2013年底，中国正式提出海绵城市建设理念。在世界范围内，在城市建设尺度上同时探索水资源、安全、环境、生态等多维度任务，中国的海绵城市探索和实践，具有重大意义，也面临巨大挑战。随着国内试点的逐步开展，越来越多的城市在规划建设海绵城市过程中产生了巨大的基础数据调查、关键技术以及全过程管控手段等需求。
“高地下水位地区海绵城市建设技术”的主要成果，来自于“十三五”水专项“天津中心城区海绵城市建设运行管理技术体系构建与示范”课题，由天津市市政工程设计研究院、天津城市基础设施建设投资集团有限公司、中国城市规划设计研究院、天津大学、南开大学、天津城建大学等单位联合完成。汇报内容中雨水利用安全的相关成果由天津市市政工程设计研究院与天津理工大学合作完成。
中国海绵城市建设的实践与挑战
在快速城镇化发展过程中，很多国家在水安全、水资源、水生态、水环境等方面均不同程度地存在问题，为应对这些问题，发达国家都提出了自己的对策，其中影响较大的主要有：
2013年底，中国正式提出海绵城市建设理念，强调降低城市开发对水系统的影响，随后在实践中得到不断拓展，逐步发展成为包括水生态、水环境、水资源、水安全、制度建设与执行情况、显示度等六大类18项指标的新型城市建设理念。
2016年4月27日，经过竞争性评审，财政部、建设部、水利部确定天津市为第二批14个海绵城市试点城市之一，天津市海绵城市建设迎来重要机遇。2017年3月份，“十三五”水专项“天津中心城区海绵城市建设运行管理技术体系构建与示范课题(2017ZX07106-001)”通过立项审查。
海绵城市试点城市建设之初，天津在海绵城市建设中存在以下难题：
海绵城市本地条件解析不足；
适合天津水文地质条件的LID开发技术缺乏；
雨水径流污染严重，缺乏有效的治理技术；
保障源头—过程—末端控制的技术体系不够健全；
全过程管控机制缺失，项目难以落地。
针对以上技术难题，课题组按照水专项边研究、边应用的原则积极开展攻关，主要取得了六个方面的调查成果，四项关键技术。
六项主要调查成果，支撑海绵城市建设规划、设计基础数据体系
成果一：海绵城市建设相关降雨条件解析
对降雨资料进行解析关系到LID设施的设计、模型模拟结果的准确性，是海绵城市建设最重要的基础数据之一。课题组对1989~2018年30年间天津市3个气象站的降雨资料进行了统计分析，结果表明：天津市中小雨场次占比76%、中雨场次占比15%；同时采用最新资料重新推求了天津市年径流总量控制率，比《海绵城市建设技术指南》中提出的年径流总量控制率范围更广、资料时效性更强，该数据已作为《天津市海绵城市设计技术标准》的关键参数，为海绵城市建设提供支撑。
另外，课题组还依托“十三五”水专项课题对天津市暴雨强度公式进行了修编，补充完善了以往暴雨强度公式不足之处。
成果二：雨水径流污染特性解析
雨水径流污染特性也是海绵城市建设重要本地条件。课题组从“十一五”水专项开始，持续对天津不同下垫面雨水径流污染特性开展调查，“十一五”期间积累了一万多个调查数据，“十三五”期间目前获得的调查数据大约是六千个，据我们了解，这是国内比较全的雨水径流污染水质调查数据，我们近期也准备对这些数据进行深层次的挖据和整理，希望能对雨水径流污染控制做一些贡献。
不同下垫面雨水径流污染情况
在研究的下垫面中，SS浓度大小顺序依次为：路面径流＞屋面径流＞草坪径流；路面径流悬浮物含量最高，这是因为路面径流受大气沉降、交通活动等多种因素的综合影响，同时2016年~2018年海绵城市试点示范区内有很多工程建设项目，使得道路径流中悬浮物普遍偏高；屋面、草坪径流污染物主要来源于大气降尘，受人为因素干扰较小，颗粒物含量较少。
不同下垫面，有机污染物和营养物质指标浓度顺序大小为：路面径流＞油毡屋面径流＞沥青屋面径流＞瓦屋面＞草坪径流。
不同下垫面雨水径流中颗粒物粒径分布
在“十一五”雨水径路污染调查的基础上，“十三五”期间课题组还对雨水径流中污染物粒径分布进行了研究。
（1）不同材质屋面雨水径流
在研究的塑钢屋面、瓦屋面、油毡屋面中，各屋面85%以上的COD、TP和浊度主要附着于粒径>200um的颗粒物；塑钢屋面55%以上的NH3-N附着于大颗粒物（>200um），其余为溶解态或附着于细微颗粒物；瓦屋面和油毡屋面大部分NH3-N和TN为溶解态，或附着于细微颗粒物（<50um）上；屋面雨水径流中，COD、TP大部分可通过物理化学方式去除，而N营养盐需通过生物法（人工湿地等）去除。
（2）不同路面雨水径流
沥青道路90%以上的COD、TP和浊度附着于粒径>200um的颗粒物，N营养盐溶解态相对较高；透水铺装道路85%以上的COD、TP和浊度附着于大颗粒物（>200um）；实际降雨径流中透水铺装道路对大颗粒物有较强的截留能力（80%以上）。沥青道路径流大部分污染物可通过物理化学方式去除，透水铺装径流污染物细颗粒物占主导。
通过对雨水径流中污染物粒径分布，可对选择雨水径流污染处理工艺、评估不同LID设施对雨水径流污染的去除效果提供支撑。
雨水泵站的水质检测
课题组也对试点区内雨水泵站的水质进行了检测，结果表明雨水泵站的污染物浓度很高，部分泵站 SS浓度高达上千个mg/L，总氮浓度达到几百mg/L。像对于雨水泵站来讲，初期效应是很不明显的，一方面是由于泵站汇水面积大，初期效应弱化，更重要的是由于通过管道进入泵站的除了雨水之外，还有混接串接的污水，另外还有管道沉积物污染，因此，是一种复合污染。在雨水污染治理工程设计时，应该注意这一点，对于进入管道的雨水，要充分考虑到目前我国多数城市存在的雨污串接、混接等问题，否则设计的雨水污染治理设施很可能达不到预期的效果。
成果三：浅层土壤渗透性调查
土壤渗透性是海绵城市建设重要的本底条件。和传统的基坑工程不同，海绵城市建设主要和浅层土壤的渗透性密切相关。
课题组采用原位试验（Guelph仪）和室内试验相结合的方法，调查试点区内地表0.15m~1.0m浅层土壤的渗透性，共进行原位测试420余组、室内试验100余组，比较详细地调查了试点区浅层土壤的渗透性。
原位测试数据较为离散，根据有效试验数据，试验区内土壤渗透系数集中分布在1×10-5~3×10-4cm/s（0.01~0.26m/d）。室内试验渗透系数为7×10-5~3×10-4cm/s（0.06~0.26m/d）。根据相关规范，试验区浅层土壤渗透性属于弱透水性土层。试验方法和结果为试点区海绵城市建设提供指导和借鉴。
原位调查法取得的土壤渗透系数最具有代表性，最接近海绵城市理念，但原位调查法不是标准方法。课题组对原位试验和室内标准方法得到的结果进行了对比，采用Guelph入渗仪进行原位测试得到的渗透系数ks’与室内试验得出的渗透系数ks其比值多分布在2.0~2.8之间，根据分布曲线可得，对于试点区土壤情况，其比值可取2.5。
以上原位调查方法目前正在申请行业标准，希望通过行业标准的制定，使调查的渗透系数更能体现海绵城市的理念，使“渗、滞、蓄、净、用、排”排在第一位的“渗”发挥更重要的作用。
成果四：地下水位及变化幅度调查
课题组对试点区内近十年的地下水位及变化情况进行了调查，为试点区域海绵城市建设提供了支撑。
举一个案例，试点区内一条城市道路绿化设计，建设单位要求种植乔木，最小覆土厚度0.9m。为实现滞蓄雨水的目的，给排水专业要求绿地下凹。原勘察报告提供的地下水位年变幅在0.5~1.0m，设计地面标高1.35m，即使按照最小变幅0.5m计算，如果再考虑下凹0.2m，种植土覆土为：1.35-0.5-0.2=0.65m，不满足乔木种植覆土要求，只能种植灌木或者草本植物。
课题组对道路周围地下水观测井的地下水位及全年变幅分析结果表明，除个别点位外，地下水位年变化幅度基本在0.3m左右，调整后种植土覆土变为0.85m，基本满足乔木种植需求。课题组与景观专业、给排水专业确认后，采用绿地下凹，同时种植乔木，解决了业专业配合中存在的问题。
成果五：植物耐淹性能调查
海绵城市试点城市建设之初，部分园林专家担心绿地下凹，有一些植物可能被淹死，个别专家甚至比较激烈。水专项课题组和南开大学生命科学院共同设计植物耐淹性能试验，选取天津市景观绿化中常用的6种草本植物、7种乔木进行最长40d的耐淹性能试验，在这个过程中检测植物的叶绿素含量、光合特性、渗透调节物质、膜脂过氧化物MDA含量以及抗氧化酶活性的变化，结果表明它们的耐淹性排序依次为：
萱草＞万寿菊＞三七景天＞马蔺＞八宝景天＞鸢尾
白蜡＞国槐＞法国梧桐＞香花槐＞栾树＞臭椿＞合欢
对于耐淹能力强的植物，例如白蜡、国槐、法国梧桐、香花槐、萱草、万寿菊、马蔺而言，能够通过调节光能分配水平、提高水分利用率、增强渗透调节物质浓度以及抗氧化酶活性等方式维持生命活动，且在排水恢复后各指标重新回到正常状态。
多数的植物在水淹16天时问题不大，有的水淹40天之后下降比较明显，有的植物在下降之后短时间之内可以恢复，有的不能够恢复。
对于海绵城市设施，要求降完雨之后48~72h之内都要把雨水排空，因此只要植物选择得当，不会因为海绵城市的建设造成植物的死亡。该研究成果已经纳入天津市海绵城市建设相关技术标准。
成果六：透水砖性能调查
透水砖是海绵城市建设中大量使用的LID设施，课题组对天津市海绵城市建设中常用的3种透水铺装路面的对雨水滞蓄性能和冻融循环进行研究。
采用最新推求的天津市50mm和100mm典型雨型检验3种透水结构对降雨的滞蓄能力。在50mm降雨条件下，3种结构峰值最大流速消减25%~45%，出流时间延迟20min左右，累计滞蓄雨水占比27%~48%；在100mm降雨条件下，测定结构2峰值最大流速消减20%，出流时间延迟15min，累计滞蓄雨水占比19%。
部分道路专家担心在高地下水位地区铺设透水砖有冻融循环的问题，我们目前正在开展相关实验研究，受疫情影响，进度滞后，实验结束后会有一个初步的结论。
四项关键技术取得突破：径流污染控制，雨水调蓄利用，设施布局优化，排水诊断预警
关键技术一：多层级全过程管控的雨水径流污染控制技术
这项技术按照初期雨水分流、强化入渗、减量提质、节点控制的思路开展单项技术研发，实现城市雨水径流污染从源头—过程—末端全过程系统调控。通过单项技术研发、整合，基本上形成从屋顶到河流全过程的径流污染控制技术，对雨水径流量也能够控制。
关键技术二：雨水调蓄和分类利用的关键技术
根据不同的下垫面选取不同雨水利用的回用技术，主要用于城市杂用，景观回用，为北方地区雨水利用探索了一个途径。
另外在雨水径流污染比较严重的情况下，雨水回用是不是安全，目前研究成果很少，课题组联合天津理工大学做了雨水回用安全性的评价，经过对常规指标（pH、电导率、浊度、SS、TP、TN）、生物指标（发光菌急性毒性、SOS/umu遗传毒性）的分析评价，采取适当的处理工艺，雨水的回用是安全的。
关键技术三：基于典型下垫面LID开发设施空间布局优化技术
该技术是按照下垫面的类型进行统计，得出地块项目的典型下垫面关系，并将典型的下垫面和典型的设施进行空间关联，解决了地块海绵城市总体目标和单项LID设施的关系，使总体目标能够分解下去，落实到位。
关键技术四：排水设施健康诊断、风险预警和调度技术
课题组对天津市中心城区解放南路一带海绵城市试点区内2.4平方公里的管网进行健康诊断，对排水管网存在的风险进行识别，提出LID设施—排水管网—河道的综合调度方案，充分体现了灰绿兼顾，建设海绵城市的思想。
四大成效：支撑试点示范和全面建设，支持规划编制，助力行业发展
成效一：全面支撑天津中心城区海绵城市试点建设
天津解放南路海绵城市试点区早期是工业区，目前多数工业企业已经实现搬迁，区域内很多建筑小区多为年代较长的远年小区，通过海绵城市试点建设，目标是建成宜居的生态城区。2019年12月份，建设部、财政部、水利部专家组对天津市海绵城市试点进行了验收，充分肯定了试点区海绵城市建设效果，认为天津海绵城市建设系统化方案比较完善，LID设施种类多，因地制宜，充分体现海绵城市建设理念。
特别值得一提的是试点区内远年小区改造，如河畔公寓老旧小区，是试点区内第一个改造完成的建筑小区，该小区建于2002年，主要建筑为两栋6层的居民楼，占地面积约5400m2。改造前小区的居住环境很差，基本上是逢雨必涝。小区海绵城市改造中，增加透水铺装面积1560m2,绿化面积1275m2，径流系数由0.60降低为0.40，雨水口全部改为截污型截污口。
改造完成后，课题组对其进行效果评估。2018年7月23日至24日天津发生100毫米以上强降雨，在强降雨过程中，雨水管道充满水，地面上有少量的积水。降雨之后很快就能够得到恢复，老百姓的评价也非常好，天津市改造了几十个这样的小区，有的小区给政府送来锦旗，没有改造的小区希望尽快的改造。
成效二：支撑天津市排水专项规划编制
在海绵城市试点建设期间，2018年天津市启动新一轮排水专项规划修编，课题组研究团队多次向市建委、市水务局领导汇报，并多次组织技术交流会，使相关领导和专家充分认识雨水径流污染的危害，确定雨水径流污染控制标准，统一技术路线，最终决定把需要控制的污染径流纳入污水处理系统，中心城区污水处理厂的规模提高40%左右。处理雨水径流污染，对于改善天津市水环境尤其是雨季水环境具有非常重要的意义。
课题组对试点区内部分管网开展了地下水入渗量的调查，调查成果表明，地下水入渗量超过原来预期的10%，该调查结果应用于天津市排水专项规划的编制，将地下水入渗量由10%提高到15%，这是一个很大的进步，对于减少污水处理厂溢流具有重要作用，影响深远。
成效三：支撑天津市全域推进海绵城市建设
在海绵城市试点建设的过程中，课题研究团队积极为主管部门提出建议，协助主管部门起草管理文件中的技术部分，主编和参编二十余项地方标准，基本建成从规划—设计—施工验收—运维—评估全过程的技术标准体系和从规划—设计—施工验收—运维—评估全过程的管控体系，可以保证海绵城市的理念能够落地，项目能够建起来，能够运行得好。
原标题：赵乐军：边研究边应用，高地下水位地区海绵城市建设如何重重过关？
