湯 鐘，戴 韻，張 亮，俞 露，汪作煒

(1.深圳市城市規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，廣東深圳 518000；2.深圳市南山區(qū)水務(wù)局，廣東深圳 518000)

隨著人口和用地規(guī)模的不斷擴(kuò)大，水資源短缺已經(jīng)成為城市健康、全面、可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。據(jù)水利部統(tǒng)計，在46個重點(diǎn)城市中，45.6%水質(zhì)較差，14個沿海開放城市中有9個嚴(yán)重缺水。北京、天津、青島、大連等城市缺水最為嚴(yán)重[1]。因此，必須立足自身，盡力挖潛，開發(fā)可利用的各類水資源，緩解城市水資源壓力[2]。城市化造成地面硬質(zhì)化，改變了地面的水文特性，造成大量雨水流失，嚴(yán)重干擾自然水文循環(huán)，使得城市地下水從降水中獲得的補(bǔ)給量逐年減少(圖1)[3]。通過雨洪綜合利用等多種海綿城市水資源利用模式，可增加地下水補(bǔ)給、調(diào)節(jié)城市氣候、抵御海水入侵，是建立城市健康水循環(huán)、修復(fù)城市生態(tài)環(huán)境的重要手段。住建部《海綿城市建設(shè)績效評價與考核辦法(試行)》對污水再生利用率、雨水資源利用率、管網(wǎng)漏損控制這3個水資源指標(biāo)進(jìn)行了要求[4]。

圖1 城市化對城市水問題的影響Fig.1 Impact of Urbanization on Urban Water Issues

南山區(qū)位于深圳西部，總面積為170 km2，是深圳市的中心城區(qū)，具有優(yōu)良的自然本底條件。2019年，南山區(qū)全省首個通過廣東省縣域節(jié)水型社會達(dá)標(biāo)驗收，成為節(jié)水型社會示范區(qū)。南山區(qū)結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，以綠色發(fā)展、生態(tài)南山、高質(zhì)量發(fā)展為導(dǎo)向，在全區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長的情況下，保持用水總量基本持平。2018年，全區(qū)萬元GDP用水量為4.04 m3，萬元工業(yè)增加值用水量為1.01 m3，水資源利用水平整體處于全國領(lǐng)先水平。同時，南山區(qū)大力開展海綿城市建設(shè)，2017年、2018年連續(xù)2年在深圳市海綿城市考核中名列首位(除鳳凰城國家試點(diǎn)區(qū)外)。在開展海綿城市的背景下，如何探索水資源的利用模式是研究的重點(diǎn)。根據(jù)《南山區(qū)海綿城市專項規(guī)劃》，南山區(qū)海綿城市指標(biāo)體系中水資源指標(biāo)如表1所示。因此，南山區(qū)需要在常規(guī)水資源滿足城市用水需求的基礎(chǔ)上，提高污水再生利用及與水資源化利用水平。

表1 南山區(qū)海綿城市指標(biāo)體系中水資源指標(biāo)Tab.1 Water Resource Indexes of Sponge City Target System in Nanshan District

1 問題分析

1.1 人均占有水資源量小，區(qū)外引水依賴度高

南山區(qū)本地水資源量緊缺，人均占有水資源量為126 m3，低于深圳市平均水平，僅為廣東省平均水平的7%，全國平均水平的5%，屬于嚴(yán)重資源型缺水地區(qū)。南山區(qū)主要依靠區(qū)外調(diào)水，由東部供水工程、東深供水工程共同供水，占全區(qū)供水的85.47%。本地蓄水較少，僅占全區(qū)供水的9.96%，主要調(diào)蓄水庫為西麗水庫。整體上，南山區(qū)對區(qū)外引水依賴性高，水源單一。

1.2 非常規(guī)水資源利用率不高

近年來，深圳市已大力開發(fā)利用雨洪、海水、再生水等非常規(guī)水資源，利用量不斷增強(qiáng)，但非常規(guī)水資源推廣利用處于示范和起步階段，仍有待繼續(xù)提高，如圖2所示。

圖2 深圳市各區(qū)非常規(guī)水資源開發(fā)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，根據(jù)《深圳市水資源公報》，南山區(qū)污水處理回用供水量為579.4萬m3，占總供水量的2.44%。南山區(qū)污水回用主要用于河道補(bǔ)水，其他方面的應(yīng)用尚處于小規(guī)模的探索階段。深圳市2014年4月17日頒布實施的《再生水利用管理辦法》，明確再生水價格按低于自來水價格(含污水處理費(fèi))的一定比例確定。但目前再生水價格仍尚未明確，未形成一套有效的市場運(yùn)行機(jī)制，再生水定價與投資回報機(jī)制尚未建立。除水價因素外，用戶配套再生水管道建設(shè)及相關(guān)設(shè)備改造投資補(bǔ)償問題、污水費(fèi)減免問題、是否獎勵等均未正式明確。

雨水利用方面，南山區(qū)雨水供水量為435.4萬m3，占總供水量的1.83%。在城市季節(jié)性缺水和洪澇問題并存的情況下，收集雨水進(jìn)行回用是一種經(jīng)濟(jì)實用的水資源開發(fā)方式。結(jié)合南山區(qū)降雨量豐富但時空分布不均的特點(diǎn)，雨水收集回用不宜用于工業(yè)生產(chǎn)，建議主要用于市政公共用水和生態(tài)補(bǔ)水等。

2 常規(guī)水資源利用方案

作為深圳市的重要發(fā)展區(qū)域，南山區(qū)在過去5年打造形成后海等重點(diǎn)區(qū)域，建筑增量有較大增長，水量也呈現(xiàn)增長趨勢。根據(jù)對南山區(qū)現(xiàn)狀及未來的城市開發(fā)情況的整理，在常規(guī)水資源利用方面主要面臨以下因素的影響：城市更新和重點(diǎn)片區(qū)建設(shè)帶來的雙重壓力、市政場站和市政管網(wǎng)面臨較大壓力、新增市政設(shè)施和市政管網(wǎng)建設(shè)的難度較大。例如，根據(jù)綜合法定圖則、城市重點(diǎn)地區(qū)規(guī)劃、城市更新、個案調(diào)整等，確定規(guī)劃總建筑面積約為1.868億m2，比現(xiàn)狀建筑面積增加88.95%。如何在高密度、高強(qiáng)度的條件下保證水資源的供應(yīng)是南山區(qū)水資源保障面臨的主要問題。

根據(jù)《南山區(qū)市政設(shè)施及管網(wǎng)升級改造規(guī)劃》，預(yù)測南山區(qū)最高日總水量為 134.8萬m3/d。其中，法定圖則用水量為86萬m3/d，城市更新片區(qū)最高日總水量為7.6萬m3/d，城市重點(diǎn)片區(qū)水量為 41.2萬m3/d，如表2所示。1(前海)、3和4(后海)、6(深圳灣總部)、9(留仙洞)等片區(qū)由于重點(diǎn)區(qū)建設(shè)，建筑量劇增，用水量將逐年持續(xù)增長；3、4、7等片區(qū)城市更新項目較多，用水量需求增幅較大，如圖3所示。

表2 南山區(qū)總水量預(yù)測Tab.2 Forecast of Total Water Quantity in Nanshan

圖3 南山區(qū)分區(qū)水量增長情況Fig.3 Growth of Water Quantity in Nanshan District

目前，南山區(qū)主要由南山水廠(區(qū)內(nèi))、大沖水廠(區(qū)內(nèi))及梅林水廠(區(qū)外)供水。現(xiàn)狀給水廠/站規(guī)模僅為55萬m3/d，遠(yuǎn)無法滿足未來的水量規(guī)模，需優(yōu)化給水廠/站和管網(wǎng)布局，以滿足南山區(qū)供水需求，保障水資源供給。綜合考慮規(guī)劃水量、水廠布局、深度處理工藝用地等，提出優(yōu)化方案，水廠總計規(guī)劃規(guī)模為135萬m3/d，可滿足遠(yuǎn)期南山區(qū)用水需求。

圖4 2030年南山區(qū)分片區(qū)水量對比Fig.4 Comparison of Water Quantity of Sub-Districts in Nanshan District in 2030

3 非常規(guī)水資源利用方案——再生水利用

污水再生利用可以有效節(jié)約水資源，減輕水污染，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展。另外，也可以滿足城市綠化和河湖景觀用水的需要。我國也陸續(xù)發(fā)布了部分相關(guān)政策，促進(jìn)再生水利用的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如表3所示。

3.1 再生水量預(yù)測

再生水量預(yù)測以給水量預(yù)測為基礎(chǔ)，取再生水推薦替代率計算水量。因此，在給水量預(yù)測的分類建筑面積水量指標(biāo)法和分類用地面積水量指標(biāo)法的基礎(chǔ)上，取一定的再生水替代率預(yù)測本次規(guī)劃再生水量，參考同類城市及南山區(qū)再生水利用規(guī)劃的替代率經(jīng)驗，結(jié)合本片區(qū)的實際情況，確定本次再生水替代率指標(biāo)。預(yù)測南山區(qū)最高日總再生水量為18.8萬m3/d，日變化系數(shù)取1.18。其中，道路廣場用再生水量占總再生水量的21%，工業(yè)用再生水量占總再生水量的15%，公共綠地用再生水量占總再生水量的15%，研發(fā)、商業(yè)服務(wù)業(yè)、辦公等公共建筑類用再生水量占總再生水量的49%，如表4所示。

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

表4 預(yù)測再生水量分類結(jié)構(gòu)Tab.4 Classification Structure of Predicted Reclaimed Water Quantity

為便于分片區(qū)分析，根據(jù)城市規(guī)劃分區(qū)單元共劃定11個片區(qū)進(jìn)行再生水量預(yù)測。從各分區(qū)再生水量分布情況可以看出，再生水量主要集中在前海片區(qū)和中部片區(qū)，越往南北兩端，再生水量需求越少，如圖5所示。

3.2 再生水回用對象

規(guī)劃區(qū)內(nèi)無農(nóng)、林、牧、漁業(yè)用水，故本規(guī)劃不考慮再生水用于農(nóng)、林、牧、漁業(yè)；深圳市作為濱海城市，主要依靠水庫蓄水和境外引水，地下水開采數(shù)量較少，故不考慮再生水作為地下水的補(bǔ)充水源。規(guī)劃城市雜用作為南山區(qū)再生水的主要利用形式，如表5所示。其中，道路沖洗和綠化澆灑在整個區(qū)域范圍內(nèi)推廣，而用于沖廁和空調(diào)冷卻水僅在重點(diǎn)區(qū)域的新建建筑或預(yù)留再生水系統(tǒng)的綠色建筑中推行，建成區(qū)不進(jìn)行推廣使用。工業(yè)用水可以回用于工業(yè)生產(chǎn)、冷卻用水、鍋爐用水、沖洗用水，新建片區(qū)重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)回用于新型產(chǎn)業(yè)用地、研發(fā)類等[6]。

圖5 再生水量預(yù)測分布圖(單位：萬m3/d)Fig.5 Predictive Distribution Map of Reclaimed Water(Unit: 104 m3/d)

表5 再生水回用對象一覽Tab.5 List of Reclaimed Water Reuse Objects

3.3 再生水廠規(guī)劃

規(guī)劃再生水廠/站結(jié)合現(xiàn)狀再生水廠和已設(shè)計再生水的布局，同時遵循污水處理廠同步規(guī)劃建設(shè)的原則，共規(guī)劃4座再生水廠，分別為南山再生水廠、蛇口再生水水廠、西麗再生水廠和沙河再生水廠，區(qū)外有1座福田再生水廠，為南山區(qū)部分區(qū)域供水。再生水廠規(guī)劃布局如表6和圖6所示。

表6 規(guī)劃再生水廠一覽(再生水廠規(guī)?？刂?Tab.6 List of Planned Reclaimed Water Plants (Capacity Control of Reclaimed Water Plants)

圖6 規(guī)劃再生水廠布局圖Fig.6 Layout of Planning Reclaimed Water Plants

4 非常規(guī)水資源利用方案——雨水利用

根據(jù)《深圳市雨洪利用系統(tǒng)布局規(guī)劃》，針對城市建設(shè)區(qū)應(yīng)堅持“引導(dǎo)建設(shè)項目開展生態(tài)雨洪利用，推廣低沖擊開發(fā)模式，下滲調(diào)蓄為主；鼓勵因地制宜適度收集回用”的策略，減少洪峰流量和外排水量，恢復(fù)自然水文生態(tài)循環(huán)，源頭削減徑流污染。從南山區(qū)本地情況來看，建設(shè)具有蓄存功能的海綿城市設(shè)施，可以調(diào)節(jié)雨水資源的時空分布，為雨水利用創(chuàng)造條件。針對用地空間和回用條件允許的地區(qū)，蓄水適宜利用面積較大的河流、公園綠地進(jìn)行，其有利于雨水的調(diào)蓄和回用，緩解水資源短缺問題。雨水進(jìn)入蓄水設(shè)施前，應(yīng)有相應(yīng)的初雨水污染控制措施[7]。

4.1 雨水蓄洪滯洪

隨著城市的開發(fā)建設(shè)，不透水下墊面急劇增加，雨水徑流量增大，城市雨水管網(wǎng)的排水壓力急劇增大，內(nèi)澇風(fēng)險較大。建設(shè)雨水調(diào)蓄池，將雨水徑流的高峰流量暫時貯存于雨水調(diào)蓄設(shè)施中，待流量下降后，再將蓄水池中水排出，以削減洪峰流量，降低下游管渠的規(guī)模，節(jié)省工程投資，提高城市的排水和防澇能力，降低內(nèi)澇風(fēng)險。對于現(xiàn)狀建成度較高的區(qū)域，調(diào)蓄設(shè)施的建設(shè)可解決排水標(biāo)準(zhǔn)提升以及內(nèi)澇防治過程中管道的破除擴(kuò)建，節(jié)省投資，是一種有效的提標(biāo)綜合措施。

南山區(qū)雨水調(diào)蓄設(shè)施的建設(shè)應(yīng)結(jié)合公園、綠地建設(shè)，落實用地，解決建設(shè)用地緊缺問題，如圖7所示。同時，應(yīng)充分發(fā)揮現(xiàn)狀城市濕地、水系、下凹式綠地等雨水調(diào)蓄功能。作為雨水調(diào)蓄空間，解決用地緊缺的同時，節(jié)省工程投資。對于專用雨水調(diào)蓄池，適用于內(nèi)澇積水較為集中的局部洼地處、排水通道較長的主干管渠上，工程上采用不同的建設(shè)模式，發(fā)揮其最大效應(yīng)。借助水力模型，分析易澇風(fēng)險區(qū)原因，結(jié)合實際建設(shè)情況及相關(guān)規(guī)劃，合理布局雨水調(diào)蓄設(shè)施，充分挖掘現(xiàn)有水系、濕地、綠地的雨水調(diào)蓄功能，構(gòu)建城市雨水調(diào)蓄體系。重點(diǎn)對城市滯洪區(qū)、雨水調(diào)蓄設(shè)施及河道水閘等內(nèi)容進(jìn)行闡述。規(guī)劃集中雨水調(diào)蓄設(shè)施15處，其中，調(diào)蓄水體4處(調(diào)蓄洪峰流量)，調(diào)蓄池11處(調(diào)蓄洪峰流量)，調(diào)蓄設(shè)施收集的雨水可作為綠地澆灑和道路沖洗等市政雜用水。地塊內(nèi)部布置雨水收集罐、景觀水體等進(jìn)行雨水的收集利用。

圖7 南山區(qū)雨水調(diào)蓄設(shè)施規(guī)劃Fig.7 Planning of Rainwater Storage Facilities in Nanshan District

4.2 雨水水質(zhì)凈化

針對南山區(qū)的面源污染控制主要從源頭海綿化建設(shè)、末端雨水濕地及植被緩沖帶的構(gòu)建進(jìn)行。其中，海綿化改造主要采用綠色基礎(chǔ)設(shè)施及灰色設(shè)施結(jié)合的方式，通過結(jié)合河道周邊公園、綠地以及調(diào)蓄水體，構(gòu)建雨水濕地及植被緩沖帶，實現(xiàn)面源污染的全面控制。例如，在城市更新區(qū)域主要推廣綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，滿足年徑流總量控制率指標(biāo)，并將污染物削減率納入控制性指標(biāo)；在已建區(qū)(綜合整治)區(qū)域主要針對工業(yè)廠房的改造，強(qiáng)化對面源污染的控制，將污染物削減率納入控制性指標(biāo)；在已建區(qū)(現(xiàn)狀保留)區(qū)域，針對雨水檢查井進(jìn)行環(huán)保型雨水口改造，最大程度地削減城市面源污染。

規(guī)劃區(qū)域建設(shè)用地開發(fā)建設(shè)時，適當(dāng)限制開發(fā)強(qiáng)度、合理控制不透水下墊面比例、精細(xì)化組織徑流路徑，削減、滯留、凈化雨水徑流；城市地塊更新時，理順雨污水排水路徑，適當(dāng)增加綠地等透水下墊面；根據(jù)用地在雨水徑流匯流路徑上的上下游關(guān)系，分類提出建筑與小區(qū)、道路廣場、公園綠地、河湖水系海綿城市建設(shè)地策略與目標(biāo)。

4.3 結(jié)合成本分析及指標(biāo)要求，設(shè)計雨水利用系統(tǒng)

國內(nèi)外部分城市從排水防澇、雨水利用等多角度制定適合本區(qū)域的雨水池設(shè)置要求。但根據(jù)對部分已建綠色建筑的調(diào)研，雨水調(diào)蓄池的利用率偏低，建議盡量使用雨水花園、透水鋪裝等生態(tài)化形式。若要設(shè)置雨水蓄水池，應(yīng)在當(dāng)?shù)匾?guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行水量平衡計算，確定具體的規(guī)模，確保雨水調(diào)蓄池的使用效果[8]。

為了達(dá)到雨水利用目標(biāo)要求，同時降低面源污染和提高合作區(qū)排水防澇能力，考慮地塊面積、用地性質(zhì)、硬化程度等情況，規(guī)劃在一些地塊建設(shè)集中調(diào)蓄設(shè)施。積蓄用水可用于綠化澆灑、道路及廣場沖洗、車庫地面沖洗、車輛沖洗、景觀水體補(bǔ)水和沖廁、消防備用水源等[9]。積蓄用水也可用于周邊未建調(diào)蓄設(shè)施的地塊。雨水調(diào)蓄設(shè)施通常包括具有調(diào)蓄空間的景觀水體、降雨前能及時排空的雨水收集池、雨水桶、雨水調(diào)蓄池等，但不包括下沉式綠地。通過SWMM建模分析可以得到單位硬化面積所需調(diào)蓄容積規(guī)模，如表7所示。

表7 單位硬化面積所需調(diào)蓄容積目標(biāo)(建議)Tab.7 Target for Regulating Storage Volume per Unit Hardened Area (Recommended)

5 南山區(qū)水資源利用實施情況

目前，南山區(qū)已經(jīng)建成部分水資源利用設(shè)施并投入使用。區(qū)內(nèi)已投入使用的再生水處理設(shè)施主要有南山再生水廠、西麗再生水廠、大沙河公園再生水利用工程和南山商業(yè)文化中心區(qū)再生水回用項目。同時，建成了人才公園、大沙河生態(tài)長廊等海綿城市示范工程，構(gòu)建了大小南山—深圳灣濱海休閑帶—人才公園—大沙河生態(tài)長廊—塘朗山—西麗湖覆蓋南山全域的自然景觀廊道，形成了具有南山區(qū)特色的海綿城市建設(shè)體系。在海綿城市建設(shè)中，落實水資源利用項目，可達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的要求。

根據(jù)《南山區(qū)市政設(shè)施及管網(wǎng)升級改造規(guī)劃》，預(yù)測南山區(qū)近期水廠規(guī)劃規(guī)模為85萬m3/d，遠(yuǎn)期達(dá)到135萬m3/d。根據(jù)預(yù)測，南山區(qū)近期再生水廠規(guī)劃規(guī)模為12萬m3/d，遠(yuǎn)期為19.2萬m3/d。經(jīng)計算，2020年，再生水可替代自來水比例為14%；2030年，再生水替代自來水比例為15%。南山區(qū)再生水供水城市市政雜用水設(shè)施規(guī)模為19.2萬m3/d，與再生水量需求量(18.8萬m3/d)基本匹配，能夠達(dá)到污水再生利用率的目標(biāo)要求。

根據(jù)《深圳市水資源公報》，南山區(qū)雨水供水量為435.4萬m3，占總供水量的1.83%。隨著海綿城市的建設(shè)及雨水調(diào)蓄池的建設(shè)，雨水資源利用率會進(jìn)一步提升，能夠達(dá)到雨水資源利用率的目標(biāo)要求。

6 總結(jié)

本文以南山區(qū)水資源利用系統(tǒng)構(gòu)建為例，探索海綿城市理念和要求下的水資源規(guī)劃方案思路，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水。在重視水資源開發(fā)利用的同時，強(qiáng)化水資源的保護(hù)與節(jié)約，積極推進(jìn)科學(xué)用水和節(jié)約用水，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，下一步還將在探索海水淡化利用、工業(yè)企業(yè)的節(jié)水技術(shù)提升、建立管理和預(yù)警制度等方面做進(jìn)一步的研究和探索。