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為高效、合理、經濟與安全地開展海綿城市建設和系統化全域推進提供理論依據與技術支撐，長治市海綿辦牽頭組織開展了長治市海綿城市雨洪調控機制及雨水資源高效利用、海綿城市對生態及環境效應影響及提升策略、海綿城市建設高適應性工程及產業技術方法、海綿城市建設管理及全域推廣模式等4類研究，為海綿城市建設提供有力指導。

一、海綿城市雨洪調控機制及雨水資源高效利用

開展了長治市土壤特性及其滲透性研究，繪制了長治市城區表層土壤（0~20cm）穩滲率等值線圖（圖1），發現不同下墊面表層土壤穩滲率在0.036~5.319mm/min之間，明確了土壤入滲Horton模型適用性最佳。針對表層土壤容重大于1.35g/cm3，且穩滲率小于0.6mm/min的地區，建議主要采取種植土換填、翻耕、喬灌草結合等措施改良土壤結構；而針對城區穩滲率大于0.6mm/min的地區，建議改造為下凹式綠地、生物滯留設施等進一步提升土壤入滲能力。

基于開展的不同下墊面土壤特性及其滲透性研究的成果，構建了不同下墊面水文-水動力-非點源污染模型，模擬發現初期雨水徑流中污染物整體呈衰減態勢，衰減主要發生在峰值后15~20min，雨水徑流中污染最嚴重的是道路，居住區污染最小；在P=1a降雨量達到19.19mm、P=5a降雨量達到24.88?mm和在P=10a降雨量達到25.51mm時，排口處TSS濃度達到排放二級標準，排口污水達到棄流標準時對應的降雨量隨重現期的增大而增大（圖2）。

海綿化小區世紀春天東區為研究對象，研究了海綿設施對雨洪及污染物的調控，提出了雨水資源高效利用模式，發現LID建設對地表徑流控制率和污染物負荷削減率影響較大，對城市內澇和非點源控制具有良好的效果。同時，雨水蓄存量相比于是傳統開發提升1.5~2倍（圖3），分析了雨水資源來源和去向，結合用水定額，提出了海綿化小區雨水資源可利用用水場景和模式。

研究成果明確了長治市不同類型下墊面土壤的物理特性及入滲規律，可為長治市“海綿體”的規模、型式的確定提供依據；量化了不同重現期下初期雨水棄流量的值，可為蓄水設施進水水質保障提供技術數據支撐；解析了不同功能區污染物負荷空間分布，為控非點源污染精準調提供依據；雨水資源利用研究可為長治市海綿城市建設規劃范圍雨水資源利用潛力進行了評估，支撐了水資源利用率指標考核量化評估；構建的水文-水動力-非點源污染模型可為非點源污染削減率考核指標的量化評估提供技術支撐。

二、海綿城市對生態及環境效應影響及提升策略

通過設計生態滯留設施削減降雨徑流中的典型污染物，采用長治市煤矸石造粒處理后用作填料，發現其對模擬降雨徑流中的各種典型污染物具有一定的削減效果。引入鐵屑填料與煤矸石組合建立生態滯留設施反應單元，通過合理的介質配置和層次性排布（圖4），可以實現雨水在不同層次上的分散和過濾，從而最大程度地提高雨水入滲和凈化效果，對長治市實際降雨徑流中的N、P污染物削減效率均高于30%。建立了生態滯留設施的最優設計方案，并根據長治市實際情況提供了生態滯留設施工程建設的技術建議。

評估了現狀條件下管網排水能力和合流制溢流污染現狀，內澇高風險區域主要集中在高架橋下穿道路與城南片區，合流制溢流現象較為嚴重且主要在石子河和黑水河下游。提出了合流制溢流污染防控方案，調蓄池位置位于石子河管網末端，源頭+管道系統+末端調蓄池組合調控方案對合流制溢流污染的控制效果最好（圖5）。提出了“三河一渠”水量水質多目標聯合優化調度模式，旱季補水4h/日，補水4萬立方米時，基本生態功能維持最好；雨后需盡早啟動補水調度，每日補水4h/日，補水量為4萬立方米時，河道水環境恢復用時最短（圖6）。

研究成果可為長治市海綿城市的后續建設在削減降雨徑流污染負荷方面提供新方法和新思路，并體現了“以廢治廢、綠色低碳”的環保理念；為長治市在海綿城市建設過程中的CSO系統控制方案設計及“三河一渠”活水保質提供技術支撐，可提升長治市海綿城市的建設效果。

三、海綿城市建設高適應性工程及產業技術方法

工程技術支撐方面研究依據長治市典型場地勘察數據（44個），構建濕陷系數預測模型，明確了主城區場地濕陷量在9.4~742mm之間，50個區域黃土場地分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個濕陷等級，并繪制了等值線分布圖（圖7），主城區呈現東南區域場地濕陷變形較大，西北區域場地濕陷變形較小，局部存在高值點或低值點。繪制了長治市海綿城市建設黃土場地濕陷程度劃分圖（圖8）；評價了長治市海綿城市建設黃土濕陷變形對其周邊建筑物影響程度，并繪制了其分布圖。

產業化技術方面將“海綿城市建設”與“煤炭產業廢料資源化利用”兩者有機結合，利用粉煤灰、煤矸石、煤氣化渣等煤基固廢材料制備了透水混凝土和透水磚，其混凝土和透水磚抗壓強度分別達25MPa和15MPa（圖9），拌合性能、耐久性能符合標準要求，在1.0%~1.5%體積率的碳纖維條件下，可有效改善凝結時間，提升透水材料的抗壓強度和流動性。對粉煤灰進行了高值化利用，探索了粉煤灰中提取硅鋁成分的方法，得到了制備分子篩的適宜配比，制備出純相NaX型分子篩，對分子篩負載金屬離子催化臭氧降解苯酚廢水具有良好的脫除效能。

研究成果為海綿設施類型與黃土地基加固處理方法的選取、設施布置、設防距離以及周邊建筑物破壞可能性預測提供支撐數據；可以實現粉煤灰、煤矸石、煤氣化渣的大量利用，降低其對生態環境的影響，而且能有效推進中國特色的“海綿城市”的構建，具有良好的社會效益和環境效益。

四、海綿城市建設管理及全域推廣模式

資源型城市的產業綠色發展轉型已經成為全球關注的重大命題和國家發展的重要戰略。長治這一典型煤炭資源型城市，識別分析了其資源枯竭帶來產業效益萎縮、替代產業不足和產業競爭力低等問題（圖10和11），通過研究海綿城市建設與產業發展的聯系，基于宏觀面板數據，討論了海綿城市試點政策的實施效果，并對影響機理進行全面探討。同時，本研究通過協調城鎮化發展與資源矛盾，推進城市由資源消耗型產業向綠色化、現代化轉型升級，結合長治市產業發展與資源稟賦實際，研究通過海綿城市建設的巨大綠色發展效益，驅動城市產業結構綠色化轉型，提出了海綿企業“產業聯盟商業模式”（圖12）。

研究結果填補了海綿城市試點政策對產業結構升級影響的研究空白，為后續政策的完善提供背景和思路。

 

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