2015年3月, 厦门市成为国家第一批海绵试点建设城市, 经过1年多的试点建设, 厦门市已于2016年启动《厦门市海绵城市信息化管控平台》建设工作。详细的过程监测数据是信息化管控平台的基础, 稳定持续的在线监测系统是检验各海绵城市是否达到目标建设的有效手段。因此, 为满足国家海绵城市的绩效评价和考核要求, 满足厦门市海绵城市排水设施的运行维护要求, 满足海绵城市建设项目特别是PPP项目整体打包的建设要求, 同时积累监测数据形成适用的模型技术参数要求, 本文根据住建部《海绵城市建设绩效评价与考核办法 (试行) 》^[1], 结合在线监测和人工监测的技术手段, 提出设施、地块、流域3个层级的监测体系构建。

　　 海沧马銮湾海绵试点区位于厦门市西部、海沧区北部。试点区北到马銮湾, 南至翁角路, 东至吴冠村, 西至东孚北路, 总面积约20km², 其中水域面积4.5km², 城市建成区6.4km², 在建区9.1km²。海沧试点区的海绵城市建设模式主要以问题为导向, 着重解决水体黑臭、城市内涝、雨水收集利用等问题。

　　 翔安海绵试点区位于厦门市翔安区南部, 为厦门市近期重点发展区域, 试点区范围北至翔安南路, 东至翔安东路, 西至东界村, 南至滨海东大道, 如图1所示, 总用地面积为15.4km²。翔安试点区的海绵城市建设模式主要以目标为导向, 重点探索城市开发建设过程中面源及径流污染的控制, 保证水环境、水生态、水资源和水安全良好。

　　 与传统工程项目建设不同的是, 海绵城市建设注重效果考核, 常规的规划、设计所采用的容积法等校核方式不能完全满足海绵城市效果评估的要求, 这就需要借助在线监测技术积累海绵城市建设过程动态监测数据, 监测设施长期运行效果, 为厦门市海绵城市建设的整体分析提供数据支撑, 并收集背景数据, 支持日后海绵城市建设的系统校验。基于上述需求, 厦门市海绵城市在线监测网络构建目标为:

　　 (1) 分解细化住建部《海绵城市建设绩效评价与考核办法 (试行) 》中相关指标, 构建真实、系统、完整的效果评估计算方法体系, 基于监测数据客观评估海绵城市的定量化改善效果。

　　 (2) 构建包括雨量、液位、流量、悬浮物、溶解氧等内容的在线监测网络, 实现海绵城市建设动态情况的数据采集、远程传输和预警报警, 为海绵城市建设效果的定量化绩效评价与考核提供长期在线监测数据和计算依据, 并为设施运行情况的应急管理决策提供参考。

　　 (3) 为海绵城市信息化管控平台的开发提供数据支撑, 实现建设效果一张图可视化展示、监测数据集成显示、考核指标动态评估、现场运行情况采集等功能, 支持海绵城市的效果评估。

　　 (4) 通过全方位、长期有效的过程监测, 实现海绵城市建设全生命周期管理, 依据背景监测、过程监测、运行监测过程中数据的动态变化, 为项目及设施的建设、运行、考核提供依据。监测点位及内容见表1。

　　 在典型设施, 如生物滞留设施、透水铺装、绿色屋顶、植草沟等, 依据设施主要功能进行液位、流量、水质和土壤渗透性的跟踪监测, 结合厦门市已开展的低影响开发相关专项研究, 评估、率定各单项设施的模型选取参数、控制效果等, 积累科学经验。

　　 (1) 流量监测。具有水量控制功能的典型设施主要包括雨水花园、生态树池、生物滞留带等在内的生物滞留设施, 渗透管/渠, 雨水塘/湿地等。这类设施控制的径流包括通过自身调蓄、蒸发、下渗回补地下水的雨水径流, 以及通过设施土壤、填料等过滤净化后由底部盲管收集外排的径流部分, 即通过设施溢流井外排市政管网的雨水径流总量扣除盲管外所收集排放雨水径流量后的径流量。每场降雨过程中, 典型设施服务地块的排入设施的雨水流量可通过对集中入口处安装流量计监测, 总外排流量及经设施底部盲管收集外排的雨水流量可通过对设施溢流口出水总管、设施底部盲管流量监测获取, 从而计算典型设施对所服务汇水区的单场降雨控制量 (见表1) 。

　　 进行流量监测的典型设施包括生物滞留设施、透水铺装、下沉式绿地3类, 每个典型设施在城市道路、建筑与小区、公共绿地各选择1~2处进行典型设施监测, 共计在线超声波流量计14台, 见表2。

　　 (2) 液位监测。对雨水桶、蓄水池可进行液位监测, 利用调蓄面积与在线监测液位, 计算雨水收集量, 进行单体设施的效能评估。

　　 每个典型设施在城市建筑与小区、公园广场各选1~2处进行监测, 共布设在线监测液位仪6台, 见表3。

　　 (3) 水质监测。海绵城市典型设施对雨水径流污染负荷的削减, 主要通过设施对其所服务汇水区域雨水径流体积的削减, 以及径流污染物在设施停留过程中时通过沉淀、吸附、过滤作用被去除。大多数海绵城市的技术措施同时兼具雨水径流量和水质控制的能力, 可通过对设施的进水口和溢流口进行流量和水质监测, 获得单场降雨过程中进入和典型技术措施外排的污染负荷, 进而获得年内或设施长期运行过程中, 污染物进入和外排总量。

　　 进行水质监测的典型设施包括生物滞留设施、透水铺装、下沉式绿地3类, 每个典型设施在城市道路、建筑与小区、公共绿地各选择1~2处进行监测, 共布设在线悬浮物监测仪14台, 见表4。

　　 在地块的出水口及道路的典型断面流域的排出口, 根据项目工程量与项目性质, 进行液位、流量、水质监测, 作为源头监测数据, 支持海绵城市考核指标计算数据溯源。

　　 (1) 液位监测。选取具有代表性的典型地块进行雨水排出口年径流雨水外排总量监测, 同时结合同步监测的降雨数据, 计算典型项目的年径流总量控制率, 以此作为年径流总量控制率的源头监测。

　　 典型地块的类型包括: (1) 二类居住用地; (2) 城中村建设用地; (3) 行政办公用地; (4) 中小学用地; (5) 零售商业用地; (6) 旅馆用地; (7) 商务用地; (8) 公共设施用地; (9) 绿地。根据现状地块排口情况及规划地块的方案设计, 共布置在线液位计42台, 监测项目见表5。

　　 (2) 流量监测。在PPP项目地块出口进行流量监测, 通过监测数据的分析, 判断项目的水量水质达标性, 并且可以结合项目填报的建设数据, 对项目的贡献率进行动态评估核算。这种长期过程中监测数据的积累, 可以作为按效考核的重要数据支撑, 建立项目的监测管控考核模式, 为项目的按效付费考核提供数据支撑。另外选择重点项目地块出口处预留在线监测流量仪, 共设置在线监测流量仪20台。

　　 (3) 水质监测。根据《翔安新城试点区域海绵城市建设实施方案》, 在以净水设施为主、水环境敏感项目, 如洋塘公园等项目, 采用在线SS监测方式, 监测项目内所有雨水排出口或雨水外排管网节点的雨水水质随时间的变化情况。根据项目实际情况布设SS在线监测仪, 共设置在线SS监测仪15台。

　　 (1) 区域整体。以均匀性为原则, 布设雨量监测点, 同时在示范区内设置温度监测点, 选择与示范区开发强度相同的非示范区域, 进行温度对比监测。

　　 (2) 控制单元排口。各控制单元河/湖的排口处进行液位、流量、水质在线监测, 作为绩效评价的末端验证, 为关键指标 (年径流总量控制率、城市面源污染控制) 的计算提供依据。

　　 (3) 河道断面。在河道关键断面进行流量、DO水质在线监测, 辅以合理的人工水质采样化验, 作为海绵城市年径流总量控制率与水环境质量考核的依据, 并通过上下游的液位监测进行降雨过程中河道水位变化规律的监测及预警预报。

　　 (4) 排水管网关键节点。在市政排水管道的关键节点处进行液位、流量监测, 包括各控制单元的交点、主干管网下游节点等, 作为过程监测数据, 并为运行评估及风险预警提供依据。

　　 (1) 区域整体雨量监测。分钟级降雨是支持海绵城市设施效能分析及效果评估的基础, 考虑到降雨的随机性与局部性, 采取冗余设置, 每3~5km²分区布设在线雨量监测点。分别在示范区的3号、7号、10号、14号控制单元, 各布设1台在线雨量计 (见图2) 。

　　 (2) 排口流量及水质监测。通过梳理翔安新城海绵城市示范区内的管道与水系结构, 翔安新城海绵城市试点区共划分15个控制单元, 规划建设73个雨水排放口。

　　 液位、流量监测:根据翔安新城海绵城市建设目标, 在低于年径流总量控制率75%所对应的降雨量32mm时, 海绵城市建设区域不得出现雨水外排现象, 因此需要对区域排口布设在线液位、流量监测点。

　　 排口的选择一般遵循以下几个原则: (1) 对于合流制管渠的排口, 均布置监测点; (2) 对于分流制的管网, 选择典型流域作为示范片区, 对流域内的排口进行监测点布置; (3) 调蓄池、泵站的进出水口均布置监测点, 共布置排口监测点42个。

　　 水质监测:对于水质监测, 在线悬浮物监测仪可对SS指标进行自动在线监测, 选择典型的径流污染较为突出的12个排口布设在线悬浮物监测仪, 小计12台。

　　 (3) 地表水液位、流量及水质监测。示范区内的水系是示范区内雨水排放主干网, 肩负转输上游过境流量作用。通过对示范区渠道进出水口及渠道交叉点流量监测, 可评估示范区内涝情况及年径流控制率。另外对渠道水质进行监测, 评估水体环境质量现状。河道断面的选择一般遵循以下几个原则: (1) 上游水位水质控制:河流示范区上游距离源头200~300m; (2) 反映流量汇入, 流态变化情况:接入下游河道前50~100m处布置监测断面; (3) 掌握河道中间段流态变化:河道中间位置布置监测点; (4) 掌握河道出口段流态情况:河道出口上游50~100m处布置。

　　 流量监测:翔安新城海绵城市建设示范区内主要水系包括宋洋水库、乌石盘水库、鼓锣公园水系、翔安景观水系等, 考虑到河道断面宽度, 不同断面位置流量差异性较大, 共选择12个河道入流、出流断面设置在线超声波流量计, 用于监测流量变化情况, 为海绵城市年径流总量控制率的计算提供依据, 共计安装在线监测流量仪12台。

　　 液位监测:为掌握河道水位变化动态及规律, 并进行风险预警预报, 在河道上、中、下游布设在线液位计, 共10台。

　　 排水管网流量监测点的布设主要考虑: (1) 各控制单元的边界点, 以便于分区计算管控; (2) 所有合流制溢流口, 分析非降雨时段, 是否有污水入河; (3) 排水主干管网下游, 对管网日常运行规律进行定量分析, 如管道在旱季与下雨天时具有不同的运行状况, 说明管道在雨天的入流入渗情况等。

　　 通过在排水管网流量点的布设, 为排水管网管理及规划改造提供参考, 共计安装在线监测流量仪15台。

　　 在示范区内选择典型下垫面进行人工定期采样与化验分析, 作为城市面源污染考核的背景值, 为城市面源污染削减率的计算提供依据。典型下垫面类型包括: (1) 低层屋面; (2) 高层屋面; (3) 道路主干道; (4) 道路次干道; (5) 广场; (6) 停车场; (7) 绿地, 见表6。

　　 规划对7类典型下垫面开展为期1年的背景监测, 进行6场降雨的水质采样与化验 (大、中、小降雨各2次) , 共进行6×7=42 (场次降雨) 的采样。采样方式为自产流起的30min内, 每隔5min采1个样, 30~60min内, 每隔15min采1个样;60~120min内, 每隔30min采1个样。每场降雨大约选取10个水样, 共420次水质化验分析。水质检测指标包括pH、化学需氧量 (COD) 、悬浮物 (SS) 、氨氮 (NH₃-N) 、总氮 (TN) 、总磷 (TP) 共六大指标。

　　 在翔安试点区排口在线监测点位的基础上, 选择代表性排口辅以人工监测, 判断海绵城市建设的流域水质控制效果。

　　 规划每年进行6场降雨的水质化验, 每年共进行90场次降雨的采样。降雨采样采取“前密后疏”的原则, 降雨过程采样自产流起的30 min内, 每隔5min采1个样, 在30~60 min内, 每隔15 min采1个样;在60~120min内, 每隔30min采1个样, 每场降雨大约选取10个水样, 每年共900次排口降雨水样的化验。流域排口的人工监测指标包括pH、COD、SS、NH₃-N、TN、TP共六大指标。

　　 选择河道关键断面, 进行水质监测, 作为水环境质量指标考核的依据, 断面位置如图3所示。

　　 在河道关键断面定期开展人工水质采样与化验分析。根据翔安新城降雨规律, 暴雨主要发生在5~9月, 其他月份或有暴雨, 但其范围较小、强度不大。因此人工采样与水质化验分析5~9月每周1次, 其余月份每月1次, 共计27×10=270 (次/年) 。水质检测指标包括pH、透明度、氧化还原电位 (ORP) 、溶解氧 (DO) 、COD、SS、NH₃-N、TN、TP共九大指标。

　　 (1) 厦门市海绵城市监测项目规划建设466个监测点, 已建设了220台在线监测设备, 其中有34台设备用于监测各类LID设施。已建的在线监测设备共积累了近8个月的分钟级监测数据, 对厦门本底的LID设施及地块和流域控制效果进行了定量的分析和评价。同时还依据该类数据, 结合排水模型提出适合厦门的本地模型参数, 更好地从前期规划、设计层面来指导海绵城市建设。

　　 (2) 对于已建的典型设施、地块、流域在进行1年长序列的观测之后, 若数据趋于稳定并与排水模型数据较为吻合, 该类监测设备可移至新建的海绵城市建设项目进行数据监测, 减少财政投资。

　　 (3) 根据住建部对年径流污染削减率推荐采用SS的要求, 鉴于目前市面上的在线SS监测仪的原理主要采用浊度进行观测, 与人工实验室的SS监测原理有一定的区别, 下一步将摸索出该类指标与浊度仪在不同水环境下的关系曲线, 更好地用于径流污染控制率的监测。