑流流量、徑流過程、污染物濃度、生態(tài)設(shè)施運行狀態(tài)等，為數(shù)值模擬、實驗研究和數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.4數(shù)據(jù)分析方法：利用遙感、GIS、統(tǒng)計分析、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等方法，對收集到的多源數(shù)據(jù)進行處理、分析和挖掘。通過數(shù)據(jù)分析，揭示城市雨水徑流過程、生態(tài)設(shè)施效能、雨水資源利用情況以及內(nèi)澇風(fēng)險的時空分布特征和演變規(guī)律，為海綿城市雨水管理提供科學(xué)決策依據(jù)。

（2）實驗設(shè)計

2.1室內(nèi)物理模型實驗：設(shè)計并搭建室內(nèi)物理模型實驗平臺，模擬不同下墊面類型（如建筑、道路、綠地、水體等）和生態(tài)設(shè)施組合模式（如綠色屋頂+雨水花園、透水鋪裝+生物濾池等）對雨水徑流過程和污染物去除效果的影響。實驗內(nèi)容包括：

a.不同下墊面類型對雨水徑流過程的影響實驗：模擬不同下墊面類型在單一降雨事件下的雨水徑流過程，測量徑流流量、徑流過程、徑流系數(shù)等參數(shù)。

b.生態(tài)設(shè)施組合模式對雨水徑流控制效能的影響實驗：模擬不同生態(tài)設(shè)施組合模式在單一降雨事件下的雨水徑流過程和污染物去除效果，測量徑流流量、徑流過程、徑流系數(shù)、污染物濃度等參數(shù)。

c.生態(tài)設(shè)施長期運行性能實驗：模擬生態(tài)設(shè)施在多次降雨事件下的長期運行性能，監(jiān)測生態(tài)設(shè)施的運行狀態(tài)、污染物去除效果的變化等參數(shù)。

2.2現(xiàn)場實驗：在典型城市區(qū)域開展現(xiàn)場實驗，驗證室內(nèi)物理模型實驗和數(shù)值模擬結(jié)果的準確性，并獲取實際工程條件下雨水徑流和生態(tài)設(shè)施運行的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場實驗內(nèi)容包括：

a.雨水徑流監(jiān)測：在典型城市區(qū)域布設(shè)雨水徑流監(jiān)測站，監(jiān)測降雨量、降雨強度、徑流流量、徑流過程、污染物濃度等參數(shù)。

b.生態(tài)設(shè)施監(jiān)測：在典型生態(tài)設(shè)施（如綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝、生物濾池、人工濕地等）布設(shè)監(jiān)測點，監(jiān)測生態(tài)設(shè)施的運行狀態(tài)、進出水水質(zhì)、污染物去除效果等參數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)收集與分析方法

3.1數(shù)據(jù)收集：利用遙感、GIS、現(xiàn)場監(jiān)測、實驗研究等方法，收集以下數(shù)據(jù)：

a.下墊面數(shù)據(jù)：利用遙感影像和GIS技術(shù)，獲取典型城市區(qū)域的下墊面類型、高程、土地利用、道路網(wǎng)絡(luò)、綠地分布等數(shù)據(jù)。

b.水文氣象數(shù)據(jù)：收集典型城市區(qū)域的降雨量、降雨強度、氣溫、濕度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)，以及河流、湖泊等水體的水位、流量等水文數(shù)據(jù)。

c.水環(huán)境數(shù)據(jù)：收集典型城市區(qū)域的雨水徑流、河水、湖水等水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括COD、BOD、SS、TN、TP等污染物濃度。

d.生態(tài)設(shè)施數(shù)據(jù)：收集典型生態(tài)設(shè)施的設(shè)計參數(shù)、建造材料、運行狀態(tài)、進出水水質(zhì)等數(shù)據(jù)。

e.社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)：收集典型城市區(qū)域的人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。

3.2數(shù)據(jù)分析方法：利用統(tǒng)計分析、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等方法，對收集到的多源數(shù)據(jù)進行處理、分析和挖掘。具體方法包括：

a.統(tǒng)計分析：利用統(tǒng)計分析方法，對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計、相關(guān)性分析、回歸分析等，揭示數(shù)據(jù)之間的時空分布特征和演變規(guī)律。

b.機器學(xué)習(xí)：利用機器學(xué)習(xí)算法，如支持向量機、隨機森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，構(gòu)建城市雨水徑流預(yù)測模型、生態(tài)設(shè)施效能預(yù)測模型、雨水資源利用預(yù)測模型以及內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)測模型。

c.深度學(xué)習(xí)：利用深度學(xué)習(xí)算法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，構(gòu)建雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控模型，實現(xiàn)對雨水資源的智能管理、生態(tài)設(shè)施的智能控制和內(nèi)澇風(fēng)險的智能預(yù)警。

d.遙感與GIS分析：利用遙感影像和GIS技術(shù)，對城市下墊面、水文氣象、水環(huán)境、生態(tài)設(shè)施等數(shù)據(jù)進行空間分析，揭示城市雨水徑流的時空分布特征和演變規(guī)律。

2.技術(shù)路線

本項目的技術(shù)路線分為以下幾個階段：

（1）準備階段

1.1文獻綜述：收集并整理國內(nèi)外關(guān)于海綿城市雨水管理的相關(guān)文獻，包括學(xué)術(shù)論文、研究報告、技術(shù)指南等，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

1.2現(xiàn)場調(diào)研：對典型城市區(qū)域進行現(xiàn)場調(diào)研，了解該區(qū)域的雨水管理現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展需求。

1.3數(shù)據(jù)收集：利用遙感、GIS、現(xiàn)場監(jiān)測、實驗研究等方法，收集下墊面數(shù)據(jù)、水文氣象數(shù)據(jù)、水環(huán)境數(shù)據(jù)、生態(tài)設(shè)施數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。

1.4技術(shù)方案制定：根據(jù)文獻綜述、現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)收集結(jié)果，制定本項目的技術(shù)方案，包括研究目標、研究內(nèi)容、研究方法、技術(shù)路線等。

（2）研究階段

2.1城市雨水徑流精細化模擬與預(yù)測模型構(gòu)建：利用SWMM、HEC-HMS等模型，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建高精度城市雨水徑流預(yù)測模型。

2.2多功能生態(tài)設(shè)施高效集成與協(xié)同控制技術(shù)研究：通過室內(nèi)物理模型實驗和現(xiàn)場實驗，研究多功能生態(tài)設(shè)施的優(yōu)化組合模式、協(xié)同控制機理，并開發(fā)相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

2.3基于多源數(shù)據(jù)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控技術(shù)研發(fā)：設(shè)計并搭建城市級雨水智慧監(jiān)測系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、等技術(shù)，開發(fā)雨水資源的智能管理模型、生態(tài)設(shè)施的智能控制模型和內(nèi)澇風(fēng)險的智能預(yù)警模型。

2.4適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理評價與決策支持體系構(gòu)建：建立包含水量、水質(zhì)、生態(tài)、經(jīng)濟等多維度的海綿城市雨水管理綜合評價指標體系，開發(fā)基于模型和數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng)。

（3）應(yīng)用示范階段

3.1工程案例驗證：在典型城市區(qū)域開展海綿城市雨水管理工程案例，驗證本項目研究成果的實用性和有效性。

3.2技術(shù)推廣：將本項目研究成果推廣應(yīng)用到其他城市區(qū)域，為我國海綿城市建設(shè)提供技術(shù)支撐。

3.3成果總結(jié)：總結(jié)本項目的研究成果，撰寫研究報告、發(fā)表論文、申請專利等，并形成相應(yīng)的技術(shù)指南和標準。

通過以上技術(shù)路線的實施，本項目預(yù)期將形成一套完整的海綿城市雨水管理理論與技術(shù)體系，為我國城市水系統(tǒng)韌性和水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

七．創(chuàng)新點

本項目針對當前海綿城市雨水管理領(lǐng)域的突出問題和發(fā)展需求，在理論、方法及應(yīng)用層面均體現(xiàn)了顯著的創(chuàng)新性，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.理論層面的創(chuàng)新

1.1城市復(fù)雜下墊面雨水徑流形成機理與演變規(guī)律的理論突破。本項目突破了傳統(tǒng)雨水管理研究中對下墊面影響單一考慮、對城市空間結(jié)構(gòu)作用機制認識不足、對氣候變化與雨水徑流耦合效應(yīng)研究缺乏等局限。通過多學(xué)科交叉的理論分析，深入揭示城市化進程中不同下墊面類型（建筑、道路、綠地、水體等）的異質(zhì)性及其空間組合對雨水徑流產(chǎn)匯流特性（如徑流系數(shù)、徑流過程、污染物負荷）的復(fù)雜影響機制，以及城市空間結(jié)構(gòu)（如道路網(wǎng)絡(luò)密度、綠地連通性、高程格局）與氣候變化（如極端降雨頻率強度變化、溫度升高）因素的耦合作用對雨水徑流時空分布特征的影響機制。這種對復(fù)雜下墊面相互作用、城市空間結(jié)構(gòu)影響以及氣候變化響應(yīng)的綜合考量，為建立更符合實際的城市雨水徑流預(yù)測模型和海綿城市規(guī)劃設(shè)計理論提供了全新的理論視角。

1.2多功能生態(tài)設(shè)施協(xié)同控制雨水徑流的理論創(chuàng)新。本項目突破了以往研究中對單一生態(tài)設(shè)施效能評價較多、設(shè)施間協(xié)同作用機制研究不足、缺乏系統(tǒng)性協(xié)同控制理論的局限。通過引入生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等理論，創(chuàng)新性地提出多功能生態(tài)設(shè)施（綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝、生物濾池、人工濕地等）應(yīng)基于其功能特性、空間布局和運行機制進行優(yōu)化組合與協(xié)同控制的理論框架。重點研究不同生態(tài)設(shè)施間的物理、化學(xué)、生物過程耦合機制，以及通過優(yōu)化組合模式實現(xiàn)對雨水徑流的削峰減速、污染物有效去除、雨水資源高效利用等多重目標的協(xié)同效應(yīng)。這種基于系統(tǒng)論和過程耦合的協(xié)同控制理論，為構(gòu)建高效、穩(wěn)定、可持續(xù)的海綿城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施體系提供了新的理論支撐。

1.3基于韌性水系統(tǒng)理念的海綿城市雨水管理評價理論創(chuàng)新。本項目突破了傳統(tǒng)雨水管理評價側(cè)重于工程效能指標、缺乏對系統(tǒng)整體韌性、適應(yīng)性和恢復(fù)力評價的局限。將系統(tǒng)韌性理論引入海綿城市雨水管理評價，構(gòu)建包含水量調(diào)控能力、水質(zhì)改善能力、資源利用能力、生態(tài)服務(wù)能力、社會經(jīng)濟效益以及系統(tǒng)適應(yīng)性和恢復(fù)力等多維度指標的綜合評價體系。這種評價理論的創(chuàng)新，旨在更全面、科學(xué)地評估海綿城市建設(shè)的綜合效益，為不同區(qū)域、不同發(fā)展階段的海綿城市規(guī)劃、建設(shè)和運維提供更科學(xué)的決策依據(jù)，推動海綿城市從工程化建設(shè)向系統(tǒng)化、韌性化管理轉(zhuǎn)變。

2.方法層面的創(chuàng)新

2.1基于多源數(shù)據(jù)融合的城市雨水徑流精細化模擬方法創(chuàng)新。本項目突破了傳統(tǒng)水文模型參數(shù)依賴經(jīng)驗、數(shù)據(jù)輸入單一等局限，創(chuàng)新性地提出基于多源數(shù)據(jù)（遙感影像、GIS數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、社交媒體數(shù)據(jù)等）融合的城市雨水徑流精細化模擬方法。利用遙感技術(shù)獲取高分辨率下墊面信息，結(jié)合GIS技術(shù)進行空間分析和模型構(gòu)建，融入實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行模型校準和驗證，并嘗試引入社交媒體等非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源反映城市動態(tài)活動強度。通過機器學(xué)習(xí)算法（如深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）與傳統(tǒng)水文模型的耦合，提高模型對城市復(fù)雜下墊面和極端降雨事件的模擬精度和預(yù)測能力，為城市雨水管理提供更精準的預(yù)測預(yù)報支持。

2.2基于物理-化學(xué)-生物過程耦合的生態(tài)設(shè)施模擬方法創(chuàng)新。本項目突破了以往對生態(tài)設(shè)施模擬多側(cè)重于單一過程（如物理攔截、化學(xué)沉淀）或簡化過程的局限，創(chuàng)新性地提出基于物理、化學(xué)、生物過程（如蒸發(fā)蒸騰、過濾吸附、沉淀絮凝、生物降解、植物吸收等）耦合的生態(tài)設(shè)施模擬方法。通過構(gòu)建多相流模型、反應(yīng)動力學(xué)模型和生態(tài)模型，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)化和驗證，更全面、準確地模擬生態(tài)設(shè)施內(nèi)部的復(fù)雜水力過程和污染物轉(zhuǎn)化過程，提高對生態(tài)設(shè)施長期運行性能和協(xié)同效應(yīng)的預(yù)測能力，為生態(tài)設(shè)施的設(shè)計、優(yōu)化和運維提供更科學(xué)的技術(shù)支撐。

2.3基于機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控方法創(chuàng)新。本項目突破了傳統(tǒng)雨水管理依賴人工經(jīng)驗和固定規(guī)則進行監(jiān)測和調(diào)控的局限，創(chuàng)新性地提出基于機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控方法。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建城市級實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，基于大數(shù)據(jù)平臺進行海量數(shù)據(jù)處理和分析，運用深度學(xué)習(xí)算法（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）實現(xiàn)對雨水徑流異常事件（如管道堵塞、內(nèi)澇風(fēng)險）的智能識別和預(yù)測，并開發(fā)基于強化學(xué)習(xí)的生態(tài)設(shè)施智能控制模型，實現(xiàn)對雨水資源（如中水回用）的優(yōu)化調(diào)度和生態(tài)設(shè)施（如曝氣、沖洗）的智能控制，提升城市雨水管理的智能化、自動化水平。

3.應(yīng)用層面的創(chuàng)新

3.1適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理技術(shù)體系創(chuàng)新。本項目突破了現(xiàn)有海綿城市技術(shù)和模式普適性不足、難以適應(yīng)不同區(qū)域自然和社會經(jīng)濟條件的局限，創(chuàng)新性地提出構(gòu)建適應(yīng)不同氣候區(qū)（如干旱、半干旱、濕潤、亞濕潤）、地形條件（如平原、丘陵、山地）和城市發(fā)展階段的海綿城市雨水管理技術(shù)體系。通過區(qū)域化研究，針對不同區(qū)域的特點，提出差異化的技術(shù)策略和配置方案，如干旱區(qū)側(cè)重雨水收集和利用，濕潤區(qū)側(cè)重雨水徑流控制和生態(tài)修復(fù)，山區(qū)側(cè)重坡面治理和洪水防控等。這種適應(yīng)性技術(shù)體系的創(chuàng)新，將顯著提高海綿城市技術(shù)的實用性和推廣價值，推動海綿城市建設(shè)的科學(xué)化、區(qū)域化發(fā)展。

3.2雨水智慧管理決策支持系統(tǒng)應(yīng)用示范創(chuàng)新。本項目突破了現(xiàn)有海綿城市決策支持系統(tǒng)功能單一、集成度不高的局限，創(chuàng)新性地提出構(gòu)建集數(shù)據(jù)采集、模擬預(yù)測、智能預(yù)警、優(yōu)化調(diào)度、效果評估等功能于一體的雨水智慧管理決策支持系統(tǒng)，并在典型城市區(qū)域進行應(yīng)用示范。該系統(tǒng)將集成本項目研發(fā)的各項模型和方法，為城市雨水管理提供從規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)到運維的全生命周期智能化決策支持，推動城市雨水管理向精細化、科學(xué)化、智能化方向發(fā)展，為我國城市水系統(tǒng)韌性提升提供實用的技術(shù)工具。

3.3海綿城市雨水管理與水資源綜合利用協(xié)同發(fā)展模式創(chuàng)新。本項目突破了以往對海綿城市雨水管理和水資源利用相對割裂研究的局限，創(chuàng)新性地提出將雨水管理與水資源綜合利用相結(jié)合的協(xié)同發(fā)展模式。通過研發(fā)雨水深度處理和中水回用技術(shù)，構(gòu)建集雨水收集、凈化、儲存、回用于一體的雨水資源化利用系統(tǒng)，實現(xiàn)雨水資源的可持續(xù)利用。這種協(xié)同發(fā)展模式的創(chuàng)新，將有效緩解城市水資源短缺問題，提高水資源利用效率，降低城市供水成本，推動城市水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的社會經(jīng)濟價值。

綜上所述，本項目在理論、方法和應(yīng)用層面均具有顯著的創(chuàng)新性，有望為解決我國城市雨水管理面臨的挑戰(zhàn)提供新的思路、技術(shù)手段和決策支持，推動海綿城市建設(shè)的科學(xué)化、智能化和可持續(xù)發(fā)展。

八．預(yù)期成果

本項目旨在通過系統(tǒng)深入的研究，預(yù)期在理論、方法、技術(shù)、標準及應(yīng)用示范等多個層面取得一系列創(chuàng)新性成果，為我國海綿城市雨水管理提供科學(xué)理論支撐、關(guān)鍵技術(shù)突破和實用解決方案，推動城市水系統(tǒng)韌性和水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展。

1.理論貢獻

1.1揭示城市復(fù)雜下墊面雨水徑流形成機理與演變規(guī)律的理論模型。預(yù)期建立一套能夠綜合考慮下墊面異質(zhì)性、城市空間結(jié)構(gòu)、氣候變化等多重因素影響的城市雨水徑流精細化模擬理論框架。該理論模型將更準確地描述雨水徑流的產(chǎn)匯流過程、污染物遷移轉(zhuǎn)化過程以及極端降雨事件下的城市內(nèi)澇機理，為理解城市水系統(tǒng)演變規(guī)律提供新的理論視角，深化對城市化對水環(huán)境影響的科學(xué)認識。

1.2多功能生態(tài)設(shè)施高效集成與協(xié)同控制的理論方法。預(yù)期闡明多功能生態(tài)設(shè)施（綠色屋頂、雨水花園、透水鋪裝等）的協(xié)同控制機理，建立基于物理、化學(xué)、生物過程耦合的理論模型，并提出優(yōu)化組合模式的設(shè)計理論。該理論方法將為構(gòu)建高效、穩(wěn)定、可持續(xù)的海綿城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施體系提供科學(xué)指導(dǎo)，推動雨水管理從單一設(shè)施向系統(tǒng)集成轉(zhuǎn)變。

1.3基于韌性水系統(tǒng)理念的海綿城市雨水管理評價理論體系。預(yù)期構(gòu)建一套包含水量、水質(zhì)、生態(tài)、經(jīng)濟等多維度指標的海綿城市雨水管理綜合評價指標體系，并提出基于系統(tǒng)韌性理論的評價方法。該評價理論體系將為科學(xué)評估海綿城市建設(shè)的綜合效益、識別關(guān)鍵問題、優(yōu)化管理策略提供理論依據(jù)，推動海綿城市從工程化建設(shè)向系統(tǒng)化、韌性化管理轉(zhuǎn)變。

2.方法創(chuàng)新與突破

2.1基于多源數(shù)據(jù)融合的城市雨水徑流精細化模擬方法。預(yù)期開發(fā)一套基于遙感、GIS、現(xiàn)場監(jiān)測、氣象數(shù)據(jù)及社交媒體等多源數(shù)據(jù)融合的城市雨水徑流精細化模擬方法。該方法將顯著提高模型對城市復(fù)雜下墊面和極端降雨事件的模擬精度和預(yù)測能力，為城市雨水管理提供更精準的預(yù)測預(yù)報和決策支持。

2.2基于物理-化學(xué)-生物過程耦合的生態(tài)設(shè)施模擬方法。預(yù)期開發(fā)一套能夠模擬生態(tài)設(shè)施內(nèi)部復(fù)雜水力過程和污染物轉(zhuǎn)化過程（涵蓋蒸發(fā)蒸騰、過濾吸附、沉淀絮凝、生物降解、植物吸收等）的多過程耦合模擬方法。該方法將更全面、準確地評估生態(tài)設(shè)施的長期運行性能和協(xié)同效應(yīng)，為生態(tài)設(shè)施的設(shè)計、優(yōu)化和運維提供更科學(xué)的技術(shù)支撐。

2.3基于機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控方法。預(yù)期開發(fā)一套基于機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控方法，包括雨水徑流異常事件智能識別與預(yù)測模型、生態(tài)設(shè)施智能控制模型以及雨水資源優(yōu)化調(diào)度模型。該方法將顯著提升城市雨水管理的智能化、自動化水平，實現(xiàn)對城市水系統(tǒng)的實時監(jiān)測、智能預(yù)警和優(yōu)化管理。

3.技術(shù)研發(fā)與成果

3.1高精度城市雨水徑流預(yù)測模型。預(yù)期研發(fā)并驗證一套高精度城市雨水徑流預(yù)測模型，能夠準確預(yù)測不同降雨情景下的雨水徑流過程、峰值流量、徑流總量以及污染物負荷。該模型將集成多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)、機器學(xué)習(xí)算法和區(qū)域化參數(shù)化方法，為城市雨水管理提供可靠的預(yù)測預(yù)報工具。

3.2多功能生態(tài)設(shè)施優(yōu)化組合與協(xié)同控制技術(shù)。預(yù)期研發(fā)一套多功能生態(tài)設(shè)施優(yōu)化組合模式設(shè)計技術(shù)規(guī)范，以及基于多過程耦合模型的生態(tài)設(shè)施協(xié)同控制技術(shù)。該技術(shù)成果將為海綿城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計、建造和運維提供技術(shù)指導(dǎo)，提高設(shè)施的雨水徑流控制效能和資源化利用率。

3.3雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)。預(yù)期研發(fā)一套集數(shù)據(jù)采集、模擬預(yù)測、智能預(yù)警、優(yōu)化調(diào)度等功能于一體的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)原型，并在典型城市區(qū)域進行應(yīng)用示范。該系統(tǒng)將集成項目研發(fā)的各項模型和方法，為城市雨水管理提供全生命周期的智能化決策支持。

3.4適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理技術(shù)體系。預(yù)期構(gòu)建一套適應(yīng)不同氣候區(qū)、地形條件和城市發(fā)展階段的海綿城市雨水管理技術(shù)體系，包括差異化的技術(shù)策略、配置方案和設(shè)計規(guī)范。該技術(shù)體系將顯著提高海綿城市技術(shù)的實用性和推廣價值，推動海綿城市建設(shè)的科學(xué)化、區(qū)域化發(fā)展。

4.實踐應(yīng)用價值

4.1提升城市雨水管理能力與防災(zāi)減災(zāi)水平。項目成果將直接應(yīng)用于城市雨水管理實踐，提高城市對雨水徑流的調(diào)控能力，有效削減徑流總量、降低峰值流量，減少城市內(nèi)澇風(fēng)險，保障城市安全運行和人民生命財產(chǎn)安全。

4.2改善城市水環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)服務(wù)功能。項目成果將推動海綿城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用，有效去除雨水徑流中的污染物，改善城市水體水質(zhì)，提升城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能，增強城市生物多樣性，創(chuàng)造更加宜居的城市環(huán)境。

4.3推動雨水資源化利用與可持續(xù)發(fā)展。項目成果將促進雨水深度處理和中水回用技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，實現(xiàn)雨水資源的可持續(xù)利用，緩解城市水資源短缺問題，降低城市供水成本，推動城市水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，助力國家“雙碳”目標實現(xiàn)。

4.4增強城市水系統(tǒng)韌性與社會經(jīng)濟效益。項目成果將構(gòu)建更具韌性的城市水系統(tǒng)，提高城市應(yīng)對氣候變化和極端事件的適應(yīng)能力。同時，項目將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機會，提升城市土地價值，促進房地產(chǎn)市場健康發(fā)展，產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟效益。

4.5為國家海綿城市建設(shè)提供技術(shù)支撐與標準依據(jù)。項目成果將為我國海綿城市建設(shè)的科學(xué)化、規(guī)范化發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐，形成的理論模型、技術(shù)方法、評價體系和決策支持系統(tǒng)，可為國家制定海綿城市建設(shè)相關(guān)標準和技術(shù)指南提供參考，推動海綿城市建設(shè)的健康、有序發(fā)展。

總之，本項目預(yù)期成果豐富，涵蓋理論創(chuàng)新、方法突破、技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范等多個層面，將對我國海綿城市雨水管理領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響，具有重要的學(xué)術(shù)價值和社會經(jīng)濟效益。

九.項目實施計劃

1.項目時間規(guī)劃

本項目計劃總執(zhí)行周期為三年，分為準備階段、研究階段、應(yīng)用示范階段和成果總結(jié)階段，具體時間規(guī)劃及任務(wù)安排如下：

（1）準備階段（第1-6個月）

任務(wù)分配：

a.文獻綜述與理論分析：組建研究團隊，明確分工，完成國內(nèi)外海綿城市雨水管理相關(guān)文獻的收集、整理和分析，構(gòu)建初步的理論框架和技術(shù)路線。

b.現(xiàn)場調(diào)研與數(shù)據(jù)收集：選擇2-3個典型城市區(qū)域作為研究基地，進行現(xiàn)場調(diào)研，了解當?shù)赜晁芾憩F(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展需求；制定數(shù)據(jù)收集方案，利用遙感、GIS、現(xiàn)場監(jiān)測、實驗研究等方法，收集下墊面、水文氣象、水環(huán)境、生態(tài)設(shè)施和社會經(jīng)濟等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

c.技術(shù)方案細化與實驗設(shè)計：根據(jù)前期研究成果，細化技術(shù)方案，設(shè)計室內(nèi)物理模型實驗和現(xiàn)場實驗方案，制定實驗設(shè)備和材料清單，申請實驗場地和設(shè)備。

進度安排：

第1-2個月：完成文獻綜述、理論分析和現(xiàn)場調(diào)研，確定研究基地。

第3-4個月：制定數(shù)據(jù)收集方案，開展數(shù)據(jù)收集工作。

第5-6個月：完成技術(shù)方案細化、實驗設(shè)計，準備實驗設(shè)備和材料。

（2）研究階段（第7-30個月）

任務(wù)分配：

a.城市雨水徑流精細化模擬與預(yù)測模型構(gòu)建：利用SWMM、HEC-HMS等模型，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建高精度城市雨水徑流預(yù)測模型；通過模型模擬和參數(shù)優(yōu)化，驗證模型的準確性和可靠性。

b.多功能生態(tài)設(shè)施高效集成與協(xié)同控制技術(shù)研究：開展室內(nèi)物理模型實驗和現(xiàn)場實驗，研究不同下墊面類型和生態(tài)設(shè)施組合模式對雨水徑流過程和污染物去除效果的影響；基于實驗數(shù)據(jù)，構(gòu)建生態(tài)設(shè)施協(xié)同控制模型，并提出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

c.基于多源數(shù)據(jù)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控技術(shù)研發(fā)：設(shè)計并搭建城市級雨水智慧監(jiān)測系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸；基于大數(shù)據(jù)平臺，開發(fā)雨水資源的智能管理模型、生態(tài)設(shè)施的智能控制模型和內(nèi)澇風(fēng)險的智能預(yù)警模型。

d.適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理評價與決策支持體系構(gòu)建：建立包含水量、水質(zhì)、生態(tài)、經(jīng)濟等多維度的海綿城市雨水管理綜合評價指標體系；開發(fā)基于模型和數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng)，并進行驗證和優(yōu)化。

進度安排：

第7-12個月：完成城市雨水徑流精細化模擬與預(yù)測模型構(gòu)建，并進行初步驗證。

第13-18個月：完成多功能生態(tài)設(shè)施高效集成與協(xié)同控制技術(shù)研究，并撰寫中期報告。

第19-24個月：完成基于多源數(shù)據(jù)的雨水智慧監(jiān)測與智能調(diào)控技術(shù)研發(fā)，并進行系統(tǒng)測試。

第25-30個月：完成適應(yīng)不同區(qū)域的海綿城市雨水管理評價與決策支持體系構(gòu)建，并進行應(yīng)用示范。

（3）應(yīng)用示范階段（第31-42個月）

任務(wù)分配：

a.工程案例驗證：選擇1-2個典型城市區(qū)域，開展海綿城市雨水管理工程案例，將項目研究成果應(yīng)用于實際工程，驗證其實用性和有效性。

b.技術(shù)推廣與成果轉(zhuǎn)化：總結(jié)項目研究成果，撰寫研究報告、發(fā)表論文、申請專利等，并形成相應(yīng)的技術(shù)指南和標準；推動項目成果的推廣應(yīng)用，與相關(guān)企業(yè)、高校和科研機構(gòu)合作，開展技術(shù)轉(zhuǎn)移和成果轉(zhuǎn)化。

c.項目總結(jié)與評估：對項目進行全面總結(jié)與評估，包括研究成果、技術(shù)突破、應(yīng)用效果、經(jīng)費使用情況等，撰寫項目總結(jié)報告，并提出后續(xù)研究方向和建議。

進度安排：

第31-36個月：完成工程案例驗證，并進行初步評估。

第37-40個月：完成技術(shù)推廣與成果轉(zhuǎn)化，并進行效果跟蹤。

第41-42個月：完成項目總結(jié)與評估，撰寫項目總結(jié)報告。

（4）成果總結(jié)階段（第43-48個月）

任務(wù)分配：

a.項目成果系統(tǒng)整理與匯編：對項目形成的理論模型、技術(shù)方法、實驗數(shù)據(jù)、工程案例、研究報告、論文、專利等成果進行系統(tǒng)整理和匯編，形成完整的項目成果體系。

b.項目成果宣傳與推廣：通過學(xué)術(shù)會議、技術(shù)研討會、科普講座等形式，宣傳和推廣項目成果，提升社會對海綿城市建設(shè)的認識和參與度。

c.項目驗收與結(jié)題：配合相關(guān)部門完成項目驗收與結(jié)題工作，確保項目目標達成。

進度安排：

第43-44個月：完成項目成果系統(tǒng)整理與匯編。

第45-46個月：完成項目成果宣傳與推廣。

第47-48個月：完成項目驗收與結(jié)題。

2.風(fēng)險管理策略

本項目實施過程中可能面臨以下風(fēng)險，并制定相應(yīng)的管理策略：

（1）技術(shù)風(fēng)險

風(fēng)險描述：多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)難度大，模型參數(shù)難以精確標定，實驗結(jié)果受環(huán)境因素影響，技術(shù)路線偏離預(yù)期。

管理策略：加強技術(shù)預(yù)研，采用成熟可靠的數(shù)據(jù)處理方法，優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)，開展重復(fù)實驗驗證結(jié)果，定期評估技術(shù)路線，及時調(diào)整研究方向。

（2）進度風(fēng)險

風(fēng)險描述：實驗設(shè)備故障、數(shù)據(jù)收集延遲、關(guān)鍵節(jié)點未按時完成，導(dǎo)致項目整體進度滯后。

管理策略：制定詳細的項目進度計劃，明確任務(wù)分工和時間節(jié)點，建立風(fēng)險預(yù)警機制，及時協(xié)調(diào)資源，確保項目按計劃推進。

（3）資金風(fēng)險

風(fēng)險描述：項目經(jīng)費不足，資金使用效率不高，導(dǎo)致項目無法順利實施。

管理策略：積極爭取多方資金支持，合理規(guī)劃經(jīng)費使用，加強成本控制，確保資金使用效益最大化。

（4）政策風(fēng)險

風(fēng)險描述：海綿城市建設(shè)政策變化，技術(shù)標準不完善，影響項目成果的推廣應(yīng)用。

管理策略：密切關(guān)注政策動態(tài)，加強與政府部門的溝通協(xié)調(diào)，參與技術(shù)標準制定，提升成果的適應(yīng)性和實用性。

（5）團隊協(xié)作風(fēng)險

風(fēng)險描述：團隊成員間溝通不暢，協(xié)作效率低下，影響項目進度和質(zhì)量。

管理策略：建立高效的團隊協(xié)作機制，定期召開項目會議，明確分工，加強溝通，確保項目順利實施。

（6）應(yīng)用推廣風(fēng)險

風(fēng)險描述：項目成果與實際需求脫節(jié)，推廣應(yīng)用難度大，影響項目的社會效益。

管理策略：加強需求調(diào)研，開展應(yīng)用示范，提供技術(shù)培訓(xùn)，提升成果的實用性和推廣價值。

通過以上風(fēng)險管理策略，確保項目順利實施，實現(xiàn)預(yù)期目標，為我國海綿城市雨水管理提供科學(xué)理論支撐、關(guān)鍵技術(shù)突破和實用解決方案，推動城市水系統(tǒng)韌性和水循環(huán)可持續(xù)發(fā)展。

十.項目團隊

1.項目團隊成員的專業(yè)背景與研究經(jīng)驗

本項目團隊由來自國內(nèi)leading科研機構(gòu)和高校的專家學(xué)者組成，涵蓋水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)工程、計算機科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，團隊成員均具有豐富的海綿