气候变化情景下降雨带来的城市社区内涝和污染，是城市水量调节和水质净化应协同破解的复合型水问题。自然之基方案（Nature-Based Solutions, NBS）是海绵城市和自净城市建设中协同解决社区“雨-涝-污”问题的重要共识。径流水量、污染负荷和治理成本是可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs） 框架下NBS科学设计、情景分析和定量评估的核心参数，三者的多目标优化权衡是社区“雨-涝-污”管理的关键科学问题。

以社区“雨-涝-污”可持续治理为导向，中国科学院城市环境研究所和宁波诺丁汉大学博士生联合培养NBS项目团队以帕累托最优（Pareto Optimality）为理论基础构建了面向气候适应的多目标优化框架（图1）。该框架以社区“雨-涝-污”问题高度关联的3项SDGs（6, 11, 13）为目标维度，形成包含五步骤的双环路径。其中，第四步为在不同共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways，SSP）气候情景下对径流削减、总氮去除和成本最低三个目标维度进行优化，即通过非支配排序遗传算法进行全局寻优，由此得到帕累托最优解集。帕累托最优解集中的每个方案，均无法不以弱化其它目标为条件单独强化任一个目标。优化框架、最优解集和案例场景等相关成果以Climate adaptation framework for advancing community stormwater management为题发表于《Environmental Science & Technology》。

情景分析表明，在SSP2-4.5、SSP3-3.7和SSP5-8.5情景下，利用非支配排序遗传算法分别得到7118、9435、9505个NBS配置帕累托最优集（图2）。SSP2-4.5情景下，随着径流量削减与总氮去除率的提升，成本显著上升（图2a）；SSP3-3.7情景下，径流量削减与总氮去除率均有所提高，但边际效益递减更为明显（图2b）；SSP5-8.5情景下，径流量削减与总氮去除率加大，成本明显增加（图2c）。总体来看，随着气候情景排放强度升高，实现更高削减目标所需投入相应加大。

在不同情景下，透水铺装、雨水花园和生态沟渠呈现差异化空间配置特征（图3）。低成本优先且以径流削减为目标时，设施规模整体较小，透水铺装占主导并集中布局于关键汇流区（图3 LI）。低成本优先且以总氮去除为目标时，雨水花园和生态沟渠占比提升，沿交通道路和排水管道布设以强化总氮削减（图3 LII）。高径流削减优先时，三类设施规模明显扩大，透水铺装广泛分布于建成区以提升源头滞蓄（图3 HI）。高总氮去除优先时，雨水花园和生态沟渠沿水系密集布设以强化面源污染控制（图3 HII）。总体来看，NBS 配置在不同气候情景下呈现显著成本-效益权衡关系。

研究构建的适应框架揭示了不同气候情景与优化决策下径流削减、总氮去除与治理成本间的权衡关系，为社区“雨-涝-污”可持续管理提供了量化支撑。未来应进一步立足NBS的“自然”属性，通过自然构件配置营造利于微生物净化功能提升的生境，耦合水文、生态和净化过程，深化多尺度、长时序动态适应性评估，为可持续社区建设提供更系统的科学依据和技术支撑。（来源：中国科学院城市环境研究所）

图1 城市社区“雨-涝-污”管理优化框架

图2 不同气候情景下NBS配置帕累托最优集

图3 不同偏好下的社区NBS配置（注：LI：低成本径流控制优先；LII：低成本总氮去除优先；HI：高径流控制成本最低；HII：高总氮去除成本最低）

相关论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c05906