城市水務規劃韌性提升策略：雄安新區實踐與探索

劉曉青

摘 要韌性城市是當前城市規劃的重要議題之一，建設韌性城市已成為防范城市安全風險的國家戰略路徑，韌性城市理念的融入對城市水務基礎設施建設的影響巨大。從解析韌性城市理論研究和全球韌性城市實踐出發，認為韌性水務應具備：系統結構靈活包容、基礎設施多元冗余、水務功能穩健成長、運行管理協同智慧等基本特征。通過在雄安新區RD片區的實踐探索，總結城市水務規劃韌性提升的策略方法主要體現在4方面。①結構化整為零：系統布局由集中式向分布式轉變；②設施多元冗余：提前準備、未雨綢繆；③空間功能彈性：多功能復合利用、與風險共存；④專業統籌協作：控制風險連鎖反應，實現“多規合一”。

關 鍵 詞韌性城市；雄安新區；水務規劃；系統集成

文章編號 1673-8985（2023）03-0144-07 中圖分類號 TU984 文獻標志碼 A DOI 10.11982/j.supr.20230320

0 引言

水是生命之源，《易經》強調“潤萬物者，莫乎水”，自古以來，人類逐水而居，城市依水而立。水務基礎設施是水務一體化改革背景下給水、污水、雨水、水系等涉水工程的總稱，是城市基礎設施的關鍵組成，是支撐城市健康持續發展的生命基石。

水務規劃在發展過程中歷經水資源綜合利用、排水防澇、海綿城市等規劃理念。近年來為應對外部環境的不確定性，“韌性城市”理念逐漸崛起，城市水務規劃呈現與韌性城市理念結合的趨勢。這為水務規劃提供了解決問題和面向發展的新思路，對提升水務基礎設施支撐城市健康持續發展的綜合能力具有重要意義。本文從解析韌性城市理論研究和全球韌性城市實踐出發，融入韌性城市理念的韌性水務基本特征，探討城市水務規劃韌性提升的策略。通過在雄安新區RD片區的規劃實踐，探索城市水務基礎設施韌性發展的路徑。

1 韌性城市與韌性水務基本特征

1.1 韌性城市的理論研究和實踐經驗

國內外相關學科對韌性城市進行大量研究，但對這一概念的界定至今尚未達成統一，其中韌性聯盟、聯合國國際減災署、洛克菲勒基金會等研究機構對韌性城市的定義得到了較多認可[1]。韌性城市的定義一般強調城市系統面對不確定性擾動時迅速響應，通過學習適應、動態反饋及調整升級，維持乃至優化系統基本功能、結構、特征，實現適應性發展的能力，韌性城市具有穩健性、冗余性、可恢復性、智慧性、適應性等特征[2]。這些基本內涵和主要特征得到了學界的普遍認可（見表1）。

紐約、東京、倫敦等城市和荷蘭、新加坡等國較早啟動韌性城市實踐，雖然研究議題各有側重，但應對全球氣候變化是各城市研究的核心議題[3]，其中以城市洪澇和淡水資源為代表的水務風險是主要議題之一，基礎設施韌性是各城市韌性維度共有的關鍵內容，其中水務基礎設施韌性被認為是保障城市韌性的前提之一。從各國韌性城市實踐來看，韌性城市規劃從早期的偏重災害應對轉變為強化城市韌性發展，城市韌性從早期的追求平衡性向強調持續不斷的適應性、學習性和創新性轉變[4]（見表2）。

1.2 韌性水務的基本特征

水務韌性的提升應置于城市整體韌性中來考慮。防范各種干擾沖擊風險以及不確定因素是韌性城市規劃的主要內容，城市韌性體現在結構韌性、過程韌性和系統韌性3個層面[6]。基于此，水務韌性要解決的問題是：在復雜、動態、不確定性等各種外部變化和壓力沖擊下，保持水務系統原有結構和關鍵功能等基本特征，支撐城市持續正常運轉。將韌性城市的特征融入水務規劃，韌性水務應具備以下基本特征。

（1）系統結構靈活包容。系統具有多尺度、多樣性的靈活結構，可以起到在時空上分散風險的作用。系統能夠在多尺度上進行網絡連接，利用相互依賴的網絡交互作用協同應對風險。即通過強化系統結構對不確定風險的適應能力來提升水務韌性。

（2）基礎設施多元冗余。能夠提供多元化的來源去向，水務設施和輸配網絡具備一定的冗余度，當某個源頭失效、某些設施受損、某條通道斷網，能夠通過及時的替代、彌補、轉換快速恢復水務運轉。即通過強化基礎設施面對突發沖擊的恢復能力來提升水務韌性。

（3）水務功能穩健成長。水務關鍵功能具有一定的動態持續性，能夠通過自我調節應對不同風險情景，維持自身運轉的相對穩定。同時具有一定的兼容性，在面對技術革新下的迭代升級時，能夠實現平滑演進，避免大拆大建。即通過強化水務關鍵功能的穩健創新能力來提升水務韌性。

（4）運行管理協同智慧。不同水務專業系統之間的運行具有綜合性，運維管理能夠通過統籌協作達到水務韌性的最優組合。深度融合數字化、智能化等新一代信息技術，利用智慧水務提高運維效能和加快風險處置。即通過強化水務系統的協同智慧能力來提升水務韌性。

2 城市水務規劃韌性提升策略研究

城市水務系統除了要應對傳統的城市風險（風暴潮、干旱、地震等自然災害，設備事故、環境污染、生態破壞等事故災難），還要面臨 “新型不確定性風險”，例如極端氣候、科技革命、重大傳染病傳播、突發襲擊等[7]2。“新型不確定性風險”往往難以預料，傳統的單純“放大冗余”或“制定預案”等水務規劃策略已經難以有效應對，應從提升給水、污水、雨水和水系等各專業系統的結構韌性、功能韌性、過程韌性，以及水務系統綜合韌性來全時空地應對各種復雜多變風險。

2.1 給水規劃

傳統的給水規劃強調構建規模化的環狀管網系統。這種規劃模式雖然能夠滿足基本服務需求，但從給水行業未來發展來看，缺乏適應性和可持續性，主要表現在2個方面：一是在安全保障方面，管網壓力普遍偏高，系統能耗高、爆管率高，且一旦出現突發事故，影響范圍大；二是在品質提升方面，水廠處理工藝雖然已經可以實現直飲出水，但大體量的統一供水模式，造成管網輸送距離長，用水在管網的末端停留時間長，水質極易惡化，制約高品質供水目標的實現[8]。由此可見，城市輸配水管網是提高給水韌性的關鍵環節，給水規劃韌性提升的要點應該是：給水系統空間布局從大體量、集中化的“統一供水”，向分散化、扁平化、靈活互連的“分區供水+應急儲備”模式轉變。

（1）分區供水。建立輸水、配水2級系統，輸水系統與配水系統相對獨立，二者之間設置配水增壓泵站。水廠通過輸水管網將水輸送至增壓泵站，泵站向各分區管網獨立配水；配水分區規模一般控制在2 km?以內（根據數據模擬分析，2 km?以內的管徑總體可以控制在DN300以下），各分區配水管網平行運行，分區之間建立應急聯通管道（見圖1）。分區供水模式增強了系統的結構韌性，由于配水管網尺度的大幅減小，拉近了用戶與水源的距離，可以有效降低管網平均壓力、降低管網漏損率、減少爆管發生率。模塊化的平行運行布局能夠將突發沖擊的影響控制在較小范圍并阻斷連鎖反應，應急工況下可以聯合各個配水子系統共同應對突發事故[9]。分區供水還便于實施分區計量和精細化管理，有利于應用智能化手段，有效提高系統運行韌性。空間上，2 km?的分區規模基本與國土空間社區層級的規模相匹配，通過與城市社區同步模塊化增長，能夠更加彈性地適應城市發展。

（2）應急儲備。采用多水源供水和設置水量調蓄提高給水系統的冗余度。輸水層級，疊加多源取水、多源供水、備用水源設置和水廠源頭調蓄，通過輸水網絡聯合調度提高水量源頭冗余，增強應對用水變化和突發事件的能力；配水層級，利用增壓泵站配置調蓄水池，調蓄量一般不小于服務區域日供水量的8%—12%[9]，除了能起到應急儲備作用外，還可以降低水廠至泵站的輸水干管管徑。采用中途水質控制和動態循環提高管網水質韌性。在增壓泵站加載補氯等消毒設施進行中途水質控制，借鑒建筑直飲水供水模式，在配水管網末端增設回水管道接入增壓泵站，利用增壓泵站實現管網水動態循環。

2.2 污水規劃

傳統的污水規劃由于污水設施的鄰避效應，污水處理廠普遍布置在城市外圍，日均處理規模動輒達到幾十萬噸、幾百萬噸，城市污水需要通過長距離、大口徑的管渠和多級提升泵站向外輸送。這種規模化的大集中、大排放模式，一方面安全可靠性不足，一旦突發事故，影響范圍大；另一方面造成大量水資源的浪費，即使遠距離回用，也需要大體量的再生水管網承載而消耗大量建設成本。因此，污水韌性提升的方向應該是污水資源化與就近利用，污水規劃韌性提升的要點應該是：污水系統空間布局從“集中排放”模式，向“分布處理+再生回用”模式轉變。

（1）分布處理。按照“大分散、小集中”的原則部署污水再生處理系統。將城市劃分為若干污水再生處理單元，每個單元的處理規模控制在萬噸級別，各個單元之間建立應急聯通管道。分布式污水再生處理模式增強了系統的結構韌性，可以減小突發沖擊的影響范圍而分散風險，拉近了處理設施與用戶之間的距離，便于再生水的就近回用（見圖2）。據研究，分布式系統結構實際上成本比集中式更低[7]4。萬噸級的污水處理單元一般控制在10—20 km?，基本與城市國土空間組團層級的規模相匹配，可以與城市組團同步彈性發展。另外，出于污水系統運行穩定的考慮，建議單元內的用地功能布局盡量復合化、均等化，便于有效應對公共衛生事件等突發沖擊下人口分布變化引起的污水量陡增陡落。

（2）再生回用。相較于將處理后的污水直排水體的傳統方式，污水再生利用是應對日趨嚴格的環境政策的經濟替代方案。大量實踐表明，將污水凈化為可利用的水資源加以回用，與傳統的水資源開發利用模式相比更具優勢，污水再生回用遠比遠距離調水經濟[10]，應作為城市的第二水源。污水再生處理應堅持以供定需、依用定質[11]，再生水應用盡用，再生水以污水再生處理廠為水源就近回用。

2.3 雨水和水系規劃

氣候變化引起的極端天氣是當今全球關注的焦點。有研究通過分析近30年的降雨數據建立預測模型，指出氣候突變的可能性的確存在，南北方可能出現氣溫逆轉，使得降水分布發生奇異變化[12]。中國是全球自然災害最為嚴重的國家，尤以洪澇為甚。近年來我國北方地區出現多起極端暴雨洪澇事件。以工程手段調控洪澇的能力總有一定限度，從傳統的硬性抵抗向彈性消解轉變，把外界沖擊作為自然動態的變化過程，強化動態調節和自適應能力[13]，是城市雨水和水系規劃韌性提升考慮的要點。

雨水規劃由“以排為主”向“可持續水循環”轉變。可持續水循環強調自然積存、自然滲透和自然凈化，應當體現在源頭至末端的全過程綜合治理中。源頭推行滲、滯、蓄、凈、用、排等設施靈活組合的低影響開發系統，發揮延緩峰值流量、減少外排水量及污染物含量的作用；中途采用蓄排結合的排水模式，聯合源頭削減措施，優先利用自然排水方式，實現中小降雨自然積存、滲透與凈化；末端與水系水位、排澇分區有機結合，根據城市雨水污染特征重點加強初期雨水收集處理。需要注意的是，源頭削減慎用灰色蓄水設施，蓄水設施盡可能兼具多種功能，避免以錯峰排放為唯一目的專用蓄水池；中途仍須同步規劃高標準的雨水管渠，保障排水安全底線。

水系規劃由“硬性防御”向“動態調節”轉變。城市水系具有很強的自然屬性和隨時空變化的特征，實現可動態調節的水系規劃應從順應自然和空間彈性入手。水系布局應遵循水系自然演變規律，與水體的自然流向相協調，連通河流、湖泊、濕地等要素，采用低影響的自然或仿自然手段，塑造自然連續的水系網絡和水體形態，通過水系的系統調配分散和疏解洪澇壓力。水系網絡應與綠地網絡和開敞空間交織布局，通過藍綠空間的動態轉換，動態適應洪澇蓄排以及自然系統的生態交換。水系空間應適應豐水期、常水期和枯水期的水位漲落，彈性滿足不同時期的水面積需求，柔性應對水文變化。枯水期根據最低可用生態水量確定水面積，常水期依據穩定的生態水量確定水面積，汛期按照防洪排澇設防標準確定水面積。需要強調的是，城市空間布局和景觀規劃切忌不顧自然生態環境和水資源條件，盲目部署大面積水體，將景觀功能與生態功能本末倒置。

2.4 專業規劃系統集成

城市水系統是水的自然循環和社會循環的耦合系統[14]，任何一個環節的變化都可能對整體水循環造成連鎖影響。傳統水務規劃專業分工明確，割裂的專業規劃往往孤立地處理水務問題，缺乏整體考慮。應該將給水規劃、污水規劃、雨水規劃、水系規劃有機聯系起來，構建相互協調、協同運作的系統性水務規劃，提高水務系統的綜合韌性。

（1）污水資源化。污水資源化是實現水資源循環利用和水生態健康良性循環的關鍵所在。從流域水資源整體平衡和統一配置的角度來看，城市污水量大質穩定，再生水就近可取、水質可控，不受氣候條件和其他自然條件限制，是最可靠的補水水源，應重點推進污水再生和生態環境利用，彌補季節性影響。根據對典型城市地區的計算分析，城市再生水量扣除城市雜用，其余全部用于城市水系生態補水，可支撐的水面面積率多超過5%。

（2）標準內在統一。現行國標《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的最高排放標準是一級A標準，對照《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）的可比項目，絕大多數指標不及地表水Ⅴ類標準，污水排放標準與水環境質量標準缺乏內在一致性。隨著水環境理念從事后治理向事前保護的轉變，應統一在環境標準體系之下對污水處理提標提質。

（3）設施空間融合。調整割裂的水務專業規劃模式，所有水務設施基于“一張水網”統籌部署，協調各類設施上下游關系、鄰避關系，推進水務設施與城市其他基礎設施和綠色空間融合部署（見圖3）。例如，污水處理設施可以結合公園綠地采用全地下的建設方式，地面與公園綠地融為一體。地下建設方式，地震破壞力最小，對周邊環境基本沒有鄰避影響。建議城市用地規劃考慮在沿河、地勢低洼及排水干管沿線布置公園等公共綠地，作為污水和雨水系統韌性發展的備用空間[15]122。

（4）適度彈性預留。對輸配系統干管管徑和重大水務設施用地預留一定冗余。輸配干管的冗余承接未預見水量，彈性系數不宜過大，尤其是污水管道，當污水量增長不抵預期時，可能會導致管道流速偏小，易形成沉積而影響排水能力，彈性系數取1.2較為合適[15]122。水廠、污水廠、水利樞紐等重大水務設施的規劃用地規模，建議按設計規模1.2倍的彈性系數預留發展備用空間。

3 雄安新區RD片區韌性水務規劃實踐探索

雄安新區地處河北省中部，是繼深圳經濟特區和上海浦東新區之后又一具有全國意義的新區。RD片區是其中開發建設的首個先行區，肩負著探索建設經驗、創新開發模式的重要使命。片區占地面積12.7 km?，規劃人口約17萬人，是以生活居住功能為主的綜合性功能區。

RD片區水務規劃涉及除水源和凈水廠以外的全部水務內容，規劃基于韌性城市理念確定水務各領域的研究重點。給水領域，聚焦城市輸配水管網韌性，研究建立一套既可以滿足當前供水需要，也能為未來水質提升預留充足條件的給水輸配系統；排水領域，面對華北地區水資源短缺、水環境污染、水生態退化的嚴峻局面，探索水資源循環利用的規劃方法，打通社會水循環與自然水循環之間的關鍵環節；水利領域，關注氣候變化背景下極端暴雨內澇防治，研究打造適應本地降水特征并應對多種水文條件的彈性水系。

3.1 “分區供水、回水循環”的韌性給水規劃

實現可直飲的高品質供水是供水行業當前的重點突破方向，雄安新區總規明確要求“實施全域高品質供水”。但從目前的發展進程來看，各地直飲供水仍處在探索階段，尚未形成統一的水質目標和系統建設標準。RD片區給水規劃為避免因水質目標提升帶來系統的顛覆性影響，圍繞提高給水系統韌性適應能力，創新性提出“分區供水+回水循環”的供水模式（見圖4-圖5）。

（1）分區供水：采用模塊化管網布局，結合社區單元，按照2 km?左右的尺度劃分6個供水分區，相鄰的2—3個供水分區合并配建1座增壓泵站，形成“三站六網”的分區供水格局。根據水力計算，管網平均壓力基本控制在0.29—0.30 MPa之間，較“一網統供”的供水模式降低25%以上，有力支撐新區管網漏損率不高于5%目標的實現。配水管管徑絕大部分控規在DN200—DN300之間，能夠有效控制管材優化的成本。供水分區設網間連通管道，增壓泵站按最高日供水量的15%配置調蓄池，共同保障應急工況下的安全供水。

（2）回水循環：為防止管網中的水停留時間過長造成水質惡化，在供水分區管網末梢增設回水管道，通過可遠程啟閉的閥門將停留時間較長區域的供水回流至增壓泵站進行補充消毒。回水點和回水流量根據管網水質模型模擬，基本位于管網最遠點或水量最小點。回水管道敷設于綜合管廊內，便于分期實施和動態調整。

3.2 “分布處理、良性循環”的韌性排水規劃

RD片區屬于典型的北方城市，周邊地表水系常年干涸，河道污染嚴重，地下水超采，水資源嚴重匱乏。雖然調引黃河水、南水北調等工程在一定程度上緩解了生產生活水源的不足，但生態環境用水仍然無法保障。把社會用水和自然用水過程統一起來，實行水資源、水環境和水生態“三水共治”，營造健康良性的水循環，是RD片區提升排水規劃韌性的主攻方向。

污水規劃：由于片區所處流域水質管控（Ⅲ—Ⅳ類標準）要求極高，RD片區在規劃伊始就本著污水資源化的理念統籌研究其環境功能、生態功能和資源功能。規劃聯合相鄰片區詳細比選了分散式、分布式、集中式等污水系統布局方式，確定采用分布式循環再生的污水處理系統。這種系統的建設方式靈活、周期短、投資省、再生利用便捷，相比之下韌性最優。片區規劃1座污水再生處理廠，規模為8.0萬m?/d，采用全地下形式與城市公園融合建設（見圖6）。規劃1條與相鄰的RX片區污水廠應急聯通的壓力污水管，敷設于綜合管廊中，便于分期實施和動態調整。

再生水規劃：實行污水再生循環利用，再生水全部回用，納入水資源統一配置。污水處理出水水質按“準Ⅲ類”地表水標準（僅總氮不滿足）控制，既滿足了污水再生回用的水質要求，同時也實現了與流域水環境質量標準的內在統一（見表3）。

RD片區規劃了專用的再生水管網系統。以污水再生處理廠為水源，根據用戶分布，管網采用大環小枝的系統形式，主干管以環網的形式沿綜合管廊敷設，支管呈枝狀向公共綠地、廣場、主要道路、城市水系延伸。主干管的環網結構可靠性高，沿管廊敷設便于動態調整；支管的枝狀布局實現了以最小建設成本滿足市政雜用和水系生態等主要用戶的用水（見圖7）。

雨水規劃：構建源頭削減、中途控制、末端治理多級控制系統。源頭重點推動低影響開發，圍繞海綿城市指標體系，將年徑流總量控制率作為核心控制指標，徑流污染控制、雨水資源化利用等作為補充控制標準，按照片區、宗地、地塊進行針對性差異化逐層分解，深度達到能夠詳細指導工程項目具體建設的標準。中途創新排放模式，將雨水管道緊鄰道路綠化分隔帶或人行道布置，檢查井采用偏井的形式，井口采用溢流方式布置在綠化帶或行道樹間隔處，綠化帶采用下凹式輔助排水——雨量較小時雨水通過土壤過濾下滲，雨量較大時雨水由溢流口直接排入雨水管道（見圖8-圖9）。該模式不僅響應了海綿城市的建設要求，而且大幅減少了路面井蓋的數量[16]。末端截留初期雨水，在管網下游集中設置初期雨水調蓄池，串聯相近雨水排放口，將初期雨水錯峰接入就近的污水管道，統一輸送至污水廠集中處理。

3.3 “以水定城、豐枯調劑”的彈性水系規劃

華北平原水資源時空分布極不均勻，汛期3—4個月降水量占全年降水量的比例高達70%以上，河湖濕地普遍面臨旱季長期干涸、斷流，雨季短時洪澇成災的問題，造成安全、景觀、生態等多重影響。為應對水文變化，適應水資源時空分布特征，營造優美宜人的水景風貌，RD片區提出打造“彈性水系”——彈性滿足枯水期最低保障、常態景觀生態需求、汛期調蓄排澇需求，形成由枯水位、常水位、澇水位等不同特征水位下的彈性水系布局（見圖10-圖12）。

常水位（6.5—7.5 m）下的水面積根據可用再生水量確定。RD片區可供本地使用的再生水量為4萬m?/d，除綠化澆灑、道路沖洗等市政雜用水量1.0萬m?/d（冬季）—1.8萬m?/d（夏季），剩余水量補充水系蒸發、下滲，以及促進活水。按照夏季最不利水量測算，可支撐水面積近75 hm?。考慮一定的安全冗余，確定常水位水面積70 hm?，水面面積率5.5%。

澇水位（南側8.5 m，北側10.0 m）下的水面積依據排澇標準（30年一遇）所需調蓄量確定。打造由河、湖、低洼草溝、生態排洪渠組成的蓄澇滯澇區，形成蓄排結合、自排為主、抽排為輔的治澇模式。澇水位下的低洼蓄澇面積165 hm?，蓄澇水面面積率13.2%。枯水季節最低水位6.5 m，利用多處溢流堰保水，維持中心水域最小水面積；降雨后水位上升，控制不超過啟排水位7.5 m，超過7.5 m沿排澇干渠開始向外排水，水系發揮排澇功能，雨洪滯留水深1 m左右。

針對水文特征和彈性水系，組合形成湖、河、溪、濕地等不同的水景風貌。枯水期形成湖+旱溪的水景風貌，維持中心湖持續水景；日常形成湖+溪的水景風貌；汛期形成湖+河+濕地的水景風貌。

4 結語

總結城市水務規劃韌性提升的策略與方法，主要包括4個方面。

（1）結構化整為零。由傳統的集中布局向分布式轉變。分布式布局能夠有效控制風險影響力，某個單元一旦失效，即刻切換至其他單元，避免城市功能大面積中斷或癱瘓。

（2）設施多元冗余。在面對風險沖擊和技術發展變革的不確定性時具備一定的預判能力，通過多元路徑和適度冗余提前準備、未雨綢繆，為城市未來發展提供充足的條件。

（3）空間功能彈性。主要強調水務空間與國土空間的多功能復合利用，使某些空間能夠在日常狀態和特殊狀態下實現功能的自由轉換，促進城市與風險沖擊和諧共生。

（4）專業統籌協作。從水務各專業系統整體關聯角度出發，控制風險在專業系統之間的連鎖反應，通過多方協作、統籌考慮，實現在城市水務規劃層面的多規合一。

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》明確提出建設韌性城市，韌性城市建設已經上升為城市風險防控的國家戰略路徑，對城市水務基礎設施建設的影響巨大。本文嘗試將韌性城市理念融入城市水務規劃，探索城市水務規劃韌性提升的策略與方法，以期在新時期歷史大變革的背景下為城市水務基礎設施轉型發展提供新的研究視角和參考借鑒。

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