李俊奇教授团队：海绵城市监测和效果评估中存在的问题与对策探讨

研究背景

海绵城市是新型城镇规划建设的核心理念和方式，是促进生态文明建设、绿色发展的重要举措。经过30个国家级试点城市和100个左右省级试点城市的探索实践，海绵城市在城市内涝防治、城市水环境改善等方面取得了显著成效，即将进入系统化全域推进阶段。为及时对海绵城市建设效果和绩效考核进行定量化评估，国家级试点城市及部分省级试点城市近年来已开展了一系列的监测评估工作。住建部在2019年和2020年开展了海绵城市建设评估工作，要求各地开展海绵城市制度建设落实情况和建设成效自评工作，并选取典型城市开展现场复核监测和评估工作。

监测是评估海绵城市建设和运行管理质量的重要方式。从评估内容来讲，海绵城市建设评估是指对海绵城市规划、建设、制度、效果的全流程评价，对海绵城市建设效果进行评估，需要客观、准确的监测予以支撑。从评估方式来讲，评估是以定量和定性相结合，其中对于海绵城市建设情况和建设效果则是以定量评价为主，通过监测的方式对自然生态格局的保护与修复、城市排水防涝、水环境改善等方面的实施效果进行评估，以保障评价结果的真实、客观。

以海绵城市建设效果评估为重点，针对所发现的监测和评估过程中存在的若干突出共性问题，从对监测评估的认识、监测目的、监测方案、评估分析方法、模型率定和验证等方面对存在的问题进行剖析，并提出相应的对策建议。

摘 要

海绵城市监测与评估涉及科学、技术、工程、设备及管理等多个方面，现阶段监测评估工作面临一定的困惑和挑战。根据我国海绵城市建设效果监测评估实践，分析海绵城市监测评估中在监测目的、监测方案、评估分析方法、模型率定和验证等方面存在的误区及若干问题，提出相应的对策建议。针对建设片区、项目、设施等不同尺度，从效果评估、科学研究、模型率定、运行维护等方面对监测目的和内容进行分析。海绵城市建设效果评估的核心指标应包括年径流总量控制率、黑臭水体消除比例、内涝积水点消除比例、内涝防治标准达标情况、天然水域面积变化率等，鼓励“监测+模型”的评估方式。

01 海绵城市监测评估认识和基础方面的问题及对策

近年来，随着海绵城市建设的推广，我国海绵城市监测评估体系也在逐步建立，但已开展的监测工作中存在一些突出问题，究其主要原因有两方面：一是对海绵城市监测评估工作的认识不足，二是海绵城市监测的技术及设备等基础相对薄弱。

1.海绵城市监测评估认识方面

前期由于海绵城市试点验收、绩效评估、运维管理以及科学研究等方面需要，已开展了一些监测工作，但对海绵城市监测评估的认识和理解仍存在误区。例如有人认为雨水监测成本高、难度大，海绵城市可按规划建设，无需监测；也有人认为监测可实时掌握项目的建设效果，因此越多越好，在新建、改建项目时安装了大量的在线监测设备，投入了大量的人力财力。要不要监测？如何监测？这些问题都有所争议。

从雨水管理发展历程和海绵城市建设现状来看，监测评估是必要的，可定量化评估海绵城市建设效果，为持续推进海绵城市建设提供支撑。但并不是所有的项目都需要监测，监测的程度及范围应根据监测评估的目的来判断，如对于评估海绵城市建设效果时应选择具有代表性的排水片区、项目或设施进行水质水量监测；对于研究典型设施的渗透、净化等功能时应进行详细监测，监测土壤或人工介质渗透系数等；对于排水系统运行维护时选择重要管网节点及泵站等进行水质水量监测。

2.海绵城市监测技术及设备等基础方面

与给水、污水、水利等领域的监测相比，海绵城市监测方法、标准有待完善，监测设备和技术基础都相对薄弱。如南方河网城市高水位运行，流速大、末端淹没出流、淹没排口监测缺乏有效的水量监测设备等。此外，海绵城市建设监测实践基础不足，出现监测设备安装位置、精度选择不合理，设备缺乏定期维护等问题，如源头设施进水口的小流量监测设备选用多普勒流量计。多普勒流量计一般适用于排水管道的监测，当用于流量较小、水深较浅的生物滞留、植草沟等设施流量监测时，往往导致误差较大，从而难以保证监测数据的准确性。

对于不具备人工、自动监测条件的点位，例如频繁受下游尾水顶托影响或长期处于淹没出流状态的排口，流量自动监测设备无法工作或监测精度较低的技术问题仍没有解决，因此，尽量避免在该处监测，可通过监测上游各转输入流点水量进行计算获得。对于有一定竖向落差且流量相对较小的设施进水、出水或管渠出水监测建议选择薄壁堰流量计（如图1）或槽流量计。

02 海绵城市监测过程存在的主要问题及对策

海绵城市监测是一个复杂体系，由于受降雨的不确定性、地表径流汇流途径较多、径流冲刷效应多变、雨水管道内污染物复杂、管网混接等方面的影响，准确监测难度很大。针对已开展的海绵城市监测过程中目的不清晰、监测方案不合理、在线监测不规范等问题，提出海绵城市监测的合理建议。

1. 监测目的

海绵城市监测工作存在监测目的不清晰的问题，监测目的往往包含一个或多个，监测方案未根据监测目的制定，导致监测结果和数据不能支撑监测目的。

明确监测目的是海绵城市监测的一个重要原则和前提，监测目的包含以下几方面：a）为模型参数率定与验证提供数据支撑。b）通过监测来考核海绵城市建设达标情况，评估径流总量控制、内涝达标、CSO控制等效果来判断是否达到预期设计目标。通过监测总结建设经验，促进各地更加规范、有效地开展海绵城市建设。c）对灰绿设施展开研究层面的监测，分析设施径流水质水量控制规律，优化设施规划、设计参数。d）评估海绵城市建设和运行管理质量，支撑海绵城市建设与运行维护，实现排水系统运行调度、监控预警。

海绵城市监测在设施、项目、片区、水体、城市不同尺度、不同性质的监测其目标也不尽相同。对于设施尺度监测应满足设施运行数据收集与效果评价的要求；对于项目、片区和城市尺度的监测应满足相应的海绵城市建设本底评价和效果评价的要求；对于片区和流域尺度应对城市开发建设与流域水文条件之间的相互影响进行评价。具体内容和对应目标见表1。

2. 监测方案

海绵城市建设效果监测应编制监测方案，监测方案按照GB/T 51345—2018《海绵城市建设评价标准》等标准或规范性文件的要求制定，需要明确监测目的、范围、对象、内容、点位、方法、频次、设备安装、数据管理与应用等要求。监测方案需要各层级相互支撑、形成体系，实现分层级和全系统的海绵城市建设效果评估的监测目标，不同层级监测方案存在问题如下。

1）设施监测。

在设施监测中，存在仅监测出水口未监测进水口，或仅监测溢流口而未监测进水口、出水口的现象，导致无法实现有效监测，入流量只能通过计算获得，以及有些指标完全依靠未经率定的模型模拟等问题。因此，评价设施径流体积控制量、水质控制效果、排空时间等应在设施进水口、出水口、溢流口、调蓄空间和结构内部布设监测点位。

2）项目监测。

项目监测是片区监测的基本内容之一，很多项目在建设之初未考虑后期监测的需求，如未采集本底情况，无法对照计算整个项目建设效果；存在监测项目中绿色设施服务面积不足，不具备代表性的问题；以及有些方案存在项目所监测的排口不全等问题。因此，典型项目在规划、设计和实施阶段适当考虑监测点位的预留，在工程设计阶段预留自动监测与人工监测作业条件，并且采集本底情况用作对照。为确保监测项目的典型性，项目内需要保证绿色设施服务不透水面积占较高的比例。在监测布点过程中仔细对项目进行调研，保证进出水水量和水质平衡。

3）片区监测。

片区监测主要是在排水分区选择、监测内容和布点等方面存在问题。首先，存在排水分区选择未考虑区域降雨、排水管网特点，如有些排水分区内海绵城市源头项目比例显著不足，使监测不具备必要性和典型性。其次，存在监测内容与评价不对等的问题，如污染物总量计算需要同时监测流量和水质，年径流总量控制率需要同时监测流量和降雨量，有些监测方案往往只监测其中一个，导致无法计算。此外，存在监测布点的上游汇水边界不明晰的情况，片区排口未全部监测等问题，导致所测排水口流量的汇水面积计算与实际汇水面大小不符等。

针对片区的选择问题，从控制监测成本、开展代表性监测角度出发，应选择已开展一定体量海绵化建设或改造的区域进行监测，片区内尽量涵盖源头、过程和末端项目。针对监测内容与评价对应的问题，可根据评价内容确定监测内容，如合流制区域，评价合流制溢流水量时，应监测溢流流量变化过程；评价合流制溢流污染负荷或初期冲刷情况时，应同步监测溢流流量变化过程与水质；监测范围较大且溢流排放口较多时，其中服务汇水面积小、溢流量和污染负荷贡献小的合流制溢流排放口，可选择监测溢流频次。针对监测布点问题，应充分考虑片区径流流入和流出情况布置监测点位，避免因监测不完整造成的无法评估。

4）水体监测。

监测点位的布设不具有代表性、合理性是水体监测的常见问题。水体监测点位要选择能总体反映水环境质量的监测断面，一般选择水体的上游、中游和下游断面，在较大支流汇入点、主要排放口等水文水力变化点的上下游也应设置监测断面。监测点位布设还要考虑监测的便利性和取样的安全性。

5）城市监测。

城市尺度的监测更多考虑海绵城市建设效果评估，评估指标的选择是常见问题。另外海绵城市监测对象包含流域、城市、水体、地下水等多个方面，存在各部门协调沟通不顺畅，监测重复浪费的问题。

评估指标应具有科学性、针对性、可操性。首先，评估指标应科学、准确的反应海绵城市建设效果。其次，要考虑不同城市的差异性，以解决当地水问题为目标进行指标的选择。最后，选择指标应考虑到监测以及后续评估、计算的可操作性。针对重复监测问题，需要统筹利用城市气象、水利、环保、住建等部门既有监测站点开展监测，数据共享，节约投资。

根据海绵城市建设的多目标和系统组成的特点，针对目前监测存在的问题，还需要进一步加强监测方案科学性、布点合理性论证与动态优化等方面的研究。基于海绵城市规划建设、绩效考核、过程管控、运行调度的技术需求，以水生态保护、排水防涝、水环境综合提升为目标导向，合理确定包括城市建成区设施、典型项目、管网关键节点、受纳水体等监测内容在内的系统化监测方案。

3. 监测方法与设备

1）监测设备选型和安装维护。

降雨具有随机性和不确定性，在线监测设备可实时监测并且弥补人工取样不及时、耗费人力的缺点，因此在海绵城市监测中应用非常广泛。但在线监测也会出现数据异常的情况，造成降雨数据与流量数据无法关联等。其中一部分原因是因为在线监测设备选择和安装位置不合理，如探头安装位置不合理、受干扰较多，甚至还出现探头误装于污水管道或下游出水管口的情况，监测到的数据是污水信息或多个汇水区的雨水信息；此外，对已安装的在线监测设备缺少必要的巡查和维护管理，未及时发现运行过程中出现仪器断电、探头杂物覆盖、通信不正常等问题。上述问题都对监测数据的准确性造成很大影响。

2）在线监测指标的准确性。

现场水质设备可现场检测部分水质指标，如温度、浊度等物理指标，再如pH、氧化还原电位、电导率、溶解氧、硝酸盐、电阻率等化学指标。虽然现场水质设备在连续监测水质方面具有优势，但油和油脂、细菌、藻类附着会导致精度损失，需要频繁的进行检查和维护。因此，仪器在使用前应进行清洁和校准。除去外在原因导致测定不准，检测技术造成的精度问题也需要格外注意。评估指标年径流污染物总量削减率以悬浮物SS计，目前绝大多数SS在线监测是通过监测浊度换算得来的，需要定期人工采样标定，保证其准确性。还有化学指标硝酸盐测定也需要频繁校准，不建议在线测定。

03 海绵城市效果评估存在的主要问题及对策

海绵城市建设效果评估既是绩效监管的重要方式之一，也是提高海绵城市和排水系统建设、运行管理质量及水平的重要手段。我国海绵城市建设目前仍处于探索阶段，但基于项目实施和评估、绩效考核等任务的需要，要求对海绵城市建设项目或片区的效果进行定量化评估。应根据不同目的、不同评估对象，合理确定评估指标体系，明确评估内容和方法。

海绵城市建设效果评估涵盖源头减排、排水管渠、超标雨水蓄排设施及水生态、水环境和水安全等各方面，对设施、项目、片区、城市、区域流域建设与实施的有效性、能否实现海绵效应等方面进行评价。

从海绵城市建设效果评价的角度，建议达标片区层面评估可从自然生态格局管控、水资源利用、水环境治理、水安全保障方面开展，根据GB/T 51345—2018《海绵城市建设评价标准》的要求，建议年径流总量控制率、黑臭水体消除比例、内涝积水点消除比例、内涝防治标准达标情况、天然水域面积变化率5项为必评指标，其中前4项指标需要通过监测复核，指标的选用程度和评估方法见表2。源头减排项目建设效果评估指标主要包括年径流总量控制率、径流峰值削减率、污染物削减率等。

1. 效果评估数据准确性

监测数据的可靠性以及后续的数据整理分析是海绵城市建设效果评估的关键环节，也是智慧城市、智慧水务建设的基础工作。评估过程发现有些监测数据相关性差、数据准确性存疑，由于自动监测设备不运转、环境干扰等导致监测原始数据缺失无法分析，以及数据整理和分析过程未剔除无效数据、数据分析过于简单甚至逻辑不合理等问题，最终导致获取的监测数据不足以支撑效果评估。

因此，应在监测方案实施的全过程开展质量保证与质量控制。评估工作可有效促进“处理数据-发现问题-分析原因-优化监测方案-继续监测”这一重要反馈优化流程。监测过程中应持续跟踪检查降雨、流量、水质等在线监测数据情况，判断是否稳定、连续或有效。出现设备无信号、数据缺失、数据不稳定、明显超出正常值范围、瞬时流量、液位或水质参数波动大、瞬时值和累积值不一致等问题时，应及时进行统计分析，查找故障原因并现场排除，确保达到监测要求。值得注意的是，评估中重要指标年径流总量控制率是根据当地多年日降雨量数据统计得出对应设计降雨量，每一年的径流总量控制率受当年气候条件影响较大，特别是极端降雨或干旱发生的年份，通过一个雨季监测计算年径流总量控制率结果只能代表监测当年情况，与该指标的定义有一定差距。因此，除了典型降雨场次监测分析外，条件允许的情况下建议连续监测多年数据进行效果评估。

2. 效果评估方式

海绵城市建设效果建议通过监测或“监测+模型”的方式进行评估。由于海绵城市监测工作具有一定的时限性和局限性，合理的模型模拟可以更好的评估海绵城市建设效果，尤其适用于片区内涝与积水点消除、年径流总量控制率、合流制溢流污染控制、受纳水体水质改善的评估。目前有些监测及模拟未充分利用好监测与模型的关系，大大降低监测效率和模拟的准确性。

“监测+模型”联用评价的方法对于海绵城市建设前本底监测数据缺失、现状城市排水系统设施建设不完善、现场监测条件受限、缺少长期监测数据直接评价等情形的片区或项目，具有良好的应用价值和意义，鼓励“监测+模型”技术联用。监测与模型模拟可以互补，例如在片区无法进行全部监测时，可采用相近片区监测或局部监测，通过“监测+模型”的方法对片区的年径流总量控制率及内涝防治标准达标等指标进行评估。模型需要监测来支撑，真实、准确、有效的监测数据对于模型关键参数取值合理性、模型模拟准确度十分重要。

04 结束语

1）海绵城市监测是其效果评估的重要手段，同时也是科学研究、模型率定、运行维护的重要依据，监测方案一定要根据不同的监测目的来确定其内容、范围和方法。切忌过度监测或排斥监测，监测应统筹利用城市各部门既有监测站点和新布设监测站点开展监测，节约投资，共享数据，避免重复监测。

2）海绵城市建设监测应边界清晰，应以片区为单元编制监测方案并开展监测，应协同区域流域、城市层级监测需求，相互支撑、形成体系，实现分层级和全系统监测目标。

3）海绵城市建设效果评估应重点选取年径流总量控制率、黑臭水体消除比例、内涝积水点消除比例、内涝防治标准达标情况、天然水域面积变化率等指标。

4）为保障监测数据的准确性，需在监测全过程进行数据质量管控，避免数据不合理或缺失的情况发生。考虑到监测时间和空间的局限性，鼓励“监测+模型”的评估方式，更高效、准确的评估海绵城市建设效果。

5）海绵城市建设监测涵盖城市本底条件、排水系统及相关受纳水体，涉及气象、水量、水质等多种类型，应充分运用物联网、大数据等信息系统技术，为城市水务预报预警及智慧运行提供支撑，发挥监测工作的最大效益。