面向中水資源化利用的實施型城市設計新探索
——以廣州國際創(chuàng)新城科創(chuàng)組團規(guī)劃實踐為例

鄧炯華，岑 迪

（廣州市城市規(guī)劃設計有限公司，廣東 廣州 510030）

0 引言

在水資源短缺和水環(huán)境污染日趨嚴峻的當下，加強污水治理與再生利用已上升為國家和各級政府的重點工作，具有重要戰(zhàn)略意義。

中水資源化是指將工業(yè)廢水、生活污水、雨水等被污染的水體，通過各種方式進行處理、凈化，使其水質(zhì)達到規(guī)定標準，且能滿足一定的使用需要，從而作為新的水資源重新被利用，具有用水量大且穩(wěn)定、工藝流程簡單、對水質(zhì)要求低等特征，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市景觀中的利用日益受到關注。

目前，中水資源化利用的研究和實踐主要集中在技術應用、投資運營、制度設計和政府監(jiān)管層面，與基礎設施、城市空間的聯(lián)動研究尚存空白，且缺乏較大規(guī)模的示范工程。在此背景下，為填補相關研究和事件空白，開展本研究。

1 現(xiàn)狀與困境

1.1 廣州水資源利用現(xiàn)狀

中水（再生水）屬于水資源綜合利用的重要環(huán)節(jié)，應結合地區(qū)水資源利用的格局和現(xiàn)狀，綜合研判其資源化利用的必要性和可行性。

1）凈水資源相對緊缺 廣州市是用水大戶，雖然珠江三角洲的水系較豐富，但總體而言是屬于水質(zhì)型缺水城市。據(jù)資料顯示，廣州市人年均水資源（生態(tài)用水、生產(chǎn)用水和生活用水）僅有1 375m3，僅為全國人均值的56%、世界人均值的15%。

2）河涌生態(tài)補水需求大 廣州市域范圍河涌水網(wǎng)密集，曾經(jīng)有充足的水源，隨著氣候變化和城市建設及截污工程的持續(xù)推進，河涌水源不斷減少，部分河涌水源接近干涸狀態(tài)。以廣州市番禺區(qū)為例，隨著生活污水和工業(yè)廢水的部分不規(guī)范排放，河道納污量遠大于水環(huán)境容量，面臨截污清污和水源不足的兩難問題。

3）中水回用率偏低 截至2020年6月，廣州污水處理能力達766萬t/日，處于全國領先水平。但污水處理后的中水資源化利用起步較晚，2014年中水利用率不足10%，2019年全市中水利用率雖上升至36.45%，但回用率仍然偏低。

1.2 困境：污水處理與城市發(fā)展的關系

污水的收集處理是中水資源化利用的前提條件，污水處理廠作為城市的重要基礎設施、不可或缺的重大民生工程，其選址是關鍵。污水處理廠在處理過程中產(chǎn)生的臭氣、噪聲易對周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響，“鄰避效應”明顯。公眾對污水再利用的出水水質(zhì)存在疑慮，將中水和污水處理廠出廠水畫上等號，實際上中水是對污水處理廠出水再次進行深度處理。由此，妥善處理污水處理廠和城市的關系，讓傳統(tǒng)的鄰避性設施與城市共融共生，實現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益相統(tǒng)一，是未來城市生態(tài)文明建設的重要挑戰(zhàn)。

2 趨勢和經(jīng)驗

2.1 相關政策和規(guī)劃要求

近年來，國家高度重視對水資源的保護利用工作，《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》（國發(fā)〔2012〕3號），提出“實行最嚴格的水資源管理制度，以水定產(chǎn)、以水定城，建設節(jié)水型社會”；2019年印發(fā)的《國家節(jié)水行動方案》標志著節(jié)水成為國家意志和全民行動；2021年《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃的建議》明確提出“鼓勵再生水利用”。

2.2 先進地區(qū)中水資源化利用經(jīng)驗

世界各國或地區(qū)均重視深度污水處理回用和中水資源化利用。如美國，再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)、城市設施、地下回灌、市政雜用水、補充地表水、海水入侵屏障工程、污水處理廠內(nèi)工藝用水等，其中灌溉用水占62%，工業(yè)用水占30%。淡水資源貧乏的日本，再生水41%被用于工業(yè)用水，32%被用于環(huán)境景觀用水補給，8%用于農(nóng)業(yè)灌溉。從各地經(jīng)驗看，中水資源化利用應從各地實際出發(fā)，優(yōu)先滿足迫切需求。

我國深圳市濱河采用直接混凝過濾技術處理，可有效去除濁度、有機污染物、磷和氮等營養(yǎng)物質(zhì)及其他溶解性物質(zhì)；清河污水處理廠采用超濾膜深度處理工藝，能完全去除水中的細菌和大腸桿菌，日處理量達8萬t的再生水，為城市公園提供水源。

3 中水資源化利用在城市設計中的應用實踐

3.1 面向實施的城市設計

2017年12月，廣州市城市規(guī)劃委員會第三次會議原則通過國際創(chuàng)新城南岸起步區(qū)西南片、東北片區(qū)科教項目控制性詳細規(guī)劃；要求科創(chuàng)組團在保持總建筑面積不增加、綠地面積不減少、配套設施規(guī)模不降低、路網(wǎng)密度不減少、維持城市設計總體要求的前提下，后續(xù)可通過開展詳細設計對規(guī)劃方案作進一步優(yōu)化。根據(jù)會議精神，由番禺區(qū)政府委托廣州市規(guī)劃和自然資源局番禺區(qū)分局組織開展科創(chuàng)組團的城市設計工作，指導片區(qū)建設實施。

3.2 中水資源化利用的城市設計策略

圍繞中水資源化利用，以國際創(chuàng)新城科創(chuàng)組團為例，深入探究污水處理廠選址與水系構建、濕地規(guī)模確定、濕地分區(qū)和比例控制、水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接、濕地復合利用等全流程主要環(huán)節(jié)。

3.2.1 污水處理廠選址與水系構建

前置性選址污水處理廠，盡量避免“鄰避風險”；采取與生態(tài)景觀融合的建設策略，降低對周邊的負面影響沖擊，實現(xiàn)與城市發(fā)展的共生共融。經(jīng)多方案比選，目前選址能滿足300m衛(wèi)生防護距離內(nèi)無住宅、學校、醫(yī)院等敏感性用途建設用地、用地宜方正以及有擴建的可能，靠近主干道且運輸路線避開人口聚集區(qū)，且位于地勢較低處，以便于生活污水自流至廠區(qū)，同時位于現(xiàn)狀水體附近，便于處理尾水（中水）作為景觀用水補給使用。

根據(jù)初步估算，污水處理廠每年向河涌補水約60萬t。基地內(nèi)沒有現(xiàn)狀河涌，擬將基地北側的羅邊涌作為銜接出水口。同時，結合規(guī)劃河涌涌容、水質(zhì)目標及現(xiàn)狀水質(zhì)情況等，復核規(guī)劃河涌的年補水水量，細化河涌補水方案。

3.2.2 濕地規(guī)模確定

濕地必須滿足和適應不同的水處理場景需求，以確定規(guī)劃人工濕地的最小規(guī)模。

1）景觀模式 主要集中在游憩時段（6：00-9：00，12：00-14：00，18：00-20：00），此時污水廠出水等于濕地下游出水，水位不變。

2）脈沖模式 主要是污水處理廠需要集中下泄排水，增加下游河道水動力與環(huán)境容量，水位周期性漲跌。脈沖模式每日4次，每次持續(xù)20～30min，脈沖流速為1.2m/s。

3）暴雨模式 主要應對暴雨帶來的市政基礎設施壓力，在暴雨前排空濕地，暴雨中存蓄澇水。可蓄存20年一遇最大1h 30%暴雨徑流量。

根據(jù)3種水處理的場景進行預測，擬定人工濕地所需的最小規(guī)模約1.53hm2。

3.2.3 濕地分區(qū)和比例控制

根據(jù)主導功能性質(zhì)，將人工濕地分為凈化區(qū)與生態(tài)游園。

1）濕地凈化區(qū) 規(guī)劃位于科創(chuàng)組團中央軸線，采用下行垂直潛流形式，將污水導入地下，每處濕地控制比≥25%，并設置多級跌水，凈化水質(zhì)；通過地下植物的根系處理污水，不僅使整個濕地具有更強的污水處理能力，而且由于污水在地面下，不會受天氣溫度的影響而散發(fā)臭味，以降低水體氣味等因素對周邊用地的開發(fā)影響。

2）生態(tài)游園 規(guī)劃位于科創(chuàng)組團河涌水系的下游，建設表流人工濕地，通過選取多種植物，提升水景觀品質(zhì)，濕地控制比≥25%。營造良好的景觀特色，提升組團水景觀品質(zhì)。

3.2.4 濕地聯(lián)系

為保證濕地、水道內(nèi)部和彼此之間的連接，通過自然駁岸的河涌實現(xiàn)。根據(jù)新建污水處理廠排水量計算設計，組團內(nèi)河涌最寬處15m，最窄處8m，河道平均深度為2m（景觀水深取1.5m），砌石駁岸基礎寬度要求在駁岸高度0.6～0.8倍范圍內(nèi)，駁岸寬度控制為1.2～1.6m。根據(jù)駁岸寬度要求，駁岸坡度控制為50°～60°。同時控制不大于5%～10%（綠地透水系數(shù)為1），實現(xiàn)就地滯洪蓄水，減小對水文循環(huán)的影響（見表1）。

表1 規(guī)劃范圍內(nèi)涵洞過流能力和設計規(guī)格

在河涌經(jīng)過道路段，需通過涵洞進行連接。涵洞規(guī)格大小需綜合考慮過流能力；由于過流量增大，越往下游，涵洞設計規(guī)格隨著過流能力而增大。

3.2.5 水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接

為營造宜人的濕地生態(tài)環(huán)境，承載景觀休憩功能，污水處理后的出水斷面水質(zhì)標準執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，達到IV類水標準。

在標高銜接方面，處理后中水經(jīng)過河道或暗渠連接至規(guī)劃區(qū)北部羅邊涌河道。羅邊涌現(xiàn)狀渠底標高為4.03m，設計水面標高為5.23m；科創(chuàng)組團濕地河道出水設計渠底標高為6.66m，設計水面標高為8.16m（水深為1.5m），實現(xiàn)水自高向低的自然流動；無須人工加壓，降低后期運維成本。

在河寬銜接方面，考慮羅邊涌現(xiàn)狀河道寬度為16m，科創(chuàng)組團濕地出水河道寬度設計為15m，能保證內(nèi)外河涌的合理銜接和良性水文循環(huán)。

3.3 圖則管控

在落實控規(guī)等法定規(guī)劃控制的基礎上，規(guī)劃結合項目實際，系統(tǒng)梳理需傳導落實的戰(zhàn)略要素和重點內(nèi)容，以城市設計方案為藍本，將指標和剛性要求分解到建筑、公共空間、綠地濕地、城市家具4個重點板塊管控圖則。

其中，圍繞中水資源化利用，面向實施，連接水系構建和濕地規(guī)模、濕地分區(qū)和比例控制、水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接、復合利用等環(huán)節(jié)，通過水道控制、濕地控制、水系連貫、植物配置、硬質(zhì)廣場等管控圖則，實現(xiàn)“設計導向”到“實施-管控導向”的轉變。

3.4 綜合效益

1）生態(tài)效益 經(jīng)濕地凈化后，污水處理廠尾水水質(zhì)經(jīng)人工濕地凈化后總體可達珠江航道的IV類水質(zhì)。內(nèi)澇緩解與排水通道滿足50年一遇暴雨排水通道要求；緩解周邊地區(qū)氣溫，有效輻射范圍約200m；規(guī)劃濕地公園每年可吸收碳排放約1 767t，按居民家庭人均碳消耗0.55t/年計算，相當于3 200人日常生活的碳排放。

2）經(jīng)濟效益 比較管道和濕地方案的直接投入成本。①場地若無河道，則需多修建約3km、規(guī)格為2.5m×2m～3.8m×2m的管渠（雨水箱涵），估算多增加成本約為2 500萬元；②設置人工濕地，估算總投資900萬元，包括濕地開挖成本約200萬元、濕地生態(tài)建設成本約700萬元。

4 結語

污水治理和再生利用是實現(xiàn)城市水系統(tǒng)健康循環(huán)的有效切入點，不僅可緩解供水壓力、減少水資源消耗，而且可以從源頭上減少污水排放，是解決城市水資源短缺、水環(huán)境污染等問題的有效途徑，對推進生態(tài)文明建設具有重要意義。過去，單純將中水資源化利用作為市政工程加以推進，污水處理設施的“鄰避效應”無法避免；與城市聯(lián)動缺乏統(tǒng)籌考慮，其生態(tài)景觀和社會經(jīng)濟效益難以發(fā)揮。

因此，城市設計的本質(zhì)是構建法定規(guī)劃和建設實施的精細化工作平臺，圍繞中水資源化利用，對污水處理廠選址與水系構建、濕地規(guī)模確定、濕地分區(qū)和比例控制、水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接、濕地復合利用等核心環(huán)境進行綜合部署。