海绵城市以 “自然积存、自然渗透、自然净化” 为核心,通过构建 “渗、滞、蓄、用、排” 一体化系统,应对城市内涝、水资源短缺与生态退化等问题。而科学评估海绵城市建设成效,需依托一套全面、精准的核心数据体系,涵盖水文循环、生态环境、设施运行、社会经济等关键维度,为判断建设目标达成度、优化后续方案提供数据支撑。当前,部分城市因数据采集不全、标准不统一,导致评估结果偏差较大,难以真实反映海绵城市实际效益。因此,明确海绵城市评估的核心数据类型、采集方法与应用场景,成为推进海绵城市高质量发展的关键环节。
一、水文循环维度:评估 “渗、滞、蓄、排” 能力的核心数据
水文循环是海绵城市功能实现的核心载体,相关数据直接反映城市对降雨的调控能力,是评估的基础维度,主要包括以下四类核心数据:
(一)降雨与径流数据
降雨是海绵城市作用的 “源头输入”,径流数据则是 “输出结果”,二者结合可评估径流控制效果。核心数据包括:
降雨数据:需采集评估区域内连续 3 年以上的降雨总量(单位:mm)、降雨强度(如 5 分钟、1 小时、24 小时最大降雨量,单位:mm/h)、降雨频率(如年降雨频率、暴雨重现期,单位:年),以及降雨时空分布数据(如不同区域、不同季节降雨量差异)。例如,通过布设自动雨量站(精度 ±0.1mm),可实时记录降雨过程,为计算径流系数提供基础。
径流数据:重点采集地表径流总量(单位:m³)、径流系数(实际径流深与降雨量的比值)、径流峰值流量(单位:m³/s)与峰值延迟时间(单位:min)。在海绵城市建设区域与传统建设区域设置对照监测点,通过流量计(如超声波流量计、电磁流量计,精度 ±2%)监测径流变化,对比分析径流控制率是否达到规划目标(如年径流总量控制率≥70%)。
以某海绵城市试点区为例,通过监测发现,在重现期 1 年的降雨事件中,试点区径流系数从建设前的 0.65 降至 0.32,径流峰值延迟时间从 15 分钟延长至 40 分钟,直观反映了海绵设施对径流的调控作用。
(二)渗透与下渗数据
渗透数据体现海绵城市 “自然渗透” 能力,直接关联地下水补给与内涝缓解效果。核心数据包括:
土壤渗透系数(单位:m/d):需采集不同区域(如绿地、广场、道路周边)的土壤类型(如砂土、壤土、黏土)与渗透系数,通过双环入渗仪(测量精度 ±5%)或渗透仪现场测定,判断土壤渗透能力是否满足渗透设施(如渗透铺装、生物滞留设施)的设计要求。
地下水水位与水质数据:通过地下水位监测井(监测频率 1 次 / 天)采集水位变化数据(单位:m),评估海绵设施对地下水的补给效果;同时采集地下水 pH 值、化学需氧量(COD)、氨氮等水质指标(单位:mg/L),判断渗透过程是否存在污染物下渗风险。
例如,某城市在生物滞留设施周边布设地下水位监测井,发现雨季时该区域地下水位较周边未建设区域平均高出 0.8m,证实了海绵设施对地下水的补给作用。
(三)蓄水与用水数据
蓄水数据反映海绵城市 “存量” 能力,用水数据体现 “资源化利用” 成效,二者共同构成 “蓄用” 评估指标。核心数据包括:
蓄水设施数据:采集各类蓄水设施(如蓄水池、雨水罐、湿地)的有效容积(单位:m³)、实际蓄水量(单位:m³)、蓄水频率(单位:次 / 年),通过液位计(如超声波液位计,精度 ±1mm)实时监测蓄水量变化,评估设施蓄水效率。
雨水利用数据:统计雨水利用总量(单位:m³)、利用途径(如绿化灌溉、道路冲洗、景观用水)与利用比例(雨水利用量占总用水量的百分比),通过水表(精度 ±1%)计量各途径用水量,判断雨水资源化利用目标是否达成(如雨水利用量占绿化灌溉用水量的 30% 以上)。
二、生态环境维度:评估 “自然净化” 与生态修复成效的数据
海绵城市建设需兼顾生态效益,生态环境维度数据主要用于评估城市生态系统的改善程度,包括以下三类核心数据:
(一)水质净化数据
水质数据是评估海绵设施 “自然净化” 功能的关键,需重点监测降雨径流、海绵设施出水及受纳水体的水质指标:
径流污染物数据:采集降雨径流中的悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)浓度(单位:mg/L),在降雨初期、中期、后期分别取样,分析污染物浓度变化规律。
设施出水水质数据:监测生物滞留设施、渗透塘、人工湿地等设施出水的上述污染物浓度,计算污染物去除率(如 SS 去除率≥80%、TP 去除率≥50%),判断设施净化效果。
受纳水体水质数据:采集海绵城市建设区域周边河流、湖泊、池塘的水质指标(如 pH 值、溶解氧 DO、氨氮)与水体透明度(单位:cm),对比建设前后水质变化,评估海绵设施对周边水环境的改善作用。
(二)植被与生物多样性数据
植被与生物多样性是生态系统健康的重要标志,核心数据包括:
植被数据:统计绿化覆盖率(单位:%)、乡土植物占比(单位:%)、植被存活率(单位:%),通过无人机航拍(精度 0.1m)结合实地调查,获取植被空间分布与生长状况数据;同时采集植被蒸腾量(单位:mm/d)、根系深度(单位:m),评估植被对雨水的拦截与渗透辅助作用。
生物多样性数据:调查建设区域内鸟类(单位:种 /hm²)、昆虫(单位:种 /m²)、水生生物(如鱼类、底栖生物,单位:种 /m²)的种类与数量,对比建设前后生物群落变化,判断海绵城市对生态栖息地的修复效果。
例如,某海绵城市试点区在建设人工湿地后,监测发现湿地周边鸟类种类从 12 种增加至 28 种,水生昆虫种类从 8 种增加至 15 种,生态修复成效显著。
(三)热环境与微气候数据
海绵城市可通过绿地、水体调节城市热环境,相关数据包括:
地表温度数据:采用红外测温仪(精度 ±0.5℃)或卫星遥感(如 Landsat 卫星,空间分辨率 30m)采集建设区域与周边区域的地表温度(单位:℃),计算热岛强度(建设区域与郊区温度差值),评估海绵设施对热岛效应的缓解作用。
微气候数据:监测区域内空气温度(单位:℃)、相对湿度(单位:%)、风速(单位:m/s),通过自动气象站(监测频率 1 次 / 10min)连续采集数据,对比建设前后微气候变化,判断是否改善人居环境舒适度。
三、设施运行维度:评估海绵设施功能稳定性的数据
海绵设施是海绵城市建设的核心载体,其运行状态直接影响整体成效,需采集以下三类核心数据:
(一)设施建设与维护数据
设施的建设质量与维护水平决定其使用寿命与功能效果,核心数据包括:
建设数据:记录各类海绵设施(如渗透铺装、生物滞留带、蓄水池)的建设面积(单位:m²)、建设数量(单位:个)、建设材料(如渗透铺装的孔隙率,单位:%)、施工质量达标率(单位:%),通过竣工资料与现场核查获取,确保设施符合设计标准。
维护数据:统计设施维护频次(单位:次 / 年)、维护成本(单位:元 /㎡)、故障发生率(单位:%),例如,生物滞留设施的植被修剪频次、渗透铺装的堵塞清理频次,通过维护台账与现场检查记录,评估设施运行稳定性。
(二)设施功能监测数据
针对不同类型海绵设施,需采集专属功能数据,评估其实际运行效果:
渗透类设施:监测渗透铺装、渗透沟的渗透速率变化(单位:m/d),通过定期现场试验(如双环入渗试验),判断是否因堵塞导致渗透能力下降。
滞蓄类设施:监测生物滞留设施、蓄水池的滞蓄量(单位:m³)、排空时间(单位:h),通过液位计实时监测,评估设施滞蓄效率与重复利用能力。
净化类设施:除前文水质数据外,还需监测人工湿地的水力停留时间(单位:h)、渗透塘的水深(单位:m),确保设施处于最佳净化工况。
(三)应急响应数据
海绵设施在极端降雨下的应急表现是评估其可靠性的关键,核心数据包括:
内涝发生数据:记录建设区域内涝发生次数(单位:次 / 年)、内涝面积(单位:m²)、内涝持续时间(单位:h),通过现场巡查与居民反馈结合,对比建设前后内涝情况,评估设施应急排涝能力。
设施应急运行数据:监测极端降雨时蓄水池的满溢情况、排水管网的过流能力(单位:m³/s),通过流量计与液位计实时记录,判断设施是否满足应急调度需求。
四、社会经济维度:评估海绵城市综合效益的数据
海绵城市建设需兼顾社会、经济与环境的综合效益,社会经济维度数据主要包括以下两类:
(一)社会效益数据
社会效益体现海绵城市对人居环境与社会生活的改善作用,核心数据包括:
居民满意度数据:通过问卷调查(样本量≥500 份)采集居民对海绵城市建设后 “内涝改善”“环境美化”“生活便利度” 的满意度(单位:%),分析不同人群(如老年人、上班族)的满意度差异,评估社会认可度。
公共安全数据:统计建设区域内因内涝导致的交通中断次数(单位:次 / 年)、财产损失金额(单位:万元)、人员伤亡数量(单位:人),对比建设前后数据,评估海绵城市对公共安全的保障作用。
(二)经济效益数据
经济效益包括直接与间接经济收益,核心数据包括:
直接经济效益数据:计算雨水利用节省的自来水费用(单位:万元 / 年)、内涝减少的抢险救灾费用(单位:万元 / 年)、海绵设施替代传统排水设施的建设成本差值(单位:万元),通过财务报表与统计数据核算。
间接经济效益数据:评估海绵城市对周边土地价值的提升幅度(单位:%)、对旅游业的带动效益(如湿地公园游客量增长比例,单位:%),通过土地交易数据与旅游统计数据分析,全面反映经济价值。
五、数据采集方法与评估应用
(一)核心数据采集方法
为确保数据精准、全面,需结合多种采集手段,形成 “自动监测 + 人工调查 + 遥感技术” 的立体采集体系:
自动监测:布设自动雨量站、流量计、液位计、水质在线监测仪等设备,实现降雨、径流、水位、水质等数据的实时采集与传输,数据精度高、连续性强,适用于高频监测指标。
人工调查:通过现场取样(水质、土壤)、实地测量(植被覆盖率、设施尺寸)、问卷调查(居民满意度)获取数据,适用于需主观判断或难以自动化监测的指标,需严格遵循操作规范,减少人为误差。
遥感与 GIS 技术:利用卫星遥感(如 Sentinel-2 卫星,空间分辨率 10m)获取地表覆盖、植被分布、地表温度等大范围数据;通过 GIS 系统整合各类空间数据(如设施位置、降雨分区),实现数据可视化与空间分析,提升评估效率。
(二)数据在海绵城市评估中的应用
核心数据需通过科学方法整合分析,支撑多维度评估:
目标达成度评估:将实际监测数据与海绵城市规划目标对比,例如,年径流总量控制率是否达到 75%、雨水利用量是否满足规划要求,判断建设任务完成情况。
问题诊断与优化:通过数据分析识别短板,例如,某区域渗透系数偏低导致径流控制不足,可针对性增加渗透设施;某设施故障发生率高,需优化维护方案。
成效对比与推广:对比不同区域、不同类型海绵设施的运行数据,总结最优建设模式(如北方干旱地区更适合 “蓄用” 导向设施,南方多雨地区更注重 “渗排” 功能),为后续海绵城市建设提供参考。
结语
海绵城市评估的核心数据体系,是连接建设实践与成效判断的 “桥梁”。从水文循环的 “渗滞蓄排”,到生态环境的 “自然净化”,再到设施运行的 “稳定可靠” 与社会经济的 “综合效益”,每一类数据都承载着特定的评估功能。未来,随着智慧海绵城市的发展,需进一步推动数据互联互通,利用大数据、人工智能技术实现数据的动态分析与预测,让数据不仅服务于 “事后评估”,更能支撑 “事前规划” 与 “事中调控”,真正为海绵城市建设提供科学指引,助力城市实现 “人与自然和谐共生” 的发展目标。