王 浩，王 佳，劉家宏，梅 超

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.水利部水資源與水生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

1 研究背景

城市是人類文明的集中載體。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化也將高度發(fā)達(dá)。聯(lián)合國(guó)2018年的報(bào)告顯示，1950年，全球人口的30%是城市人口，2018年全球55%的人口是城市人口，到2050年，預(yù)計(jì)世界68%的人口將居住在城市。全球特大型城市的數(shù)量也在急劇上升。1990年，全球只有10個(gè)人口超過(guò)1000萬(wàn)的特大型城市，2018年已增至33個(gè)，預(yù)計(jì)到2030年將增至43個(gè)，主要位于發(fā)展中國(guó)家[1]。我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，城鎮(zhèn)化率從2000年的36.22%增加到了2019年的60.60%。我國(guó)正處于快速城鎮(zhèn)化階段，在新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的進(jìn)一步推動(dòng)下，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的城鎮(zhèn)化率以及城市人口將進(jìn)一步增加。

隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人水關(guān)系逐漸增強(qiáng)，水循環(huán)和人類逐漸演變成為一個(gè)耦合系統(tǒng)[2]。水循環(huán)由自然水循環(huán)逐漸演變?yōu)椤白匀?社會(huì)”二元水循環(huán)模式[3]。城市是人類活動(dòng)與自然水循環(huán)相互耦合最劇烈的區(qū)域，在自然、社會(huì)等多種因素的綜合影響下，城市水循環(huán)的過(guò)程與結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)復(fù)雜化，由此引發(fā)的城市水問(wèn)題越來(lái)越突出[4]。我國(guó)城市目前正面臨著水災(zāi)害頻發(fā)、水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)退化等新老四大水問(wèn)題[5-6]。未來(lái)在快速城市化和氣候變化的大背景下，水問(wèn)題呈復(fù)雜化、綜合化趨勢(shì)，城市水循環(huán)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展的突出瓶頸[7-8]。如何應(yīng)對(duì)這一嚴(yán)峻形勢(shì)，既是一個(gè)具有現(xiàn)實(shí)緊迫性的問(wèn)題，也是一個(gè)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義的問(wèn)題。

城市水循環(huán)演變機(jī)理及過(guò)程是當(dāng)前水文水資源學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[9]。由于城市水循環(huán)的“自然-社會(huì)”二元性和復(fù)雜性，量化水在時(shí)間和空間上的變化非常困難?，F(xiàn)有研究對(duì)氣候變化、城市發(fā)展、人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等多因素影響下，水資源開發(fā)利用過(guò)程、供水、用水、回用、污水和雨水等城市水循環(huán)過(guò)程、流域二元水循環(huán)及其伴生水生態(tài)和水環(huán)境過(guò)程、大尺度陸地水循環(huán)過(guò)程的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探索[10-13]。這些研究解析了水循環(huán)變化過(guò)程及其關(guān)鍵影響因素，但未能綜合分析影響因素及整個(gè)城市水循環(huán)過(guò)程間復(fù)雜的相互作用及演化機(jī)理。目前為止，涵蓋整個(gè)城市水循環(huán)系統(tǒng)演變機(jī)理及過(guò)程的定量化綜合集成模型仍然處于起步階段[14]。

本文將在識(shí)別城市水循環(huán)的演變機(jī)理和驅(qū)動(dòng)機(jī)制的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)剖析城市水問(wèn)題的產(chǎn)生根源，并對(duì)發(fā)展情勢(shì)做出判斷，進(jìn)而闡述未來(lái)城市水循環(huán)構(gòu)建的總體思路和關(guān)鍵策略，為科學(xué)推動(dòng)未來(lái)城市水循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展提出切實(shí)可行的實(shí)現(xiàn)途徑。

2 城市水循環(huán)的演變歷程及機(jī)理

2.1 城市水循環(huán)演變歷程人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展過(guò)程也是人類對(duì)自然水循環(huán)逐漸介入的過(guò)程[15]。隨著城市的發(fā)展，城市水循環(huán)的演變過(guò)程大致可以分為三個(gè)階段：工業(yè)化前階段，工業(yè)化初期階段和大規(guī)模工業(yè)化、快速城市化階段。

工業(yè)化前階段：早期的城市出現(xiàn)在原始社會(huì)到奴隸社會(huì)的過(guò)渡時(shí)期。畜牧業(yè)、手工業(yè)和商業(yè)社會(huì)分工出現(xiàn)后，人類開始聚居并形成了城市。以飲用水為主的城市供水系統(tǒng)逐漸建立，并開始修建排水溝渠將雨污水引入附近的水體，形成了早期的合流制排水系統(tǒng)。這個(gè)階段人類對(duì)自然水循環(huán)的擾動(dòng)微乎其微。

工業(yè)化初期階段：第一次工業(yè)革命標(biāo)志著人類跨進(jìn)了以機(jī)器代替手工的工業(yè)時(shí)代。清末我國(guó)開始了工業(yè)化的起步，一直到1949年。這一時(shí)期工業(yè)發(fā)展速度較為緩慢，城市的人口和經(jīng)濟(jì)得到一定集聚，供水服務(wù)范圍擴(kuò)大，污水排放增加，水源開始受到污染。為應(yīng)對(duì)水源污染問(wèn)題，出現(xiàn)了城市的凈水和污水處理單元。這個(gè)階段的水循環(huán)模式仍以自然水循環(huán)為主導(dǎo)。

大規(guī)模工業(yè)化、快速城市化階段：改革開放政策帶來(lái)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛。我國(guó)的工業(yè)化和城市化進(jìn)入飛速發(fā)展階段。隨著人類開發(fā)利用水資源強(qiáng)度的加大，自然水循環(huán)的轉(zhuǎn)換路徑、轉(zhuǎn)換方式和轉(zhuǎn)換強(qiáng)度被改變，城市水循環(huán)已經(jīng)從“自然”模式占主導(dǎo)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤白匀?社會(huì)”二元模式[16]。人類活動(dòng)持續(xù)干擾下，自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)耦合過(guò)程演變失衡，并且呈現(xiàn)持續(xù)惡化趨勢(shì)，引發(fā)了城市水災(zāi)害、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境等一系列水問(wèn)題。

未來(lái)城市要走可持續(xù)發(fā)展之路。城市化發(fā)展的大背景下，“自然—社會(huì)”二元水循環(huán)基本模式不會(huì)改變，未來(lái)城市水循環(huán)要通過(guò)對(duì)社會(huì)水循環(huán)過(guò)程各環(huán)節(jié)的調(diào)控，通過(guò)對(duì)自然水循環(huán)的保護(hù)和恢復(fù)，使社會(huì)干擾不超過(guò)自然水循環(huán)的承載能力，以達(dá)到自然水循環(huán)與社會(huì)水循環(huán)耦合平衡的目的。

綜上所述，總結(jié)城市水循環(huán)的演變歷程及發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。采用0～1來(lái)表示城市化程度和對(duì)自然水循環(huán)的擾動(dòng)程度，0表示無(wú)城市化以及對(duì)自然水循環(huán)無(wú)干擾，1表示完全城市化或?qū)ψ匀凰h(huán)的完全干擾。

圖1 城市水循環(huán)演變歷程及發(fā)展趨勢(shì)

2.2 基于DPSIR的城市水循環(huán)演變機(jī)理分析“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”（DPSIR）模型通常用于識(shí)別和描述人類與環(huán)境系統(tǒng)演變過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、交互過(guò)程和相互作用。DPSIR模型是一種系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，基于特定指標(biāo)的因果關(guān)系，分析人類社會(huì)與環(huán)境在過(guò)去到現(xiàn)在的演變規(guī)律和未來(lái)的發(fā)展方向，了解人類活動(dòng)如何以及多大程度影響了自然系統(tǒng)，最終使決策者能夠就當(dāng)前的環(huán)境質(zhì)量以及將來(lái)可能引起的環(huán)境影響做出工程、政策和管理方面的反饋[17]。本文基于DPSIR模型，提出城市水循環(huán)演變的機(jī)理分析方法（圖2）。城市水循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力包括太陽(yáng)輻射、氣溫、風(fēng)、氣候變化等自然力以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口擴(kuò)張、土地利用等社會(huì)力。壓力是人類活動(dòng)對(duì)自然水循環(huán)可能產(chǎn)生的直接擾動(dòng)，包括社會(huì)需水、產(chǎn)污排污以及徑流等。狀態(tài)是指在壓力影響下水循環(huán)系統(tǒng)所處的狀態(tài)，包括自然水循環(huán)的匯集過(guò)程、樹狀結(jié)構(gòu)、單項(xiàng)通量，以及社會(huì)水循環(huán)的耗散過(guò)程、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、雙向通量，也包括自然水循環(huán)與社會(huì)水循環(huán)之間在過(guò)程、結(jié)構(gòu)、通量之間的動(dòng)態(tài)耦合。影響是指水循環(huán)狀態(tài)改變引起的自然以及人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的改變效應(yīng)，包括資源效應(yīng)——體現(xiàn)在徑流性水資源衰減，生態(tài)效應(yīng)——體現(xiàn)在天然生態(tài)退化，環(huán)境效應(yīng)——體現(xiàn)在水體和環(huán)境污染，社會(huì)效應(yīng)——體現(xiàn)在科技水平，水價(jià)值觀與水文化的變化，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)——體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、水的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與流向等變化[3]。響應(yīng)是指人類在緩解水循環(huán)耦合狀態(tài)失衡方面所采取的對(duì)策，包括工程技術(shù)和政策與管理等。

圖2 城市水循環(huán)演變機(jī)理分析方法框架

3 城市水問(wèn)題的產(chǎn)生根源及發(fā)展情勢(shì)

城市化帶來(lái)下墊面改變，洼地被填埋，用水量和排污量加大，水系格局改變，對(duì)自然水循環(huán)產(chǎn)生影響。隨著人類活動(dòng)對(duì)自然水循環(huán)的影響逐漸加深，自然與社會(huì)水循環(huán)在循環(huán)通量上此消彼長(zhǎng)，在循環(huán)過(guò)程上深度耦合，在循環(huán)功能上競(jìng)爭(zhēng)融合[12]。自然生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)逐漸演變失衡，是一系列城市水問(wèn)題的產(chǎn)生根源。變化環(huán)境下城市水循環(huán)的脆弱性以及由此衍生的城市水災(zāi)害、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境等問(wèn)題成為水科學(xué)研究的熱點(diǎn)[18]。水災(zāi)害問(wèn)題主要指氣候變化下的自然水循環(huán)過(guò)程演變失衡導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害事件；水資源問(wèn)題主要指自然水循環(huán)-社會(huì)水循環(huán)過(guò)程演變失衡導(dǎo)致的缺水問(wèn)題；水環(huán)境問(wèn)題大多指與水循環(huán)伴生的水環(huán)境過(guò)程演變失衡帶來(lái)的水污染；水生態(tài)問(wèn)題大多指與水循環(huán)伴生的水生態(tài)過(guò)程演變失衡帶來(lái)的水生態(tài)退化[9]。隨著全球氣候變化和快速城鎮(zhèn)化的發(fā)展，深刻剖析城市水問(wèn)題的產(chǎn)生根源及發(fā)展情勢(shì)，客觀認(rèn)識(shí)未來(lái)城市水循環(huán)面臨的主要矛盾是實(shí)現(xiàn)城市良性水循環(huán)的關(guān)鍵。

3.1 城市洪澇城市洪澇問(wèn)題是多種因素綜合作用的結(jié)果。張建云等[19]、夏軍等[20]、程曉陶等[21]、黃國(guó)如[22]、宋曉猛等[23]分別從流域產(chǎn)匯流、城市化的水文效應(yīng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市暴雨和水循環(huán)系統(tǒng)角度分析了我國(guó)城市洪澇的成因機(jī)制?？偟膩?lái)說(shuō)，氣候變化帶來(lái)極端降水事件增多，城市“熱島效應(yīng)”、“雨島效應(yīng)”的影響，加之城市擴(kuò)張使得區(qū)域不透水面積迅速增大，雨洪調(diào)蓄面積被擠占，導(dǎo)致城市范圍內(nèi)徑流系數(shù)和徑流量增加，改變了自然水循環(huán)過(guò)程，導(dǎo)致城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)增大。

全球范圍內(nèi)，氣候變化與極端降水事件存在顯著的相關(guān)性[24]。Hirabayashi 等[25]和Dottori 等[26]構(gòu)建的未來(lái)氣候預(yù)測(cè)模型顯示，全球洪水風(fēng)險(xiǎn)程度以及人員和經(jīng)濟(jì)損失將隨氣候變暖的程度增加而增加?！吨袊?guó)氣候變化藍(lán)皮書（2019）》顯示，我國(guó)氣候系統(tǒng)變暖趨勢(shì)進(jìn)一步持續(xù)，極端天氣氣候事件趨多趨強(qiáng)，氣候風(fēng)險(xiǎn)水平呈上升趨勢(shì)。不同增溫情景下氣候系統(tǒng)的響應(yīng)及極端水文事件響應(yīng)的差異及其應(yīng)對(duì)策略是全球面臨的緊迫挑戰(zhàn)，亦是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需求。

城市“熱島效應(yīng)”是指城市的溫度顯著高于周圍鄉(xiāng)村[27]，城市“雨島效應(yīng)”是指城市的短時(shí)強(qiáng)降雨顯著高于周圍鄉(xiāng)村[28]。城市“熱島”與“雨島”的共同作用，導(dǎo)致了城市極端降雨事件頻發(fā)，進(jìn)而引發(fā)城市洪澇。

快速城市化帶來(lái)城市土地利用變化導(dǎo)致城市范圍的徑流量激增，加劇城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)[29]。徐宗學(xué)[30]利用水文模型模擬了城市化對(duì)北京市暴雨洪水過(guò)程的影響規(guī)律。柳楊等[31]研究了城鎮(zhèn)化背景下我國(guó)城市洪澇災(zāi)害的演變特征。程曉陶[32]對(duì)城鎮(zhèn)化和氣候變化大背景下我國(guó)面臨的洪澇風(fēng)險(xiǎn)形勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)分析和判斷。在過(guò)去的幾十年里，城市化對(duì)洪澇、干旱和河流整體狀況的影響已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)識(shí)，但這種影響的量化和預(yù)測(cè)在水文學(xué)領(lǐng)域仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

3.2 水資源短缺城市水資源的數(shù)量和質(zhì)量對(duì)維持城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程，水資源需求日益增長(zhǎng)（圖3），加上全球氣候變化帶來(lái)的極端干旱事件增多，諸多城市面臨缺水挑戰(zhàn)。擴(kuò)大的水資源供需矛盾造成城市自然-社會(huì)水循環(huán)矛盾越加尖銳。

從供水角度來(lái)說(shuō)，城市可利用的水資源量受區(qū)域降水稟賦的影響。陸詠晴等[33]，使用區(qū)域降水量，降水時(shí)間和空間不均勻性以及氣候變化導(dǎo)致的極端干旱評(píng)估了我國(guó)各城市的水資源壓力?？傮w而言，我國(guó)城市水資源呈現(xiàn)北少南多的特點(diǎn)，氣候變化下，區(qū)域水資源不平衡狀況會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

從需水角度來(lái)說(shuō)，城市化對(duì)水資源的需求是剛性的。Yang等[34]通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，模擬了社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)城市需水的影響。陳似藍(lán)等[35]以水資源需求場(chǎng)為理論基礎(chǔ)，以海河流域的城市為例定量剖析了城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水需求對(duì)自然水循環(huán)的干擾和驅(qū)動(dòng)原理。欒勇等[36]通過(guò)構(gòu)建分布式城市需水預(yù)測(cè)模型，模擬不同城市功能區(qū)的需水總量及其空間分布。我國(guó)仍處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化快速發(fā)展階段，剛性用水需求在今后較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期會(huì)持續(xù)增加，需求結(jié)構(gòu)會(huì)進(jìn)一步演進(jìn)。

圖3 2000—2019年我國(guó)城鎮(zhèn)化率及用水總量的變化過(guò)程

3.3 水污染污染源排放是發(fā)生水污染的首要條件。城市化早期，人口密度低，人類排放的污染物相對(duì)較少，水體自凈能力足以抵消人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響；隨著城市化快速發(fā)展，人口迅速增長(zhǎng)，人類活動(dòng)增加引起污染物排放量明顯增多。圖4為2000—2018年我國(guó)廢水排放總體情況，廢水總量及生活污水排放量仍存在持續(xù)增加的趨勢(shì)。隨著污染物排放量的增加，對(duì)自然水循環(huán)伴生的水環(huán)境過(guò)程的擾動(dòng)加大，超出了水體自凈能力，催生了水污染。隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，工業(yè)用水效率的不斷提高，近10年來(lái)工業(yè)廢水排放量呈逐年減小趨勢(shì)。盡管工業(yè)廢水排放量已經(jīng)得到有效控制，但突發(fā)的工業(yè)水污染事件仍對(duì)水環(huán)境造成巨大的壓力[37]。此外，雨水徑流帶來(lái)的面源污染也是城市水污染的重要來(lái)源。水動(dòng)力學(xué)條件不足也是引起城市水污染的主要原因。河道水量不足，河道渠化，河道內(nèi)淤泥、城市垃圾等導(dǎo)致水流不暢、水動(dòng)力學(xué)條件不足，加劇了水污染[38]。

城市水循環(huán)是水污染過(guò)程的載體。水污染成因復(fù)雜，在區(qū)分不同地區(qū)、污染源、水體類型等的基礎(chǔ)上，構(gòu)建水文水質(zhì)或水動(dòng)力水質(zhì)耦合模型，綜合分析污染源輸入構(gòu)成及負(fù)荷與水污染形成、遷移、轉(zhuǎn)化等一系列過(guò)程的響應(yīng)機(jī)理，未來(lái)需要進(jìn)一步探索[38-40]。

3.4 水生態(tài)退化城市建設(shè)擠占了原有的生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致植被破壞，水土流失，濕地退化，湖泊萎縮，河湖水體破碎，生態(tài)斑塊、廊道整體連通性減弱，水生態(tài)呈持續(xù)退化態(tài)勢(shì)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能大幅喪失。同時(shí)，地下水的嚴(yán)重超采，也造成對(duì)地表水生態(tài)系統(tǒng)的破壞性影響。尤其我國(guó)京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等城市群區(qū)域城市建設(shè)范圍廣、強(qiáng)度高，水資源開發(fā)量大，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境承載力脆弱，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻。

水循環(huán)過(guò)程控制著水生態(tài)系統(tǒng)特征、功能和過(guò)程。水文條件的改變是水生態(tài)退化最主要的驅(qū)動(dòng)因素[41]。為集成研究水循環(huán)及其伴生的水生態(tài)過(guò)程，衍生出了生態(tài)水文學(xué)，并受到學(xué)術(shù)界的高度重視[42]。Fraaije 等[43]采用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法，分析了不同的水文梯度對(duì)植被格局及生物多樣性演替的影響。Huckelbridge等[44]通過(guò)構(gòu)建濕地水文-水動(dòng)力-生態(tài)耦合模型，模擬了上游截流后濕地水文條件的變化對(duì)濕地植被退化的影響機(jī)制。de Graaf等[45]基于全球視角，分析了地下水位下降與地表徑流減少之間的關(guān)系，并定量評(píng)估了地下水超采對(duì)地表水生態(tài)環(huán)境的影響機(jī)制。城市化背景下二元水循環(huán)自身演變失衡問(wèn)題沒有得到有效解決的情況之下，水生態(tài)退化風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)持續(xù)，水生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)任務(wù)艱巨。

圖4 2000—2018年我國(guó)廢水排放總體情況

4 城市水循環(huán)調(diào)控總體思路

4.1 城市水循環(huán)調(diào)控的四大戰(zhàn)略城市水循環(huán)的系統(tǒng)性和城市水問(wèn)題的復(fù)雜性決定了未來(lái)城市水循環(huán)調(diào)控方向必定是綜合的。在深刻剖析城市水循環(huán)的演變機(jī)理和城市水問(wèn)題產(chǎn)生根源的基礎(chǔ)上，概括提出理水、用水、治水和管水四大戰(zhàn)略。四大戰(zhàn)略相互依存、相互影響，綜合協(xié)同實(shí)現(xiàn)城市水循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展，如圖5所示。

理水戰(zhàn)略：水城共融，構(gòu)建和諧的城水關(guān)系。和諧的城水關(guān)系，是科學(xué)配置城市水資源，提升城市功能，改善人居環(huán)境，增強(qiáng)城市競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。城市理水，是以水為主體，尋求水與城市的空間、自然、人文、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、文化等的相互聯(lián)系、相互作用的最佳融合方式，讓水中蘊(yùn)含的生態(tài)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、文化價(jià)值和美學(xué)價(jià)值等得以充分發(fā)揮。在城市化進(jìn)程中，要持續(xù)秉承“建城先理水”的思路，把理水建城理念貫穿城市規(guī)劃、建設(shè)、發(fā)展與管理的全過(guò)程。

圖5 城市水循環(huán)調(diào)控的四大戰(zhàn)略及其相互關(guān)系

用水戰(zhàn)略：嚴(yán)格利用，構(gòu)建集約的社會(huì)水循環(huán)。解決城市缺水問(wèn)題的核心，是集約用水，實(shí)施水資源總量和開發(fā)強(qiáng)度雙控，減少?gòu)淖匀凰h(huán)取水，提高用水效率，減少向自然水循環(huán)排放污水，減少對(duì)自然水循環(huán)的干擾，實(shí)現(xiàn)社會(huì)水循環(huán)從粗放式向集約式的轉(zhuǎn)化，以維持自然與社會(huì)水循環(huán)結(jié)構(gòu)、過(guò)程和通量的平衡。

治水戰(zhàn)略：系統(tǒng)治水，保障良性的自然水循環(huán)。系統(tǒng)治水要尊重水循環(huán)的自然規(guī)律，維系和恢復(fù)城市健康的水環(huán)境。海綿城市理念以保障良性的自然水循環(huán)為出發(fā)點(diǎn)，為我國(guó)城市系統(tǒng)治水提供了新思路。海綿城市理念是適合中國(guó)國(guó)情的城市水問(wèn)題生態(tài)化的綜合治理戰(zhàn)略，既是城市水問(wèn)題治理的中國(guó)智慧，也是人類學(xué)習(xí)大自然智慧的集中體現(xiàn)。

管水戰(zhàn)略：智慧水務(wù)，助力精細(xì)的水務(wù)管理。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智慧水務(wù)的構(gòu)想應(yīng)運(yùn)而生。智慧水務(wù)的目標(biāo)是充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及水文、水動(dòng)力模型等，深入挖掘和廣泛運(yùn)用水務(wù)信息資源，通過(guò)水務(wù)信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和服務(wù)，全面提升水務(wù)管理的效率和效能，實(shí)現(xiàn)水務(wù)的動(dòng)態(tài)和精細(xì)化管理。

4.2 城市水循環(huán)調(diào)控的八字方針以上述四大戰(zhàn)略作為方向指引，概括提出城市水循環(huán)調(diào)控“安”“和”“暢”“?！薄肮?jié)”“回”“凈”“智”八字方針，統(tǒng)籌綜合調(diào)控城市水循環(huán)。

安：確保水安全。要保障水源地，全面提高水廠運(yùn)行安全系數(shù)，加強(qiáng)供水管網(wǎng)的檢測(cè)和改造，加強(qiáng)飲用水衛(wèi)生監(jiān)測(cè)，確保供水安全。要加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理，合理布局防洪治澇體系，既要防城市外過(guò)境洪水——“外水”，又要治城市內(nèi)積存澇水——“內(nèi)水”，構(gòu)筑“由外向內(nèi)、由內(nèi)向外”兩道防線（圖6），綜合統(tǒng)籌內(nèi)外水，保障防洪治澇安全。

圖6 城市防洪治澇兩道防線

和：水城共融、人水和諧。處理好城水關(guān)系、人水關(guān)系對(duì)于構(gòu)建可持續(xù)城市水系統(tǒng)至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)水城共融，就要做到以水定城，以水定人、以水定產(chǎn)、以水定地，把水資源作為城市的剛性約束。

暢：河湖水系健康通暢，保持一定的水動(dòng)力。河湖水系連通性是城市河流健康以及提高水資源利用的一個(gè)重要指標(biāo)。通過(guò)疏導(dǎo)、溝通、引排、調(diào)度等措施，維持河湖水系連通，提高水資源利用，保障行洪，保持一定的水動(dòng)力，改善水生態(tài)環(huán)境和維持生物多樣性。

保：保護(hù)水生態(tài)環(huán)境。加強(qiáng)城市水系的保護(hù)與生態(tài)修復(fù)，加強(qiáng)城市黑臭水體的治理力度，恢復(fù)城市雨水循環(huán)的自然通道，保障城市水生態(tài)環(huán)境健康。

節(jié)：節(jié)約用水、高效利用。在宏觀上要控制自然水資源的開采量，在用水的各個(gè)環(huán)節(jié)上要完善節(jié)水法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，優(yōu)化配置水資源，應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)，控制社會(huì)水循環(huán)的通量，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約和高效利用。

回：污廢水和雨水再生回用。社會(huì)用水要實(shí)現(xiàn)從“直線型”用水模式向“循環(huán)型”用水模式的轉(zhuǎn)變。在城市乃至城市群間，進(jìn)行污廢水和雨水的分類施策、分質(zhì)循環(huán)利用，加強(qiáng)社會(huì)水循環(huán)轉(zhuǎn)小圈，等于在社會(huì)用水單元上的水通量加大，減少了對(duì)自然水循環(huán)的干擾。

凈：源頭減排、過(guò)程阻斷、末端治理。水污染治理與防控由傳統(tǒng)以“末端治理”為主的思路，轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸搭^減排、過(guò)程阻斷、末端治理”的思路，全過(guò)程、多尺度、最大化減少污染排放對(duì)河流下游的干擾和沖擊。

智：智慧水務(wù)。綜合采用氣候模型、水文模型、水資源配置模型與宏觀經(jīng)濟(jì)多目標(biāo)決策模型及其耦合模型等，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市二元水循環(huán)及其伴生的“水資源-水環(huán)境-水生態(tài)”三大系統(tǒng)全方位的耦合模擬，建立精細(xì)化的城市水循環(huán)監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)警、調(diào)度和管理工具，為城市水循環(huán)調(diào)控提供技術(shù)支撐。

5 結(jié)論與展望

城市化是世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，未來(lái)城市水循環(huán)將會(huì)面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，城市治水是未來(lái)生態(tài)文明建設(shè)的重點(diǎn)和基礎(chǔ)之一。本文基于“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”（DPSIR）模型，提出了城市水循環(huán)演變機(jī)理分析方法。以“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論為基礎(chǔ)，剖析了自然水循環(huán)過(guò)程、自然水循環(huán)-社會(huì)水循環(huán)耦合過(guò)程、與水循環(huán)伴生的水環(huán)境過(guò)程以及與水循環(huán)伴生的水生態(tài)過(guò)程逐漸演變失衡的發(fā)展歷程，這種“不平衡”是一系列城市水問(wèn)題的產(chǎn)生根源。論文綜述了城市洪澇、水資源短缺、水污染和水生態(tài)退化等四大水問(wèn)題的形成機(jī)理及發(fā)展情勢(shì)。未來(lái)要加強(qiáng)城市水循環(huán)過(guò)程、機(jī)理和預(yù)測(cè)的綜合集成模型研究，要在保護(hù)“山水林田湖草”生命共同體的基礎(chǔ)上維系城市水循環(huán)系統(tǒng)健康，進(jìn)行水循環(huán)過(guò)程、水環(huán)境過(guò)程、水生態(tài)過(guò)程等多過(guò)程的耦合調(diào)控，以應(yīng)對(duì)不同水問(wèn)題的交織和疊加。未來(lái)城市水循環(huán)調(diào)控須落實(shí)“理水”“用水”“治水”“管水”四大戰(zhàn)略，貫徹“安”“和”“暢”“保”“節(jié)”“回”“凈”“智”八字方針，綜合應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)手段，讓自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)高效、協(xié)調(diào)、共生共榮，最終實(shí)現(xiàn)城市水循環(huán)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。本文作為基礎(chǔ)研究，僅做了理念層面的梳理和探討，至于如何落實(shí)“四大戰(zhàn)略”，貫徹城市水治理“八字方針”，尚需進(jìn)一步深化探討。未來(lái)擬在該頂層設(shè)計(jì)框架的基礎(chǔ)上，提出“八字方針”落實(shí)情況的指標(biāo)體系及其量化方法，為城市水治理方案評(píng)估和效果考核提供技術(shù)支撐。