城市水環境空間韌性提升研究

戴德勝，胡凱麗，姚 迪

引言

隨著城市化進程的推進，地質災害、重大傳染性疾病、爆炸事故等突發公共事件嚴重沖擊著城市的公共安全體系，給城市帶來的社會經濟損失往往也隨著城市人口規模、用地規模的擴大而相應增大。2001年的“9·11”事件、2003年的SARS危機、2008年的5·12汶川地震、2011年的日本里氏9.0級大地震并導致福島核泄漏、2020年的新冠肺炎疫情等，均在考驗著城市在極端環境下的抗壓性與恢復力，對城市公共安全和城市環境空間穩定性帶來重大沖擊和挑戰。

城市水環境空間是自然與社會高度融合的空間環境，是以城市區域涉水空間為主體、支撐城市功能發揮的重要體系，包括城市自然水循環系統和城市社會水環境系統。城市水環境空間是關系到城市公共安全的重要基礎設施，是人類生產生活的公共資源，其穩定運行至關重要。在各類突發公共事件的脅迫下，未來高度未知的發展可能會影響水基礎設施的核心功能，從城市水源、管網傳輸、水質保障到污水收集和排放，甚至城市自然水體，均可能再次加重突發公共事件的影響。2003年，香港淘大花園暴發了嚴重的SARS疫情，調查表明病毒可能是通過設計不合理的污水排放系統傳播，導致321例患者感染SARS。2005年底吉林石化企業的苯胺裝置爆炸，引發松花江流域水污染，然后跨區域地耦合為黑龍江省哈爾濱市市民的搶水恐慌。2011年，日本里氏9.0級大地震引發約256.72萬戶居民自來水斷水，其中茨城縣有80.5%的家庭斷水，多達80.10萬戶。在2020年新冠肺炎疫情期間，研究人員在新型冠狀病毒肺炎重癥感染患者糞便樣本中分離出活的新型冠狀病毒，提示新型冠狀病毒傳播可能存在糞口傳播，引發了社會公眾和工作者對飲用水、污水處理以及水環境的擔憂。突發公共事件的耦合性、衍生性、擴散性和變異性等特征對水環境空間提出了更高的要求，已有的城市水環境空間規劃主要是關注水本體的治理，對突發公共事件中不確定性因素的準備和組織較為缺乏。城市水環境空間如何系統性地加強突發公共事件事前、事中、事后的規劃引領與治理措施，是城市水環境空間迫切需要回答的問題。

未來城市水環境空間發展必然走向系統的綜合整治，耦合自然、社會、經濟因素，注重常態下降低不確定性風險、非常態下減輕損失并做好快速恢復的準備。在不確定性突發公共事件的潛在危機與城市水問題的交織影響下，一方面城市的水安全隱患、水環境惡化、水資源緊缺及其與社會經濟發展的矛盾尚未解決，另一方面城市水環境空間發展面臨潛在突發公共事件壓力，原有的治理手段和傳統規劃路徑可能無法保證其功效。面對不確定的突發公共事件，城市水環境空間面臨怎樣的困境和挑戰？如何規避潛在的城市水環境空間風險？如何采取有效的規劃建設和管理提升城市水環境空間的韌性？需要我們深刻思考并總結經驗，以從容應對未來不確定的突發公共事件。本文從突發公共事件影響下城市水環境空間的公共安全風險性多樣、抵抗沖擊能力不足和靈活應變能力薄弱等方面總結城市水環境空間面臨的挑戰，以韌性理論為指導，提出城市水環境空間韌性規劃4個方面策略。研究結果可為穩定城市水環境空間、提高城市水環境空間在突發公共事件時的適應性提供有益參考。

1 城市水環境空間面臨的挑戰

1.1 城市水環境空間的公共安全風險性多樣

城市人口規模的增長和建設強度的增加讓城市成為復雜的巨系統，突發性公共事件的種類也多樣化，不僅有暴雨、洪水、地震、干旱等傳統突發事件，而且出現了如核泄漏、急性傳染病等新型突發事件。傳統事件與新發事件交織在一起，對城市水環境空間構成嚴重威脅。突發性公共事件帶來的直接影響、嚴重程度具有不確定性，潛在的風險對水環境空間的影響是多方面且嚴峻的，與事件的類型、事件的發展以及事件的應急措施等密切相關。地震、爆炸等瞬間沖擊和具有強大破壞性的災害發生時，城市水環境空間極易喪失基本服務功能，缺少清潔水源、集中式供水中斷、供水設施損壞等直接導致供水系統崩潰，此外化學物品、垃圾和無法收集的污水等暴露在環境中，易造成更大范圍的水污染。當傳染性疾病、水污染等慢性壓力下的事件發生時，雖然對城市水環境空間沒有直接性的破壞，但是當城市水系統中潛在傳輸和暴露路徑檢控不當時，極可能引發廣泛的公共健康事件，進一步擴大公共安全的風險。

1.2 城市水環境空間的抵抗沖擊能力不足

1.2.1 規劃建設系統性欠缺

目前，城市水環境空間規劃建設關注重點在水污染防治規劃、黑臭水體治理和海綿城市建設等，但是水環境空間規劃缺乏頂層設計的考慮，水務行業也沒有形成統一的共識。城市水環境空間規劃建設包含給水廠、污水處理廠、供排管網、河湖、濕地等，涉及生態、水文、水利、城市水務、給排水、環保、市政工程、景觀等多個不同專業的系統協作，應使整個城市水環境本體更具系統性和整體性。城市水環境空間發展過于專注水本體治理，過去的認識和研究局限于自然循環系統或水源系統，缺少對地質災害、氣象災害、重大事故等突發公共事件給城市水環境空間帶來風險的綜合考慮，忽視了城市水環境空間的公共屬性。所以，在項目實踐中容易出現就項目論項目的現象，導致涉水災害頻發、水環境污染反復和水資源失衡，且在外在沖擊發生時沒有系統性的應對措施。究其原因，部分地區的城市水環境空間規劃尚未形成整體系統模式，未全面考慮城市水環境空間中潛在的風險，子系統之間的作用機制沒有被深入揭示，缺少頂層設計和整體規劃。

1.2.2 設施建設標準刻板

由于社會的快速發展，水環境空間往往會出現建設容量趨近飽和或不足。在規劃城市水環境空間時，需要在現狀分析和發展目標的基礎上預測未來的需求量，規劃容量須適度超前，將建設標準設定在合理的區間。如果突然發生失控的事件，雖然有適度超前的設計標準，但超出標準區間仍會導致水利基礎設施系統的失效，無法滿足城市常規的水需求。實踐表明，城市環境空間發展水平的下限是由灰色基礎設施決定的，灰色基礎設施是水環境空間治理成功的基礎。新中國成立之初，資金不充裕，相關數據不足，水利基礎設施建設采用的質量標準前瞻性不足，滿足不了現代城市人口高度集中、極端氣候事件增多的發展趨勢。另外，規劃設計追求高效、集約化的建設，執行刻板的數字標準，缺乏地域性、差異性和彈性化的考慮，在面對極具破壞性的突發公共事件時，設施韌性低下和備用設施缺乏都無法保障核心功能的正常發揮。

1.2.3 工程項目呈碎片化

城市水環境空間建設急于快速見到成效，出現“效率主義”，導致工程項目缺少內在聯系。在規劃設計初期未將氣候因素、自然環境、社會環境和水環境綜合整體考慮，如專注于對某一河道集中爆發的問題進行治理，局限于達到岸綠水清的單一目標。在城市水環境空間建設項目碎片化的模式下，容易出現各自成為獨立的系統或者重復投入等問題。此外，碎片化的建設方式增加了城市水環境空間的脆弱性，如若某一關鍵設施或者某一區域出現崩潰性的突發問題，將給整個城市水系統帶來風險，嚴重影響城市水環境空間建設與實施效果。

1.3 城市水環境空間的靈活應變能力薄弱

1.3.1 依賴簡單的工程思維

如果依賴簡單的工程思維來解決復雜、系統的城市水問題，將難以破解城市水環境空間發展所面臨的復雜性難題。那些看起來讓城市變得更安全、更高效、更清潔的工程措施，由于過度依賴人工技術和運用簡單的工程思維，導致水生態系統本身的綜合生態服務功能得不到發揮，變得脆弱，維護和運轉費用也更加昂貴，從而走向不可持續的道路；同時，一味追求工程設施的規模與數量，導致城市的發展依賴于更高的防洪堤、更粗的排水管道、更大規模的區域調水、更貴的污水處理設施和更脆弱的人工系統。雖然一定程度上解決了水環境空間當前的部分難題，但是由于忽略與其他相關事件的系統關系和相互影響，將造成城市水環境空間無法抵御不可預測、極具破壞性的公共安全事件。

1.3.2 管控機制尚不健全

城市水環境空間的建設是一個全生命周期的過程，涉及住建、市政、發改、水利、財政、自然資源等多個職能部門，需要多專業的系統協作，不同部門、不同專業在城市水環境空間建設過程中都是不可缺少的角色，但是部門溝通困難、跨區規劃存在弊端、功能無法統一等問題出現已久。當下，城市水環境空間建設缺乏完善的管控機制，沒能回答什么部門在什么階段具體管控什么內容的問題。因此，管控機制要實現各部門、各專業的各司其職、高度協作，還需進一步探索。雖然各國已經建立了“縱向到底、橫向到邊”的應急體系，當突發公共事件發生時，國家和地方也基本按照突發公共事件應急預案及時響應；但是在需要多部門應對重大突發公共事件面前，建立完善的城市水環境空間應急響應工作還有很長的路要走。

2 韌性理論對城市水環境空間規劃的重要能動性

2.1 韌性理論與城市水環境空間

“韌性”一詞起源于拉丁語“Resilio”，本意是“回復到原始狀態”。1973年由加拿大生態學家C.S.Holling首次應用于系統生態學，并將其定義為“生態系統被干擾以后重新恢復到穩定狀態的能力”。21世紀以來，韌性的概念被廣泛應用于城市水系統的研究，韌性視角為緩解城市水問題提供新思路、新方向。面對城市中不確定的突發公共事件，城市水環境空間需要順應發展并轉變觀念，既要防患于未然，也要做好應對災害的準備。韌性理論倡導城市水環境空間發展要富于遠見，改變傳統解決涉水突發公共事件時的被動局面，在時間維度上覆蓋了事前、事中和事后，強調水環境空間承受急性沖擊的抵御能力、快速應對的恢復能力以及通過重組和自組織學習來提升應對風險的適應能力，這是一個更具戰略性和前瞻性的理論。

2.2 城市水環境空間韌性規劃

在當今充滿不確定性的、快速變化的時代，城市水環境空間需要制訂全程應對突發公共事件的規劃方案，既包括突發事件發生前降低風險發生，也包括應對當前面臨的挑戰、降低脆弱性，還包括災后的快速恢復、保持平衡，同時尋找新的發展機會。因此，將韌性理論深入到城市水環境空間規劃的管理和實踐之中，采用韌性的規劃模式，對規避突發公共事件的危害和水環境空間健康發展具有積極作用。

城市水環境空間韌性規劃對突發公共事件的態度是“適應”和“減弱”，具有較強的包容性，關注涉水突發公共事件與水環境空間之間的平衡關系，強調接受現狀和不確定性風險的存在，隨時做好應對變化的準備，并提出用新的策略去適應變化著的環境。研究的核心是城市在外在沖擊和壓力的情況下，能夠避免及響應多種不確定的突發公共事件，將突發公共事件對公共安全健康和經濟的影響降至最低，并維持城市安全、宜居、綠色、生態、健康、可持續發展所需的城市水環境空間功能穩定。

城市水環境空間韌性規劃具有明確的韌性主體、對象和策略。韌性的主體，即城市水環境空間，包括給排水廠、管網等人工水環境，以及河流、濕地和公園等自然水環境。韌性的對象，即城市涉水突發公共事件，包括洪澇、重大水污染、水利設施突發故障、爆炸事故、地震、重大傳染性疾病等。韌性的策略，即為應對不確定性擾動、適應突發事件而去完善城市水環境空間發展中的常態化準備、快速響應、恢復重建和組織學習等。

3 城市水環境空間韌性提升策略

城市水環境空間韌性提升有3個關鍵點：一是面對各種不確定的突發公共事件考驗城市水環境空間抗沖擊能力，強調城市水環境空間規劃中的風險防控和抵御能力的常態化準備；二是當無法避免的涉水突發公共事件發生時，城市水環境空間能否及時恢復，并采取應急措施保障城市水質、水量、關鍵設施等的穩定，維持基本服務水平，強調城市水環境空間的響應速度和適應能力；三是在突發公共事件得以控制、恢復重建的同時深入總結學習，強調城市水環境空間的快速恢復能力和學習能力。

基于以上3個關鍵點，本文從組織韌性、工程韌性、經濟韌性和社會韌性4個方面提出城市水環境空間韌性提升策略（圖1）。首先，運用系統思維開展一體化的頂層規劃設計和風險防范構建組織韌性；其次，采取堅固的適應性設計以構筑工程韌性；再次，通過豐富產業、吸引資金達到自我供給平衡以實現經濟韌性；最后，從智慧化的精準治理、多方聯動加強社會韌性。

圖1 城市水環境空間韌性提升策略

3.1 系統思維，構建組織韌性

3.1.1 堅持規劃引領，注重頂層設計

城市水環境空間規劃面對突發公共事件的考驗時，需要建立“事前-事中-事后”的全周期應對策略；在應急方案上，考慮多種突發事件和可能發生的公共安全問題，制訂相應的規劃標準和靈活的應急預案。所以，在城市水環境空間規劃建設之初，應當以問題為導向，兼顧目標引導，判斷并識別城市水環境空間中的突發公共事件的潛在危害，評估水環境空間系統的脆弱性，從宏觀尺度探索突發公共事件對廠、網、河、濕地等的潛在風險，加強城市水環境空間面對外界干擾的防控和抵御響應，對水生態、水環境、水安全等本體問題和地質災害、氣象災害、重大事故等突發公共事件進行系統化規劃，綜合解決城市水環境空間面臨的風險挑戰，并對不確定性的突發事件進行系統、整體的水生態文明頂層設計。需要注意的是，本文所提出的頂層設計可以考慮采用情景分析的方法來選擇未來不確定性突發公共事件所需的規劃方案。

3.1.2 廠網河一體化，高風險區嚴格防范

在城市的日常運轉中，通過市政管渠、污水處理廠將雨水、污水排到河道是城市水循環的一個必要步驟。城市水環境空間的發展，尤其突發事件的不確定性，需要把供水、排水、城市水體作為動態循環的整體綜合考慮，對各個環節采取嚴格防范是保障公共安全的必要條件。當突發公共事件發生時，排水管渠的收集能力、污水處理廠的處理能力、河道的流動能力，嚴重影響著城市水環境空間的安全性。實施廠網河一體化，在突發公共事件發生時，重點加強給排水設施、排水河口等風險點的防控，做到管網不擁堵、水廠不超載、水質不超標、河道不淤積、設施無故障和人員無暴露等，可以較好地解決暴雨洪澇、黑臭水體、管網淤積等常規突發事件。同時，一體化的綜合防范，對高風險區進行嚴格防范及時處理，可以避免突發事件衍生的二次災害給城市水環境空間帶來的毀滅性打擊，這是保障城市水環境空間的運行并滿足公共用水和環境需水安全的必要條件。

3.2 適應設計，構筑工程韌性

3.2.1 嚴保給排水穩定，充分準備關鍵因素

應對涉水突發公共事件，水源的保護和給排水系統的抗沖擊能力是事前防御和事中應急的關鍵環節。老化的基礎設施更新改造既是機遇，又是挑戰，需要考慮高度不確定的未來發展需要。在供水系統設計和規劃時，需要綜合考慮不確定的突發公共事件（如地震、爆炸、化工廠泄漏等）中各個節點存在的風險，包括水源地、泵站、水廠、管網和配電系統等設施是否穩定運行。城市供水系統應根據風險區的影響范圍、風險等級進行綜合考慮，采用分散、模塊化的原則布局應急水源和備用水源等。實踐證明，小規模的組團化、分散式的水源供給和排水設施的布局模式，對于整個系統的穩定性、快速響應和基本功能恢復具有明顯的技術、經濟優勢。在供排水設施的配電、消毒等系統中，在規劃設計階段需要考慮提供充足的備用配電設施、泵、管道等，以利于在緊急情況下及時修復故障。在規劃階段考慮各類突發事件發生時的應急措施，有助于應對長期的水源高濁度、電力故障和化學品短缺的情況，同時做好資源配置，應對季節性的影響。

3.2.2 制定彈性標準，提高工程承載力

城市水環境空間的發展離不開工程設施的建設。為應對突發事件在持續時間和影響程度上的不確定性，城市水環境空間規劃中的工程設施可根據實際情況預留一定的空間并采取彈性、高標準的設計原則，提升城市灰色基礎設施承載力和應對突發公共事件時的穩定性。一方面，設施容量無法精準預測，必然會出現一定的規模增量，彈性的設計標準可以提高承載力，緩沖涌入的容量；另一方面，突發公共事件的沖擊力無法預測，規劃設計標準適當提高可以提升設施抵抗力，留有設施用地可以保障應急工程的臨時建設。

3.3 多樣準備，開發經濟韌性

經濟韌性是在突發性公共事件發生后保全城市水環境空間系統、規避潛在損失而采取的靈活策略。當前，城市水環境空間規劃建設主要是通過政府撥款，需要激活社會資本力量，推動城市水環境空間規劃建設資金來源的多元化。此外，社會資本的介入，需要探索城市水環境空間中深層次的產業發展模式，在促進公共福祉的前提下保障收益，才能吸引更多的資金投入，達到提高城市水環境空間建設經濟韌性的目的。城市水環境空間經濟韌性的形成有賴于系統自身多樣性的產業結構，從產業多樣性、經濟自組織能力等方面，關注城市水環境空間在應對外部沖擊時自我供給和維持基本服務水平的能力。此外，突發公共事件會倒逼水環境空間相關產業升級，未來“無人”水廠、智能和裝配式建筑、云監測等將迎來巨大成長空間，催生行業新業態。

3.4 多方聯動，建立社會韌性

3.4.1 智慧水務助力，推動精準治理

積極開展智慧水務的實踐與研究，一方面，對海量水務信息進行及時分析與處理，實現監控、評估、模擬、決策全程管控，提升水環境空間的精細化管理與決策，保障水環境空間系統穩定運行；另一方面，保障水環境本體安全和社會群體的用水安全，也保護水務工作者的安全，降低一線水務工作者在風險中的暴露度。在實踐應用中，建立城市水環境空間信息管控平臺，采用自動采樣器、在線檢測和視頻監控巡檢，有效減少操作人員在現場巡檢排查故障時的風險，避免出現故障疊加和人員感染。對于城市水環境空間中必須由人工處理的節點，相關工作人員應提前做好安全防范的知識儲備和技能掌握，對突發故障的預處理和精準定位可減少操作人員在相對密閉的空間內的停留時間，全周期地保障城市水環境空間的生命支撐，做好二次風險的及時處理，確保城市水環境空間的服務功能，也減少工作人員的暴露風險。

3.4.2 多部門聯動，多學科融合創新

城市水環境空間提升社會韌性的方式還體現在多部門聯動和多學科融合創新上，通過明確“什么部門在什么階段具體管控什么內容”，保障不同職能部門間的及時行動和良好協作，以此提升城市水環境空間的社會韌性。在高度復雜、涉及多個職能部門的突發公共事件面前，通過合理的制度安排，促進各專業、跨部門的充分互動，做好在突發事件面前的應急響應。傳統的工程思維已經不能完全應對變化著的水環境空間，應對涉水突發公共事件，不能僅停留在給排水和水環境治理層面，應積極借鑒地質學和氣象學領域的韌性研究成功經驗，促進城鄉規劃與公共環境衛生、預防科學、防災減災、地理信息系統、社會公共管理等學科融合創新，并擴展到整個城市水環境空間去，從更廣闊的層面去思考、解決問題，將研究成果快速轉化為應用生產力，進一步推進精細化管理，在系統協作中獲取更大效益。

4 結語

近年來頻發的地質災害、極端高溫天氣、突發爆炸事故、重大傳染疾病等各種不確定的突發公共事件和城市水環境空間傳統問題，使城市水環境空間面臨外部脅迫和內部傳統困境的雙重擾動，進一步加大了城市水環境空間的脆弱性。新冠肺炎疫情下城市水環境空間雖然未引發公共衛生問題，但是也應分析總結疫情中水環境發揮的效用和存在的問題，注重積累經驗。

城市水環境空間韌性提升最重要的功能是維護整個水環境空間的安全，保障人民的生命財產安全。應對突發公共事件，應予以全局性、系統性和長遠性的考慮，提高城市水環境空間面對各類突發公共事件的適應能力，是應對未知事件及城市未知發展趨勢的有效策略。本文引入韌性理論是對城市水環境空間規劃與建設進行一次探索，期望為提升城市應對水環境空間的穩定性與恢復力帶來啟發性思考。城市水環境空間規劃與建設任重而道遠，未來還需進一步探索更合理、更具科學性的城市水環境空間規劃。