海绵城市视角下城市水资源利用体系构建

汤 钟，戴 韵，张 亮，俞 露，汪作炜

(1.深圳市城市规划设计研究院有限公司，广东深圳 518000；2.深圳市南山区水务局，广东深圳 518000)

随着人口和用地规模的不断扩大，水资源短缺已经成为城市健康、全面、可持续发展的瓶颈问题。据水利部统计，在46个重点城市中，45.6%水质较差，14个沿海开放城市中有9个严重缺水。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重[1]。因此，必须立足自身，尽力挖潜，开发可利用的各类水资源，缓解城市水资源压力[2]。城市化造成地面硬质化，改变了地面的水文特性，造成大量雨水流失，严重干扰自然水文循环，使得城市地下水从降水中获得的补给量逐年减少(图1)[3]。通过雨洪综合利用等多种海绵城市水资源利用模式，可增加地下水补给、调节城市气候、抵御海水入侵，是建立城市健康水循环、修复城市生态环境的重要手段。住建部《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》对污水再生利用率、雨水资源利用率、管网漏损控制这3个水资源指标进行了要求[4]。

图1 城市化对城市水问题的影响Fig.1 Impact of Urbanization on Urban Water Issues

南山区位于深圳西部，总面积为170 km2，是深圳市的中心城区，具有优良的自然本底条件。2019年，南山区全省首个通过广东省县域节水型社会达标验收，成为节水型社会示范区。南山区结合自身产业优势，以绿色发展、生态南山、高质量发展为导向，在全区经济持续高速增长的情况下，保持用水总量基本持平。2018年，全区万元GDP用水量为4.04 m3，万元工业增加值用水量为1.01 m3，水资源利用水平整体处于全国领先水平。同时，南山区大力开展海绵城市建设，2017年、2018年连续2年在深圳市海绵城市考核中名列首位(除凤凰城国家试点区外)。在开展海绵城市的背景下，如何探索水资源的利用模式是研究的重点。根据《南山区海绵城市专项规划》，南山区海绵城市指标体系中水资源指标如表1所示。因此，南山区需要在常规水资源满足城市用水需求的基础上，提高污水再生利用及与水资源化利用水平。

表1 南山区海绵城市指标体系中水资源指标Tab.1 Water Resource Indexes of Sponge City Target System in Nanshan District

1 问题分析

1.1 人均占有水资源量小，区外引水依赖度高

南山区本地水资源量紧缺，人均占有水资源量为126 m3，低于深圳市平均水平，仅为广东省平均水平的7%，全国平均水平的5%，属于严重资源型缺水地区。南山区主要依靠区外调水，由东部供水工程、东深供水工程共同供水，占全区供水的85.47%。本地蓄水较少，仅占全区供水的9.96%，主要调蓄水库为西丽水库。整体上，南山区对区外引水依赖性高，水源单一。

1.2 非常规水资源利用率不高

近年来，深圳市已大力开发利用雨洪、海水、再生水等非常规水资源，利用量不断增强，但非常规水资源推广利用处于示范和起步阶段，仍有待继续提高，如图2所示。

图2 深圳市各区非常规水资源开发利用比例Fig.2 Proportion of Unconventional Water Resources Development and Utilization in Each District of Shenzhen City

污水利用方面，根据《深圳市水资源公报》，南山区污水处理回用供水量为579.4万m3，占总供水量的2.44%。南山区污水回用主要用于河道补水，其他方面的应用尚处于小规模的探索阶段。深圳市2014年4月17日颁布实施的《再生水利用管理办法》，明确再生水价格按低于自来水价格(含污水处理费)的一定比例确定。但目前再生水价格仍尚未明确，未形成一套有效的市场运行机制，再生水定价与投资回报机制尚未建立。除水价因素外，用户配套再生水管道建设及相关设备改造投资补偿问题、污水费减免问题、是否奖励等均未正式明确。

雨水利用方面，南山区雨水供水量为435.4万m3，占总供水量的1.83%。在城市季节性缺水和洪涝问题并存的情况下，收集雨水进行回用是一种经济实用的水资源开发方式。结合南山区降雨量丰富但时空分布不均的特点，雨水收集回用不宜用于工业生产，建议主要用于市政公共用水和生态补水等。

2 常规水资源利用方案

作为深圳市的重要发展区域，南山区在过去5年打造形成后海等重点区域，建筑增量有较大增长，水量也呈现增长趋势。根据对南山区现状及未来的城市开发情况的整理，在常规水资源利用方面主要面临以下因素的影响：城市更新和重点片区建设带来的双重压力、市政场站和市政管网面临较大压力、新增市政设施和市政管网建设的难度较大。例如，根据综合法定图则、城市重点地区规划、城市更新、个案调整等，确定规划总建筑面积约为1.868亿m2，比现状建筑面积增加88.95%。如何在高密度、高强度的条件下保证水资源的供应是南山区水资源保障面临的主要问题。

根据《南山区市政设施及管网升级改造规划》，预测南山区最高日总水量为 134.8万m3/d。其中，法定图则用水量为86万m3/d，城市更新片区最高日总水量为7.6万m3/d，城市重点片区水量为 41.2万m3/d，如表2所示。1(前海)、3和4(后海)、6(深圳湾总部)、9(留仙洞)等片区由于重点区建设，建筑量剧增，用水量将逐年持续增长；3、4、7等片区城市更新项目较多，用水量需求增幅较大，如图3所示。

表2 南山区总水量预测Tab.2 Forecast of Total Water Quantity in Nanshan

图3 南山区分区水量增长情况Fig.3 Growth of Water Quantity in Nanshan District

目前，南山区主要由南山水厂(区内)、大冲水厂(区内)及梅林水厂(区外)供水。现状给水厂/站规模仅为55万m3/d，远无法满足未来的水量规模，需优化给水厂/站和管网布局，以满足南山区供水需求，保障水资源供给。综合考虑规划水量、水厂布局、深度处理工艺用地等，提出优化方案，水厂总计规划规模为135万m3/d，可满足远期南山区用水需求。

图4 2030年南山区分片区水量对比Fig.4 Comparison of Water Quantity of Sub-Districts in Nanshan District in 2030

3 非常规水资源利用方案——再生水利用

污水再生利用可以有效节约水资源，减轻水污染，实现城市可持续发展。另外，也可以满足城市绿化和河湖景观用水的需要。我国也陆续发布了部分相关政策，促进再生水利用的产业发展，如表3所示。

3.1 再生水量预测

再生水量预测以给水量预测为基础，取再生水推荐替代率计算水量。因此，在给水量预测的分类建筑面积水量指标法和分类用地面积水量指标法的基础上，取一定的再生水替代率预测本次规划再生水量，参考同类城市及南山区再生水利用规划的替代率经验，结合本片区的实际情况，确定本次再生水替代率指标。预测南山区最高日总再生水量为18.8万m3/d，日变化系数取1.18。其中，道路广场用再生水量占总再生水量的21%，工业用再生水量占总再生水量的15%，公共绿地用再生水量占总再生水量的15%，研发、商业服务业、办公等公共建筑类用再生水量占总再生水量的49%，如表4所示。

表3 我国再生水利用政策[5]Tab.3 Policy of Reclaimed Water Utilization in China[5]

表4 预测再生水量分类结构Tab.4 Classification Structure of Predicted Reclaimed Water Quantity

为便于分片区分析，根据城市规划分区单元共划定11个片区进行再生水量预测。从各分区再生水量分布情况可以看出，再生水量主要集中在前海片区和中部片区，越往南北两端，再生水量需求越少，如图5所示。

3.2 再生水回用对象

规划区内无农、林、牧、渔业用水，故本规划不考虑再生水用于农、林、牧、渔业；深圳市作为滨海城市，主要依靠水库蓄水和境外引水，地下水开采数量较少，故不考虑再生水作为地下水的补充水源。规划城市杂用作为南山区再生水的主要利用形式，如表5所示。其中，道路冲洗和绿化浇洒在整个区域范围内推广，而用于冲厕和空调冷却水仅在重点区域的新建建筑或预留再生水系统的绿色建筑中推行，建成区不进行推广使用。工业用水可以回用于工业生产、冷却用水、锅炉用水、冲洗用水，新建片区重点区域内回用于新型产业用地、研发类等[6]。

图5 再生水量预测分布图(单位：万m3/d)Fig.5 Predictive Distribution Map of Reclaimed Water(Unit: 104 m3/d)

表5 再生水回用对象一览Tab.5 List of Reclaimed Water Reuse Objects

3.3 再生水厂规划

规划再生水厂/站结合现状再生水厂和已设计再生水的布局，同时遵循污水处理厂同步规划建设的原则，共规划4座再生水厂，分别为南山再生水厂、蛇口再生水水厂、西丽再生水厂和沙河再生水厂，区外有1座福田再生水厂，为南山区部分区域供水。再生水厂规划布局如表6和图6所示。

表6 规划再生水厂一览(再生水厂规模控制)Tab.6 List of Planned Reclaimed Water Plants (Capacity Control of Reclaimed Water Plants)

图6 规划再生水厂布局图Fig.6 Layout of Planning Reclaimed Water Plants

4 非常规水资源利用方案——雨水利用

根据《深圳市雨洪利用系统布局规划》，针对城市建设区应坚持“引导建设项目开展生态雨洪利用，推广低冲击开发模式，下渗调蓄为主；鼓励因地制宜适度收集回用”的策略，减少洪峰流量和外排水量，恢复自然水文生态循环，源头削减径流污染。从南山区本地情况来看，建设具有蓄存功能的海绵城市设施，可以调节雨水资源的时空分布，为雨水利用创造条件。针对用地空间和回用条件允许的地区，蓄水适宜利用面积较大的河流、公园绿地进行，其有利于雨水的调蓄和回用，缓解水资源短缺问题。雨水进入蓄水设施前，应有相应的初雨水污染控制措施[7]。

4.1 雨水蓄洪滞洪

随着城市的开发建设，不透水下垫面急剧增加，雨水径流量增大，城市雨水管网的排水压力急剧增大，内涝风险较大。建设雨水调蓄池，将雨水径流的高峰流量暂时贮存于雨水调蓄设施中，待流量下降后，再将蓄水池中水排出，以削减洪峰流量，降低下游管渠的规模，节省工程投资，提高城市的排水和防涝能力，降低内涝风险。对于现状建成度较高的区域，调蓄设施的建设可解决排水标准提升以及内涝防治过程中管道的破除扩建，节省投资，是一种有效的提标综合措施。

南山区雨水调蓄设施的建设应结合公园、绿地建设，落实用地，解决建设用地紧缺问题，如图7所示。同时，应充分发挥现状城市湿地、水系、下凹式绿地等雨水调蓄功能。作为雨水调蓄空间，解决用地紧缺的同时，节省工程投资。对于专用雨水调蓄池，适用于内涝积水较为集中的局部洼地处、排水通道较长的主干管渠上，工程上采用不同的建设模式，发挥其最大效应。借助水力模型，分析易涝风险区原因，结合实际建设情况及相关规划，合理布局雨水调蓄设施，充分挖掘现有水系、湿地、绿地的雨水调蓄功能，构建城市雨水调蓄体系。重点对城市滞洪区、雨水调蓄设施及河道水闸等内容进行阐述。规划集中雨水调蓄设施15处，其中，调蓄水体4处(调蓄洪峰流量)，调蓄池11处(调蓄洪峰流量)，调蓄设施收集的雨水可作为绿地浇洒和道路冲洗等市政杂用水。地块内部布置雨水收集罐、景观水体等进行雨水的收集利用。

图7 南山区雨水调蓄设施规划Fig.7 Planning of Rainwater Storage Facilities in Nanshan District

4.2 雨水水质净化

针对南山区的面源污染控制主要从源头海绵化建设、末端雨水湿地及植被缓冲带的构建进行。其中，海绵化改造主要采用绿色基础设施及灰色设施结合的方式，通过结合河道周边公园、绿地以及调蓄水体，构建雨水湿地及植被缓冲带，实现面源污染的全面控制。例如，在城市更新区域主要推广绿色基础设施建设，满足年径流总量控制率指标，并将污染物削减率纳入控制性指标；在已建区(综合整治)区域主要针对工业厂房的改造，强化对面源污染的控制，将污染物削减率纳入控制性指标；在已建区(现状保留)区域，针对雨水检查井进行环保型雨水口改造，最大程度地削减城市面源污染。

规划区域建设用地开发建设时，适当限制开发强度、合理控制不透水下垫面比例、精细化组织径流路径，削减、滞留、净化雨水径流；城市地块更新时，理顺雨污水排水路径，适当增加绿地等透水下垫面；根据用地在雨水径流汇流路径上的上下游关系，分类提出建筑与小区、道路广场、公园绿地、河湖水系海绵城市建设地策略与目标。

4.3 结合成本分析及指标要求，设计雨水利用系统

国内外部分城市从排水防涝、雨水利用等多角度制定适合本区域的雨水池设置要求。但根据对部分已建绿色建筑的调研，雨水调蓄池的利用率偏低，建议尽量使用雨水花园、透水铺装等生态化形式。若要设置雨水蓄水池，应在当地规定的基础上进行水量平衡计算，确定具体的规模，确保雨水调蓄池的使用效果[8]。

为了达到雨水利用目标要求，同时降低面源污染和提高合作区排水防涝能力，考虑地块面积、用地性质、硬化程度等情况，规划在一些地块建设集中调蓄设施。积蓄用水可用于绿化浇洒、道路及广场冲洗、车库地面冲洗、车辆冲洗、景观水体补水和冲厕、消防备用水源等[9]。积蓄用水也可用于周边未建调蓄设施的地块。雨水调蓄设施通常包括具有调蓄空间的景观水体、降雨前能及时排空的雨水收集池、雨水桶、雨水调蓄池等，但不包括下沉式绿地。通过SWMM建模分析可以得到单位硬化面积所需调蓄容积规模，如表7所示。

表7 单位硬化面积所需调蓄容积目标(建议)Tab.7 Target for Regulating Storage Volume per Unit Hardened Area (Recommended)

5 南山区水资源利用实施情况

目前，南山区已经建成部分水资源利用设施并投入使用。区内已投入使用的再生水处理设施主要有南山再生水厂、西丽再生水厂、大沙河公园再生水利用工程和南山商业文化中心区再生水回用项目。同时，建成了人才公园、大沙河生态长廊等海绵城市示范工程，构建了大小南山—深圳湾滨海休闲带—人才公园—大沙河生态长廊—塘朗山—西丽湖覆盖南山全域的自然景观廊道，形成了具有南山区特色的海绵城市建设体系。在海绵城市建设中，落实水资源利用项目，可达到规划目标的要求。

根据《南山区市政设施及管网升级改造规划》，预测南山区近期水厂规划规模为85万m3/d，远期达到135万m3/d。根据预测，南山区近期再生水厂规划规模为12万m3/d，远期为19.2万m3/d。经计算，2020年，再生水可替代自来水比例为14%；2030年，再生水替代自来水比例为15%。南山区再生水供水城市市政杂用水设施规模为19.2万m3/d，与再生水量需求量(18.8万m3/d)基本匹配，能够达到污水再生利用率的目标要求。

根据《深圳市水资源公报》，南山区雨水供水量为435.4万m3，占总供水量的1.83%。随着海绵城市的建设及雨水调蓄池的建设，雨水资源利用率会进一步提升，能够达到雨水资源利用率的目标要求。

6 总结

本文以南山区水资源利用系统构建为例，探索海绵城市理念和要求下的水资源规划方案思路，统筹协调生活、生产和生态用水。在重视水资源开发利用的同时，强化水资源的保护与节约，积极推进科学用水和节约用水，实现水资源的可持续利用，下一步还将在探索海水淡化利用、工业企业的节水技术提升、建立管理和预警制度等方面做进一步的研究和探索。