針對城市建設改變了原先的陸面系統，水循環路徑發生較大的變化，雨水下滲量減少，地表徑流增加，洪水洪量增加，洪峰形成時間縮短，頻繁出現“城市看海”現象，我國提出了海綿城市建設，即把城市建成像“海綿”一樣的區域，下雨時能及時吸水、蓄水、滲水，雨期過后又能將蓄存的水“釋放”并加以利用，增加下滲水量、減少洪量、延遲洪峰形成時間，有利于城市雨水利用、地下水補給和防洪除澇。
海綿城市建設的根本點是“水”，期望通過海綿城市建設解決城市洪水、面源污染問題，回歸自然水功能，可能會遇到一些水科學難題。
（1）海綿城市建設水文效應與水系統模型
由于人類活動的加劇、研究區人工化、研究單元小尺度化，因此，要科學揭示海綿城市建設水文效應。須更加細致、更加注重微觀水循環變化和機理。
（2）水資源高效利用機理及方案優選
海綿城市建設帶來的水資源轉化關系復雜。在建設海綿城市后，增加了雨水下滲，把雨水留下來，既增加了土壤水、地下水的補給量，又減少形成城市雨洪的風險。而實際上并非這么簡單，如，有些地區地下水埋深淺，雨水滲不下去；即使滲下去，也會導致地下水位過高，并不適合增加雨水下滲。對于適宜建海綿城市的地區，情況也不那么簡單，需要對海綿城市建設帶來水資源量的變化和利用效率進行研究。
（3）面源污染物通過土壤滲慮消減機理及效應
要摸清楚面源污染物通過土壤滲慮消減的機理以及土壤滲慮和地下水質變化的效應，在此基礎上研究土壤、地下水污染治理問題。
（4）“滲、蓄、滯”作用機理與城市雨洪計算
海綿城市具有顯著的“滲、蓄、滯”作用。城市雨洪計算如何考慮海綿城市的“滲、蓄、滯”作用。
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