海綿城市視角下城市水資源利用體系構建

湯 鐘，戴 韻，張 亮，俞 露，汪作煒

(1.深圳市城市規劃設計研究院有限公司，廣東深圳 518000；2.深圳市南山區水務局，廣東深圳 518000)

隨著人口和用地規模的不斷擴大，水資源短缺已經成為城市健康、全面、可持續發展的瓶頸問題。據水利部統計，在46個重點城市中，45.6%水質較差，14個沿海開放城市中有9個嚴重缺水。北京、天津、青島、大連等城市缺水最為嚴重[1]。因此，必須立足自身，盡力挖潛，開發可利用的各類水資源，緩解城市水資源壓力[2]。城市化造成地面硬質化，改變了地面的水文特性，造成大量雨水流失，嚴重干擾自然水文循環，使得城市地下水從降水中獲得的補給量逐年減少(圖1)[3]。通過雨洪綜合利用等多種海綿城市水資源利用模式，可增加地下水補給、調節城市氣候、抵御海水入侵，是建立城市健康水循環、修復城市生態環境的重要手段。住建部《海綿城市建設績效評價與考核辦法(試行)》對污水再生利用率、雨水資源利用率、管網漏損控制這3個水資源指標進行了要求[4]。

圖1 城市化對城市水問題的影響Fig.1 Impact of Urbanization on Urban Water Issues

南山區位于深圳西部，總面積為170 km2，是深圳市的中心城區，具有優良的自然本底條件。2019年，南山區全省首個通過廣東省縣域節水型社會達標驗收，成為節水型社會示范區。南山區結合自身產業優勢，以綠色發展、生態南山、高質量發展為導向，在全區經濟持續高速增長的情況下，保持用水總量基本持平。2018年，全區萬元GDP用水量為4.04 m3，萬元工業增加值用水量為1.01 m3，水資源利用水平整體處于全國領先水平。同時，南山區大力開展海綿城市建設，2017年、2018年連續2年在深圳市海綿城市考核中名列首位(除鳳凰城國家試點區外)。在開展海綿城市的背景下，如何探索水資源的利用模式是研究的重點。根據《南山區海綿城市專項規劃》，南山區海綿城市指標體系中水資源指標如表1所示。因此，南山區需要在常規水資源滿足城市用水需求的基礎上，提高污水再生利用及與水資源化利用水平。

表1 南山區海綿城市指標體系中水資源指標Tab.1 Water Resource Indexes of Sponge City Target System in Nanshan District

1 問題分析

1.1 人均占有水資源量小，區外引水依賴度高

南山區本地水資源量緊缺，人均占有水資源量為126 m3，低于深圳市平均水平，僅為廣東省平均水平的7%，全國平均水平的5%，屬于嚴重資源型缺水地區。南山區主要依靠區外調水，由東部供水工程、東深供水工程共同供水，占全區供水的85.47%。本地蓄水較少，僅占全區供水的9.96%，主要調蓄水庫為西麗水庫。整體上，南山區對區外引水依賴性高，水源單一。

1.2 非常規水資源利用率不高

近年來，深圳市已大力開發利用雨洪、海水、再生水等非常規水資源，利用量不斷增強，但非常規水資源推廣利用處于示范和起步階段，仍有待繼續提高，如圖2所示。

圖2 深圳市各區非常規水資源開發利用比例Fig.2 Proportion of Unconventional Water Resources Development and Utilization in Each District of Shenzhen City

污水利用方面，根據《深圳市水資源公報》，南山區污水處理回用供水量為579.4萬m3，占總供水量的2.44%。南山區污水回用主要用于河道補水，其他方面的應用尚處于小規模的探索階段。深圳市2014年4月17日頒布實施的《再生水利用管理辦法》，明確再生水價格按低于自來水價格(含污水處理費)的一定比例確定。但目前再生水價格仍尚未明確，未形成一套有效的市場運行機制，再生水定價與投資回報機制尚未建立。除水價因素外，用戶配套再生水管道建設及相關設備改造投資補償問題、污水費減免問題、是否獎勵等均未正式明確。

雨水利用方面，南山區雨水供水量為435.4萬m3，占總供水量的1.83%。在城市季節性缺水和洪澇問題并存的情況下，收集雨水進行回用是一種經濟實用的水資源開發方式。結合南山區降雨量豐富但時空分布不均的特點，雨水收集回用不宜用于工業生產，建議主要用于市政公共用水和生態補水等。

2 常規水資源利用方案

作為深圳市的重要發展區域，南山區在過去5年打造形成后海等重點區域，建筑增量有較大增長，水量也呈現增長趨勢。根據對南山區現狀及未來的城市開發情況的整理，在常規水資源利用方面主要面臨以下因素的影響：城市更新和重點片區建設帶來的雙重壓力、市政場站和市政管網面臨較大壓力、新增市政設施和市政管網建設的難度較大。例如，根據綜合法定圖則、城市重點地區規劃、城市更新、個案調整等，確定規劃總建筑面積約為1.868億m2，比現狀建筑面積增加88.95%。如何在高密度、高強度的條件下保證水資源的供應是南山區水資源保障面臨的主要問題。

根據《南山區市政設施及管網升級改造規劃》，預測南山區最高日總水量為 134.8萬m3/d。其中，法定圖則用水量為86萬m3/d，城市更新片區最高日總水量為7.6萬m3/d，城市重點片區水量為 41.2萬m3/d，如表2所示。1(前海)、3和4(后海)、6(深圳灣總部)、9(留仙洞)等片區由于重點區建設，建筑量劇增，用水量將逐年持續增長；3、4、7等片區城市更新項目較多，用水量需求增幅較大，如圖3所示。

表2 南山區總水量預測Tab.2 Forecast of Total Water Quantity in Nanshan

圖3 南山區分區水量增長情況Fig.3 Growth of Water Quantity in Nanshan District

目前，南山區主要由南山水廠(區內)、大沖水廠(區內)及梅林水廠(區外)供水。現狀給水廠/站規模僅為55萬m3/d，遠無法滿足未來的水量規模，需優化給水廠/站和管網布局，以滿足南山區供水需求，保障水資源供給。綜合考慮規劃水量、水廠布局、深度處理工藝用地等，提出優化方案，水廠總計規劃規模為135萬m3/d，可滿足遠期南山區用水需求。

圖4 2030年南山區分片區水量對比Fig.4 Comparison of Water Quantity of Sub-Districts in Nanshan District in 2030

3 非常規水資源利用方案——再生水利用

污水再生利用可以有效節約水資源，減輕水污染，實現城市可持續發展。另外，也可以滿足城市綠化和河湖景觀用水的需要。我國也陸續發布了部分相關政策，促進再生水利用的產業發展，如表3所示。

3.1 再生水量預測

再生水量預測以給水量預測為基礎，取再生水推薦替代率計算水量。因此，在給水量預測的分類建筑面積水量指標法和分類用地面積水量指標法的基礎上，取一定的再生水替代率預測本次規劃再生水量，參考同類城市及南山區再生水利用規劃的替代率經驗，結合本片區的實際情況，確定本次再生水替代率指標。預測南山區最高日總再生水量為18.8萬m3/d，日變化系數取1.18。其中，道路廣場用再生水量占總再生水量的21%，工業用再生水量占總再生水量的15%，公共綠地用再生水量占總再生水量的15%，研發、商業服務業、辦公等公共建筑類用再生水量占總再生水量的49%，如表4所示。

表3 我國再生水利用政策[5]Tab.3 Policy of Reclaimed Water Utilization in China[5]

表4 預測再生水量分類結構Tab.4 Classification Structure of Predicted Reclaimed Water Quantity

為便于分片區分析，根據城市規劃分區單元共劃定11個片區進行再生水量預測。從各分區再生水量分布情況可以看出，再生水量主要集中在前海片區和中部片區，越往南北兩端，再生水量需求越少，如圖5所示。

3.2 再生水回用對象

規劃區內無農、林、牧、漁業用水，故本規劃不考慮再生水用于農、林、牧、漁業；深圳市作為濱海城市，主要依靠水庫蓄水和境外引水，地下水開采數量較少，故不考慮再生水作為地下水的補充水源。規劃城市雜用作為南山區再生水的主要利用形式，如表5所示。其中，道路沖洗和綠化澆灑在整個區域范圍內推廣，而用于沖廁和空調冷卻水僅在重點區域的新建建筑或預留再生水系統的綠色建筑中推行，建成區不進行推廣使用。工業用水可以回用于工業生產、冷卻用水、鍋爐用水、沖洗用水，新建片區重點區域內回用于新型產業用地、研發類等[6]。

圖5 再生水量預測分布圖(單位：萬m3/d)Fig.5 Predictive Distribution Map of Reclaimed Water(Unit: 104 m3/d)

表5 再生水回用對象一覽Tab.5 List of Reclaimed Water Reuse Objects

3.3 再生水廠規劃

規劃再生水廠/站結合現狀再生水廠和已設計再生水的布局，同時遵循污水處理廠同步規劃建設的原則，共規劃4座再生水廠，分別為南山再生水廠、蛇口再生水水廠、西麗再生水廠和沙河再生水廠，區外有1座福田再生水廠，為南山區部分區域供水。再生水廠規劃布局如表6和圖6所示。

表6 規劃再生水廠一覽(再生水廠規模控制)Tab.6 List of Planned Reclaimed Water Plants (Capacity Control of Reclaimed Water Plants)

圖6 規劃再生水廠布局圖Fig.6 Layout of Planning Reclaimed Water Plants

4 非常規水資源利用方案——雨水利用

根據《深圳市雨洪利用系統布局規劃》，針對城市建設區應堅持“引導建設項目開展生態雨洪利用，推廣低沖擊開發模式，下滲調蓄為主；鼓勵因地制宜適度收集回用”的策略，減少洪峰流量和外排水量，恢復自然水文生態循環，源頭削減徑流污染。從南山區本地情況來看，建設具有蓄存功能的海綿城市設施，可以調節雨水資源的時空分布，為雨水利用創造條件。針對用地空間和回用條件允許的地區，蓄水適宜利用面積較大的河流、公園綠地進行，其有利于雨水的調蓄和回用，緩解水資源短缺問題。雨水進入蓄水設施前，應有相應的初雨水污染控制措施[7]。

4.1 雨水蓄洪滯洪

隨著城市的開發建設，不透水下墊面急劇增加，雨水徑流量增大，城市雨水管網的排水壓力急劇增大，內澇風險較大。建設雨水調蓄池，將雨水徑流的高峰流量暫時貯存于雨水調蓄設施中，待流量下降后，再將蓄水池中水排出，以削減洪峰流量，降低下游管渠的規模，節省工程投資，提高城市的排水和防澇能力，降低內澇風險。對于現狀建成度較高的區域，調蓄設施的建設可解決排水標準提升以及內澇防治過程中管道的破除擴建，節省投資，是一種有效的提標綜合措施。

南山區雨水調蓄設施的建設應結合公園、綠地建設，落實用地，解決建設用地緊缺問題，如圖7所示。同時，應充分發揮現狀城市濕地、水系、下凹式綠地等雨水調蓄功能。作為雨水調蓄空間，解決用地緊缺的同時，節省工程投資。對于專用雨水調蓄池，適用于內澇積水較為集中的局部洼地處、排水通道較長的主干管渠上，工程上采用不同的建設模式，發揮其最大效應。借助水力模型，分析易澇風險區原因，結合實際建設情況及相關規劃，合理布局雨水調蓄設施，充分挖掘現有水系、濕地、綠地的雨水調蓄功能，構建城市雨水調蓄體系。重點對城市滯洪區、雨水調蓄設施及河道水閘等內容進行闡述。規劃集中雨水調蓄設施15處，其中，調蓄水體4處(調蓄洪峰流量)，調蓄池11處(調蓄洪峰流量)，調蓄設施收集的雨水可作為綠地澆灑和道路沖洗等市政雜用水。地塊內部布置雨水收集罐、景觀水體等進行雨水的收集利用。

圖7 南山區雨水調蓄設施規劃Fig.7 Planning of Rainwater Storage Facilities in Nanshan District

4.2 雨水水質凈化

針對南山區的面源污染控制主要從源頭海綿化建設、末端雨水濕地及植被緩沖帶的構建進行。其中，海綿化改造主要采用綠色基礎設施及灰色設施結合的方式，通過結合河道周邊公園、綠地以及調蓄水體，構建雨水濕地及植被緩沖帶，實現面源污染的全面控制。例如，在城市更新區域主要推廣綠色基礎設施建設，滿足年徑流總量控制率指標，并將污染物削減率納入控制性指標；在已建區(綜合整治)區域主要針對工業廠房的改造，強化對面源污染的控制，將污染物削減率納入控制性指標；在已建區(現狀保留)區域，針對雨水檢查井進行環保型雨水口改造，最大程度地削減城市面源污染。

規劃區域建設用地開發建設時，適當限制開發強度、合理控制不透水下墊面比例、精細化組織徑流路徑，削減、滯留、凈化雨水徑流；城市地塊更新時，理順雨污水排水路徑，適當增加綠地等透水下墊面；根據用地在雨水徑流匯流路徑上的上下游關系，分類提出建筑與小區、道路廣場、公園綠地、河湖水系海綿城市建設地策略與目標。

4.3 結合成本分析及指標要求，設計雨水利用系統

國內外部分城市從排水防澇、雨水利用等多角度制定適合本區域的雨水池設置要求。但根據對部分已建綠色建筑的調研，雨水調蓄池的利用率偏低，建議盡量使用雨水花園、透水鋪裝等生態化形式。若要設置雨水蓄水池，應在當地規定的基礎上進行水量平衡計算，確定具體的規模，確保雨水調蓄池的使用效果[8]。

為了達到雨水利用目標要求，同時降低面源污染和提高合作區排水防澇能力，考慮地塊面積、用地性質、硬化程度等情況，規劃在一些地塊建設集中調蓄設施。積蓄用水可用于綠化澆灑、道路及廣場沖洗、車庫地面沖洗、車輛沖洗、景觀水體補水和沖廁、消防備用水源等[9]。積蓄用水也可用于周邊未建調蓄設施的地塊。雨水調蓄設施通常包括具有調蓄空間的景觀水體、降雨前能及時排空的雨水收集池、雨水桶、雨水調蓄池等，但不包括下沉式綠地。通過SWMM建模分析可以得到單位硬化面積所需調蓄容積規模，如表7所示。

表7 單位硬化面積所需調蓄容積目標(建議)Tab.7 Target for Regulating Storage Volume per Unit Hardened Area (Recommended)

5 南山區水資源利用實施情況

目前，南山區已經建成部分水資源利用設施并投入使用。區內已投入使用的再生水處理設施主要有南山再生水廠、西麗再生水廠、大沙河公園再生水利用工程和南山商業文化中心區再生水回用項目。同時，建成了人才公園、大沙河生態長廊等海綿城市示范工程，構建了大小南山—深圳灣濱海休閑帶—人才公園—大沙河生態長廊—塘朗山—西麗湖覆蓋南山全域的自然景觀廊道，形成了具有南山區特色的海綿城市建設體系。在海綿城市建設中，落實水資源利用項目，可達到規劃目標的要求。

根據《南山區市政設施及管網升級改造規劃》，預測南山區近期水廠規劃規模為85萬m3/d，遠期達到135萬m3/d。根據預測，南山區近期再生水廠規劃規模為12萬m3/d，遠期為19.2萬m3/d。經計算，2020年，再生水可替代自來水比例為14%；2030年，再生水替代自來水比例為15%。南山區再生水供水城市市政雜用水設施規模為19.2萬m3/d，與再生水量需求量(18.8萬m3/d)基本匹配，能夠達到污水再生利用率的目標要求。

根據《深圳市水資源公報》，南山區雨水供水量為435.4萬m3，占總供水量的1.83%。隨著海綿城市的建設及雨水調蓄池的建設，雨水資源利用率會進一步提升，能夠達到雨水資源利用率的目標要求。

6 總結

本文以南山區水資源利用系統構建為例，探索海綿城市理念和要求下的水資源規劃方案思路，統籌協調生活、生產和生態用水。在重視水資源開發利用的同時，強化水資源的保護與節約，積極推進科學用水和節約用水，實現水資源的可持續利用，下一步還將在探索海水淡化利用、工業企業的節水技術提升、建立管理和預警制度等方面做進一步的研究和探索。