摘要：为应对高密度城市开发导致的内涝与面源污染问题，海绵城市建设已成为我国城市可持续发展的重要策略。本文以苏州长三角一体化示范区未来产业园为实证案例，系统阐述了其海绵城市设计方案，该方案通过构建以透水沥青、透水铺装、雨水花园、植草沟及下沉式绿地为核心的“源头减排-过程控制-末端调蓄”系统。本研究采用 SWMM 模型对设计方案在 1 年、5 年及50 年一遇降雨情景下的径流控制效果进行模拟预测，并对项目建成后实际监测数据进行分析。结果表明：该海绵系统可实现76%的年径流总量控制率，对SS（悬浮物）的去除率达到 62% ，综合径流系数为0.45，单位面积控制容积为 96m3/ha，有效削减了峰值流量并延缓了峰现时间。项目在缓解市政管网压力、补充地下水及提升小区生态环境方面效益显著，为类似高密度居住区的海绵城市建设提供了可复制、可推广的技术范式与实践经验。

关键词：海绵城市；低影响开发；SWMM 模型；径流控制；效果评估；校园用地

1. 引言

随着我国城市化进程的加速，不透水下垫面比例急剧增加，破坏了自然水文循环，导致城市内涝频发、水资源短缺与水环境污染等问题日益严峻[1]。为系统性地解决这些问题，我国自2013 年起开始推广海绵城市的建设理念，其核心在于通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种技术措施，实现城市如同“海绵”一样，在适应环境变化和应对自然灾害方面具有良好的“弹性”[2-3]。

市作为国家级海绵城市建设试点城市，其降雨丰沛、强度大，城区开发强度高，雨洪管理压力巨大。在此背景下，本研究选取长三角一体化示范区未来产业园作为研究对象。此类项目具有人口密度高、公共绿地集中、市政配套要求严格等特点，是验证和展示海绵城市理念在高效集约用地上应用的理想场景。

本文旨在通过一个具体工程案例，全面展示海绵城市从方案设计、模型模拟、施工落地到后期效果评估的全过程。重点解决以下问题：(1) 如何在有限的场地内，构建一个高效协同的海绵系统；(2)结合实测数据，验证海绵设施的实际运行效果，以期为同类项目的规划与设计提供数据支撑和实践参考。

2. 项目概况与现状解析

2.1 项目背景

本工程用地面积225223 平方米。基地外部北侧紧邻胜地生态公园，景色优美，东侧与京杭运河隅路相望，南侧为一大湿地绿地，景观资源较为丰富。项目包含综合楼、学院楼、食堂、宿舍等功能类型的建筑。总建筑面积335686.26 ㎡，其中地上建筑面积为290686.26 ㎡，地下建筑面积为 45000 ㎡，绿地率 30.0% 。项目设计伊始，即确立了达到市吴江区海绵城市建设要求的建设目标。

2.2 场地现状与问题诊断

气候条件：市属亚热带海洋性气候，受季风环流控制，具有气候温和湿润，四季分明的特点，无霜期230 天左右，平均相对湿度为 76% ；雨量丰沛，多年平均降水量1100 毫米左右，汛期（5～9 月）降水量674.0毫米，占全年降水量60.7%。

地形与下垫面：经测算，项目开发前，原始地貌主要为草地和少量农用地，综合径流系数约为0.25。开发建设后，屋面、道路等不透水下垫面比例大幅增加至 65% ，综合径流系数上升至0.68，导致地表径流量显著增加。

核心问题：基于上述分析，本项目面临的核心雨洪管理问题为：(1) 径流系数大幅提升，加剧了区域径流排放压力；(2) 初期雨水携带路面污染物，造成面源污染；(3) 珍贵的雨水资源未被有效利用。

2.3 海绵城市建设目标

依据《吴江区海绵城市建设实施细则》及项目所在地块的控制性详细规划，为本项目设定如下量化目标：

年径流总量控制率： ≈75% （对应设面源污染控制率（以 SS 计）： 353% 综合径流系数： ⩽0.45 。

峰值流量控制：在5 年一遇降雨条件下，外排峰值流量不超过开发前水平。

3. 海绵城市系统设计

本项目的海绵城市设计遵循“生态优先、安全为本、因地制宜、统筹协调”的原则，构建了多层次、全流程的雨水管理系统。

采用“源头减排、中途转输、末端调蓄”的技术路线。在源头，通过分散式的小型海绵设施削减径流；在途中，利用植草沟引导和传输雨水；在末端，通过具有调蓄功能的海绵设施进行流量控制与水质净化。

3.2 主要海绵设施设计与规模计算

3.2.1.透水沥青：本项目校园消防通道采用透水沥青道路，总面积约22678 ㎡。其结构层由上至下为PAC-13透水沥青混合料、PAC-16 透水沥青混合料、10mm 稀浆封层、采用U 型槽排除超标下渗雨水，接至场地排水，减少雨水峰值流量的同时，保证消防通道荷载需求。

3.2.2 透水铺装：在小区人行道、非机动车道及广场区域全面采用透水砖铺装，总面积约27397 ㎡。其结构层由上至下为透水砖、透水找平层、透水基层和透水底基层，能有效下渗雨水，减少地表径流。

3.2.3 雨水花园：在绿地中的低洼处设置雨水花园共 2 处，总面积约1252 ㎡。以其中一处为例进行规模计算：设计有效蓄水深度为 150mm。

有效调蓄容积 V= 面积 × 深度 = 303m°× 0.15m=45.5m³ 。

该容积足以处理约3100 ㎡汇水面积上产生的42.00mm 设计降雨量

3.2.4 下沉式绿地：将部分绿地设计为低于周边路面 50mm，可有效汇集和滞留雨水，促使其下渗，总面积约 2751 ㎡。

3.2.5 植草沟：代替传统的雨水口和管道，用于连接各源头设施并传输雨水，兼具净化、渗透和转输功能。

4. 方案效能模拟与评估

为科学预测设计方案的效果，本研究采用了美国 EPA 开发的SWMM 模型进行水文模拟。

4.1 模型构建

将项目区划分为97 个子汇水区，每个子汇水区根据其下垫面类型（不透水面、绿地、海绵设施等）设置相应的面积、坡度、不透水率、洼蓄量及曼宁系数等参数。模型中对雨水花园和下沉式绿地以“LID 控制单元”进行模拟，设定其结构层参数。

4.2 模拟情景与结果分析

模拟了三种情景：(A) 开发前自然状态；(B) 传统开发模式（无海绵设施）；(C) 海绵城市设计方案。在2小时历时、1 年一遇、5 年一遇和50 年一遇的芝加哥雨型下进行模拟。

表1：不同情景下2 年一遇降雨事件的模拟结果对比

模拟结果分析：

径流总量控制：海绵设计方案（情景 C）下的总径流量（1800m³）远低于传统开发模式 (4100m³) ），计算出其年径流总量控制率达到 75.27% ，超过了 75% 的设计目标。

峰值流量削减：海绵系统的洪峰流量为 0.23m³/s ，相较于传统开发模式（ (0.41m³/s) ）削减了 44% ，且非常接近开发前的水平（ (0.15m³/s) 。

峰现时间延迟：海绵设施通过“滞蓄”作用，将峰现时间从 45 分钟延迟至58 分钟，有效延缓了雨水外排，为下游管网赢得了宝贵的泄流时间。

5. 实施效果监测与综合效益分析

项目建成后，经过一个完整水文年的监测，对实际运行效果进行了评估。

5.1 径流控制效果验证

通过在项目总排放口安装在线流量计，统计得到实际年径流总量控制率为 75.01% ，与模型预测值（ (75.27%) ）基本吻合，略低于预测值的原因可能与当年实际降雨雨型及设施初期运行有关，但仍达到了设计目标。

5.2 水质净化效果

对雨水花园、下凹式绿地进、出水口的水质进行采样分析，结果显示对 SS 的平均去除率达到 61% ，对COD 和总磷也有显著的去除效果，有效降低了面源污染负荷。

5.3 综合效益分析

环境效益：每年可收集利用雨水量约为 5000m³ ，用于绿化浇灌和道路冲洗，节约了约30%的传统自来水用量。同时，增加了地下水补给，缓解了城市热岛效应。

经济效益：虽然海绵设施增加了约5%的初期建设成本，但通过节约自来水费、减少市政排水设施的压力以及降低内涝风险带来的潜在损失，预计可在8-10 年内收回增量成本。

社会效益：雨水花园和下沉式绿地营造了优美的景观，提升了社区环境的舒适度和生物多样性，成为了居民休闲娱乐的场所，增强了居民的生态环保意识。

6. 结论与讨论

6.1 主要结论

(1) 本研究成功地将海绵城市理念应用于一个大学校园公共服务建筑群项目，构建了一套行之有效的“源头-中途-末端”雨水管理系统。

(2) SWMM 模型的模拟结果与实测数据均证实，该海绵系统能够有效实现年径流总量控制率≥75%、显著削减洪峰流量并延迟峰现时间、有效去除面源污染物的设计目标。

(3) 项目的实施取得了良好的环境、经济和社会综合效益，证明了海绵城市建设在高强度开发区域的技术可行性与实践价值。

6.2 讨论与建议

尽管本项目取得了成功，但在实践中也遇到了一些挑战，如不同专业间的协同设计、施工过程中的精细化管控以及长期运维管理等。建议未来在以下方面加强研究与实践：

智慧运维：引入物联网技术，对关键海绵设施的水位、水质进行实时监测，构建数字孪生平台，实现精准化、智能化的运维管理。

政策激励：进一步完善海绵城市建设的经济激励机制，鼓励社会资本参与，推动其市场化、常态化发展。跨尺度衔接：深化项目层面与城市流域层面的衔接研究，确保地块的海绵化效果能够有效贡献于整个区域的洪涝防治与水环境改善。

参考文献

[1] 中华人民共和国国务院办公厅. 关于推进海绵城市建设的指导意见[J]. 2015.

[2] 仇保兴. 海绵城市(LID)的内涵、途径与展望[J]. 给水排水， 2015, 41(3): 1-7.

[3] 车伍， 闫攀， 李俊奇， 等. 国际现代雨洪管理体系的发展及剖析[J]. 中国给水排水， 2014, 30(18):45-51.

[4] Rossman, L. A. Storm Water Management Model User's Manual Version 5.1[M]. U.S. Environmental Protection Agency, 2015.