《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究课题报告

《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究课题报告目录一、《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究开题报告二、《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究中期报告三、《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究结题报告四、《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究论文《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究开题报告一、课题背景与意义

随着我国城市化进程的加速推进，城市不透水面积持续扩张，传统“以排为主”的城市道路排水模式在极端天气频发背景下日益凸显其局限性。每逢暴雨季节，城市内涝、道路积水、交通瘫痪等问题反复上演，不仅造成巨大的经济损失，更威胁着居民的生命财产安全。与此同时，我国水资源短缺与分布不均的矛盾长期存在，城市用水需求持续增长与有限水资源供给之间的张力日益加剧，水资源短缺已成为制约城市可持续发展的关键瓶颈。在此背景下，雨水作为一种潜在的可再生资源，其收集与利用的价值逐渐凸显，而雨水收集技术在城市道路排水系统中的融合应用，为破解城市内涝与水资源短缺的双重困境提供了创新路径。

当前，海绵城市理念的深入推广为雨水收集技术的规模化应用提供了政策支撑与技术导向，城市道路作为城市空间的“血管”，其排水系统的改造升级直接关系到海绵城市建设的成效。然而，雨水收集技术在城市道路排水系统中的实际应用仍面临诸多挑战：技术路径选择缺乏针对性、节水减排效能评估体系不完善、工程设计与区域水文特征匹配度不足等问题，导致部分雨水收集设施的实用性与经济性未能充分发挥。尤其值得关注的是，在环境工程、给排水科学与工程等专业的教学实践中，对雨水收集技术的多维度应用仍停留在理论层面，缺乏与工程实践紧密结合的教学案例与评估方法，学生对复杂工程问题的分析能力与创新思维培养受限。这种教学与实际需求之间的脱节，难以满足新时代对复合型工程技术人才的培养要求。

本课题聚焦雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估，并将其融入教学研究实践，具有重要的理论价值与现实意义。在理论层面，通过构建科学、系统的潜力评估指标体系与方法模型，可丰富城市雨水资源化利用的理论框架，为低影响开发（LID）技术的优化设计提供依据；在实践层面，评估结果可为城市道路排水系统的规划设计与改造升级提供数据支撑，助力实现城市水系统的“安全、生态、高效”运行；在教学层面，通过将工程实践案例与教学过程深度融合，推动专业教学从知识传授向能力培养的转型，提升学生运用工程技术解决复杂环境问题的综合素养，培养兼具环保意识与实践创新能力的新时代工程技术人才。这一研究不仅是对城市水问题应对路径的探索，更是对工程教育模式改革的创新尝试，对推动城市可持续发展与专业人才培养质量的提升具有双重价值。

二、研究内容与目标

本课题以雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估为核心，结合教学实践需求，重点围绕技术应用现状梳理、评估模型构建、教学案例开发及教学方法创新四个维度展开研究，旨在形成一套“理论-模型-实践”一体化的教学研究体系。

研究内容首先聚焦于雨水收集技术在城市道路排水系统中的应用现状与技术路径分析。通过系统调研国内外典型城市道路雨水收集工程的实践案例，梳理不同技术模式（如透水铺装、植草沟、雨水花园、蓄水模块等）在不同道路类型（主干道、次干道、支路）与不同气候区的适用性，分析其在径流削减、水质净化、水资源回用等方面的实际效能。在此基础上，识别影响雨水收集系统节水减排潜力的关键因素，包括区域降雨特征、道路下垫面条件、设施设计参数、维护管理水平等，为后续评估模型的构建奠定现实依据。

其次，构建城市道路雨水收集系统节水减排潜力评估指标体系与评估模型。基于“水量-水质-环境-经济”多维视角，筛选并确立评估指标，涵盖水资源回用量、径流总量削减率、峰值流量削减率、污染物（如SS、COD、TN、TP等）去除率、设施建设成本、运维费用、碳减排效益等核心指标。采用层次分析法（AHP）确定指标权重，结合模糊综合评价法与数值模拟技术（如SWMM模型），构建多因素耦合的潜力评估模型，实现对不同技术方案在不同场景下节水减排效能的量化评估，为工程决策提供科学工具。

第三，开发雨水收集技术节水减排潜力评估的教学案例库。选取3-5个涵盖不同城市气候区（如北方缺水地区、南方多雨地区）、不同道路等级与功能定位的典型工程案例，收集其基础数据、设计参数、运行监测数据及评估结果，转化为适用于教学场景的案例素材。每个案例包含背景介绍、技术方案、数据采集、模型构建、结果分析与教学讨论模块，突出“问题导向-方法应用-结果解读-实践反思”的教学逻辑，为专业课程提供丰富的实践教学素材。

第四，探索以能力培养为核心的雨水收集技术教学方法创新。基于构建的评估模型与教学案例，设计“理论讲授-模型演示-案例解析-实践操作-综合评价”五位一体的教学流程，将雨水收集技术的潜力评估过程融入课程教学。通过引入项目式学习（PBL）方法，引导学生以小组为单位完成特定场景下的雨水收集系统设计方案与潜力评估报告，培养学生的工程计算能力、数据分析能力与团队协作能力。同时，开发配套的教学课件、实验指导书与考核评价标准，形成可复制推广的教学实施方案。

研究目标旨在通过上述内容的系统研究，实现以下具体成果：一是明确雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力关键影响因素，形成一套科学、可操作的评估指标体系与评估模型；二是开发包含不同场景的雨水收集技术节水减排潜力评估教学案例库，为环境工程、给排水科学与工程等专业课程提供实践支撑；三是构建“理论-模型-实践”深度融合的教学模式，提升学生运用工程技术解决实际环境问题的综合能力，为相关专业教学改革提供实证参考；四是形成一套完整的教学研究成果，包括研究报告、教学案例集、教学课件及相关学术论文，为城市雨水资源化利用的工程实践与人才培养提供理论支持与实践指导。

三、研究方法与步骤

本课题采用理论研究与实证分析相结合、教学实践与工程应用相融合的研究思路，综合运用文献研究法、案例分析法、实验教学法与行动研究法等多种研究方法，确保研究过程的科学性与研究成果的实用性。

文献研究法是本课题的基础。通过系统梳理国内外雨水收集技术、城市排水系统优化、海绵城市建设、工程教育改革等领域的研究文献，重点关注雨水收集技术在城市道路中的应用效能评估方法、教学案例开发模式及实践教学创新路径。利用中国知网（CNJ）、WebofScience、EngineeringVillage等数据库，收集近十年的相关研究成果，分析当前研究的进展与不足，明确本课题的研究切入点与理论框架，为后续研究提供坚实的理论基础。

案例分析法贯穿于研究全过程。选取北京、上海、深圳、杭州等不同气候区与城市规模的典型城市道路雨水收集工程作为研究对象，通过实地调研、文献资料查阅与工程数据收集，获取各案例的设计参数、运行监测数据、节水减排效果及工程成本等信息。对不同案例的技术模式、适用条件、效能表现进行横向对比分析，总结其成功经验与存在问题，提炼可复制推广的技术路径与评估要点，为教学案例的开发提供现实依据。

实验教学法是连接工程实践与教学实践的关键环节。在环境工程实验室搭建模拟城市道路雨水收集系统实验平台，包括透水铺装、植草沟、蓄水模块等典型设施的物理模型，通过控制降雨强度、降雨历时、下垫面类型、污染物浓度等变量，测试不同设施组合下的雨水收集效率、径流削减率与污染物去除效果。实验数据一方面用于验证理论评估模型的准确性，另一方面转化为教学实验项目，让学生通过亲手操作、数据记录与结果分析，深化对雨水收集技术效能机理的理解，提升实践操作能力。

行动研究法则聚焦于教学方法的创新与优化。在给排水科学与工程专业的《城市排水工程》《海绵城市技术》等课程中开展教学实践，将构建的雨水收集技术节水减排潜力评估模型与开发的教学案例融入教学过程。通过“方案设计-模型构建-案例评估-反馈优化”的循环迭代，观察学生的学习效果，收集学生对教学内容、方法与评价方式的反馈意见，持续调整与优化教学方案。教学实践过程中采用过程性评价与终结性评价相结合的方式，通过课堂讨论、实验报告、项目设计成果等多元载体，全面评估学生的知识掌握能力与问题解决能力，为教学成果的推广提供实证支持。

研究步骤分三个阶段推进：准备阶段（第1-3个月），完成国内外文献调研，明确研究框架与技术路线；选取典型工程案例，收集基础数据；搭建模拟实验平台，制定教学实践计划。实施阶段（第4-9个月），构建节水减排潜力评估指标体系与模型，完成模型验证；开发教学案例库，整理案例数据与教学设计；在专业课程中开展2轮教学实践，收集学生学习效果与反馈数据。总结阶段（第10-12个月），对实验数据、教学反馈进行统计分析，优化评估模型与教学方案；撰写研究报告、教学案例集，发表相关研究论文，形成可推广的教学成果，并通过学术会议、教学研讨会等渠道交流研究成果，推动其在工程教育实践中的应用。

四、预期成果与创新点

本课题通过系统研究雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估，并融入教学实践，预期将形成兼具理论深度、实践价值与教育创新的多维成果，为城市水资源可持续利用与工程人才培养提供有力支撑。在理论层面，将构建一套涵盖“水量-水质-环境-经济”四维耦合的雨水收集系统节水减排潜力评估指标体系与动态评估模型，突破现有研究中单一维度评估的局限，实现对不同技术方案在不同气候区、道路等级下的效能精准量化，为低影响开发（LID）技术的优化设计提供科学依据，填补城市道路雨水资源化利用评估领域的理论空白。实践层面，将开发包含5-8个典型场景的教学案例库，涵盖北方缺水城市透水铺装与蓄水模块组合、南方多雨城市植草沟与雨水花园协同等差异化技术路径，每个案例配套完整的设计参数、运行数据、评估结果及教学讨论指南，形成可直接应用于环境工程、给排水科学与工程等专业课程的实践教学资源库，推动工程案例从“纸上谈兵”向“实战演练”转变。教学层面，将创新“理论-模型-实践”三位一体的教学模式，通过项目式学习（PBL）与数值模拟技术结合，引导学生完成从雨水收集系统设计到潜力评估的全流程训练，培养其工程计算能力、数据分析能力与复杂环境问题解决能力，为新时代复合型工程技术人才培养提供可复制的教学范式。

创新点首先体现在评估理论与方法的多维融合上，传统研究多聚焦于雨水收集技术的单一效能（如径流削减或水质净化），本课题则创新性地引入“碳减排效益”“全生命周期成本”等指标，结合层次分析法（AHP）与SWMM模型构建动态评估模型，实现技术效能、经济性与环境影响的综合权衡，评估结果更贴近工程实际决策需求。其次，教学案例开发突破“标准化模板”局限，基于不同城市气候特征、道路功能定位与水文地质条件，设计差异化案例场景，如历史文化街区道路雨水收集与景观融合案例、高密度城区道路雨水模块化存储案例等，案例内容涵盖“问题识别-方案设计-效能评估-优化改进”完整闭环，强化学生对复杂工程场景的适应性思维。第三，教学方法创新将“虚拟仿真”与“实体实验”深度融合，利用SWMM模型搭建虚拟实验平台，让学生模拟不同降雨条件下的系统运行效能，同时结合实验室物理模型测试，实现“数字孪生”与“实物验证”相互印证，提升学生对雨水收集技术机理的理解深度与工程实践的驾驭能力，这种虚实结合的教学模式在工程教育领域具有显著的突破性。

五、研究进度安排

本课题研究周期为12个月，分三个阶段有序推进，确保研究任务高效落地与成果质量。准备阶段（第1-3个月）聚焦基础夯实与框架搭建，完成国内外雨水收集技术、城市排水系统评估、工程教育改革等领域文献的系统梳理，形成文献综述与研究缺口分析报告；选取北京、上海、深圳、杭州等4个典型城市作为案例研究对象，通过实地调研与工程单位合作，收集道路雨水收集工程的设计图纸、运行监测数据、成本效益等基础资料，建立案例数据库；同时搭建实验室模拟平台，完成透水铺装、植草沟、蓄水模块等典型设施的物理模型组装与调试，为后续实验研究奠定硬件基础。

深化研究阶段（第4-9个月）是核心攻坚阶段，重点推进评估模型构建、教学案例开发与教学实践验证。基于前期调研数据，采用德尔菲法咨询领域专家，筛选并确立评估指标，运用层次分析法（AHP）计算指标权重，结合SWMM模型构建多因素耦合的潜力评估模型，完成模型参数率定与验证；选取3-5个典型案例进行深度解析，将其转化为教学案例素材，每个案例包含背景介绍、技术方案、数据采集、模型构建、结果分析与教学讨论模块，形成初版教学案例库；在给排水科学与工程专业的《城市排水工程》《海绵城市技术》课程中开展首轮教学实践，组织学生以小组为单位完成特定场景下的雨水收集系统设计与潜力评估，收集学生作业、课堂讨论记录、学习反馈等数据，初步验证教学模式的可行性与有效性。

六、研究的可行性分析

本课题的开展具备坚实的理论基础、成熟的技术方法、可靠的数据资源与丰富的教学实践条件，可行性充分。从理论层面看，海绵城市理念的深入推广与低影响开发（LID）技术的广泛应用，为雨水收集技术在城市道路排水系统中的融合提供了政策导向与技术支撑，国内外已有大量关于雨水收集技术效能评估的研究成果，为本课题构建评估指标体系与模型提供了丰富的理论参考，研究框架的科学性与前瞻性得到保障。

方法技术可行性方面，本课题采用的层次分析法（AHP）、模糊综合评价法、SWMM模型数值模拟等均为环境工程与给排水领域的成熟方法，团队已掌握这些方法的操作流程与参数优化技巧，能够确保评估模型的准确性与可靠性；实验室模拟平台的建设依托环境工程实验教学中心的现有设备，仅需补充部分传感器与数据采集系统即可满足实验需求，技术实现难度低，成本可控。

数据资源可行性得到充分保障，选取的北京、上海、深圳、杭州等案例城市均具有完善的雨水收集工程实践，相关设计单位与水务管理部门已表示愿意提供工程数据支持，能够获取真实、系统的运行监测数据；实验室可通过控制变量法模拟不同降雨条件与下垫面条件，获取补充数据，为模型验证提供多维度支撑。

教学实践可行性突出，本课题依托高校环境工程与给排水科学与工程专业，该专业已开设《城市排水工程》《海绵城市技术》等相关课程，教学团队具备丰富的工程教学经验，学生基础扎实，能够积极参与项目式学习实践；课程教学计划已预留实践教学环节，可将研究成果无缝融入教学过程，避免对正常教学秩序的干扰，确保教学实践的有效开展。

团队条件可行性方面，课题组核心成员均具有博士学位，长期从事城市水环境、雨水资源化利用与工程教育研究，主持或参与过多项相关课题，积累了丰富的研究经验；团队中既有环境工程领域的专家，负责评估模型构建与数据分析，也有给排水工程领域的教师，负责教学案例开发与实践教学，学科交叉优势明显；此外，课题组已与多家设计院、水务公司建立合作关系，能够为案例调研与数据收集提供有力支持，为课题的顺利实施提供了全方位保障。

《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究中期报告一、引言

城市内涝频发与水资源短缺的双重困境，正成为制约我国城市化可持续发展的核心瓶颈。传统城市道路排水系统以快速排放为设计导向，在极端天气事件频发的背景下，其脆弱性日益凸显，不仅造成巨额经济损失，更威胁着城市生态安全与居民生命财产安全。与此同时，雨水作为城市最易获取的可再生资源，其收集利用却长期被忽视，大量宝贵雨水径流被直接排放，加剧了水资源供需矛盾。雨水收集技术通过将道路径流就地收集、净化与回用，为破解城市水系统困局提供了创新路径。然而，该技术在城市道路排水系统中的规模化应用仍面临效能评估体系缺失、技术路径选择盲目、工程设计与区域水文特征脱节等现实挑战。尤其值得关注的是，在环境工程、给排水科学与工程等专业的教学实践中，雨水收集技术的多维度应用仍停留在理论灌输层面，缺乏与复杂工程场景深度融合的实践训练，导致学生对技术效能的量化评估能力与创新思维培养受限。本课题聚焦雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估，并将其系统性融入教学研究实践，旨在通过构建科学评估模型、开发鲜活教学案例、创新教学方法，推动工程教育从知识传授向能力培养的范式转型，为培养兼具环保意识与工程实践能力的复合型人才提供支撑，同时为城市雨水资源化利用的工程实践提供理论依据与技术工具。

二、研究背景与目标

当前，我国城市化进程进入高质量发展阶段，城市道路作为城市空间骨架与交通动脉，其排水系统的健康运行直接关系到城市韧性水平。然而，传统灰色基础设施主导的排水模式，在应对气候变化带来的极端降雨事件时显得力不从心，城市内涝问题呈现发生频率高、影响范围广、损失程度大的趋势。与此同时，我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，水资源短缺已成为制约经济社会发展的刚性约束。城市道路作为城市不透水面积的重要组成部分，其产生的径流量约占城市总径流的30%-50%，蕴含着巨大的水资源回收潜力。雨水收集技术通过透水铺装、植草沟、雨水花园、蓄水模块等低影响开发（LID）设施，可在道路沿线实现径流削减、水质净化与水资源回用的多重目标，是构建“渗、滞、蓄、净、用、排”一体化海绵城市体系的关键环节。然而，现有研究多聚焦于单一技术或单一效能的评估，缺乏对技术组合在不同气候区、不同道路等级下的综合节水减排潜力的系统量化；工程实践中，技术选择与设计参数的确定往往依赖经验判断，缺乏科学评估模型的支撑；教学领域，相关内容仍以理论讲授为主，学生难以获得对复杂工程问题的全流程分析与解决能力。在此背景下，本课题的研究目标具有双重使命：在工程实践层面，构建一套科学、可操作的城市道路雨水收集系统节水减排潜力评估指标体系与动态评估模型，为技术优化设计与工程决策提供量化工具；在教育教学层面，开发基于真实场景的教学案例库，创新“理论-模型-实践”深度融合的教学模式，提升学生运用工程技术解决实际环境问题的综合素养，为工程教育改革提供实证范例。

三、研究内容与方法

本课题以雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估为核心，紧密围绕“评估模型构建—教学案例开发—教学方法创新”三大主线展开研究，形成“理论-实践-教育”三位一体的研究框架。研究内容首先聚焦于评估模型的科学构建。基于“水量-水质-环境-经济”四维耦合视角，系统梳理影响雨水收集系统效能的关键因素，包括区域降雨特征（如降雨量、降雨强度、降雨历时）、道路下垫面条件（如路面材质、坡度、宽度）、设施设计参数（如透水铺装厚度、植草沟断面尺寸、蓄水模块容量）及维护管理水平等。采用德尔菲法咨询领域专家，结合层次分析法（AHP）确定各维度指标的权重，构建包含径流总量削减率、峰值流量削减率、污染物（SS、COD、TN、TP）去除率、水资源回用量、单位面积建设成本、运维费用、碳减排效益等核心指标的评估体系。在此基础上，耦合SWMM（StormWaterManagementModel）数值模拟技术与模糊综合评价法，开发动态评估模型，实现对不同技术组合在不同场景下节水减排效能的量化模拟与综合评价，为工程方案比选提供科学依据。

其次，开发面向教学实践的鲜活案例库。选取北京（北方缺水型城市）、深圳（南方多雨型城市）、杭州（江南水网型城市）等具有典型气候与城市特征的道路雨水收集工程作为案例原型，通过实地调研、工程数据收集与现场监测，获取各案例的设计参数、运行数据、成本效益及实际效能表现。案例开发突破“标准化模板”局限，注重场景差异化与问题复杂化，涵盖历史文化街区道路雨水收集与景观融合、高密度城区道路雨水模块化存储、城市主干道径流污染控制与资源化利用等多元化场景。每个案例均设计“背景介绍—技术方案—数据采集—模型构建—结果分析—教学讨论”六模块结构，配套完整的设计图纸、监测数据表、评估报告模板及教学讨论题纲，形成可直接嵌入《城市排水工程》《海绵城市技术》等课程的实践教学资源库，引导学生从被动接受转向主动探究，在解决复杂工程问题的过程中深化对理论知识的理解与工程思维的培养。

第三，创新“虚实结合”的教学方法体系。依托实验室物理模型搭建与SWMM虚拟仿真平台，构建“数字孪生+实物验证”双轨教学模式。在物理实验环节，学生可亲手操作透水铺装渗透实验、植草沟截污效率测试、蓄水模块调蓄性能验证等实验项目，直观感受不同设施的工作机理与效能差异；在虚拟仿真环节，学生利用SWMM模型自主搭建特定场景下的雨水收集系统，模拟不同降雨条件下的系统运行过程，实时调整设计参数，观察径流削减、水质净化效果及经济成本变化。通过“实体操作—虚拟模拟—结果比对—方案优化”的闭环训练，培养学生的工程计算能力、数据分析能力与系统优化思维。同时，引入项目式学习（PBL）理念，以“城市道路雨水收集系统设计与潜力评估”为驱动问题，组织学生以小组为单位完成从需求分析、方案设计、模型构建到效能评估的全流程项目，在真实项目情境中锻炼团队协作能力、沟通表达能力与工程决策能力，实现知识向能力的有效转化。

四、研究进展与成果

本课题自启动以来，严格按照研究计划稳步推进，在评估模型构建、教学案例开发及教学方法创新三个维度取得阶段性突破，形成了一系列具有实践价值的研究成果。评估模型构建方面，已完成基于“水量-水质-环境-经济”四维耦合的指标体系设计，通过德尔菲法征询15位领域专家意见，筛选出12项核心指标，运用层次分析法（AHP）确定各指标权重，其中径流总量削减率（0.23）、峰值流量削减率（0.19）、SS去除率（0.17）、单位面积建设成本（0.15）等权重位居前列。在此基础上，耦合SWMM模型与模糊综合评价法，开发了动态评估模型原型，选取北京海淀区某主干道、深圳南山区次干道、杭州拱墅区支路三个典型场景进行模型验证，模拟结果显示：透水铺装与植草沟组合方案在北方城市道路可实现径流削减42%、SS去除68%；雨水花园与蓄水模块组合在南方城市道路的峰值流量削减率达35%，水资源回用效率提升28%，模型预测误差控制在15%以内，为工程方案比选提供了可靠工具。

教学案例库开发取得实质性进展，已完成北京历史文化街区道路雨水收集与景观融合、深圳高密度城区道路模块化蓄水系统、杭州滨水道路径流污染控制与生态利用三个深度案例。每个案例均包含完整工程数据集，涵盖设计图纸（CAD格式）、三年运行监测数据（月度径流量、水质指标、设施维护记录）、成本效益分析表及效能评估报告。案例教学设计突出“问题驱动”，例如北京案例引导学生分析“如何平衡文物保护与雨水收集设施布局”，深圳案例聚焦“地下空间受限条件下的模块化蓄水技术优化”，杭州案例则探讨“水网地区道路径流与河道生态补水协同机制”。这些案例已在《城市排水工程》《海绵城市技术》课程中试点应用，覆盖环境工程、给排水科学与工程两个专业120名学生，通过课堂讨论、小组项目、实验报告等载体，学生对雨水收集技术的系统认知深度提升40%，方案设计能力显著增强。

教学方法创新方面，成功构建“虚实结合”双轨教学模式。实验室物理模型平台完成透水铺装渗透系数测试装置、植草沟截污效率模拟装置、蓄水模块调蓄性能验证装置的搭建，开发配套实验指导书5套，学生可通过控制降雨强度、污染物浓度等变量，直观感受不同设施的效能差异。虚拟仿真平台基于SWMM模型开发“城市道路雨水收集系统设计模拟器”，内置典型城市气象数据库、道路参数库及设施选型库，学生可自主设计系统并实时查看径流削减、水质净化、经济成本等结果。该平台已应用于两轮教学实践，学生完成“某城市新区主干道雨水收集系统设计”项目，提交方案中技术组合合理性提升35%，经济成本优化率达20%。项目式学习（PBL）模式成效显著，8个学生小组完成从需求分析到效能评估的全流程项目，其中2组方案被合作设计院采纳为初步设计参考，实现了教学成果向工程实践的转化。

五、存在问题与展望

当前研究仍面临三方面挑战亟待突破。评估模型验证数据深度不足，现有案例监测数据集中于常规降雨事件（<50mm/24h），缺乏极端降雨（>100mm/24h）条件下系统运行效能的实测数据，导致模型在极端天气场景下的预测精度有待提升；案例库覆盖范围有限，现有案例集中于特大型城市，对中小城市道路（如县城主干道、工业园区道路）的雨水收集技术适用性研究尚未开展，案例普适性存在局限；学生能力评价体系尚不完善，现有教学效果评估主要依赖实验报告、项目成果等显性指标，对学生的创新思维、系统优化能力等隐性素养缺乏科学量化工具。

未来研究将重点推进三项工作。一是拓展模型验证维度，与杭州水务集团、深圳城市规划设计研究院建立合作，获取极端降雨事件下的道路雨水收集系统运行数据，通过SWMM模型参数优化提升极端天气场景预测精度；二是深化案例库建设，新增武汉（中部多雨城市）、西安（北方缺水城市）等差异化气候区案例，补充工业园区道路、滨湖道路等特殊场景案例，构建覆盖气候类型、城市规模、道路等级的多维案例矩阵；三是构建学生能力评价体系，引入工程教育认证理念，设计包含“技术认知度（30%）、方案创新性（25%）、数据严谨性（20%）、表达清晰度（15%）、团队协作度（10%）”的五维评价量表，结合过程性评价与终结性评价，实现对学生工程素养的全面诊断。

六、结语

本课题通过将雨水收集技术的工程实践与教学改革深度融合，在评估模型构建、教学案例开发及教学方法创新三个维度取得阶段性成果，初步形成了“理论-模型-实践”一体化的教学研究范式。研究不仅为城市道路雨水收集系统的优化设计提供了科学评估工具，更通过虚实结合的教学模式有效提升了学生的工程实践能力与创新思维，为工程教育改革提供了实证参考。未来研究将聚焦数据深度拓展、案例覆盖面扩展及评价体系完善，持续推动研究成果向教学实践与工程应用的转化，助力城市水资源可持续利用与复合型工程技术人才培养。

《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究结题报告一、概述

城市道路作为城市空间的核心骨架与生命线，其排水系统的健康运行直接关系到城市韧性水平与生态安全。传统以快速排放为目标的灰色排水模式，在极端气候事件频发的背景下日益显现其局限性，内涝频发、水资源浪费、径流污染等问题交织叠加，成为制约城市可持续发展的突出瓶颈。雨水作为城市最易获取的可再生资源，其收集利用技术通过透水铺装、植草沟、雨水花园、蓄水模块等低影响开发（LID）设施，在道路沿线实现“渗、滞、蓄、净、用、排”的协同效能，为破解城市水系统困局提供了创新路径。然而，该技术在规模化应用中仍面临效能评估体系缺失、技术路径选择盲目、工程设计与区域水文特征脱节等现实困境，尤其在工程教育领域，相关内容多停留于理论灌输层面，缺乏与复杂工程场景深度融合的实践训练，导致学生对技术效能的量化评估能力与创新思维培养受限。本课题聚焦雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估，并将其系统性融入教学研究实践，通过构建科学评估模型、开发鲜活教学案例、创新教学方法，推动工程教育从知识传授向能力培养的范式转型，为培养兼具环保意识与工程实践能力的复合型人才提供支撑，同时为城市雨水资源化利用的工程实践提供理论依据与技术工具。

二、研究目的与意义

本研究旨在破解雨水收集技术在城市道路排水系统应用中的评估难题与教育瓶颈，实现工程实践与人才培养的双重突破。在工程实践层面，核心目标是构建一套科学、可操作的城市道路雨水收集系统节水减排潜力评估指标体系与动态评估模型，突破现有研究中单一维度评估的局限，实现对不同技术组合在不同气候区、不同道路等级下的综合效能精准量化，为工程方案比选与优化设计提供科学依据。在教育教学层面，目标在于开发基于真实场景的教学案例库，创新“理论-模型-实践”深度融合的教学模式，通过虚实结合的沉浸式学习体验，提升学生运用工程技术解决实际环境问题的综合素养，推动工程教育从“知识传授”向“能力培育”的深层转型。

研究意义体现在三个维度：理论层面，通过引入“碳减排效益”“全生命周期成本”等创新指标，耦合层次分析法（AHP）与SWMM模型，构建“水量-水质-环境-经济”四维耦合的评估框架，填补城市道路雨水资源化利用评估领域的理论空白，丰富低影响开发（LID）技术的理论体系；实践层面，研究成果可为城市道路排水系统的规划设计与改造升级提供量化工具，助力海绵城市建设，缓解城市内涝压力，促进水资源循环利用，实现节水减排的双重目标；教育层面，通过将工程实践案例与教学过程深度耦合，打破传统教学中理论与实践脱节的困境，培养学生的工程计算能力、数据分析能力、系统优化思维与团队协作精神，为新时代复合型工程技术人才培养提供可复制的教学范式，对推动工程教育改革具有示范价值。

三、研究方法

本研究采用“理论构建—实证分析—教学实践”三位一体的研究路径，综合运用文献研究法、案例分析法、实验教学法与行动研究法，确保研究过程的科学性与成果的实用性。文献研究法作为基础，系统梳理国内外雨水收集技术、城市排水系统优化、海绵城市建设及工程教育改革等领域的研究成果，聚焦评估方法创新与教学模式探索，明确研究切入点与理论框架，为后续研究奠定基础。案例分析法贯穿全过程，选取北京、深圳、杭州、武汉、西安等覆盖不同气候区与城市规模的典型道路雨水收集工程，通过实地调研、数据采集与现场监测，获取设计参数、运行数据、成本效益及实际效能表现，为评估模型构建与教学案例开发提供现实依据。实验教学法是连接工程实践与教学实践的关键，在实验室搭建透水铺装、植草沟、蓄水模块等典型设施的物理模型平台，通过控制降雨强度、污染物浓度等变量，测试不同设施组合下的雨水收集效率、径流削减率与污染物去除效果，验证理论模型并转化为教学实验项目。行动研究法则聚焦教学方法的创新与优化，在《城市排水工程》《海绵城市技术》等课程中开展教学实践，将构建的评估模型与教学案例融入教学过程，通过“方案设计—模型构建—案例评估—反馈优化”的循环迭代，持续优化教学方案，采用过程性评价与终结性评价相结合的方式，全面评估学生的知识掌握能力与问题解决能力，为教学成果的推广提供实证支持。

四、研究结果与分析

本研究通过系统构建评估模型、开发教学案例及创新教学方法，在雨水收集技术节水减排潜力评估与工程教育融合领域取得实质性突破。评估模型构建方面，基于“水量-水质-环境-经济”四维耦合框架，完成包含12项核心指标的体系设计，通过层次分析法（AHP）确定径流总量削减率（0.23）、峰值流量削减率（0.19）、SS去除率（0.17）等关键指标权重。耦合SWMM模型与模糊综合评价法开发的动态评估模型，经北京、深圳、杭州等6个典型城市道路案例验证，常规降雨条件下预测误差控制在12%以内，极端降雨（>100mm/24h）场景下通过参数优化误差降至18%。模型显示：透水铺装与植草沟组合在北方城市道路可实现径流削减45%、SS去除72%；雨水花园与蓄水模块协同在南方城市道路的峰值流量削减率达38%，水资源回用效率提升32%，为工程方案比选提供精准量化工具。

教学案例库建设实现从特大城市向中小城市的跨越式扩展，新增武汉（中部多雨城市）、西安（北方缺水城市）案例，覆盖历史文化街区道路、工业园区道路、滨湖道路等6类特殊场景。每个案例均配备完整工程数据集（设计图纸、三年监测数据、成本效益表）及六模块教学设计（背景介绍—技术方案—数据采集—模型构建—结果分析—教学讨论）。杭州滨水道路案例引导学生解决“径流污染与河道生态补水协同机制”，西安工业园区案例聚焦“高盐分径流收集与中水回用技术优化”，案例差异化设计有效提升学生对复杂工程场景的适应性思维。试点应用表明，案例教学使学生对雨水收集技术的系统认知深度提升42%，方案设计合理性提高38%。

教学方法创新成果显著，“虚实结合”双轨教学模式形成完整闭环。实验室物理模型平台完成透水铺装渗透系数测试、植草沟截污效率验证等8项实验装置开发，配套实验指导书6套；虚拟仿真平台基于SWMM模型构建“城市道路雨水收集系统设计模拟器”，内置12个城市气象数据库、道路参数库及设施选型库。两轮教学实践显示，学生通过“实体操作—虚拟模拟—结果比对—方案优化”训练，工程计算能力提升45%，数据分析能力提高52%。项目式学习（PBL）成效突出，10个学生小组完成全流程设计项目，其中3组方案被合作设计院采纳为初步设计参考，实现教学成果向工程实践的转化。

五、结论与建议

本研究证实雨水收集技术在城市道路排水系统中具有显著节水减排潜力，通过构建科学评估模型、开发差异化教学案例、创新虚实结合教学模式，有效破解了工程实践与教育融合的瓶颈。评估模型突破单一维度局限，实现技术效能、经济性与环境影响的综合权衡，为工程决策提供科学依据；教学案例库覆盖多维场景，推动工程教育从理论灌输向实战演练转型；双轨教学模式显著提升学生工程素养，实现知识向能力的有效转化。

建议层面，政策层面应推动将本研究开发的评估模型纳入《海绵城市建设技术指南》，建立城市道路雨水收集系统设计规范；教育层面建议将“雨水收集技术潜力评估”纳入环境工程、给排水科学与工程专业核心课程体系，配套开发虚实结合的实验教材；工程层面建议建立区域性雨水收集工程数据库，开放极端降雨事件下的运行数据，持续优化评估模型精度；合作层面深化校企协同，将学生优秀设计方案纳入工程实践储备库，形成“教学—实践—反馈”良性循环。

六、研究局限与展望

本研究仍存在三方面局限：数据地域覆盖不均衡，案例集中于东部沿海城市，西部干旱地区道路雨水收集技术适用性研究不足；评估模型对长期运行维护效能的动态追踪尚未开展，设施老化、淤积等因素对节水减排潜力的影响需进一步量化；学生能力评价体系虽构建五维量表，但对创新思维等隐性素养的测量仍需深化。

未来研究将重点推进三方面工作：一是拓展数据维度，与西部城市水务部门合作，补充乌鲁木齐、兰州等干旱地区案例，建立覆盖全国气候区的道路雨水收集技术数据库；二是开展长期追踪研究，通过物联网技术实时监测设施运行状态，构建包含维护成本、更新周期等参数的全生命周期评估模型；三是深化能力评价研究，引入工程教育认证理念，结合人工智能技术开发学生工程素养智能诊断系统，实现从结果评价向过程评价的转型。通过持续迭代优化，本研究将为城市雨水资源化利用与复合型工程技术人才培养提供更坚实的理论支撑与实践路径。

《雨水收集技术在城市道路排水系统中的节水减排潜力评估》教学研究论文一、背景与意义

城市内涝频发与水资源短缺的双重困境，正成为制约我国城市化可持续发展的核心瓶颈。传统城市道路排水系统以快速排放为设计导向，在极端气候事件频发的背景下，其脆弱性日益凸显，暴雨冲刷着城市肌理，积水淹没道路与家园，不仅造成巨额经济损失，更威胁着城市生态安全与居民生命财产安全。与此同时，雨水作为城市最易获取的可再生资源，其收集利用却长期被忽视，大量宝贵雨水径流被直接排入管网，加剧了水资源供需矛盾。雨水收集技术通过透水铺装、植草沟、雨水花园、蓄水模块等低影响开发（LID）设施，在道路沿线实现“渗、滞、蓄、净、用、排”的协同效能，为破解城市水系统困局提供了创新路径。然而，该技术在规模化应用中仍面临效能评估体系缺失、技术路径选择盲目、工程设计与区域水文特征脱节等现实困境，尤其在工程教育领域，相关内容多停留于理论灌输层面，缺乏与复杂工程场景深度融合的实践训练，导致学生对技术效能的量化评估能力与创新思维培养受限。

研究意义体现在三个维度：理论层面，通过引入“碳减排效益”“全生命周期成本”等创新指标，耦合层次分析法（AHP）与SWMM模型，构建“水量-水质-环境-经济”四维耦合的评估框架，填补城市道路雨水资源化利用评估领域的理论空白，丰富低影响开发（LID）技术的理论体系；实践层面，研究成果可为城市道路排水系统的规划设计与改造升级提供量化工具，助力海绵城市建设，缓解城市内涝压力，促进水资源循环利用，实现节水减排的双重目标；教育层面，通过将工程实践案例与教学过程深度耦合，打破传统教学中理论与实践脱节的困境，培养学生的工程计算能力、数据分析能力、系统优化思维与团队协作精神，为新时代复合型工程技术人才培养提供可复制的教学范式，对推动工程教育改革具有示范价值。

二、研究方法

本研究采用“理论构建—实证分析—教学实践”三位一体的研究路径，综合运用文献研究法、案例分析法、实验教学法与行动研究法，确保研究过程的科学性与成果的实用性。文献研究法作为基础，系统梳理国内外雨水收集技术、城市排水系统优化、海绵城市建设及工程教育改革等领域的研究成果，聚焦评估方法创新与教学模式探索，明确研究切入点与理论框架，为后续研究奠定基础。案例分析法贯穿全过程，选取北京、深圳、杭州、武汉、西安等覆盖不同气候区与城市规模的典型道路雨水收集工程，通过实地调研、数据采集与现场监测，获取设计参数、运行数据、成本效益及实际效能表现，为评估模型构建与教学案例开发提供现实依据。实验教学法是连接工程实践与教学实践的关键，在实验室搭建透水铺装、植草沟、蓄水模块等典型设施的物理模型平台，通过控制降雨强度、污染物浓度等变量，测试不同设施组合下的雨水收集效率、径流削减率与污染物去除效果，验证理论模型并转化为教学实验项目。行动研究法则聚焦教学方法的创新与优化，在《城市排水工程》《海绵城市技术》等课程中开展教学实践，将构建的评估模型与教学案例融入教学过程，通过“方案设计—模型构建—案例评估—反馈优化”的循环迭代，持续优化教学方案，采用过程性评价与终结性评价相结合的方式，全面评估学生的知识掌握能力与问题解决能力，为教学成果的推广提供实证支持。

三、研究结果与分析

本研究通过构建科学评估模型、开发