空間視角下的城市水系統發展評估研究

謝倩雯，劉江濤，魏 杰，任大偉

(深圳市規劃國土發展研究中心，廣東 深圳 518034)

城市水系統是城市復雜大系統的重要組成部分，是水的自然循環和社會循環在城市空間的耦合系統，涉及城市水資源開發、利用、保護和管理的全過程[1]。隨著國土空間規劃體系的逐漸完善，“空間”將成為控制各類資源要素使用方式的重要手段和實現城市未來戰略目標的落腳點。水循環如同人體的血液循環，滲透到全域國土空間的全要素，具有明顯的空間特征[2]；城市水系統為自然生態和經濟社會提供了多種基礎支撐功能，而空間正是保障水系統功能實現的重要載體。因此，如何基于空間視角對城市水系統進行綜合評估，就具有重要的現實意義。

目前，水系統評估相關研究成果比較豐富，例如在水資源方面有陳灝等[3]利用層次分析法對漢江上游流域的綜合水資源量狀態進行了評估，鄭江麗等[4]構建了基于系統協調性的水資源承載力評估模型；在水生態環境方面有楊延梅等[5]建立了白洋淀水環境承載力BP神經網絡模型，馬曉蕾等[6]運用水生態足跡、水生態承載力及水生態盈虧指數評估了中國及各省級區域尺度水生態足跡和承載能力的時空差異；在水安全風險方面有鄭德鳳等[7]采用層次分析法和熵權法建立了大連市暴雨洪澇災害綜合風險評估模型，周佳麒等[8]采用神經網絡改進權重的層次分析法構建了汕頭市濠江區內澇災害風險評價體系。除了對水系統的單個子系統進行評價分析，也有對水系統進行整體評估的，例如段夢等[9]基于水敏感城市理念框架構建了城市水系統綜合管理評價指標體系與方法。但從已有研究來看，暫未有從空間視角對城市水系統進行整體評估的相關研究，為了適應新時期空間規劃改革，本文以深圳市為例，擬對城市水系統空間進行分類，圍繞空間進行多維度綜合評估，以此剖析深圳城市水系統現狀特征及存在的問題。

1 深圳城市水系統發展歷程回顧

深圳用40年的時間走過了一些國際化大都市上百年走完的歷程，從一個邊陲小鎮迅速建成為一座高密度超大型城市。在快速城市化進程中，人口規模迅速膨脹，生態環境負荷超載，土地資源日益緊缺。水系統作為城市發展的基礎保障，在經歷了水資源短缺、城市洪澇災害、水環境污染、水生態退化等一系列城市水系統問題之后，深圳水系統逐漸發展成為一個相互聯系、多線回路的復雜大系統。

1.1 起步期(1986年以前)：以保障水資源和供水為主

深圳在成立特區之前是一個農業型小鎮，人口僅2萬多人，面積不到3 km2[10]，這一時期的水系統以滿足農業灌溉和生活需水為主。1957年，建成第一座中型水庫(鐵崗水庫)。1962年，建成第一座自來水廠(東湖水廠)。1965年，“供港生命線”——東深供水一期工程建成，自東江東莞段取水途經深圳境內的深圳水庫往南輸送至香港。1980年成立深圳特區，城市化進入起步期，1986年底建成區面積超過30 km2，常住人口增長至94萬，自來水廠日均供水量達19萬m3[11]。

1.2 發展期(1986—2000年)：防洪排澇問題凸顯，尋求水源新出路

1986年，深圳完成第一版城市總規編制，城市化進程進入急速發展期，2000年底常住人口超700萬，年用水量超12億m3[12]。面對人口的爆炸性增長，深圳亟需尋求新的水源，同時城市化的急速進程加劇了城市下墊面的硬化，綜合徑流系數從0.47(1988年)增長至0.55(2000年)[13]，這一時期的城市洪澇問題凸顯。1993年，建成第一座大型雨水泵站(塘下涌東寶河泵站)，解決了茅洲河下游地勢低洼區的內澇問題。1995年，為緩解深圳河的洪澇問題，深港雙方簽署協議共同治理深圳河，深圳河整治一期工程開工。1996年，建成羅雨排澇泵站，解決了城市中心區的內澇問題；同年“深圳生命線”——東江水源工程開工。

1.3 拓展期(2000—2010年)：專項規劃統一布局，補齊原特區外水系統建設欠賬

為了滿足城市高速發展的空間拓展需求，深圳96版總規將城市范圍從特區(327.5 km2)擴展到全市(1 997 km2)，要求從全市范圍配置生產及生活要素，深圳水系統的發展自此進入專項規劃統一布局時期。為了彌補原特區外基礎設施建設方面的欠賬，縮短特區內外“二元化“發展差距，這一時期的水系統建設主要集中在原特區外。

1.4 完善期(2010—2020年)：城市水系統結構失衡，恢復水系統良性循環

受土地資源約束，深圳城市空間發展由增量擴張轉向存量優化，以城市更新為主導的土地利用模式大大提高了城市開發強度，高密度、高強度已然成為深圳城市建設最顯著的特點，2020年底常住人口為1 756.8萬[11](不含深汕合作區)，這對城市水系統的承載能力提出了巨大挑戰。這一時期城市水系統結構失衡的問題集中表現在水環境嚴重污染、城市內澇問題頻發。隨著生態文明理念的提出，深圳陸續開展了治水提質、海綿城市、千里碧道等一系列生態治水措施。“十三五”末，深圳實現了水環境根本性好轉，成為全國黑臭水體治理示范城市，建成區海綿城市達標面積占比達到28.3%，開始逐步恢復城市水系統的良性循環。

2 城市水系統空間評估

水系統空間是國土空間的重要組成部分，穿插于生態、城鎮、農業空間之中，是聯系山水林田湖海的生命紐帶，也是實現城市服務功能的重要載體，與各類國土空間要素有著密切聯系。本文將城市水系統空間劃分為資源生態空間、工程設施空間、水城融合空間和安全風險空間4類。其中資源生態空間是城市水系統的空間基底，是人類建立社會水循環的基礎，包括河湖濕地等地表水和地下水空間；工程設施空間是城市水系統的空間骨架，是人類建立社會水循環的工具，包括對水的開發利用過程中涉及的各類給排水設施占地空間；水城融合空間是自然水生態空間向城市空間延伸的過渡帶，是實現人與自然和諧共生的空間載體；安全風險空間是特殊情形下水對城市安全造成威脅的空間，需要提前識別加以防范。針對上述4類水系統空間，本文將從空間總量、組成布局、系統承載和空間品質4個維度進行評估。其中空間總量是摸清水系統空間在全域國土空間中的占比情況，組成布局是進一步解剖水系統空間的詳細組成和布局，系統承載是分析水系統空間對城市的支撐能力，空間品質是評價水系統空間的使用效率和質量。

2.1 資源生態空間

2.1.1空間總量

粵東蓮花山脈的余脈“梧桐-陽臺山脈”和“銀瓶-大嶺山脈”，由東向西貫穿深圳中部，成為眾多河流的發源地、分水嶺和水源保護地，形成“一脊多廊”的自然山水空間格局。通過對比第二次全國國土調查(2009年)和第三次全國國土調查(2019年)數據成果(圖1)，結果表明深圳地表水面積近10年下降了12%，主要表現在因城市建設擴張導致的河道支流、沿海及內陸坑塘的填埋消失，而水庫空間因為保障城市不斷增長的供水需求而有所增長。深圳地下水資源主要分布在東部地區的葵涌、坪山、橫崗和坑梓一帶，建成區地下水水位埋深較淺，多年平均地下水資源量為4.37億m3，允許可開采總量為1.92億m3[14]。目前，深圳國土面積的31%被劃為地下水禁采區，以保護水源涵養、壓制咸潮上溯和維護地質安全，其余區域則劃為地下水限采區。

a)第二次全國國土調查水域分布(2009年)

2.1.2組成布局

149座水庫集中分布在中部山脊森林帶上，以小型水庫為主，大中型水庫僅占水庫總數的11%。水庫水面面積占河湖總水面的80%，近10年面積增長了46%，主要原因是為保證城市水源而新擴建水庫帶來的水面增長。深圳歷經6版飲用水源保護區劃定，目前飲用水源水庫共計29座，總集雨面積占全市國土面積的18%，與廣州(17%)、上海(20%)基本持平，但低于香港(33%)。深圳河流短小眾多，呈網系發育，流域面積大于1 km2的河道有310條，河道總長約1 000 km，其中長度在5 km以下的河流占到河流總數的82%。近10年河流水面面積減少了16%，河網簡單化、主干化趨勢明顯，主干河道在城市化進程中被保護下來，成為了連接“山-海-城”的重要生態廊道。近年來，深圳通過沿河建設人工濕地的方式來恢復河流空間，目前已建濱河濕地24處，總面積約2 km2，全市五大干流中的茅洲河和坪山河已形成一定規模的濕地群。

2.1.3承載能力

2020年深圳人均水資源量為98 m3[12]，居全省最低水平，僅為廣東省人均水平的7.6%，全市主要依賴境外水資源，目前僅大鵬新區實現本地水資源供需平衡。2020年全市可利用水資源量為20.94億m3，其中境外水資源量16.63億m3；用水總量為20.22億m3，其中非常規水利用量為1.25億m3。根據城市水資源承載力評估方法計算得出深圳水資源承載能力指數為1.1[15]，處于預警近危機狀態。深圳河道基本屬雨源型河流，汛期降水量占全年降水量的84%，枯水季則流量極小。一方面，上游水庫的蓄水擠占了部分河道生態用水；另一方面，沿河截污工程帶走了部分清潔基流，進一步加劇了河道生態基流匱乏的問題，從而導致本底水環境容量偏低。西部地區由于人口和產業的高度集中使得其污水排放密度顯著高于東部地區，根據水環境承載力評估方法計算得出深圳總體上呈現為東部良好、西部危機狀態[15]，見圖2。

圖2 深圳市各流域水環境承載力評價結果

2.1.4空間品質

2020年，深圳飲用水源水庫水質達到Ⅱ類及以上的占比為93%，河流國考、省考斷面水質均達到Ⅳ類水及以上，其他10條主要河流水質達到Ⅴ類水及以上[16]。根據主要河流底棲動物健康評價結果，東部的大鵬半島和坪山河整體情況較優，而中、西部的茅洲河和觀瀾河生物健康狀況較差。河流水系構成了深圳的生態網絡骨架，是維持和建立城市生物多樣性的重要“基地”，然而受早期粗放式的城市建設管理影響，河流水生態遭到了一定程度的破壞。全市河道暗渠段共有536個，合計353.5 km，占河道總長的35%；直立式河道斷面長度338 km，占河道總長的29%，河床河岸的普遍硬質化隔絕了水岸生態聯系，固化的河流空間形態降低了生境異質性，兩岸綠化多為人工化園林景觀，缺乏對野生動物棲息地恢復的考慮，從而導致生物多樣性的消失。

2.2 工程設施空間

2.2.1空間總量

2010—2020年，深圳給排水設施總數由245座增長至333座，空間總量由4.3 km2增長至10.2 km2，在全市建設用地中的占比由0.48%增長至1.05%，人均占有指標由0.41 m2/人增長至0.58 m2/人。給排水設施空間總量有所增長，但仍低于其他類型建設空間占比(圖3)。

圖3 深圳市現狀建設用地結構

2.2.2組成布局

根據城市組團發展特征，深圳共形成5大供水分區，通過三橫兩縱骨干原水網絡和29座供水水庫聯通從而進行水資源的二次空間分配。2020年深圳水源應急備用能力為45天，待西江引水工程通水后，全市將形成東西江互補的雙水源供應空間格局，水源應急備用能力可提升至3個月，但仍低于香港6個月的應急保障能力。深圳市已建供水廠44座，水廠平均規模為16.2萬m3/d，單位用地指標為0.37 m2/(m3·d)。根據飲用水源保護區調整情況，逐步關停小水廠，供水廠布局持續朝規模化、集約化方向發展，東部地區因地形地勢造成片區間的天然阻隔，不利于大型水廠集中供水，而西部地區地勢平坦，連片建成區利于管網相互聯通，規劃水廠平均規模在50～60萬m3/d。全市規劃供水廠30座，水廠平均規模為45萬m3/d，單位用地指標為0.27 m2/(m3·d)，設施空間利用集約化程度進一步提高，單位用地指標較現狀下降27%。

根據自然地形地勢，深圳共形成9大排水分區，全市已建水質凈化廠29座，水質凈化廠平均規模為21.5萬m3/d，單位用地指標為0.65 m2/(m3·d)。為解決下游污水主干改造困難的問題并考慮污水再生回用的需求，水質凈化廠布局以集散結合為原則，規劃在河道中上游補充污水處理設施，規劃水質凈化廠43座，水質凈化廠平均規模為29萬m3/d，單位用地指標為0.45 m2/(m3·d)。由于各時期建設標準和工藝的不同，早期建設的污水廠占地空間較大，規劃水質凈化廠單位用地指標較現狀下降31%。

2.2.3承載能力

通過計算設施的設計規模和實際服務規模的比值來評估其承載能力，結果表明主要水系統冗余能力充足，但存在區域間不均衡的問題。截至2020年底，深圳已建供水廠44座，現狀規模711萬m3/d，實際供水量為485萬m3/d，現狀供水系統冗余度為1.46。至2035年，規劃供水廠30座，控制規模達1 342萬m3/d，系統冗余度為1.24，其中鹽田區(1.05)寶安區(1.06)相對偏低。截至2020年底，深圳已建水質凈化廠29座，設計規模達625萬m3/d，日均處理水量518萬m3/d，污水系統冗余度為1.21，其中深圳灣流域和珠江口流域僅為1.00左右，現狀污水系統處理能力趨于飽和(圖4)。至2035年，規劃水質凈化廠43座，控制規模達1 236萬m3/d，系統冗余度為1.85，各流域污水系統冗余能力充足。

a)現狀供水系統冗余度

2.2.4空間品質

為了最大程度的降低污水設施的鄰避效應，提升公眾接納度，深圳近年來規劃新、擴建污水設施大都采用全地下或半地下建設形式，地上空間作為承擔其他功能的公共開放空間，比如體育公園、市政公園、濕地公園、停車場等。目前采用空間復合利用模式建設的污水設施共5座，占地面積合計29萬m2，占污水設施空間總量的5.7%，待在建的5座完工后，其占比將提升至14%。根據水質凈化廠尾水受納水體的水環境功能要求，以及河道本底水環境容量十分有限的現實，深圳不斷提升水質凈化廠尾水出水標準。目前全市超過一半以上的水質凈化廠出水水質達到地表準Ⅳ類，同時已經利用水質凈化廠尾水對105條河道上游進行補水，補水規模達290萬m3/d。2020年全市再生水利用量為1.21億m3，但用于城市雜用和工業的比例僅在1%左右，受制于再生水管網建設滯后，污水再生利用空間場景十分局限，以輻射水質凈化廠周邊的綠化及道路澆灑用水為主。

2.3 水城融合空間

2.3.1空間總量

根據最新的國土空間規劃，深圳市域將劃分為生態保護區、生態控制區、農田保護區、城鎮發展區、海洋發展區等5類一級規劃功能分區，其中城鎮發展區是城鎮開發邊界圍合的范圍，是集中進行城市開發建設的區域。深圳河湖濕地藍線空間總面積為220 km2，占全市國土面積的11%，其中位于城鎮開發邊界內的藍線空間總面積為59 km2，以河流藍線空間為主，是水城融合重點空間。

2.3.2組成布局

全市149座水庫藍線保護面積為171 km2，其中45座水庫基本位于城鎮開發邊界內，均為不承擔供水功能的小型水庫，主要分布在中東部的龍華、龍崗2個區，藍線保護面積為16 km2，占水庫藍線空間的9%，是水庫保護空間與城市建設協調重點區域。全市310條河道藍線保護面積為46 km2，流經城鎮發展區的河道共計288條，藍線保護面積為40 km2，占河道藍線空間的88%，其中流經中高密度建設區的河流合計91條，藍線保護面積為8 km2。由此可見，河流空間是高密度城市區寶貴的自然空間，也是市民親近自然最便捷的空間，但同時也面臨著城市建設活動對河流生態環境帶來的巨大壓力。

2.3.3承載能力

隨著物質生活水平的不斷提升，人民對美好生活的向往將更多地轉移到精神感知，自然生態空間的體驗與感知將成為未來城市生活的必需品。按照15分鐘生活圈的服務半徑計算，深圳河流空間對居住、商業、高教等高親水需求的國土空間覆蓋度可達到80%(圖5)，部分區域的公共水系空間相對欠缺。

圖5 深圳市河流親水服務空間覆蓋度

2.3.4空間品質

城鎮開發邊界內的河道和水庫藍線范圍內存在現狀建設用地18.8 km2，其中位于河流藍線內的占82%，除道路交通用地外，緊鄰河流沿岸現狀用地多為工業用地和城中村等低效用地。早期城市建設擠占了水城交互界面，大部分中小河道的濱水空間十分狹小，缺乏可駐足的公共活動空間，開放可達性較差，水系資源價值未能充分發揮。為積極響應省委關于建設萬里碧道的號召，深圳于2019年啟動千里碧道建設，目前已形成茅洲河干流、燕羅濕地等一批示范段，很大程度上恢復了河流生態功能并提升了濱河景觀，但在空間整體性和連續性方面有所欠缺。河流空間設計和沿岸用地城市設計仍是各行其是，水城之間存在著無形的分割線，部分區域“背水而置”的城市形象仍未扭轉，同時濱水體驗缺乏與周邊城市功能的融合，導致濱水空間的吸引力弱。

2.4 安全風險空間

2.4.1空間總量

深圳地勢東高西低、北高南低，屬亞熱帶海洋性氣候、雨量充沛，汛期常形成暴雨、特大暴雨，河流水系短小，形成的洪水具有陡漲陡落的特點，同時易受外海風暴潮影響，形成洪澇潮多重疊加災害。2020年全市調查現狀內澇點共計143處，主要集中在西部瀕海的寶安區，根據100年一遇降雨下的現狀內澇風險評估，全市存在內澇風險區38 km2，占全市建成區面積的4%。根據200年一遇洪水情形下的現狀淹沒評估，全市9大流域均存在淹沒區，淹沒范圍合計85 km2，其中淹沒水深大于0.5 m的區域占到淹沒區總面積的37%。根據910 hPa強度風暴潮情形下的現狀淹沒評估，全市淹沒區面積合計26 km2，主要集中在海洋新城、蛇口、中英街和鹽田港，同時全市共計20條入海河流將受到影響，在洪潮相互作用導致河口區發生淹沒。受入海河口特殊地質結構和海岸帶日趨劇烈的人類經濟社會活動影響，深圳海水入侵較嚴重區域主要分布在西海岸的茅洲河下游，新安—西鄉—前海、大沙河口—后海，東海岸的鹽田港、葵涌河口等區域，見圖6。

a)百年一遇現狀內澇風險區及2020年內澇點分布

2.4.2承載能力

根據“三調”結果，深圳市的開發強度已達到49%，2020年綜合徑流系數為0.63，相較特區成立之年增長了43%，給城市內澇防治帶來了巨大壓力。為了從源頭削減降雨徑流量，深圳近年來也是大力推進海綿城市建設，截至2020年底，全市建成區海綿城市建設達標面積占比為28.3%，內澇壓力相對較大的西部地區海綿達標率明顯高于中、東部。同時不斷提升工程系統的風險抵御能力，全市已建雨水排澇泵站總數達121座，主要分布在西部、南部瀕海地區，總裝機流量超1 000 m3/s；已達上版規劃整治目標的河流長度為946 km，防洪達標率為94%；已建海堤總長96 km，東部海堤達標率為81.47%，西部海堤達標率為73.24%。全市現狀內澇防治能力約20年一遇，城市防洪能力100～200年一遇，防潮能力20～200年一遇，相較于最新的規劃標準仍有一定差距。

3 結語

本文將城市水系統空間劃分為資源生態空間、工程設施空間、水城融合空間和安全風險空間4類空間，分別從空間總量、組成布局、系統承載和空間品質4個維度進行評估，可以更直觀地看到深圳市水系統的特征及問題：①河湖水系數量眾多但總體空間占比偏低，小微水體空間有持續縮減的風險；降雨充沛但本地可利用水資源匱乏，水環境容量偏低，意味著本地資源對人口承載力有限；河湖水環境顯著改善，但生物多樣性水平較差。小微水體的保護、水環境容量的創造、河流空間異質性和生物棲息地的修復是資源生態空間拓展和品質提升的重點。②主要水系統設施冗余能力充足，但存在區域間不均衡的問題，可通過主干管網系統連通調配解決；面對深圳土地資源的緊約束，工程設施空間未來也將更多的依賴存量空間發展，提升設施空間利用效率，強化設施功能復合和周邊環境融合，實現基礎設施高質量高品質建設是工程設施空間優化重點。③河流藍線空間是水城融合的重點空間，但中小河道存在大量城市建設擠占水城交互界面的問題；同時濱水空間設計缺乏與周邊城市空間功能的融合，導致親水體驗吸引力不足。統籌城市建設、居民生活與水系空間的互動關系，對水城過渡空間資源要素的再分配、再整合和再利用是水城融合空間建設的重點。④受地形地貌和氣候影響，深圳易受洪澇潮等多重災害疊加侵襲；同時城市高度建成，自然雨洪調蓄空間有限；各類風險區主要分布在人口和產業高度集中的中、西部地區，一旦發生災害將造成巨大的經濟損失和社會影響。如何在規劃用地布局階段融入洪澇安全風險因素，提前布置風險預控措施，降低受災風險是未來研究重點。

本文立足空間規劃體制改革，為城市水系統評估提供了一種新的視角，可在其他城市得以應用并進一步完善評估體系。