空间视角下的城市水系统发展评估研究

谢倩雯，刘江涛，魏 杰，任大伟

(深圳市规划国土发展研究中心，广东 深圳 518034)

城市水系统是城市复杂大系统的重要组成部分，是水的自然循环和社会循环在城市空间的耦合系统，涉及城市水资源开发、利用、保护和管理的全过程[1]。随着国土空间规划体系的逐渐完善，“空间”将成为控制各类资源要素使用方式的重要手段和实现城市未来战略目标的落脚点。水循环如同人体的血液循环，渗透到全域国土空间的全要素，具有明显的空间特征[2]；城市水系统为自然生态和经济社会提供了多种基础支撑功能，而空间正是保障水系统功能实现的重要载体。因此，如何基于空间视角对城市水系统进行综合评估，就具有重要的现实意义。

目前，水系统评估相关研究成果比较丰富，例如在水资源方面有陈灏等[3]利用层次分析法对汉江上游流域的综合水资源量状态进行了评估，郑江丽等[4]构建了基于系统协调性的水资源承载力评估模型；在水生态环境方面有杨延梅等[5]建立了白洋淀水环境承载力BP神经网络模型，马晓蕾等[6]运用水生态足迹、水生态承载力及水生态盈亏指数评估了中国及各省级区域尺度水生态足迹和承载能力的时空差异；在水安全风险方面有郑德凤等[7]采用层次分析法和熵权法建立了大连市暴雨洪涝灾害综合风险评估模型，周佳麒等[8]采用神经网络改进权重的层次分析法构建了汕头市濠江区内涝灾害风险评价体系。除了对水系统的单个子系统进行评价分析，也有对水系统进行整体评估的，例如段梦等[9]基于水敏感城市理念框架构建了城市水系统综合管理评价指标体系与方法。但从已有研究来看，暂未有从空间视角对城市水系统进行整体评估的相关研究，为了适应新时期空间规划改革，本文以深圳市为例，拟对城市水系统空间进行分类，围绕空间进行多维度综合评估，以此剖析深圳城市水系统现状特征及存在的问题。

1 深圳城市水系统发展历程回顾

深圳用40年的时间走过了一些国际化大都市上百年走完的历程，从一个边陲小镇迅速建成为一座高密度超大型城市。在快速城市化进程中，人口规模迅速膨胀，生态环境负荷超载，土地资源日益紧缺。水系统作为城市发展的基础保障，在经历了水资源短缺、城市洪涝灾害、水环境污染、水生态退化等一系列城市水系统问题之后，深圳水系统逐渐发展成为一个相互联系、多线回路的复杂大系统。

1.1 起步期(1986年以前)：以保障水资源和供水为主

深圳在成立特区之前是一个农业型小镇，人口仅2万多人，面积不到3 km2[10]，这一时期的水系统以满足农业灌溉和生活需水为主。1957年，建成第一座中型水库(铁岗水库)。1962年，建成第一座自来水厂(东湖水厂)。1965年，“供港生命线”——东深供水一期工程建成，自东江东莞段取水途经深圳境内的深圳水库往南输送至香港。1980年成立深圳特区，城市化进入起步期，1986年底建成区面积超过30 km2，常住人口增长至94万，自来水厂日均供水量达19万m3[11]。

1.2 发展期(1986—2000年)：防洪排涝问题凸显，寻求水源新出路

1986年，深圳完成第一版城市总规编制，城市化进程进入急速发展期，2000年底常住人口超700万，年用水量超12亿m3[12]。面对人口的爆炸性增长，深圳亟需寻求新的水源，同时城市化的急速进程加剧了城市下垫面的硬化，综合径流系数从0.47(1988年)增长至0.55(2000年)[13]，这一时期的城市洪涝问题凸显。1993年，建成第一座大型雨水泵站(塘下涌东宝河泵站)，解决了茅洲河下游地势低洼区的内涝问题。1995年，为缓解深圳河的洪涝问题，深港双方签署协议共同治理深圳河，深圳河整治一期工程开工。1996年，建成罗雨排涝泵站，解决了城市中心区的内涝问题；同年“深圳生命线”——东江水源工程开工。

1.3 拓展期(2000—2010年)：专项规划统一布局，补齐原特区外水系统建设欠账

为了满足城市高速发展的空间拓展需求，深圳96版总规将城市范围从特区(327.5 km2)扩展到全市(1 997 km2)，要求从全市范围配置生产及生活要素，深圳水系统的发展自此进入专项规划统一布局时期。为了弥补原特区外基础设施建设方面的欠账，缩短特区内外“二元化“发展差距，这一时期的水系统建设主要集中在原特区外。

1.4 完善期(2010—2020年)：城市水系统结构失衡，恢复水系统良性循环

受土地资源约束，深圳城市空间发展由增量扩张转向存量优化，以城市更新为主导的土地利用模式大大提高了城市开发强度，高密度、高强度已然成为深圳城市建设最显著的特点，2020年底常住人口为1 756.8万[11](不含深汕合作区)，这对城市水系统的承载能力提出了巨大挑战。这一时期城市水系统结构失衡的问题集中表现在水环境严重污染、城市内涝问题频发。随着生态文明理念的提出，深圳陆续开展了治水提质、海绵城市、千里碧道等一系列生态治水措施。“十三五”末，深圳实现了水环境根本性好转，成为全国黑臭水体治理示范城市，建成区海绵城市达标面积占比达到28.3%，开始逐步恢复城市水系统的良性循环。

2 城市水系统空间评估

水系统空间是国土空间的重要组成部分，穿插于生态、城镇、农业空间之中，是联系山水林田湖海的生命纽带，也是实现城市服务功能的重要载体，与各类国土空间要素有着密切联系。本文将城市水系统空间划分为资源生态空间、工程设施空间、水城融合空间和安全风险空间4类。其中资源生态空间是城市水系统的空间基底，是人类建立社会水循环的基础，包括河湖湿地等地表水和地下水空间；工程设施空间是城市水系统的空间骨架，是人类建立社会水循环的工具，包括对水的开发利用过程中涉及的各类给排水设施占地空间；水城融合空间是自然水生态空间向城市空间延伸的过渡带，是实现人与自然和谐共生的空间载体；安全风险空间是特殊情形下水对城市安全造成威胁的空间，需要提前识别加以防范。针对上述4类水系统空间，本文将从空间总量、组成布局、系统承载和空间品质4个维度进行评估。其中空间总量是摸清水系统空间在全域国土空间中的占比情况，组成布局是进一步解剖水系统空间的详细组成和布局，系统承载是分析水系统空间对城市的支撑能力，空间品质是评价水系统空间的使用效率和质量。

2.1 资源生态空间

2.1.1空间总量

粤东莲花山脉的余脉“梧桐-阳台山脉”和“银瓶-大岭山脉”，由东向西贯穿深圳中部，成为众多河流的发源地、分水岭和水源保护地，形成“一脊多廊”的自然山水空间格局。通过对比第二次全国国土调查(2009年)和第三次全国国土调查(2019年)数据成果(图1)，结果表明深圳地表水面积近10年下降了12%，主要表现在因城市建设扩张导致的河道支流、沿海及内陆坑塘的填埋消失，而水库空间因为保障城市不断增长的供水需求而有所增长。深圳地下水资源主要分布在东部地区的葵涌、坪山、横岗和坑梓一带，建成区地下水水位埋深较浅，多年平均地下水资源量为4.37亿m3，允许可开采总量为1.92亿m3[14]。目前，深圳国土面积的31%被划为地下水禁采区，以保护水源涵养、压制咸潮上溯和维护地质安全，其余区域则划为地下水限采区。

a)第二次全国国土调查水域分布(2009年)

2.1.2组成布局

149座水库集中分布在中部山脊森林带上，以小型水库为主，大中型水库仅占水库总数的11%。水库水面面积占河湖总水面的80%，近10年面积增长了46%，主要原因是为保证城市水源而新扩建水库带来的水面增长。深圳历经6版饮用水源保护区划定，目前饮用水源水库共计29座，总集雨面积占全市国土面积的18%，与广州(17%)、上海(20%)基本持平，但低于香港(33%)。深圳河流短小众多，呈网系发育，流域面积大于1 km2的河道有310条，河道总长约1 000 km，其中长度在5 km以下的河流占到河流总数的82%。近10年河流水面面积减少了16%，河网简单化、主干化趋势明显，主干河道在城市化进程中被保护下来，成为了连接“山-海-城”的重要生态廊道。近年来，深圳通过沿河建设人工湿地的方式来恢复河流空间，目前已建滨河湿地24处，总面积约2 km2，全市五大干流中的茅洲河和坪山河已形成一定规模的湿地群。

2.1.3承载能力

2020年深圳人均水资源量为98 m3[12]，居全省最低水平，仅为广东省人均水平的7.6%，全市主要依赖境外水资源，目前仅大鹏新区实现本地水资源供需平衡。2020年全市可利用水资源量为20.94亿m3，其中境外水资源量16.63亿m3；用水总量为20.22亿m3，其中非常规水利用量为1.25亿m3。根据城市水资源承载力评估方法计算得出深圳水资源承载能力指数为1.1[15]，处于预警近危机状态。深圳河道基本属雨源型河流，汛期降水量占全年降水量的84%，枯水季则流量极小。一方面，上游水库的蓄水挤占了部分河道生态用水；另一方面，沿河截污工程带走了部分清洁基流，进一步加剧了河道生态基流匮乏的问题，从而导致本底水环境容量偏低。西部地区由于人口和产业的高度集中使得其污水排放密度显著高于东部地区，根据水环境承载力评估方法计算得出深圳总体上呈现为东部良好、西部危机状态[15]，见图2。

图2 深圳市各流域水环境承载力评价结果

2.1.4空间品质

2020年，深圳饮用水源水库水质达到Ⅱ类及以上的占比为93%，河流国考、省考断面水质均达到Ⅳ类水及以上，其他10条主要河流水质达到Ⅴ类水及以上[16]。根据主要河流底栖动物健康评价结果，东部的大鹏半岛和坪山河整体情况较优，而中、西部的茅洲河和观澜河生物健康状况较差。河流水系构成了深圳的生态网络骨架，是维持和建立城市生物多样性的重要“基地”，然而受早期粗放式的城市建设管理影响，河流水生态遭到了一定程度的破坏。全市河道暗渠段共有536个，合计353.5 km，占河道总长的35%；直立式河道断面长度338 km，占河道总长的29%，河床河岸的普遍硬质化隔绝了水岸生态联系，固化的河流空间形态降低了生境异质性，两岸绿化多为人工化园林景观，缺乏对野生动物栖息地恢复的考虑，从而导致生物多样性的消失。

2.2 工程设施空间

2.2.1空间总量

2010—2020年，深圳给排水设施总数由245座增长至333座，空间总量由4.3 km2增长至10.2 km2，在全市建设用地中的占比由0.48%增长至1.05%，人均占有指标由0.41 m2/人增长至0.58 m2/人。给排水设施空间总量有所增长，但仍低于其他类型建设空间占比(图3)。

图3 深圳市现状建设用地结构

2.2.2组成布局

根据城市组团发展特征，深圳共形成5大供水分区，通过三横两纵骨干原水网络和29座供水水库联通从而进行水资源的二次空间分配。2020年深圳水源应急备用能力为45天，待西江引水工程通水后，全市将形成东西江互补的双水源供应空间格局，水源应急备用能力可提升至3个月，但仍低于香港6个月的应急保障能力。深圳市已建供水厂44座，水厂平均规模为16.2万m3/d，单位用地指标为0.37 m2/(m3·d)。根据饮用水源保护区调整情况，逐步关停小水厂，供水厂布局持续朝规模化、集约化方向发展，东部地区因地形地势造成片区间的天然阻隔，不利于大型水厂集中供水，而西部地区地势平坦，连片建成区利于管网相互联通，规划水厂平均规模在50～60万m3/d。全市规划供水厂30座，水厂平均规模为45万m3/d，单位用地指标为0.27 m2/(m3·d)，设施空间利用集约化程度进一步提高，单位用地指标较现状下降27%。

根据自然地形地势，深圳共形成9大排水分区，全市已建水质净化厂29座，水质净化厂平均规模为21.5万m3/d，单位用地指标为0.65 m2/(m3·d)。为解决下游污水主干改造困难的问题并考虑污水再生回用的需求，水质净化厂布局以集散结合为原则，规划在河道中上游补充污水处理设施，规划水质净化厂43座，水质净化厂平均规模为29万m3/d，单位用地指标为0.45 m2/(m3·d)。由于各时期建设标准和工艺的不同，早期建设的污水厂占地空间较大，规划水质净化厂单位用地指标较现状下降31%。

2.2.3承载能力

通过计算设施的设计规模和实际服务规模的比值来评估其承载能力，结果表明主要水系统冗余能力充足，但存在区域间不均衡的问题。截至2020年底，深圳已建供水厂44座，现状规模711万m3/d，实际供水量为485万m3/d，现状供水系统冗余度为1.46。至2035年，规划供水厂30座，控制规模达1 342万m3/d，系统冗余度为1.24，其中盐田区(1.05)宝安区(1.06)相对偏低。截至2020年底，深圳已建水质净化厂29座，设计规模达625万m3/d，日均处理水量518万m3/d，污水系统冗余度为1.21，其中深圳湾流域和珠江口流域仅为1.00左右，现状污水系统处理能力趋于饱和(图4)。至2035年，规划水质净化厂43座，控制规模达1 236万m3/d，系统冗余度为1.85，各流域污水系统冗余能力充足。

a)现状供水系统冗余度

2.2.4空间品质

为了最大程度的降低污水设施的邻避效应，提升公众接纳度，深圳近年来规划新、扩建污水设施大都采用全地下或半地下建设形式，地上空间作为承担其他功能的公共开放空间，比如体育公园、市政公园、湿地公园、停车场等。目前采用空间复合利用模式建设的污水设施共5座，占地面积合计29万m2，占污水设施空间总量的5.7%，待在建的5座完工后，其占比将提升至14%。根据水质净化厂尾水受纳水体的水环境功能要求，以及河道本底水环境容量十分有限的现实，深圳不断提升水质净化厂尾水出水标准。目前全市超过一半以上的水质净化厂出水水质达到地表准Ⅳ类，同时已经利用水质净化厂尾水对105条河道上游进行补水，补水规模达290万m3/d。2020年全市再生水利用量为1.21亿m3，但用于城市杂用和工业的比例仅在1%左右，受制于再生水管网建设滞后，污水再生利用空间场景十分局限，以辐射水质净化厂周边的绿化及道路浇洒用水为主。

2.3 水城融合空间

2.3.1空间总量

根据最新的国土空间规划，深圳市域将划分为生态保护区、生态控制区、农田保护区、城镇发展区、海洋发展区等5类一级规划功能分区，其中城镇发展区是城镇开发边界围合的范围，是集中进行城市开发建设的区域。深圳河湖湿地蓝线空间总面积为220 km2，占全市国土面积的11%，其中位于城镇开发边界内的蓝线空间总面积为59 km2，以河流蓝线空间为主，是水城融合重点空间。

2.3.2组成布局

全市149座水库蓝线保护面积为171 km2，其中45座水库基本位于城镇开发边界内，均为不承担供水功能的小型水库，主要分布在中东部的龙华、龙岗2个区，蓝线保护面积为16 km2，占水库蓝线空间的9%，是水库保护空间与城市建设协调重点区域。全市310条河道蓝线保护面积为46 km2，流经城镇发展区的河道共计288条，蓝线保护面积为40 km2，占河道蓝线空间的88%，其中流经中高密度建设区的河流合计91条，蓝线保护面积为8 km2。由此可见，河流空间是高密度城市区宝贵的自然空间，也是市民亲近自然最便捷的空间，但同时也面临着城市建设活动对河流生态环境带来的巨大压力。

2.3.3承载能力

随着物质生活水平的不断提升，人民对美好生活的向往将更多地转移到精神感知，自然生态空间的体验与感知将成为未来城市生活的必需品。按照15分钟生活圈的服务半径计算，深圳河流空间对居住、商业、高教等高亲水需求的国土空间覆盖度可达到80%(图5)，部分区域的公共水系空间相对欠缺。

图5 深圳市河流亲水服务空间覆盖度

2.3.4空间品质

城镇开发边界内的河道和水库蓝线范围内存在现状建设用地18.8 km2，其中位于河流蓝线内的占82%，除道路交通用地外，紧邻河流沿岸现状用地多为工业用地和城中村等低效用地。早期城市建设挤占了水城交互界面，大部分中小河道的滨水空间十分狭小，缺乏可驻足的公共活动空间，开放可达性较差，水系资源价值未能充分发挥。为积极响应省委关于建设万里碧道的号召，深圳于2019年启动千里碧道建设，目前已形成茅洲河干流、燕罗湿地等一批示范段，很大程度上恢复了河流生态功能并提升了滨河景观，但在空间整体性和连续性方面有所欠缺。河流空间设计和沿岸用地城市设计仍是各行其是，水城之间存在着无形的分割线，部分区域“背水而置”的城市形象仍未扭转，同时滨水体验缺乏与周边城市功能的融合，导致滨水空间的吸引力弱。

2.4 安全风险空间

2.4.1空间总量

深圳地势东高西低、北高南低，属亚热带海洋性气候、雨量充沛，汛期常形成暴雨、特大暴雨，河流水系短小，形成的洪水具有陡涨陡落的特点，同时易受外海风暴潮影响，形成洪涝潮多重叠加灾害。2020年全市调查现状内涝点共计143处，主要集中在西部濒海的宝安区，根据100年一遇降雨下的现状内涝风险评估，全市存在内涝风险区38 km2，占全市建成区面积的4%。根据200年一遇洪水情形下的现状淹没评估，全市9大流域均存在淹没区，淹没范围合计85 km2，其中淹没水深大于0.5 m的区域占到淹没区总面积的37%。根据910 hPa强度风暴潮情形下的现状淹没评估，全市淹没区面积合计26 km2，主要集中在海洋新城、蛇口、中英街和盐田港，同时全市共计20条入海河流将受到影响，在洪潮相互作用导致河口区发生淹没。受入海河口特殊地质结构和海岸带日趋剧烈的人类经济社会活动影响，深圳海水入侵较严重区域主要分布在西海岸的茅洲河下游，新安—西乡—前海、大沙河口—后海，东海岸的盐田港、葵涌河口等区域，见图6。

a)百年一遇现状内涝风险区及2020年内涝点分布

2.4.2承载能力

根据“三调”结果，深圳市的开发强度已达到49%，2020年综合径流系数为0.63，相较特区成立之年增长了43%，给城市内涝防治带来了巨大压力。为了从源头削减降雨径流量，深圳近年来也是大力推进海绵城市建设，截至2020年底，全市建成区海绵城市建设达标面积占比为28.3%，内涝压力相对较大的西部地区海绵达标率明显高于中、东部。同时不断提升工程系统的风险抵御能力，全市已建雨水排涝泵站总数达121座，主要分布在西部、南部濒海地区，总装机流量超1 000 m3/s；已达上版规划整治目标的河流长度为946 km，防洪达标率为94%；已建海堤总长96 km，东部海堤达标率为81.47%，西部海堤达标率为73.24%。全市现状内涝防治能力约20年一遇，城市防洪能力100～200年一遇，防潮能力20～200年一遇，相较于最新的规划标准仍有一定差距。

3 结语

本文将城市水系统空间划分为资源生态空间、工程设施空间、水城融合空间和安全风险空间4类空间，分别从空间总量、组成布局、系统承载和空间品质4个维度进行评估，可以更直观地看到深圳市水系统的特征及问题：①河湖水系数量众多但总体空间占比偏低，小微水体空间有持续缩减的风险；降雨充沛但本地可利用水资源匮乏，水环境容量偏低，意味着本地资源对人口承载力有限；河湖水环境显著改善，但生物多样性水平较差。小微水体的保护、水环境容量的创造、河流空间异质性和生物栖息地的修复是资源生态空间拓展和品质提升的重点。②主要水系统设施冗余能力充足，但存在区域间不均衡的问题，可通过主干管网系统连通调配解决；面对深圳土地资源的紧约束，工程设施空间未来也将更多的依赖存量空间发展，提升设施空间利用效率，强化设施功能复合和周边环境融合，实现基础设施高质量高品质建设是工程设施空间优化重点。③河流蓝线空间是水城融合的重点空间，但中小河道存在大量城市建设挤占水城交互界面的问题；同时滨水空间设计缺乏与周边城市空间功能的融合，导致亲水体验吸引力不足。统筹城市建设、居民生活与水系空间的互动关系，对水城过渡空间资源要素的再分配、再整合和再利用是水城融合空间建设的重点。④受地形地貌和气候影响，深圳易受洪涝潮等多重灾害叠加侵袭；同时城市高度建成，自然雨洪调蓄空间有限；各类风险区主要分布在人口和产业高度集中的中、西部地区，一旦发生灾害将造成巨大的经济损失和社会影响。如何在规划用地布局阶段融入洪涝安全风险因素，提前布置风险预控措施，降低受灾风险是未来研究重点。

本文立足空间规划体制改革，为城市水系统评估提供了一种新的视角，可在其他城市得以应用并进一步完善评估体系。