为高效、合理、经济与安全地开展海绵城市建设和系统化全域推进提供理论依据与技术支撑，长治市海绵办牵头组织开展了长治市海绵城市雨洪调控机制及雨水资源高效利用、海绵城市对生态及环境效应影响及提升策略、海绵城市建设高适应性工程及产业技术方法、海绵城市建设管理及全域推广模式等4类研究，为海绵城市建设提供有力指导。

一、海绵城市雨洪调控机制及雨水资源高效利用

开展了长治市土壤特性及其渗透性研究，绘制了长治市城区表层土壤（0~20cm）稳渗率等值线图（图1），发现不同下垫面表层土壤稳渗率在0.036~5.319mm/min之间，明确了土壤入渗Horton模型适用性最佳。针对表层土壤容重大于1.35g/cm3，且稳渗率小于0.6mm/min的地区，建议主要采取种植土换填、翻耕、乔灌草结合等措施改良土壤结构；而针对城区稳渗率大于0.6mm/min的地区，建议改造为下凹式绿地、生物滞留设施等进一步提升土壤入渗能力。

基于开展的不同下垫面土壤特性及其渗透性研究的成果，构建了不同下垫面水文-水动力-非点源污染模型，模拟发现初期雨水径流中污染物整体呈衰减态势，衰减主要发生在峰值后15~20min，雨水径流中污染最严重的是道路，居住区污染最小；在P=1a降雨量达到19.19mm、P=5a降雨量达到24.88 mm和在P=10a降雨量达到25.51mm时，排口处TSS浓度达到排放二级标准，排口污水达到弃流标准时对应的降雨量随重现期的增大而增大（图2）。

海绵化小区世纪春天东区为研究对象，研究了海绵设施对雨洪及污染物的调控，提出了雨水资源高效利用模式，发现LID建设对地表径流控制率和污染物负荷削减率影响较大，对城市内涝和非点源控制具有良好的效果。同时，雨水蓄存量相比于是传统开发提升1.5~2倍（图3），分析了雨水资源来源和去向，结合用水定额，提出了海绵化小区雨水资源可利用用水场景和模式。

研究成果明确了长治市不同类型下垫面土壤的物理特性及入渗规律，可为长治市“海绵体”的规模、型式的确定提供依据；量化了不同重现期下初期雨水弃流量的值，可为蓄水设施进水水质保障提供技术数据支撑；解析了不同功能区污染物负荷空间分布，为控非点源污染精准调提供依据；雨水资源利用研究可为长治市海绵城市建设规划范围雨水资源利用潜力进行了评估，支撑了水资源利用率指标考核量化评估；构建的水文-水动力-非点源污染模型可为非点源污染削减率考核指标的量化评估提供技术支撑。

二、海绵城市对生态及环境效应影响及提升策略

通过设计生态滞留设施削减降雨径流中的典型污染物，采用长治市煤矸石造粒处理后用作填料，发现其对模拟降雨径流中的各种典型污染物具有一定的削减效果。引入铁屑填料与煤矸石组合建立生态滞留设施反应单元，通过合理的介质配置和层次性排布（图4），可以实现雨水在不同层次上的分散和过滤，从而最大程度地提高雨水入渗和净化效果，对长治市实际降雨径流中的N、P污染物削减效率均高于30%。建立了生态滞留设施的最优设计方案，并根据长治市实际情况提供了生态滞留设施工程建设的技术建议。

评估了现状条件下管网排水能力和合流制溢流污染现状，内涝高风险区域主要集中在高架桥下穿道路与城南片区，合流制溢流现象较为严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，调蓄池位置位于石子河管网末端，源头+管道系统+末端调蓄池组合调控方案对合流制溢流污染的控制效果最好（图5）。提出了“三河一渠”水量水质多目标联合优化调度模式，旱季补水4h/日，补水4万立方米时，基本生态功能维持最好；雨后需尽早启动补水调度，每日补水4h/日，补水量为4万立方米时，河道水环境恢复用时最短（图6）。

研究成果可为长治市海绵城市的后续建设在削减降雨径流污染负荷方面提供新方法和新思路，并体现了“以废治废、绿色低碳”的环保理念；为长治市在海绵城市建设过程中的CSO系统控制方案设计及“三河一渠”活水保质提供技术支撑，可提升长治市海绵城市的建设效果。

三、海绵城市建设高适应性工程及产业技术方法

工程技术支撑方面研究依据长治市典型场地勘察数据（44个），构建湿陷系数预测模型，明确了主城区场地湿陷量在9.4~742mm之间，50个区域黄土场地分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个湿陷等级，并绘制了等值线分布图（图7），主城区呈现东南区域场地湿陷变形较大，西北区域场地湿陷变形较小，局部存在高值点或低值点。绘制了长治市海绵城市建设黄土场地湿陷程度划分图（图8）；评价了长治市海绵城市建设黄土湿陷变形对其周边建筑物影响程度，并绘制了其分布图。

产业化技术方面将“海绵城市建设”与“煤炭产业废料资源化利用”两者有机结合，利用粉煤灰、煤矸石、煤气化渣等煤基固废材料制备了透水混凝土和透水砖，其混凝土和透水砖抗压强度分别达25MPa和15MPa（图9），拌合性能、耐久性能符合标准要求，在1.0%~1.5%体积率的碳纤维条件下，可有效改善凝结时间，提升透水材料的抗压强度和流动性。对粉煤灰进行了高值化利用，探索了粉煤灰中提取硅铝成分的方法，得到了制备分子筛的适宜配比，制备出纯相NaX型分子筛，对分子筛负载金属离子催化臭氧降解苯酚废水具有良好的脱除效能。

研究成果为海绵设施类型与黄土地基加固处理方法的选取、设施布置、设防距离以及周边建筑物破坏可能性预测提供支撑数据；可以实现粉煤灰、煤矸石、煤气化渣的大量利用，降低其对生态环境的影响，而且能有效推进中国特色的“海绵城市”的构建，具有良好的社会效益和环境效益。

四、海绵城市建设管理及全域推广模式

资源型城市的产业绿色发展转型已经成为全球关注的重大命题和国家发展的重要战略。长治这一典型煤炭资源型城市，识别分析了其资源枯竭带来产业效益萎缩、替代产业不足和产业竞争力低等问题（图10和11），通过研究海绵城市建设与产业发展的联系，基于宏观面板数据，讨论了海绵城市试点政策的实施效果，并对影响机理进行全面探讨。同时，本研究通过协调城镇化发展与资源矛盾，推进城市由资源消耗型产业向绿色化、现代化转型升级，结合长治市产业发展与资源禀赋实际，研究通过海绵城市建设的巨大绿色发展效益，驱动城市产业结构绿色化转型，提出了海绵企业“产业联盟商业模式”（图12）。

研究结果填补了海绵城市试点政策对产业结构升级影响的研究空白，为后续政策的完善提供背景和思路。