李文英，賈斌凱，李懷恩，李家科，陳至立，李繼成

(1.西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點(diǎn)實驗室，陜西 西安 710048；2.中國電建 西北勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710048)

我國海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市都已陸續(xù)進(jìn)入運(yùn)營階段，其他地方城市的海綿城市改建也陸續(xù)開始.作為政府為改善城市生產(chǎn)、生活環(huán)境的福利性投入，海綿城市的生態(tài)環(huán)境效益、社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益是政府關(guān)注的重點(diǎn).效益貨幣化結(jié)果能夠直觀體現(xiàn)海綿城市建設(shè)的各項效益的大小，同時，能夠為海綿城市建設(shè)的投入、規(guī)劃、優(yōu)化等過程提供參考.因此，海綿城市效益貨幣化研究是必要的.

國外類似的工程有美國的LID-BMP(Low Impact Development type’s Best Management Practices)[1]、英國的SUDS(Sustainable Urban Drainage System)[2]、澳大利亞的WSUD(Water Sensitive Urban Design)[3]等.美國LID-BMP效益的研究重點(diǎn)之一是成本-效益分析[4-5]，將包括節(jié)省降雨稅、增加的水資源、節(jié)省的隔熱保溫費(fèi)、降噪效益以及景觀效益等貨幣化，通過分析對比LID設(shè)施的成本與對建設(shè)者的效益，鼓勵私人建設(shè)LID設(shè)施調(diào)控徑流；分析LID-BMP的生態(tài)環(huán)境效益也是效益研究的重點(diǎn)之一，能夠推動政府對公共區(qū)域的雨水進(jìn)行調(diào)控以及說服政府提供更多的政策傾斜鼓勵私人建設(shè)LID措施.英國SUDS的主要功能是防洪排澇，效益研究重點(diǎn)主要是防洪排澇效益和生態(tài)環(huán)境效益[6]，在估算防洪排澇效益方面，制定了一份手冊—《Flood Risk Management Hand book》[7].

目前，國內(nèi)各學(xué)者也有構(gòu)建一些評價海綿城市建設(shè)效益的指標(biāo)[8]，但這些指標(biāo)并不一定能全部完成貨幣化計算.已構(gòu)建效益貨幣化方法，僅在一些小區(qū)LID改造效益[9]以及考慮生命周期成本的LID綜合效益計算上有一些成果[10].在海綿城市建設(shè)整體效益研究方面，有將海綿城市的生態(tài)環(huán)境、社會效益等轉(zhuǎn)化為城市的房產(chǎn)溢價計算海綿城市的效益[11]，此方法也是對海綿城市建設(shè)成果進(jìn)行貨幣化的途徑之一，但不宜應(yīng)用于海綿城市建設(shè)前期的規(guī)劃和優(yōu)化.而在海綿城市建設(shè)規(guī)劃優(yōu)化中，多以建設(shè)成本、雨水綜合徑流系數(shù)、污染物綜合控制率等為約束條件進(jìn)行優(yōu)化[12-14]，鮮見以效益貨幣化結(jié)果為約束條件的研究，究其原因是效益貨幣化研究不夠成熟，不能支撐海綿城市建設(shè)各項措施配置的規(guī)劃與優(yōu)化.

本研究通過估算西安市小寨海綿城市改建效益，構(gòu)建海綿城市效益貨幣化方法.以期為海綿城市效益貨幣化研究提供一定的參考.

1 海綿城市貨幣化指標(biāo)與方法

1.1 效益貨幣化指標(biāo)

在《海綿城市建設(shè)評價標(biāo)準(zhǔn)》中(下稱《評價標(biāo)準(zhǔn)》)，評價內(nèi)容有七項，分別為：年徑流總量控制率及徑流體積控制、源頭減排項目實施有效性、路面積水控制與內(nèi)澇防治、城市水體緩解質(zhì)量、自然水體與水生態(tài)岸線保護(hù)、地下水埋深趨勢、城市熱島效應(yīng)緩解.在分析上述七項評價內(nèi)容后，結(jié)合源頭LID措施、中途管網(wǎng)改建、末端河湖治理，以及海綿城市建設(shè)的目標(biāo)和規(guī)劃，識別海綿城市建設(shè)的效益.將識別的效益與《評價標(biāo)準(zhǔn)》中的內(nèi)容相對應(yīng)，分析效益指標(biāo)的主要影響因素，構(gòu)建了效益計算指標(biāo)，具體見表1.

表1 海綿城市效益分類與各指標(biāo)主要影響因素Tab.1 Benefit Classification of Sponge City and Main Influencing Factors of Each Index

1.2 效益貨幣化方法

1.2.1 生態(tài)環(huán)境效益

(1)提升地表水環(huán)境質(zhì)量

使用受污染的水源增加了生產(chǎn)企業(yè)的成本，威脅居民的身體健康.即水資源受到污染，會造成社會損失，相反，水環(huán)境質(zhì)量提升能夠減少損失，提升生產(chǎn)效益.有研究表明污染物排入水體的損失是其治理成本的幾倍[15].本效益的計算方法為

(1)

式中：qi為各污染物的削減量，kg/a；QCi為污染當(dāng)量值，是不同污染物或污染排放量之間的污染危害和處理費(fèi)用的相對關(guān)系，PCi為污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)，元，可查閱《排污費(fèi)征收使用管理條例》；N為污染物進(jìn)入不同功能區(qū)水環(huán)境的懲罰倍數(shù)，參考《突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急處置階段環(huán)境損害評估推薦方法》.

表2 污染物進(jìn)入不同功能區(qū)水環(huán)境的懲罰倍數(shù)Tab.2 Penalty multiples for pollutants entering the water environment in different functional areas

(2)補(bǔ)充地下水效益

海綿城市通過減少地下水開采和增加徑流入滲等途徑保證地下水位的穩(wěn)定.地下水的市場價格主要受開采成本的影響，未考慮水資源、水生態(tài)等的價值，因此，滲入地下的雨水的價值宜采用水的影子價格來衡量.本效益的計算公式為

B=Q×P

(2)

式中：Q為入滲補(bǔ)給量，m3；P為地下水資源影子價格，元/m3.

(3)緩解城市熱島效應(yīng)效益

海綿城市能夠緩解熱島效應(yīng)，是因為海綿城市建設(shè)增加了城市的植被，城市植被能夠起到降溫增濕的作用，能夠改善城市熱島效應(yīng)[16].分析城市植被降溫增濕的特征，可以采用替代工程法進(jìn)行評估.參考國內(nèi)外學(xué)者對城市綠地降溫效果的研究，選擇空調(diào)的使用作為替代工程，空調(diào)具有和綠地同樣的降溫作用.

同時結(jié)合成果參照法，根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究，測定得出1 hm2綠地在夏季能夠從環(huán)境中吸收81.8 MJ的熱量，其降溫效果與189臺空調(diào)在全天的制冷效果相同[17]，所以以空調(diào)作為替代工程，其降低同樣溫度的耗電費(fèi)用作為綠地調(diào)節(jié)溫度的價值.因為植被的降溫作用在夏季產(chǎn)生效益，每年按n個月計算，已知室內(nèi)空調(diào)耗電0.86 kW·h/臺/h，則植被調(diào)節(jié)溫度總效益：

B=S×0.86 kW·h·h-1×P電×189臺×24 h×n×30 d·a-1

(3)

式中：S為實際綠化面積，hm2；P電為當(dāng)?shù)仉妰r，元/kW·h.

(4)提供生境效益

植被面積增加、水域面積擴(kuò)展以及生態(tài)岸線的恢復(fù)可以提供生物棲息地，因此可以起到維持生物多樣性的作用[18].本效益的計算參考《城市生態(tài)建設(shè)環(huán)境績效評估導(dǎo)則(試行)》的方法—謝高地[19]的當(dāng)量因子法.計算公式為：

B=(Ag×Gg+Aw×Dw)×K

(4)

式中：Ag、Aw為分別為綠地與水域增加的面積，hm2；Dg、Dw為分別為綠地與水域?qū)?yīng)的當(dāng)量；K為生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值，當(dāng)量以耕地為基準(zhǔn)，當(dāng)量為1時，其服務(wù)功能單位價值可為區(qū)域平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7，或者參考謝高地2015年的計算結(jié)果，每當(dāng)量為約為3 406元/hm2.

1.2.2 社會效益

(1)緩解城市內(nèi)澇效益

海綿城市改建能夠減少城市內(nèi)澇帶來的損失，改建后減少的損失即為海綿城市改建的效益.一場內(nèi)澇造成的損失是多方面的，本研究主要選取道路交通損失、居民室內(nèi)損失和商業(yè)交易損失為代表，計算海綿城市建設(shè)的效益，計算過程如下：

B=D交通+D居民+D商業(yè)

(5)

式中：D交通為緩解內(nèi)澇減少的交通損失，元/a；D居民為緩解內(nèi)澇減少的居民室內(nèi)損失，元/a；D商業(yè)為緩解內(nèi)澇減少的商業(yè)損失，元/a.

(a)減少交通損失

海綿城市建設(shè)消除了一些道路的積水點(diǎn)，并改善了部分道路積水的狀況，有效緩解了城市內(nèi)澇災(zāi)害.本文采用經(jīng)濟(jì)損失法，從公路交通行業(yè)視角來分析城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害帶來的損失.

城市暴雨內(nèi)澇道路積水交通經(jīng)濟(jì)損失可由耽擱時間與當(dāng)?shù)亟煌ú块T單位時間產(chǎn)值相乘來計算[20]，則海綿城市建設(shè)對交通部門的效益為

(6)

式中：d交通為海綿城市交通建設(shè)對交通部門的效益，萬元；L交通為海綿城市建設(shè)前內(nèi)澇造成的損失，萬元；Uj為城市交通部門年產(chǎn)值，N為受淹路段條數(shù)；N總為城市主要路段條數(shù)；Td為道路積水交通耽擱時間.

(b)降低居民室內(nèi)損失

居民室內(nèi)財產(chǎn)損失是城市內(nèi)澇災(zāi)害損失的重要組成部分，根據(jù)內(nèi)澇損失線，計算單次內(nèi)澇對居民造成的損失[21].內(nèi)澇造成的居民室內(nèi)損失計算如下：

d居民=L居民=∑Hi×Lp×Ai

(7)

式中：d居民為海綿城市改建后減少單次內(nèi)澇造成居民損失的效益，萬元；L居民為海綿城市建設(shè)前內(nèi)澇造成的居民室內(nèi)損失，萬元；H為居民室內(nèi)淹水高度，cm；Lp為室內(nèi)財產(chǎn)損失率曲線上水深對應(yīng)的損失，元/m2，參考圖1；A為受淹面積，m2；i為第i個積水點(diǎn).

圖1 洪澇災(zāi)害居民室內(nèi)財產(chǎn)損失率曲線Fig.1 Indoor property loss curve of residents in flood disaster

(c)減少商業(yè)交易損失

商業(yè)損失主要指暴雨內(nèi)澇期間和遭受內(nèi)澇的商鋪等在恢復(fù)期間損失的可能交易.單次內(nèi)澇造成的商業(yè)損失計算如下：

d商業(yè)=L商業(yè)=L交易×T內(nèi)澇影響×P毛利潤率

(8)

式中：d商業(yè)為海綿城市改建后減少單次內(nèi)澇造成交易損失的效益，萬元；L商業(yè)為海綿城市建設(shè)前內(nèi)澇造成商業(yè)損失，萬元；L交易為受內(nèi)澇影響區(qū)域的日交易額，萬元/d；T風(fēng)澇影響為商城、商店等商貿(mào)場所受內(nèi)澇影響的時間，d；P毛利潤率為交易后僅去除貨物成本的收益率，%.

(d)年均效益的計算

上述計算的效益是遭遇某一場降雨時海綿城市改造產(chǎn)生的效益，海綿城市改造減少內(nèi)澇損失的年均效益計算如下：

(9)

式中：i為降雨量，mm；Bi為遭遇降雨量i時海綿城市改造的效益，萬元；Ti為降雨量為i時對應(yīng)的重現(xiàn)期，n年一遇.

內(nèi)澇損失與降雨量之間基本線性相關(guān).假設(shè)海綿城市建設(shè)只是延后內(nèi)澇點(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)，內(nèi)澇損失曲線形狀不變.海綿城市改建使出現(xiàn)內(nèi)澇時對應(yīng)的降雨量增大，內(nèi)澇損失和海綿城市改造效益曲線如圖2所示[24].

圖2 海綿城市改造前后內(nèi)澇損失與效益Fig.2 Losses and benefits caused by water logging before and after the sponge city reconstruction

年均效益的計算可以簡化為：

(10)

式中：a、b為分別為海綿城市改建前后的出現(xiàn)內(nèi)澇損失時對應(yīng)的降雨量，mm；Bb為海綿城市改造后降雨量為b時的效益，萬元；Ta、Tb為降雨量分別為a、b時對應(yīng)的重現(xiàn)期，T年一遇.

(2)提升防洪效益

海綿城市對降雨徑流的截蓄能夠削減洪峰流量，減小下游防洪壓力，具有一定的防洪效益.海綿城市增加的截蓄容積帶來的防洪效益計算宜采用替代工程法.選擇水庫作為替代工程.防洪效益的計算為：

B=V徑流×P水庫

(11)

式中：V徑流為海綿城市建設(shè)增加的徑流雨水容積，m3；P水庫為單方水庫的建設(shè)成本，元/m3，每立方米庫容的年均投入成本0.67元[23-24].

(3)降低城市能耗

海綿城市緩解城市熱島效應(yīng)能夠降低空調(diào)使用頻率，降低電能的消耗；綠色屋頂具有隔熱保溫作用，在夏季能夠降低室外高溫的侵襲，提高空調(diào)制冷效率，在冬季能夠減少室內(nèi)暖氣的散失，從而降低能源的消耗[25].所以，降低社會能耗的效益計算方式為

ECOen=Euhi+Ehi

(12)

式中：ECOen為降低能耗的效益，元/a；Euhi為緩解城市熱島效應(yīng)降低能耗的效益，元/a；Ehi為綠色屋頂保溫隔熱減少的能耗的效益，元/a.

其中，在進(jìn)行總和時，緩解城市熱島效應(yīng)氣溫降低節(jié)省的能耗應(yīng)包含在緩解城市熱島效應(yīng)效益中.

(a)氣溫降低的節(jié)電效益

在夏季，城市的生活、生產(chǎn)為了對抗高溫天氣，一般會開啟空調(diào)降溫，有研究表明，日均氣溫升高1℃，人均耗電量會增加1～1.2 kW·h/d[26].緩解熱島效應(yīng)，氣溫降低可以減少這部分的電能消耗.緩解城市熱島效應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益的計算方法如下：

Euhi=VT×VE×N×t1×P電價

(13)

式中：VT為溫度降幅，℃/天；VE為溫度升高一度，人均耗電度數(shù)增加量，取1.1 kW·h/(人·天·△℃)；N海綿建設(shè)區(qū)人口數(shù)量，人；t1為夏季時長，d；P電價為當(dāng)?shù)仉妰r，元/(kW·h).

(b)綠色屋頂保溫隔熱效益

綠色屋頂保溫隔熱效率主要受到基質(zhì)層厚度、植物類型以及室內(nèi)外溫差的影響，但是大部分地區(qū)沒有具體數(shù)據(jù)，在進(jìn)行實際估算時可以參照其他人的研究成果，例如Jim等的研究中[27]，土層為30 cm的綠色屋頂，夏季在晴天、多云天氣的隔熱節(jié)省的能耗約為0.9 kW·h/(m2·d)和0.57 kW·h/(m2·d).屋頂保溫隔熱的效率與土層厚度成正比關(guān)系，在這里將隔熱效率與土層厚度進(jìn)行線性化處理.綠色屋頂降低能耗的效益計算方法為：

(14)

式中：W為每平米綠色屋頂夏季每天隔熱低效率，kW·h/(m2·d)；每10 cm為單位，晴天和多云天氣分別以0.3 kW·h/(m2·d)和0.2 kW·h/(m2·d)計；H為基質(zhì)層厚度，cm；S為綠色屋頂面積，m2；d晴、d多云為夏季晴天和多云天數(shù)，d/a；P電價為當(dāng)?shù)仉妰r，元/(kW·h).

(4)提升景觀效益

海綿城市建設(shè)附加的景觀效益主要來自植被面積的增加.本效益的計算參考1.2.1節(jié)中提供生境效益的計算方法.

1.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

(1)降低市政管網(wǎng)運(yùn)營成本效益

海綿城市的建設(shè)對年徑流總量控制率和徑流體積控制提出要求，在海綿城市建設(shè)前，徑流雨水一般通過排水管網(wǎng)排入天然水體或者污水處理廠.由于雨水的運(yùn)輸和處理費(fèi)用都由政府承擔(dān)，沒有一個明確的市場價格，所以，雨水的運(yùn)輸處理費(fèi)用參考污水的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn).

從源頭控制徑流可以減少進(jìn)入排水管網(wǎng)的水量，這可以減少管網(wǎng)的運(yùn)輸負(fù)荷和市政管網(wǎng)輸送的雨水成本.考慮到生活污水和工業(yè)廢水的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，雨水徑流的運(yùn)輸和處理成本平均約為1元/m3.收益計算如下：

B=V徑流×P污水

(15)

式中：V徑流為海綿城市建設(shè)后減少的徑流量，m3/年；P污水為單位雨水的運(yùn)輸處理費(fèi)，參考污水處理費(fèi)，取1元/m3.

(2)增加區(qū)域水資源效益

(a)增加區(qū)域水資源總效益

無論是雨水利用、中水回用，還是管網(wǎng)漏損控制，都是直接增加了區(qū)域可用水資源量.雨水和中水的主要用途是綠地澆灌和道路澆灑等，從水質(zhì)要求較低的地方置換自來水，使自來水可以用到更多對水質(zhì)要求更高的地方.這實際上是對水資源的優(yōu)化配置，所以，增加區(qū)域水資源總效益計算時，應(yīng)考慮水資源的影子價格，而不是實際的價格.計算公式為：

B=(V雨水+V中水+V自來水)×P影子水價

(16)

式中：V雨水為是增加的雨水資源利用量，m3/a；V中水為增加的中水回用量，m3/a；V自來水為管網(wǎng)漏損控制增加的可用自來水量，m3/a；P影子水價為影子水價.

(b)增加區(qū)域水資源的直接經(jīng)濟(jì)價值

自來水和中水都有確定的市場價值和收費(fèi)部門，增加的自來水和中水回用量直接增加了這些部門的收入.而雨水雖然沒有直接的市場價格，但是雨水的水質(zhì)和用途與中水類似，可以參考中水的價格.所以，雨水利用、中水回用和管網(wǎng)漏損控制具有直接的經(jīng)濟(jì)效益，直接經(jīng)濟(jì)效益包含在增加區(qū)域水資源總效益中.

增加區(qū)域水資源的直接經(jīng)濟(jì)價值計算方法為

B=V雨水×P中水+V中水×P中水價+V自來水×P自來水價

(17)

式中：V中水為污水處理廠出售的中水水量，m3/年；P中水為中水價格，元/m3；P自來水價為自來水價格，元/m3.

2 研究區(qū)域介紹與效益計算

2.1 小寨海綿城市建設(shè)介紹

西安市小寨商業(yè)區(qū)是市內(nèi)重要的休閑娛樂購物場所之一，7·24西安暴雨事件致使市內(nèi)多處發(fā)生內(nèi)澇，小寨十字積水嚴(yán)重，導(dǎo)致交通受阻.為了緩解小寨區(qū)域存在的水安全、水生態(tài)、水環(huán)境和水資源等問題，對小寨區(qū)域進(jìn)行海綿城市建設(shè).小寨海綿城市建設(shè)的指標(biāo)體系見表3所示.

表3 小寨區(qū)域海綿城市建設(shè)指標(biāo)體系Tab.3 The Sponge City Construction Index System for Xiaozhai

小寨海綿城市建設(shè)區(qū)面積為20.15 km2，主要工程及徑流調(diào)蓄流程如圖3所示，其中粗線框為主要工程.建設(shè)工程的調(diào)蓄容積總計428 817 m3，其中地上調(diào)蓄池容積40 000 m3、LID措施45 438 m3和調(diào)節(jié)塘42 879 m3；而地下調(diào)蓄池容積約為300 500 m3,約占總調(diào)蓄容積的70%，其上層可以作為地下停車場或地下倉儲室，可以高效率的利用城市土地資源.

圖3 小寨海綿城市建設(shè)主要工程及徑流調(diào)蓄流程Fig.3 The main projects and runoff regulation and storage process of Xiaozhai Sponge City construction

2.2 老城區(qū)海綿城市建設(shè)效果定量化與貨幣化

2.2.1 生態(tài)環(huán)境效益

(1)提升地表水環(huán)境質(zhì)量效益

(a)點(diǎn)源污染控制

小寨海綿城市建設(shè)點(diǎn)源污染控制的主要措施是新建截污干管，收集混入雨水系統(tǒng)的污水，提升區(qū)域污水收集量，減少進(jìn)入地表水環(huán)境中的污水.根據(jù)測算，新建截污干管收集污水約1.1萬m3/d，則每年收集的生活污水約為401.5萬m3.

西安市污水處理成本約為1.5元/m3，地表水環(huán)境功能類型為Ⅲ～Ⅳ類，污染物排入Ⅲ～Ⅳ的處罰標(biāo)準(zhǔn)分別為4.5～8倍和3～4.5倍，這里損害倍數(shù)取4.5倍.點(diǎn)源污染控制的效益為：

B=401.5萬m3×1.5元/m3×4.5=2 710萬元/a

(b)面源污染控制

小寨區(qū)域面源污染主要形成于降雨初期形成的徑流污染[28]，初期20%降雨中含有單場降雨總量約60%的污染物.為減少城區(qū)面源污染，海綿城市改造后，將降雨初期屋頂2 mm和硬化面4 mm內(nèi)的雨水棄流至污水井，或雨水管斷流后初期雨水進(jìn)入草地等通過生物截留去除污染物.根據(jù)小寨用地類型、初雨水質(zhì)、初雨棄流量以及年降雨場次(以49次計)，估算，海綿城市改造后，小寨面源污染控制的COD、TSS和TP量分別約為1 976 t、2 603 t和2.6 t.

在《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》中，COD、TSS和TP的當(dāng)量分別為1、4和0.25，根據(jù)上表計算的污染物的削減量和當(dāng)量值的計算規(guī)則，上述三種污染物的當(dāng)量D的計算如下：

每一污染當(dāng)量的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.7元，損害倍數(shù)取4.5倍，則面源污染控制的年效益為

B=0.7元×2 637 775/a×4.5=831萬元/a

(c)總效益

提升地表水質(zhì)量的效益是點(diǎn)源污染控制和面源污染控制的和，即總效益為

B=2 710萬元/a+831萬元/a=3 541萬元/a.

(2)補(bǔ)充地下水效益

小寨海綿改造增加的徑流控制量約為317萬m3/年.由于西安市濕陷性黃土較多，LID設(shè)施多為防滲型，雨水不能直接從LID設(shè)施中滲入地下.而是經(jīng)過LID措施的處理后，進(jìn)入西安市地表水中，從地表水環(huán)境中滲入補(bǔ)充地下水.本文研究區(qū)域透水面的入滲補(bǔ)給系數(shù)取值為0.2，估算的每年增加的徑流入滲量約為63.4萬m3.根據(jù)劉秀麗的研究，2020年黃河流域生態(tài)用水的影子價格為4.73元[29].由此產(chǎn)生的效益為

B=63.4萬m3/a×4.73元=300萬元/a.

(3)緩解熱島效應(yīng)效益

根據(jù)規(guī)劃中LID的設(shè)置，小寨海綿改造前，公園綠地用地面積為81.93 hm2；海綿改造后，公園綠地面積增加至167.25 hm2，面積增加了85.3 hm2，新建生態(tài)屋頂面積109.3 hm2，增加的綠地面積合計約195 hm2.西安市居民生活用電實行階梯電價分檔電量，第一階梯電價約為0.5元/kW·h.西安夏季為約為4個月.根據(jù)緩解熱島效應(yīng)效益計算方法：

B=S×0.86 kW·h·臺-1·h-1×P電×

189臺×24 h×n×30 d·a-1

=195 ha×0.86 kW·h·臺-1·h-1×

0.5元/kW·h×189臺×24 h×4×30 d·a-1

=4 564萬元/a

(4)提供生境效益

小寨海綿改造后，綠地面積增加約195 hm2.根據(jù)生境計算方法：

B=(Ag×Dg+Aw×Dw)×K

=195 hm2×1.87×3 406元/(hm2·a)

=124萬元/a

2.2.2 社會效益

(1)緩解城市內(nèi)澇效益

(a)減少交通損失

小寨交通部門單位時間產(chǎn)值估算.根據(jù)2018年《西安統(tǒng)計年鑒》，交通運(yùn)輸/倉儲及郵政業(yè)創(chuàng)造的財富約為357.49億元.西安市繞城高速主城內(nèi)的面積約為460 km2，其中雁塔區(qū)為152 km2，假設(shè)單位面積內(nèi)交通運(yùn)輸/倉儲及郵政業(yè)創(chuàng)造的財富相等，則雁塔區(qū)創(chuàng)造的財富約為118.1億元/a.小寨區(qū)域建設(shè)區(qū)面積為20.15 km2，小寨交通部門單位時間產(chǎn)值為428.9萬元/d.

50年一遇內(nèi)澇的影響時間估算.根據(jù)模擬，遭遇50年一遇降雨時，小寨1 d(24 h)累積降雨量為128 mm，內(nèi)澇點(diǎn)平均積水深度為0.55 m.根據(jù)公式計算如下：

海綿城市建設(shè)前建成的主要路段為68條.遭遇50年一遇降雨后，內(nèi)澇點(diǎn)為20個，影響的路段約為30條.

道路受淹交通經(jīng)濟(jì)損失為

由于缺乏數(shù)據(jù)，假設(shè)小寨道路出現(xiàn)內(nèi)澇時對應(yīng)的降雨重現(xiàn)期為10年一遇，則年均減少交通損失的效益為

(b)降低居民室內(nèi)損失

居民、商鋪等場所地面高于路面30～50 cm左右，只有積水達(dá)到一定深度，才能侵入室內(nèi)，損壞家裝等設(shè)施，這里積水深度取值高于40 cm才能侵入室內(nèi).

根據(jù)規(guī)劃用地平衡表，2020年居住用地占城市規(guī)劃用地的41.3%，商業(yè)服務(wù)設(shè)施用地占城市規(guī)劃用地的11.31%，合計約為52.6%.在計算室內(nèi)受淹損失時，將受淹面積的52.6%作為室內(nèi)受淹面積.

根據(jù)內(nèi)澇積水點(diǎn)的模擬數(shù)據(jù)，小寨海綿改造前，遭遇50年一遇降雨時，內(nèi)澇造成的居民室內(nèi)經(jīng)濟(jì)損失計約為10 917萬元.

假設(shè)小寨由于內(nèi)澇導(dǎo)致室內(nèi)出現(xiàn)損失時對應(yīng)的降雨重現(xiàn)期為20年一遇，則年均減少室內(nèi)損失的效益為：

(c)減少商業(yè)損失

根據(jù)2018年《西安統(tǒng)計年鑒》，雁塔區(qū)2018年社會消費(fèi)品零售總額約為847.5億元.雁塔區(qū)總面積約為152 km2，平均每km2年均零售總額約為5.6億元，單位面積每日零售總額為152.8萬元km-2d-1.商場、商店等商貿(mào)場所受到積水入侵后，根據(jù)店鋪的受損程度，一般會耗費(fèi)1～7 d才能再次營業(yè)，這里取平均值4 d.由于商場、商店等商貿(mào)場所多設(shè)置在臨街的位置，內(nèi)澇發(fā)生時被入侵和影響的幾率更大，假設(shè)內(nèi)澇點(diǎn)所在的道路上的商店全部被影響到,則受影響面積約為9 km2.城市零售毛利潤約為18%～22%，本研究取20%作為計算值.

緩解50年一遇降雨內(nèi)澇的減少的零售損失約為：

D商業(yè)=L交易×T內(nèi)澇影響

=152.8萬元km-2d-1×9 km2×4 d×20%=1 100萬元

假設(shè)小寨由于內(nèi)澇導(dǎo)致室內(nèi)出現(xiàn)損失時對應(yīng)的降雨重現(xiàn)期為20年一遇，則年均減少交易損失的效益為：

(2)提升防洪效益

海綿城市改建后，小寨區(qū)域增加的調(diào)蓄容積約為90萬m3.根據(jù)效益計算方法，提升防洪效益為：B=90萬m3×0.67元/(m3年)=60萬元/a.

(3)降低城市能耗

(a)氣溫降低的節(jié)電效益

根據(jù)西咸新區(qū)海綿城市2015～2017年度的夏季遙感影像資料[30]，估計海綿城市建成后，地表氣溫評價降低約0.8℃.但鑒于西咸新區(qū)為新建城區(qū)，新增的綠地和水域面積較多；小寨海綿建設(shè)為老城改建，人口密度大，綠地和水域面積增加比率較少，海綿改建后，降溫效果較低，本研究取平均降溫0.2℃作為本效益的計算值.

小寨海綿城市改建區(qū)所屬的行政區(qū)為雁塔區(qū)，人口密度為0.88萬人/km2.但海綿改造區(qū)內(nèi)包含西安市內(nèi)繁華的小寨商業(yè)區(qū)以及幾所高校，是人口密度較大的地區(qū)之一，建設(shè)區(qū)內(nèi)的人口密度不能直接用雁塔區(qū)的數(shù)據(jù).規(guī)劃區(qū)內(nèi)的人口密度參考碑林區(qū)，取3.5萬人/km2.規(guī)劃區(qū)的面積為20.15 km2，海綿改造緩解城市熱島效應(yīng)影響的人口約為70萬人左右.

西安市夏季為6～9月，總計120 d，但西安市的雨季也集中在6～9月約40 d，故，有效降溫天數(shù)取80 d.

根據(jù)效益計算方法，氣溫降低的節(jié)電效益為：

Euhi=0.2℃×1 kW·h/(℃·d·人)×70萬人×80 d×0.5元/kW·h=560萬元/a

(b)綠色屋頂保溫隔熱效益

根據(jù)規(guī)劃，小寨綠色屋頂?shù)慕ㄔO(shè)總面積約為109.3 ha，土層厚度為10 cm.西安夏季總天數(shù)為120 d，其中降雨天數(shù)是約為40 d，晴天與多云天氣計為1∶1，即分別是40 d；那么厚度為10 cm的綠色屋頂在非降雨期內(nèi)平均每天的節(jié)能效率為0.25 kW·h/(m·d).結(jié)合效益計算方法，綠色屋頂保溫隔熱效益為：

=0.25 kW·h/(m·d)×109.3 hm2×80 d/a×0.5元/kW·h=1 093萬元/a

(c)降低城市能耗效益

降低城市能耗效益的效益為氣溫降低的節(jié)電效益和綠色屋頂保溫隔熱效益之和，即：

ECOen=Euhi+Ehi

=560元萬/a+1 093萬元/a

=1 653萬元/a

(4)提升景觀效益

海綿城市改造后，小寨新增的植被面積約為195 hm2.根據(jù)效益計算方法，提升景觀效益為B=195 hm2×0.87×3 406元/hm2=58萬元/a

2.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

(1)降低市政管網(wǎng)運(yùn)營成本

根據(jù)西安市年均降雨量和小寨海綿城市建設(shè)規(guī)劃，海綿城市建成后，小寨區(qū)域年均增加的徑流控制量約為317萬m3/a，根據(jù)上述效益計算方式，降低市政管網(wǎng)運(yùn)營成本的效益為

B=317萬m3/a×1元/m3=317萬元/a.

(2)增加區(qū)域水資源效益

(a)增加區(qū)域水資源總效益

根據(jù)規(guī)劃中測算，小寨海綿城市改造后，每年增加的雨水資源利用量約為 60萬m3，增加的再生水利用量約為1 000萬m3/a；由于沒有管網(wǎng)漏損控制的目標(biāo)和項目，故自來水增加量為0 m3.2020年黃河流域工業(yè)用水和生活用水的影子價格分別為9.86元和8.14元，取其平均值8.5元作為本研究的計算值[27].

根據(jù)效益計算方法：

B=(60+1 000)萬m3/a×8.5元/m3=9 010萬元/a.

(b)增加區(qū)域水資源的直接經(jīng)濟(jì)效益

西安市居民用水實行階梯水價，第一、二、三階梯的水價分部為3.8元/m3、4.65元/m3、7.18元/m3，非居民用水水價為5.8元/m3，特殊行業(yè)為17元/m3；中水的價格為1.2元/m3.根據(jù)效益計算方法，雨水利用的直接經(jīng)濟(jì)效益為60萬m3/a×1.2元/m3=72萬元/a；售賣中水的直接受益為1 004萬m3/a×1.2元/m3=1 205萬元/a.總效益為：B=72萬元/a+1 205萬元/a=1 277萬元/a.

2.3 效益計算結(jié)果與分析

綜上，小寨海綿城市建設(shè)效益如表4所示.小寨海綿城市改建總效益約為20 067萬元/a.其中生態(tài)環(huán)境效益為8 529萬元/a，占總效益的42.5%；社會效益為2 211萬元/a，占總效益的11.0%；經(jīng)濟(jì)效益為9 327萬元/a，占總效益的46.5%.計算結(jié)果顯示，小寨海綿城市建設(shè)的主要效益是生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，而社會效益較低.生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益較高的主要原因是海綿城市建設(shè)前，小寨區(qū)域造成的點(diǎn)源和面源污染比較嚴(yán)重，由于建筑密度、人口密度以及硬化率較高造成的熱島效應(yīng)比較嚴(yán)重，城市缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失較大，海綿城市建設(shè)有效緩解了這些的問題.社會效益主要是緩解內(nèi)澇和降低能耗，雖然單次內(nèi)澇可能造成的損失比較大，但是造成巨大損失的內(nèi)澇頻率較低，相應(yīng)的年均效益比較低.本研究計算的價值為年均價值，考慮海綿城市的運(yùn)營期約為30年，將每年產(chǎn)生的價值折算到當(dāng)前點(diǎn).取折現(xiàn)率7%計算，則總計的效益為26.6億元.而小寨海綿改造投資約為11億元，海綿城市改造效益高于投資成本，約為投資的2.4倍.總投資約為20億元，效益約為投資的1.3倍.因此，小寨海綿城市改造的效益是可觀的，海綿城市改造的成本遠(yuǎn)低于可能產(chǎn)生的效益.

表4 小寨海綿城市改建效益Tab.4 Benefits of Xiaozhai Sponge City Construction

以沈陽[11]等人的研究方法作為對比，海綿城市建設(shè)效果顯現(xiàn)后，房產(chǎn)升值385元/m2，漲幅為5.48%.小寨海綿改建區(qū)2020年居住用地面積為832.22 hm2，本研究中容積率取值為2.以房產(chǎn)升值385元/m2計，小寨海綿城市改建后的房產(chǎn)價值提升約為64億元；以漲幅計，雁塔區(qū)2020年3月至2021年2月的均價約為1.64萬元，計算的房產(chǎn)價值提升約為149億元.本研究的生態(tài)環(huán)境效益和社會效益為1 0740萬元/a，折現(xiàn)后為15.3億元，遠(yuǎn)低于使用沈陽等學(xué)者研究方法計算的結(jié)果，原因可能是：

(1)本研究使用的方法主要計算的效益是減少的損失或減少的成本，效益計算結(jié)果偏低，而提升的房產(chǎn)價值為居民的支付意愿，一般情況下支付意愿計算的結(jié)果會偏高；

(2)本研究區(qū)域為老城區(qū)改造，改造區(qū)建筑密度較高，以房產(chǎn)價值計算的結(jié)果會偏高；

(3)老城改造的難度較大，改造的效果可能低于上述研究的案例；

(4)目前西安市房產(chǎn)價格過高，依托房價計算的效益結(jié)果偏高.

通過對比，上述方法僅能在海綿城市建設(shè)完成后，通過對房價的變化對海綿城市的效益進(jìn)行估算，屬于后評價，且對效益的估算結(jié)果取決于居民對海綿城市建設(shè)直觀的感受和房產(chǎn)的價值.本研究構(gòu)建的方法不僅能夠估算海綿城市建設(shè)后的效益，還可以根據(jù)建設(shè)目標(biāo)估算海綿城市建設(shè)的效益，在規(guī)劃為海綿城市建設(shè)的整體布局和優(yōu)化提供一定的參考.

3 結(jié)論

(1)海綿城市建設(shè)的主要效益包括減輕市政管網(wǎng)的運(yùn)營負(fù)荷，緩解城市內(nèi)澇，補(bǔ)充地下水，增加區(qū)域水資源，減少社會能源消耗，增強(qiáng)城市景觀，緩解城市熱島，為動植物提供棲息地，改善地表水環(huán)境質(zhì)量，提高防洪能力以及因城市高生態(tài)價值用地類型增加帶來的生態(tài)服務(wù)效益.

(2)西安市小寨商業(yè)區(qū)海綿城市改造年效益約為20 067萬元/a，其中生態(tài)環(huán)境效益為8 529萬元/a，社會效益為2 211萬元/a，經(jīng)濟(jì)效益為9 327萬元/a.以折現(xiàn)率為7%計算，小寨海綿城市改造的效益約為26.6億元，海綿改造投資約為11億元，效益約為投資的2.4倍.

(3)本文建立的貨幣化計算海綿城市效益的方法，可以為海綿城市效益計算提供參考.計算過程和結(jié)果可以為海綿城市建設(shè)及LID設(shè)施的科學(xué)布設(shè)提供一定的技術(shù)支撐.