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论著推荐—邵益生、张志果:城市水系统及其综合规划
时间:2014年08月29日 点击:

城市水系统及其综合规划

URBAN WATER SYSTEM AND ITS COMPREHENSIVE PLANNING

邵益生 张志果

SHAO Yisheng; ZHANG Zhiguo

【摘要】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。城市水系统规划是实施水安全战略、落实城市规划目标和任务、促进水系统健康循环的重要手段。本文以系统科学理论为指导,系统分析现行涉水规划的主要特征及存在的问题,构建旨在改进现行涉水规划的城市水系统规划体系框架,重点阐述了城市水系统综合规划的定位、目标、原则和主要任务,并再次建议将其纳入城市规划编制体系,与城市总体规划同步编制,同步实施。

【关键词】水循环;水系统; 综合规划;城市规划

城市水问题是复杂的系统性问题,认识并解决系统性的水问题,不仅需要系统的思维和科学方法,还需要系统的战略与规划。10年前中规院建院50周年之际,笔者发表了《城市水系统控制与规划原理》[1],倡导城市水系统控制理念与规划实践。10年来,特别是在国家重大水专项的支持下,城市水系统研究在理论、方法和实践等诸多方面进行了一些探索,但水系统的科学体系尚未建立,离现实需求还有不少距离,正如仇保兴博士所指出的那样,“长期以来,我国城市水系统的发展一直缺乏科学系统的理论指导,城市水系统健康循环体系尚未建立”[2]。最近,笔者应邀编写了《城市水系统科学导论》,从城市水系统的科学基础、系统分析、系统控制、系统规划、系统重构和系统管理等方面进行了梳理和总结[3]。本文试图在此基础上,针对现行城市涉水规划存在的突出问题,重构城市水系统规划体系框架,并重点就城市水系统综合规划的定位、目标、原则、任务等进行探讨,权当抛砖引玉,为我院建院60周年献上一份薄礼,欢迎同事同行批评指正。

1 现行城市涉水规划的主要特征

我国现行的城市涉水规划体系呈现出专业分工、部门分管和系统分割的显著特征,如与水利、环境、市政等专业学科相对应,水利部门有水资源综合规划,环保部门有水环境保护规划,住建部门有供水、排水、防涝工程规划等,这些规划的实施对于促进我国城市供排水设施建设具有重要意义。

1.1 专业分工清楚,理论基础扎实现行的涉水规划种类繁多,内容非常丰富,专业分工明确,几乎所有涉水规划都能与专业学科的设置相对应,规划的理论基础比较扎实。

如,水资源综合规划、防洪规划的学科基础是水文与水资源学、防洪学等,供水和排水规划的学科基础是给排水科学与工程、市政工程等,水环境保护规划的学科基础是环境管理与规划、环境科学与工程等。这些学科为涉水规划的目标制定、规模预测、平衡分析、任务部署、系统布局等各个方面提供了基础理论和方法学的支撑,是涉水规划科学性的重要体现。

1.2 部门分管明确,可执行性较强

现行的涉水规划体系与我国城市水务管理体制基本对应,所有规划的编制和实施都有特定的责任主体,规划的可执行性较强。如供水工程规划一般由公用事业或水务部门主管,排水、防涝、污水处理工程规划通常由市政、城建或水务部门主管,水环境保护规划由环境保护部门主管,防洪工程规划由水务或水利部门主管,更多与城市规划密切相关的涉水规划则由规划部门主管。比较明确的规划内容,相对确定的管理主体,基本延续的管理体制,有利于规划的编制与实施。

2 现行城市涉水规划的主要问题

在我国现行体制下,专业分工可能带来业务分隔,部门分管容易导致行业壁垒,因此现行的城市涉水规划存在明显的局限性,规划的系统性、协调性不足的问题日益突出,相关规划之间既相互分割又相互冲突,交叉、重复、缺位等问题同时存在,影响了规划的编制质量和实施效果,难以适应城市发展的新要求。这些问题主要体现在以下几个方面:

2.1 缺乏系统性

现行分割的涉水规划难以适应城市水系统的整体性要求。在城市水系统规模较小时,各子系统的功能相对单一,如水源子系统的主要功能是提供足够量并符合质量标准的“原料水”,排水子系统的功能是收集、净化和排放污水,虽然各子系统之间存在联系,但并不紧密。然而,随着水源污染的加剧和用水需求的增加,城市水系
统各子系统之间的关系逐渐发生变化,如一些城市因水源污染而需要在净水厂前端设置“处理污水的设施”对原水进行预处理,一些城市因为缺水而需要对污水处理厂的出水进行深度处理后作再生水利用。在这种情况下,供水、排水两个子系统便相互交织成为一体。城市水源、供水、用水、排水等子系统之间的关系变得越来越密切,相互间的制约或支撑作用也越来越明显,客观上需要从系统规划的层面上加强“水”的综合协调、整合与优化。

2.2 缺乏协调性

不同涉水规划之间不协调,缺少协同一致的发展目标和整体的控制要求。表现在以下两个方面:一是规划内容有交叉、重复,如在水资源综合规划中进行水源配置时,需要进行需水量预测并作供需平衡分析,而在给水规划中也有同样的规划内容。由于两个规划分属两个不同主管部门,时常导致相同规划内容在不同的规划中的结果大相径庭,进而造成规划的实施困难。此外,目前各涉水专项规划基本上都是按照各自的原则和工程要求独立编制,容易造成各子系统之间的不匹配、不协调。二是涉水规划中一些重要内容的缺失。目前,我国城市涉水规划的重点是规划水源、供水和排水的相关工程,但对非工程措施和后续管理问题考虑较少。比如,在供水规划中,缺少关于二次供水工程和饮用水安全保障的相关内容;在排水规划中,缺少关于分散式污水处理和雨水蓄积利用的相关内容;在再生水规划中,缺少对再生水水质保障和再生水系统管理方面的考虑。

2.3 缺乏全局性

不同涉水规划之间的相互分割,一定程度上导致城市管理者对城市水系统认识的局限性。各专项规划往往会因为要吸引城市管理者的注意力,而突出强调该专业的某些具体问题,进而夸大某个专项规划的重要性,使得城市规划管理者在制定决策时带有一定的倾向性,但这种倾向性有可能是以牺牲城市水系统的整体效益和效率为
代价的。如一些城市在水资源的开发利用和保上,有的倾向于开发新水源,建设水源工程,甚至是宁愿斥巨资实施跨流域远距离调水,也不愿将有限资金投在污水处理及再生水利用上,这不仅会造成新水源工程的闲置浪费,还会在一定程度上助长多用水、多排水行为,进而加剧水资源短缺和水环境恶化;一些城市在进行供排水规划时也经常出现重供水轻排水、重水量轻水质、重水厂轻管网、重地上轻地下等急功近利的倾向。一些地方,由于在供水或排水规划中没有充分考节水、再生水利用等因素,进而导致工程规模过大和设施闲置浪费等问题,这在很大程度上也与缺乏系统规划的指导和约束有关。

3 城市水系统规划体系框架

随着城市规模的扩大和功能的提升,城市水系统的结构和功能日趋复杂,原有的涉水规划体系已显现许多不足之处,需要从城市水的宏观层面,构建城市水系统的规划体系,编制城市水系统综合规划,以增强城市水系统的整体性、适配性和应急能力,并对现有的涉水规划体系进行梳理、调整和完善。

3.1 城市水循环及其系统构成

城市水循环是发生在城市区域内,以自然水循环为基础、社会水循环为主导的循环过程,两者的耦合便构成了城市水(循环)系统(图1、图2)。其中,蒸发、降水、径流、入渗是自然水循环过程的4个主要环节,是城市区域内的气象水文过程;水源、供水、用水、排水是社会水循环过程的4个主要环节,其循环路径是“从源头龙头”,最终又回到了“源头”,涉及城市水资源开发利用保护的全过程。以上两个过程8个环节耦合构成的水循环途径,在很大程度上决定着城市区域的水量平衡和水质状况,同时也受流域水资源的补给、径流、排泄和流域水环境条件的共同影响。

城市水系统的结构具有明显的分层特征,城市水系统与其子系统及其要素之间形成了一个由较高层级逐步向较低层级分解的三级谱系结构或三级递阶结构(图3),不同层级具有不同内涵及功能。需要特别说明的是,这是基于四大要素构建的城市水系统框架结构,是弹性开放和动态变化的,也是可以改造的。因此,不同城市的水系统,通常不同的结构和功能特征;同一城市处在不同的发展阶段,也会有不同的特点,这正是城市水系统规划可以着力,并发挥重要作用的原理所在。

3.2 城市水系统规划体系

城市水系统规划体系由城市水系统综合规划和城市水系统专项(或专业)规划构成。专项规划是指现行的所有涉水规划,包括所有涉水专项(工程)规划和城市总体规划中所有涉水的专业规划。城市水系统综合规划包涵了水源、供水、用水、排水四个子系统的核心规划内容,并由这四个子系统与城市水系统的各专项规划相联系(图4)。

从理论上讲,城市水系统规划体系中的各专项规划是以城市水循环为纽带而联结在一起的有机整体,既相对独立又相互联系;但在现实中,各专项规划都有其自身的功能,并不能被取消或完全取代,亟需改进或整合,尤其需要综合规划的协调。另外,从更大的范畴看,城市水系统还是城市大系统的重要组成部分,必须服务于各层级的城市规划,落实城市规划提出的相关目标和任务要求,为保护水资源、改善水环境、修复水生态、营造水景观、传承水文化、保障水安全提供规划支撑。

4 城市水系统综合规划

4.1 综合规划的基本定位

城市水系统综合规划是10年前提出的一种非法定规划,虽然在理论上还不够系统和完善,但已有的研究结果和规划实践表明,把统综合规划作为城市规划体系中的一个综合性的专项规划,具有理论的合理性、现实的必要性和实施的可行性。在规划层级的定位上,城市水系统综合规划主要受三个上位规划的约束并与其协调,并对下位的其他水系统专项规划起指导、统筹和约束作用(图5):

一是规划的目标任务受城市总体规划的束,同时也为城市总体规划的落实提供重要支撑;二是规划的前提条件受流域水资源(综合)规划的约束,城市水源、供水、节水规划在很大程度上受制于流域的水资源配置方案;三是规划的实施方案受流域水环境(生态)规划的约束,城市的排水、污水处理等规划受制于流域水环境容量的分配方案。

可考虑参照“城市综合交通体系规划”的模式,将“城市水系统综合规划”作为与城市总体规划同步编制、同步实施的一个涉水的综合性规划。在具体的规划编制中,可通过系统地整合优化现行城市总体规划中相关的涉水类规划内容,形成专业性的城市水系统综合规划篇章;对规模较大和水系统功能结构比较复杂的城市,还应在此基础上编制城市水系统综合规划专项。

4.2 综合规划的目标和原则

规划是实施国家战略的必要手段。城市水系统综合规划的首要目标是落实“节水优先,治污为本,科学开源,保障安全”的总体战略[4]。在此基础上,根据城市总体规划的目标任务要求,遵循城市水循环的规律,优化水系统结构,完善水系统功能,促进水系统循环,保障水系统安全,并为城市安全和健康发展提供基础支撑。城市水系统综划更加强调从宏观层面对水系统及其基础设施进行总体部署,并统筹协调各子系统之间的关系。为此需要把握以下几个原则:

(1)整体性原则。传统的城市涉水规划以城市水系统的某一子系统作为规划对象,而城市水系统综合规划的对象是城市水系统的各子系统及其相互关系,要求从城市水循环的角度整体考虑水量的输配、水质的变化、设施的布局与协调,因此相比于其他涉水规划,城市水系统综合规划更具整体性和综合性。

(2)前瞻性原则。即基于远期目标的近期与远期相协调的原则。传统的城市涉水规划,强调以“近期建设”为主,虽然也有远期目标,但往往被“近期建设”的行为所湮没、改变。城市水系统综合规划应立足长远,在坚定长远目标的前提下,有选择、有序安排近期建设的项目,坚决防止为追求个别项目的短期效益而损害城市水系统长远目标的行为。

(3)差异性原则。不同城市的水系统面临的问题不尽相同。在城市水系统综合规划的框架下,应根据城市个体的差异,有针对性地开展规划,通过系统的手段解决城市面临的主要水问题,塑造城市水系统的个性特征,避免出现城市水系统“千城一面”或“生搬硬套”其他城市模式等现象。

(4)动态性原则。城市水系统综合规划需特别关注长期性、综合性、协调性和社会性问题,在服务范围、用水指标、涉水设施用地面积、雨洪利用、水系结构等方面应留有一定弹性空间,从而使城市水系统可以适应城市长期发展所面对的不确定性影响,平衡城市水系统的多目标需求。

(5)科学性原则。城市水系统有其历史发展规律,与城市的经济、社会发展水平密切相关,城市水系统综合规划应顺应自然、重视生态,避免不顾当地的客观条件和实际需求,盲目提出过高的目标和不切实际的要求。

4.3 综合规划的主要任务
城市水系统综合规划的主要任务是,按照城市水循环系统基本框架,开展城市水系统现状调查与评价,确定规划原则与目标和城市水系统的功能分区,协调确定水源、供水、用水、排水等专项规划的关键参数(图6),统筹部署相应的基础设施,支撑和落实城市总体规划的目标任务,并为水系统其他专项规划提供指导,设定必要的约束条件,并提出相关的对策措施。其主要任务包括但不局限于如下四个方面:

(1)科学评估水资源承载能力。城市水资源承载能力是衡量水资源对城市社会经济发展支撑能力的重要指标,也是城市水系统综合规划中必须把握的具有全局性的战略指标。要为落实“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”提供科学的规划依据。因此,在计算和评估水资源承载力时要特别注意三点:一是在城市区域或更小的尺度上,既不能“一块天对一块地”计算水资源量,也不能“漫无边际”地期望不惜代价的跨流域、远距离调水;二是水源的配置不能仅仅考虑地表水、地下水等传统水资源,还要考虑再生水、雨水、海水等非传统水资源;三是水源的选择不仅要考虑水量的保障率,更要考虑水质的合格率,两者兼顾,不可偏废。

(2)合理确定水设施保障能力。城市水设施的保障能力是通过城市水源、净水厂及其管网系统等组成的“生命线工程”体现出来的,当然也包括排水及污水处理设施,这是城市持续健康发展的重要基础。在供水子系统的设施规划中,要重点解决水量、水压、水质的设施保障能力问题,通过科学确定供水模式与规模、优化供水设施布局,提高供水服务质量,促进城市供水服务的均等化;在排水子系统的设施规划中,不
仅要考虑污水、污泥的无害化处理问题,也要着力考虑其资源化、能源化利用问题,还要审慎确定排水防涝设施的布局和合理规模等。必须特别强调的是,水设施的保障能力主要依赖但不局限于工程设施的规模和质量,也与设施的运营、维护、管理直接相关。从某种程度上讲,水工程设施的系统配套、土地的开发利用模式以及非工程
措施更为重要。

(3)平衡兼顾“三生”用水需求。城市生活用水、生产用水、生态用水(简称“三生”用水),对水质标准和水量保证率有不同要求,要平衡好三者之间的关系,兼顾到各方的用水需求。由于在过去的用水分类中,生活和生产用属于社会和国民经济用水,必然会列入相关规划中予以保障,而生态用水不属于国民经济用水,所以通常不列入规划,有的规划中会提出在水资源配置时,要留足河流、湖库的生态水量,但在具体实施中难以真正落实,每当出现水资源紧张时,首先被挤占的往往就是生态用水。近十多年来,人们对生态用水的认识有了明显提高,但在当前开展水生态文明建设的热潮中,也要避免一些地方出现的另外一种倾向——在水生态文明建设旗帜下,却做着违背自然规律、反生态、不文明的事。

(4)系统考虑水环境承载能力。城市水环境承载能力通常是指城市区域内的水体,在特定时期内能够被继续使用并保持良好生态系统时,所能容纳污水及污染物的最大能力,它所涉及的不仅是水环境、水生态问题,也与水资源、水景观、水文化和水安全有关。因此,涉及排水子系统规划时,必须贯彻实施“治污为本”战略,规划协调好排水体制、初期雨水处理与利用、污水处理与再生利用、污泥处理与处置等方面的问题。要在系统规划中落实低影响开发模式,为建设“弹性城市”、“海绵型城市”作出总体部署
和政策安排。

此外,考虑到规划编制的弹性和局限性,以及自然气候、社会环境的不确定性等因素,任何规划在实施过程中都是存在风险的。因此,在编制城市水系统综合规划时,需要同步考虑应急救援能力建设,包括应急设施、避灾场所和应急救援的体制机制等。

4.4 综合规划的统筹协调

统筹协调是城市水系统综合规划的重要方法之一,主要包括水系统的通量协调和布局协调两个方面。

(1)水系统通量协调。水系统通量是表征水系统特征的重要参数,包括水量、水质、能量等,通量的大小通常表现为水系统设施规模或能力。城市水系统通量协调的首要任务是落实“节水优先”战略,加强“需求控制”,城市需水量下降了,供水规模、排水规模、污水处理规模,以及设施的投资建设规模必然随之下降。其次是再生水利用,再生水利用得越多,对新鲜水源的需求量就越少,传统的供水规模随之缩小。城市供水的对象包括生活、生产(工业)和景观绿化、道路浇洒等市政杂用及水系生态补水等。城市再生水可作为城市低端用水的水源,比如市政杂用、水系生态补水及部分工业用水等都可使用再生水。在保障安全的前提下,城市供水量为城市总需水量中扣除再生水替代量。关于这方面的工作,以色列、新加坡和我国北京、天津生态城的经验值得借鉴[3]。

(2)水系统布局协调。水系统布局协调是指对水系统要素在空间上进行统筹和优化,包括水源合理配置、水源地选址、设施布局优化,以及水生境保护和水景观营造等。布局的合理与否直接关系到水系统的安全和健康循环。当前最为突出的问题是取水口与排水口的布局协调,尤其是河流型水源地,上下游相邻城市之间的取水口与排水口犬牙交错,各种水体功能相互冲突,存在许多安全隐患,需要以“保障安全”为前提,优化调整相关布局或采取应急防范措施。其次是排水设施、污水处理设施与再生水利用设施布局的协调问题,直接关系到排水防涝的效果和再生水利用的效率,需要按照“治污为本”的战略要求,以雨水、污水的无害化、资源化为目标,采取集中与分散处理、利结合的方式,因地制宜,合理布局相关设施。第三是城市地下管线之间的协调问题,城市供水管网、污水收集管网、雨水收集管网以及其他市政地下管线在道路路面
有限范围内,如果各自考虑施工和维修的成本和方便程度,不进行统筹协调,必然会出现互相干扰和破坏,城市水系统综合规划的重要任务之一就是对各类地下涉水管线之间以及与其他市政管线之间在排列顺序、管线位置等方面进行技术协调。

5 结论与建议

(1) 我国现行的城市涉水规划种类繁多,内容非常丰富,专业基础较为扎实,呈现出专业分工、部门分管和系统分割的显著特征,规划编制和实施的主体较多。

(2)现行的城市涉水规划缺乏基于水循环规律的统筹考虑,存在明显的局限性,规划的系统性、层次性和协调性不足,规划的编制和实施效果不甚理想。

(3)城市水系统是自然水循环和社会水循环的耦合系统,主要由水源、供水、用水、排水等子系统组成,涉及城市水资源开发利用和保护管理的全过程。

(4)城市水系统规划体系是基于城市水循环原理构建的框架体系,由城市水系统综合规划城市水系统专项规划构成,是对现行涉水规划的优化整合。

(5)城市水系统综合规划的主要目标是优化水系统结构,完善水系统功能,促进水系统循环,保障水系统安全,并为城市安全和健康发展提供基础支撑。

(6)城市水系统综合规划应在“节水优先,治污为本,科学开源,保障安全”的总体战略指导下,坚持整体性、前瞻性、差异性、动态性、科学性等原则。

(7)城市水系统综合规划的主要任务是确定水资源承载能力、水环境承载能力、水系统设施保障能力、水安全应急救援能力,平衡兼顾好“三生”用水需求。

(8)建议将城市水系统综合规划作为一种新型规划,纳入城市规划编制体系,与城市总体规划同步编制,同步实施,并以此来指导和约束其他的涉水专项规划。

 

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