雨水资源生态价值市场化的实践与思考 <br/>——长沙“雨水交易”案例

雨水资源生态价值市场化的实践与思考
——长沙“雨水交易”案例

2022-08-10张鹏宇朱曙光

净水技术 2022年8期

张鹏宇，秦莹，万云，孙柏，朱曙光,5,*

(1.安徽建筑大学，安徽省绿色建筑先进技术研究院，安徽合肥 230601；2.安徽建筑大学，水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室，安徽合肥 230601；3.安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽合肥 230601；4.安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽合肥 230601；5.安徽建筑大学节能研究院，安徽合肥 230022)

雨水是水循环中必不可少的一部分，具有独特的生态价值、自然价值，例如对生态环境淡水资源的补充、可作为动植物赖以生存的资源，对人类活动产生了重要影响。同时，人类也逐渐重视雨水的功能价值，将雨水收集并利用。雨水资源的开发与利用是解决水资源短缺、洪涝灾害频发、降雨径流污染等问题的重要途径，也是我国生态文明建设的重要举措。我国雨水资源分布与利用情况区域性差异较大，总体而言雨水利用潜力巨大[1-2]。海绵城市建设与雨水利用密不可分，近年来，我国海绵城市的建设成效显著，从雨水的“渗、滞、蓄、净、用、排”等方面系统施策，推动了城市的生态可持续性发展[3-4]。在海绵城市常态化建设中，监督考核机制和市场机制不完善，通常重视雨水的“渗、滞、蓄、净”，但对“用、排”相关的研究实践较少，导致雨水收集和储存项目较多，而收集的雨水资源长期处于休眠状态，甚至水质恶化造成二次污染。因此，雨水资源的开发与利用仍存在许多问题。

雨水生态价值的不全面与解决雨水开发利用中的问题存在矛盾，不能满足人们的需求，因此，人们对雨水又赋予经济价值。2020年12月，湖南雨创环保工程有限公司以0.7元/m3的价格收购湖南高新物业有限公司收集的4 000 m3/a雨水蓄水资源的5年使用权，雨水处理后以3.85元/m3(低于当地自来水价的20%)的价格将这4 000 m3/a雨水蓄水资源的5年使用权出售给长沙高新区市政园林环卫有限公司。这是我国首宗“雨水交易”，对于推进雨水资源利用、雨水资源生态价值的市场化实践和进一步激活海绵城市的建设有着重要的借鉴意义。

1 雨水系统分析

雨水收集回用系统通常由收集、储存、处理、回用等组成。通常绿地雨水通过下渗能够有效补充地下水资源。本文重点分析屋面雨水和道路广场雨水的收集回用系统。

1.1 屋面雨水收集回用系统

通常，建筑屋面面积占城市不透水面积的40%～50%，其收纳雨水污染程度相对较小，是优质的雨水资源。常规的屋面雨水排水系统中，虹吸式雨水排水系统因具有排水高效、节能清洁等特点，得到了广泛应用，其由顶盖、格栅、扩容进水室、整流罩、短管等部分组成[5-7]。考虑到初雨污染，可以对初雨进行截留至组合式初雨调蓄池，进行收集处理[8]。当截留水量达到设计水位时截留管停止进水，雨水进入蓄水模块，降雨结束后初雨调蓄池中雨水流入雨水组合式过滤器等初雨处理装置进行处理，初雨处理后流入蓄水模块。传统的蓄水模块为钢筋混凝土浇筑，也可采用优点明显的高品质再生PP聚丙烯蓄水模块[9]。在进行雨水蓄水模块设计时应设置检查口、溢流排水措施等，还应考虑雨水蒸发损失、当地降雨资料、管网建设等相关因素。经过蓄水模块储存之后要对雨水进行净化处理，之后雨水进入到独立设置的雨水回用系统，雨水回用系统包含水箱、管网、泵站、水表等组成部分，还可以根据回用系统的不同设置，如洒水栓等配件。

1.2 道路广场雨水收集回用系统

城市的道路和广场约占城市面积的10%～40%，且易产生径流。通常道路与广场的雨水通过市政管网流向污水处理厂进行处理，对道路和广场的雨水进行收集有利于减轻市政管网和污水处理厂的压力。道路和广场的雨水收集采用雨水口加管道的方式。在雨水口设置雨水蓖过滤，雨水口下部设置截污挂篮，截留较大杂质[10]。参考《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400—2016)[11]，道路广场等硬化地面的初雨可以选择渗透弃流井进行弃流，也可设置组合式初雨调蓄池和雨水组合式过滤器进行处理。处理后的初雨及截留管停止工作后的雨水经过雨水过滤器过滤，然后流向蓄水模块。储蓄的雨水经过净化处理水质达标后进入回用系统。蓄水模块和回用系统的设计可参考屋面雨水收集利用系统。

实际工程中，道路广场雨水处理通常与低影响开发理念(LID)结合。如合肥市某国际小镇海绵城市建设规划中采用雨水花园、植草沟、海绵道路等措施处理雨水，并通过雨水管网、清洁雨水管网等雨水分流路径减少城市径流外排、减轻面源污染，满足年径流总量控制率和年SS去除率的控制，并实现区域水资源平衡。

2 雨水生态价值市场化路径分析

2.1 水权交易

水权是指水的所有权以及从所有权中分设出来的用益权，是水资源权利的集合。我国法律规定水资源的所有权归国家所有，而单位和个人可以合法占有、使用和收益。依法取得取水权的单位和个人经过批准可以转让其节约的水资源。水权交易是水资源的有偿转让，是通过市场重新分配水资源的有效方式之一，也是可持续水资源管理的原则之一；而明晰水权又是水权市场建设的必备条件之一[12-15]。

雨水作为一种特殊的水资源，我国现有的法律对其水权并没有明确的划分，也没有将其纳入取水许可管理体系中，因此，许多专家学者认为应根据雨水的形态不同、利用阶段不同来具体分析[16]。雨水属于自然资源，所有权归国家所有，但物权人(案例中湖南高新物业有限公司)通过投入人力、财力将雨水收集，那么物权人将享有集蓄雨水的占有权、使用权和收益权。物权人又将集蓄的雨水在中国水权交易所上出售给湖南雨创环保工程有限公司，雨创公司将雨水处理后出售给长沙高新区市政园林环卫有限公司。长沙高新区市政园林环卫有限公司通过消费的手段依法享有雨水的占有权、使用权和收益权。

目前，我国水权交易市场并不活跃，自中国水权交易所成立一共交易不到1 000例，平均交易水量为5.8亿m3，不到全国年用水量的1/1 000[17]。长沙雨水交易给其他领域交易树立了样板，促进水权、碳排放权等多领域交易。当前，合肥市为加快对水权交易的探索，建立水权交易试点区、制定一系列改革措施实施方案，在方案指导下安徽巢湖半汤温泉养生度假区在中国水权交易所以1元/m3的价格将富余的2万m3地热水出售给安徽省半汤温泉疗养院，交易期限为7个月。这是安徽省首单地热水水权交易，也是安徽省对水权交易的有益探索。

2.2 绿色金融

引入市场是水权资产化、资本化的必由之路[18]。将金融行业引入水资源领域打造绿色金融有利于推进水权交易的标准化、现代化。在政府投入的基础上吸引社会资本，打造多元化、健康化绿色金融体系[19]，有效刺激市场推进水权交易。绿色金融通过足够的资金支持和灵活的资源配置成为水资源资产化的重要推动力。对水资源的绿色金融研究国外已有先例，美国、澳大利亚等国家将水资源赋予金融属性，用来作为抵押、贷款的金融工具，促进水权交易的发展[20]。以长沙雨水交易为契机，可选择长沙等试点城市，构建完善的市场机制。金融机构通过对雨水价值测算、评估，使雨水通过水资源基金、水资源股票、水资源银行、水资源期权等金融模式加入市场，拓宽雨水资源交易渠道，吸引资金投入，推动雨水资源生态价值的市场化。

3 雨水资源应用分析

城市雨水资源化应用中，因初期雨水中氨氮、SS、COD、TP等指标污染超标，需要进行有效治理。经处理达标后作为中水，可应用于城市杂用水和大用户中水。

3.1 城市杂用水

城市园林绿化一方面美化了城市环境，提升了城市的品位，另一方面养护所需要的水资源缺口大且资源浪费严重。针对这一问题，国内外学者对城市园林绿化中水资源利用展开了系统研究[21-22]。将雨水资源应用于城市园林绿化，拓宽了绿化节水用水新思路。截至2020年，长沙市园林绿地面积为169.78 km2，根据《室外给水设计规范》(GB 50013—2018)[23]：浇洒绿地用水可根据浇洒面积按照1.0 L/(m2·d)计算。如按雨水资源替代城市杂用水的10%计算，长沙市用于园林绿化的雨水可达1.697 8万m3/d。

同样在市政道路环卫用水实践中，根据数据：长沙市道路清扫用水费用定额为23.74元/km，且5 t承载标准的洒水车消耗的水费占其每公里运行成本的30.8%，水资源浪费严重，政府财政负担沉重[24]。截至2020年，长沙市道路清扫面积为84.61 km2，根据《室外给水设计规范》(GB 50013—2018)[23]，浇洒道路用水可根据浇洒面积按照2.0～3.0 L/(m2·d)计算，取2.0 L/(m2·d)。如按雨水资源替代城市杂用水10%计算，则长沙市用于道路清扫的雨水达16.922万m3/d。

在雨水资源用于城市杂用水实践中，不仅可以用于道路清扫、园林绿化，还可用于住宅小区内厕所冲洗、洗车等。截至2020年，长沙市市区人口约为598万人，取居民综合用水定额为210 L/(人·d)，生活杂用水约占居民综合用水的10%，城市生活杂用水量为125.58 万m3/d，如10%杂用水采用雨水则用水量达12.558万m3/d。

综上，长沙市园林绿化、道路清扫和生活杂用水中雨水用量达到31.177 8万m3/d，如这部分雨水来自雨水交易，则可节约费用为30万元/d。

据调研，许多城市规划雨水代替部分杂用水，如以长沙雨水交易为模板推广雨水交易则能给城市减轻部分财政负担，安徽省各市雨水用于城市杂用水可节约成本调研如表1所示。

表1 安徽省雨水回用于城市杂用水可节约成本Tab.1 Savable Costs of Rainwater Reuse for Urban Municiple Water in Anhui Province

3.2 中水大用户

3.2.1 高等学校用水

随着我国教育水平的不断发展，高校数量和规模不断增长。据调查，全国大学生人均水耗是全国居民人均水耗的2倍[25]，2020年中南大学年用水423.52万m3，湖南师范大学年用水357.83万m3，位列长沙市用水大户前2名。高校是典型的用水大户，高校节水越来越受到广泛关注。2020年全国水利工作会议提出要建设节水型高校，调动社会资本和专业技术来参与节水[26]。在推进节水型高校的实践研究中，日本高校在大型建筑物地下建设雨水储蓄池，将收集的雨水用于校园绿化，实现了节约水资源[27]的目标。麻省理工学院将雨水收集处理后用于冲厕和绿化用水，有效控制非点源污染并利用雨水资源[28]。墨西哥蒙特雷科技大学将屋顶和停车场收集的雨水处理后利用，经济效益显著，投资回收期为6年，净现值为50 483.2美元，内部收益率为4.6%，投资收益比为1.7[29]。我国高校节水一般是通过节水器具、排查漏损管网和中水利用来推进节水型校园发展，中南大学通过漏点修复每年可节约水量约60万m3。湖南工业大学以总标1 760万元的价格招标其6年的节水管理。针对雨水资源的利用，我国高校大多用于景观用水，用雨水来替代中水和自来水用于高校冲厕、绿化等方面的研究较少[30-31]。因此，雨水应用于高校，潜力巨大。

3.2.2 工业用水

在我国工业高速发展的过程中，对水资源的需求也不断增大。据2020年度《中国水资源公报》数据：2020年我国工业用水达到1 030.4亿m3，占用水总量的17.7%，长沙市工业用水达到7.59亿m3，占其用水总量24.1%。如何节约工业用水、提高工业用水效率成为国内外学者研究热点话题。Flöerke等[32]通过对工厂未处理的废水进行模型模拟，推算出工厂的所需水量、冷却水量等数据。Morales等[33]则对工业用水效率进行了系统研究。我国在提高工业用水效率、提高用水重复率等进行了大量的实践研究。在钢铁行业中，其冷却循环水占工业用水的85%[34]。雨水作为冷却循环水的重要水源，能够形成巨大的经济效益。石油化工行业是传统的高耗水行业。部分石化企业采用海水和中水作为循环系统补水和制取化学水，其对设备要求高且处理成本较高[35]。在雨水资源丰富地区，雨水可以作为优质的循环补水，从而能有效降低经济成本。

3.2.3 高速公路服务区用水

根据《2020年交通运输行业发展统计公报》，我国高速公路已达16.10万km，位居世界第一。高速公路服务区也是高速公路的重要组成部分。一方面，高速服务区离城市较远，市政供水成本较高，部分服务区选择地下水作水源；另一方面，服务区车辆加水、洗车、绿化、冲厕等也消耗大量的水资源[36]，据统计，每座高速公路服务站年用水量达几十万m3。因此，雨水可作为高速公路用水的重要组成部分，有效降低供水需求。

4 雨水交易效益分析

4.1 经济效益

从长沙案例来看，参与雨水交易的三方都获得了经济收益。湖南高新物业通过较低投资将雨水收集然后出售，一定时间内就能回收成本并创收。雨创环保公司以较低的价格从雨水收集方购买雨水处理后出售给雨水需求方以从中获取收益。而市政园林公司以低于自来水的价格从环保公司购买雨水并利用，节省支出降低成本。首次雨水交易成功之后，雨创环保公司在长沙市高新区开展第二批雨水交易，交易额为25.68 万元/a，效益良好。此外，通过打造绿色金融体系，吸引市场投资，加速生态价值经济化。

一方面，雨水交易一定程度上减轻了政府水资源供给、排水管网维护等费用。另一方面，在海绵城市建设中公众从以往的环境受益者变为投资主体并从中获得经济收益，有效刺激投资主体的积极性，实现投资主体和受益主体的对应[4]。同时，通过吸引市场投资而减少政府财政支出，推动城市经济增长。

4.2 社会效益

近年来，各地在节水型城市建设中，成效和不足并存[37]。长沙市在创建国家节水型城市时明确提出要加强海绵城市建设，提高中水利用率。雨水交易通过引入市场机制、发展绿色金融，充分发挥价格杠杆和市场引导作用激励城市节水，提高居民节水意识、环保意识，让公民成为雨水保护者、利用者、受益者。引入市场机制在公平公正的基础上促进水资源的再分配，将雨水作为水源推进雨水再利用与节水型城市建设、海绵城市建设的协同发展。此外，雨水交易加快我国生态文明建设，践行了我国碳中和、碳达峰的庄严承诺[38-39]。

4.3 生态效益

雨水交易为海绵城市建设提供可持续的资金保障，打通海绵城市建设的最后一站，打破海绵城市建设困局，形成可持续性发展的“绿色闭环”。相比美国等国家的雨水排放收费制度，雨水交易在促进雨水资源利用方面有明显优势[40-41]。对比收费与收益，收益更能调动公众参与雨水治理、海绵城市建设的积极性，对雨水资源的利用以及海绵城市的建设起到积极作用。

雨水交易从节约资源、资源循环利用的角度实现雨水再利用与污染物协同去除，有助于减轻市政管网、污水处理系统的压力，推进雨水资源利用与雨污分流改造工程的协同发展。通过对雨水径流控制源头削减，有利于河道整治，推进海绵城市建设与黑臭水体治理的双效提升[42-43]。