雄安新區(qū)新型城市水系統(tǒng)構(gòu)建的模式和標準研究

全康環(huán)保:針對新區(qū)面臨的多重水約束，結(jié)合新區(qū)未來發(fā)展的定位目標，在充分認識系統(tǒng)性及維持自然水循環(huán)重要意義的基礎(chǔ)上，提出了“節(jié)水優(yōu)先、灰綠結(jié)合”雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的新型城市水系統(tǒng)模式，其次，建立了資源-環(huán)境-安全-經(jīng)濟-社會/管理-技術(shù)六維度的綜合評估指標體系，通過模型對子系統(tǒng)模式及過程進行模擬和綜合評估，提出了空間布局模式的優(yōu)化方案。

基于新型城市水系統(tǒng)的雙循環(huán)模式，從維持健康自然水循環(huán)、發(fā)揮城市水系統(tǒng)各項社會功能兩個層面，水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水安全4個維度，研究提出了“四水統(tǒng)籌、人水和諧”的新型城市水系統(tǒng)建設(shè)標準（控制指標），包括城市水系統(tǒng)構(gòu)建標準、城市水設(shè)施建設(shè)標準和韌性城市水系統(tǒng)構(gòu)建標準3項；以落實新發(fā)展理念引領(lǐng)雄安新區(qū)城市水系統(tǒng)高標準的規(guī)劃建設(shè)。

基于認識的深入和理念的變革，不同的城市水系統(tǒng)構(gòu)建模式被提出，也將帶來解決問題的整體思路、總體目標以及規(guī)劃建設(shè)方案策略的變革。建設(shè)標準（控制目標指標體系）是城市建設(shè)理念與發(fā)展戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)，發(fā)展目標的量化也是引導規(guī)劃設(shè)計建設(shè)運行的重要抓手。圍繞著如何落實新時代高質(zhì)量發(fā)展的要求，落實“世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位”的新區(qū)建設(shè)理念，破解新區(qū)面臨的多重水約束、構(gòu)建安全韌性的水系統(tǒng)，研究提出了新區(qū)城市水系統(tǒng)建設(shè)的模式和標準，以期引導新區(qū)城市水系統(tǒng)實現(xiàn)健康良性循環(huán)。

01 新型城市水系統(tǒng)構(gòu)建模式的提出

雄安新區(qū)城市水系統(tǒng)的建設(shè)面臨著多重水約束：水資源短缺、城市供水主要依賴外調(diào)水；地勢低洼、洪澇風險突出；入淀河流水質(zhì)長期處于劣Ⅴ類，下游白洋淀生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重；同時隨著人類活動對自然影響日益深刻，新區(qū)未來發(fā)展還面臨著氣候變化、急性沖擊等諸多不確定影響因素，這些都對城市水系統(tǒng)的構(gòu)建提出了更高的要求和新的挑戰(zhàn)。

基于城市水系統(tǒng)最新理念和國內(nèi)外案例借鑒，在充分認識城市供排水系統(tǒng)性及維持自然水循環(huán)重要意義的基礎(chǔ)上，課題打破了傳統(tǒng)供水與排水專業(yè)分割、工程主導的模式（見圖1），深化和拓展了自然循環(huán)與社會循環(huán)耦合形成城市水系統(tǒng)的理念雛形（見圖2和圖3），構(gòu)建了雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的新型城市水系統(tǒng)模式，即城市水系統(tǒng)是自然水循環(huán)和社會水循環(huán)耦合的復雜系統(tǒng)（見圖4和圖5），前者以“降水-入滲-產(chǎn)匯流（徑流）-蒸發(fā)（運移）”為基本過程，后者以“取水-供水-用水-排水”為主要過程；城市水系統(tǒng)是由多要素組成的、有序排列的有機整體。

對比不同城市水系統(tǒng)的模式圖，雄安新區(qū)新型城市水系統(tǒng)模式具有以下特點：

（1）系統(tǒng)具有自然水循環(huán)和社會水循雙循環(huán)結(jié)構(gòu)。

（2）自然水循環(huán)過程涉及流域范圍，社會水循環(huán)涉及城市范圍，兩個水循環(huán)過程在不同空間尺度上通過各種要素各種過程相互聯(lián)系和銜接，既體現(xiàn)在流域、城市層面，也包括片區(qū)和地塊層面；

（3）組成要素既包括灰色設(shè)施，也包括綠色設(shè)施，并由兩層級結(jié)構(gòu)（見圖3）拓展到三個層級（見圖5）；

（4）除水資源、水環(huán)境兩個維度外，還增加了水安全和水生態(tài)維度的考量。

02 城市水系統(tǒng)的總體目標及優(yōu)化調(diào)控路徑

結(jié)合雄安新區(qū)城市發(fā)展的定位和總體目標，從城市水系統(tǒng)雙循環(huán)模式的視角梳理新區(qū)城市水系統(tǒng)的總體目標：其總體目標是實現(xiàn)高品質(zhì)飲用水供應(yīng)、高質(zhì)量水環(huán)境維系、高標準水設(shè)施建設(shè)、高韌性彈性的水系統(tǒng)構(gòu)建。

基于系統(tǒng)新模式，通過對系統(tǒng)全要素、全過程的調(diào)控來實現(xiàn)城市水系統(tǒng)的總體目標，調(diào)控對象為灰綠相結(jié)合的基礎(chǔ)設(shè)施體系，既包括傳統(tǒng)的工程設(shè)施，也包括具有一定復合功能的藍綠空間。優(yōu)化調(diào)控的思路與途徑主要包括（見圖4）：

（1）落實節(jié)水優(yōu)先的理念，降低社會水循環(huán)的通量；

（2）通過強化污水再生利用和雨水資源化利用等子過程，優(yōu)化系統(tǒng)的循環(huán)模式，促進資源的多級利用；

（3）對各要素各過程的控制，從而提高系統(tǒng)的整體運行效率，降低資源能源消耗。

03 城市水系統(tǒng)的空間布局模式

基于水資源、水環(huán)境、水安全、水生態(tài)多維度目標，同時兼顧到規(guī)模效應(yīng)對技術(shù)經(jīng)濟性、運行管理及可操作性等的影響，結(jié)合起步區(qū)地勢平坦、組團式的城市空間布局，對起步區(qū)采用分散或分布式的、多層次循環(huán)的、功能復合的空間布局模式進行了深入的探討。

3.1 模式評估的技術(shù)流程及方法

課題建立了模式評估的技術(shù)流程及綜合評估方法以實現(xiàn)對不同模式方案的優(yōu)選。

首先，基于國內(nèi)外城市水系統(tǒng)的實踐探索，結(jié)合起步區(qū)的現(xiàn)有條件和布局特點，針對性提出了系統(tǒng)及子系統(tǒng)推薦的多種布局模式（情景）方案（見圖6）；其次，城市水系統(tǒng)的不同模式將帶來水和其他特征物質(zhì)的不同分布特征及循環(huán)狀態(tài)，劃分子系統(tǒng)邊界，并應(yīng)用各專業(yè)模型對供水、雨水、污水、水系濕地子系統(tǒng)分別建模并相互關(guān)聯(lián)，對各過程進行水量水質(zhì)等特征參數(shù)的模擬；第三，為滿足城市水系統(tǒng)自身復雜性及可持續(xù)性的要求，亟需在傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性評估的基礎(chǔ)上，建立包括資源-環(huán)境-安全-社會/管理-經(jīng)濟-技術(shù)等六維度定量與定性相結(jié)合的評估指標體系（見表1），通過綜合評估選出最優(yōu)方案。系統(tǒng)模式優(yōu)化是下一步確定目標、耦合過程、系統(tǒng)優(yōu)化形成雄安方案的基礎(chǔ)。

3.2 子系統(tǒng)布局模式

3.2.1 供水子系統(tǒng)

起步區(qū)供水子系統(tǒng)采用區(qū)塊化的環(huán)網(wǎng)布局模式（見圖7），將整個區(qū)域逐級分區(qū)，各區(qū)相對獨立供水；將主干管或干管與支管的功能分離，主干管連接水源水廠和各區(qū)，保持各區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)；支管承擔配水功能。

3.2.2 污水處理及再生回用子系統(tǒng)

起步區(qū)污水及再生回用子系統(tǒng)的目標是實現(xiàn)城市污水的全收集全處理全回用，并采用完全的雨污分流制?？紤]到污水及再生水廠的合理分區(qū)和分散布局，有利于再生水的回用，提高系統(tǒng)整體的靈活性和彈性，更好地適應(yīng)新區(qū)的人口增長，推薦采用分區(qū)循環(huán)式的空間布局模式。

3.2.3 雨水子系統(tǒng)

雨水子系統(tǒng)綜合管理的目標是，在基本維持開發(fā)前后水文條件不變的基礎(chǔ)上，同步實現(xiàn)雨水集蓄利用、徑流污染控制與峰值削減等目標。

子系統(tǒng)實現(xiàn)對不同重現(xiàn)期降雨有組織地控制和安全排除；建設(shè)雨洪應(yīng)急管理平臺，實現(xiàn)雨情預警、在線監(jiān)控及應(yīng)急調(diào)度等功能（見圖8）。

3.2.3.1 源頭LID設(shè)施的布局模式

依據(jù)片區(qū)/地塊和道路的雨水收集處理、利用方式的不同，選擇：模式①地塊與道路均分散收集處理后就地利用、模式②地塊分散收集處理后就地利用，道路分散收集、集中處理后利用；這兩種均為分散控制的類型。不同建設(shè)區(qū)域在選取雨水LID設(shè)施時，應(yīng)因地制宜，根據(jù)地塊和道路的現(xiàn)實條件進行選取，并靈活應(yīng)用滲透和集蓄措施，宜滲則滲，宜用則用。

3.2.3.2 雨水管渠及水系排澇空間的布局模式

起步區(qū)地勢北高南低、地形平坦，南北向坡度略大于東西向。河道水系以北南向水系為主、東西向水系為輔。豎向設(shè)計對于平原地區(qū)的城市排水至關(guān)重要。結(jié)合組團式用地布局設(shè)置劃分排水分區(qū)，采用“中間高、兩邊低”的龜背式豎向設(shè)計；雨水主干管沿東西方向布局，就近排入北南方向河道水系，形成“魚骨式”布局。設(shè)置一定的調(diào)蓄空間及南部藍綠空間（利用原有的大?薰諾恚┯行Ы檔統(tǒng)鞘姓?體洪澇風險，并調(diào)蓄利用雨水資源。

起步區(qū)防澇設(shè)計校核標準為100年一遇，排澇空間的計算需統(tǒng)籌考慮本地澇水和上游匯流范圍排澇的需要，以及大清河北支、南支洪水的威脅。通過內(nèi)澇模擬分析，構(gòu)建起步區(qū)縱橫交織、主次分級的水系通道實現(xiàn)雨水調(diào)蓄、景觀補水及安全排放等功能，并按其功能定位分為流域排澇通道、城市排澇通道、景觀配水通道三大類，東西向水系，以連接南北向水系、配水功能為主，兼顧景觀功能。

統(tǒng)籌水系與用地豎向、排水管網(wǎng)、調(diào)蓄空間等共同構(gòu)建灰綠結(jié)合的起步區(qū)排水防澇體系；在線實時監(jiān)測白洋淀水位，適時抽排城市內(nèi)部澇水，最終形成“北截、中疏、南蓄、適排”的排水防澇格局。

3.2.4 水系濕地生態(tài)空間

在水生態(tài)安全評價和水生態(tài)敏感區(qū)識別的基礎(chǔ)上，構(gòu)建“一屏、一淀、三區(qū)、多廊、多點”的流域水生態(tài)安全格局，并提出空間管控措施及水生態(tài)修復策略。構(gòu)建集調(diào)蓄、凈化、回用、景觀功能為一體、分級智能調(diào)控水質(zhì)-水位-水量的城市循環(huán)水系。

04 城市水系統(tǒng)構(gòu)建標準

基于維持良性自然水循環(huán)的目標，提出了水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水安全4個維度的城市水系統(tǒng)構(gòu)建的總體目標：

①以水資源承載能力為剛性約束，促進流域水資源的可持續(xù)利用；

②以水環(huán)境承受能力為剛性約束，推動流域水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善；

③以排水安全為前提，踐行海綿城市理念，盡量降低城市開發(fā)對流域自然水文循環(huán)的影響；

④以水生態(tài)健康為底線，維護流域水生態(tài)安全格局結(jié)構(gòu)與功能的完整性，促進流域生態(tài)系統(tǒng)的修復（見表2）。

單一維度目標的優(yōu)化不能滿足系統(tǒng)的整體優(yōu)化，后者應(yīng)建立在四維度目標化的基礎(chǔ)之上。

在實現(xiàn)健康自然水循環(huán)的基礎(chǔ)上，城市水系統(tǒng)具有社會屬性，從社會水循環(huán)發(fā)揮功能的角度出發(fā)，對高品質(zhì)飲用水、高質(zhì)量水環(huán)境、高標準水設(shè)施、高韌性彈性的課題目標進行分解，提出新區(qū)城市水設(shè)施建設(shè)標準（見表3）和韌性城市水系統(tǒng)構(gòu)建標準（見表4）兩項標準，前者從城市水資源供給、水環(huán)境治理、有效應(yīng)對洪澇及水生態(tài)產(chǎn)品供給4個維度的服務(wù)范圍、服務(wù)水平及效率、資源環(huán)境效益、安全性及技術(shù)經(jīng)濟性等方面確定總體目標,以充分體現(xiàn)公共服務(wù)全覆蓋、綠色低碳、資源節(jié)約、環(huán)境友好等發(fā)展理念；后者旨在從新區(qū)更長遠的可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，針對長期氣候變化和急性沖擊影響，提出高韌性高彈性城市水系統(tǒng)構(gòu)建的總體目標，有別于傳統(tǒng)意義的安全內(nèi)涵。

表2 雄安新區(qū)城市水系統(tǒng)構(gòu)建指標標準

表4 雄安新區(qū)韌性城市水系統(tǒng)構(gòu)建標準

城市水系統(tǒng)韌性評價一般有定性評價、定量評價和兩者相結(jié)合的方法。定性評估基于利益相關(guān)者對城市水系統(tǒng)的觀察和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，描述指標可能達到的等級狀態(tài)，這一方法有利于快速評估某一地區(qū)城市水系統(tǒng)安全保障能力，具有較強的實用性；為確保指標具有整體性和廣泛性，設(shè)定指標具有相同的權(quán)重。

結(jié)合新區(qū)城市水系統(tǒng)規(guī)劃及建設(shè)現(xiàn)狀，基于文獻調(diào)研、專家評分、與利益相關(guān)者討論等方式，利用上述指標體系，對新區(qū)城市水系統(tǒng)進行安全韌性評估，每個指標按“高、較高、中等、較低、低”的5個評價等級評分，生成雷達圖（見圖9）。

05 結(jié)論

在新時代高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略和治水思路的指導下，結(jié)合雄安新區(qū)多重水約束條件和發(fā)展目標定位，課題沿著理念-模式-目標-技術(shù)方案-機制政策的邏輯路徑，借鑒國內(nèi)外研究和實踐，首先探索提出了“節(jié)水優(yōu)先、灰綠結(jié)合”的雙循環(huán)新型城市水系統(tǒng)模式以及系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控的路徑，基于新區(qū)城市水系統(tǒng)的雙循環(huán)結(jié)構(gòu)模式、發(fā)展定位及總體目標，從水資源、水環(huán)境、水安全和水生態(tài)四維度構(gòu)建了新區(qū)城市水系統(tǒng)構(gòu)建標準和城市水設(shè)施的建設(shè)標準，為應(yīng)對長期氣候變化和急性沖擊風險提出了韌性城市水系統(tǒng)的構(gòu)建標準。

其次，提出了子系統(tǒng)或過程模式優(yōu)化的技術(shù)流程，構(gòu)建了資源-環(huán)境-安全-經(jīng)濟-社會管理-技術(shù)六維度的綜合評估指標體系；進而結(jié)合起步區(qū)空間布局和用地豎向，對供水、污水及再生回用、雨水綜合管理、水系濕地等子系統(tǒng)的空間布局模式進行了模型模擬和綜合評估，提出了分區(qū)分散/分布式的空間布局模式優(yōu)化方案。