付永斐，姜 欣，劉玉玉，張保祥，李 叢

(1.濟(jì)南大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；3.濰坊市水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 濰坊 261061)

根據(jù)聯(lián)合國(guó)發(fā)布的《世界城市化展望》：世界城市人口占總?cè)丝诘谋壤呀?jīng)從1950年的30%增長(zhǎng)到當(dāng)前的55%，預(yù)計(jì)到2050年將會(huì)達(dá)到68%；中國(guó)當(dāng)前有5.78億人口居住在農(nóng)村，預(yù)計(jì)到2050年將會(huì)有2.55億農(nóng)村人口轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘腥丝赱1]。隨著城市化的快速發(fā)展，城市水系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不相適應(yīng)，各種城市水問題逐漸顯現(xiàn)[2-3]。水資源量的短缺僅僅是城市水問題的初級(jí)表現(xiàn)，更深層次的制約在于水資源質(zhì)量及利用效率、管理效率方面存在的問題，主要表現(xiàn)如下：水體污染致使城市水源質(zhì)量嚴(yán)重受損；城市用水效率有待提高，水資源短缺與浪費(fèi)并存；城市供水漏損現(xiàn)象普遍存在；城市污水處理回用水平發(fā)展不平衡[4-6]，因此，迫切需要開發(fā)更科學(xué)的城市水資源管理方法和策略，加強(qiáng)城市水資源管理，推動(dòng)城市水資源可持續(xù)發(fā)展。

1992年，水資源綜合管理(integrated water resources management，IWRM)概念在都柏林召開的“水和環(huán)境”大會(huì)上被正式提出[2]。IWRM改革了以往分散和局部的水資源供給管理模式，采用更加綜合、全面的方法來管理水資源，將國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)框架納入水資源管理決策，協(xié)調(diào)水量、水質(zhì)、地表水以及地下水之間的平衡關(guān)系，發(fā)展IWRM的新思想、新概念和新技術(shù)[7]。針對(duì)日益嚴(yán)峻的城市水問題，全球水伙伴技術(shù)咨詢委員會(huì)(TAC)于2012年出版了《城市水資源綜合管理》技術(shù)報(bào)告，推進(jìn)了IWRM的進(jìn)一步發(fā)展[8]。城市水資源綜合管理(integrated urban water management，IUWM)是IWRM理論在城市層面上的應(yīng)用，與傳統(tǒng)個(gè)體、分散的城市水資源管理制度相比，IUWM提供了更為整體、系統(tǒng)的概念和方法，強(qiáng)調(diào)城市水資源管理要與可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境目標(biāo)相適應(yīng)，有效促進(jìn)了城市水資源管理方式的轉(zhuǎn)變，提高了城市水資源管理效率[8]。

目前中國(guó)正在經(jīng)歷快速的城市化進(jìn)程，未來十幾年是推進(jìn)水利現(xiàn)代化建設(shè)、提升水安全保障能力的關(guān)鍵時(shí)期，促進(jìn)IUWM策略和方法的實(shí)施至關(guān)重要。為了更好地解決快速城市化進(jìn)程中的水資源矛盾和復(fù)雜水問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于IUWM理論從各個(gè)層面進(jìn)行研究探索，國(guó)外相關(guān)研究較廣[9-11]，國(guó)內(nèi)研究正逐漸興起[12-13]。本文中主要對(duì)IUWM理論框架、實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行綜述，總結(jié)國(guó)內(nèi)外IUWM相關(guān)研究?jī)?nèi)容和研究成果，分析未來IUWM的研究重點(diǎn)。

1 基本理論

1.1 基本框架

全球水伙伴(GWP)對(duì)IUWM進(jìn)行了定義，其基本框架如圖1所示。IUWM對(duì)城市供水、衛(wèi)生設(shè)施、雨水和廢水等進(jìn)行綜合管理，考慮了城市水設(shè)施服務(wù)包含的所有單元，包括城市內(nèi)的供水、污水處理和雨水排水設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境目標(biāo)[8]。固體廢物管理也與城市的污水管理體系密切相關(guān)，特別是污水中含有高污染負(fù)荷的固體，極易堵塞排水溝和下水道，提高了洪水風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 城市水資源綜合管理基本框架

IUWM包括水資源、水用戶、水服務(wù)和水管理單元，各個(gè)單元緊密相連，統(tǒng)一為一個(gè)整體。IUWM克服了以往管理制度單一、局限的弊端，采用綜合的思想管理水資源，追求經(jīng)濟(jì)效率、社會(huì)公平和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，具有如下特點(diǎn)[8]：

1)包括城市集水區(qū)的所有水源：藍(lán)水(地表水、地下水、外地調(diào)水、海水淡化水)，綠水(雨水)，黃、灰、棕、黑水(污水)，回收再利用的水，洪水和虛擬水；

2)利用水質(zhì)不同的水源(地表水、地下水、不同種類的污水、中水和雨水)供給對(duì)水質(zhì)有不同需求的水用戶；

3)把水存儲(chǔ)、分配、處理、再利用和排放作為一個(gè)整體而不是分散的環(huán)節(jié)來考慮，并規(guī)劃相應(yīng)的水設(shè)施；

4)從源頭出發(fā)來規(guī)劃水資源的保護(hù)和開發(fā)利用；

5)鼓勵(lì)利益相關(guān)者參與城市水資源的規(guī)劃利用，與城區(qū)共享水資源的非城區(qū)水用戶也被考慮在內(nèi)；

6)承認(rèn)并爭(zhēng)取協(xié)調(diào)正規(guī)(機(jī)構(gòu)、立法和政策)和非正式(規(guī)范和公約)部門與城市水管理相關(guān)的職責(zé)；

7)力爭(zhēng)平衡經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)公平和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

實(shí)施城市水資源綜合規(guī)劃和管理的難點(diǎn)之一是其多學(xué)科交叉性。水資源綜合管理中的“綜合”最初強(qiáng)調(diào)的是需要將工程驅(qū)動(dòng)和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)行綜合考慮。實(shí)際上，“綜合”二字的內(nèi)涵也一直處于演變之中。目前，國(guó)內(nèi)外的專家和學(xué)者在很多方面都達(dá)成了如下共識(shí)[14-16]：1)土地的利用和管理會(huì)影響水資源，反之亦然；2)水質(zhì)和水量不能分開管理；3)人為的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和自然的水資源系統(tǒng)需要綜合考慮；4)水資源的管理決策需要同時(shí)考慮地區(qū)、省級(jí)、國(guó)家級(jí)和流域的相關(guān)系統(tǒng)。另外，“綜合”并不意味著所有方面都必須綜合到一起管理，也并不意味著當(dāng)前各分部門的決策方法被完全廢除。

IUWM框架可以理解為一種方法論，概括來講，就是針對(duì)具體城市水問題，從戰(zhàn)略上把不同管理部門、不同水服務(wù)提供者以及不同用水戶等各利益相關(guān)者聯(lián)系起來，輔助系統(tǒng)化地組織和理解城市水問題，綜合考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中有關(guān)城市水資源的各個(gè)方面，從而采用各種手段和方法管理水資源，盡可能地與自然水循環(huán)規(guī)律相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。另外，還應(yīng)因地制宜地根據(jù)不同城市的環(huán)境、水文條件、土地利用、人口壓力等實(shí)際情況來制定IUWM的具體實(shí)施方案。

1.2 實(shí)施環(huán)境

IUWM的有效實(shí)施需要一個(gè)集政府和公眾于一體的、在立法和政策框架的支持下共同合作的制度環(huán)境，同時(shí)也需要跨部門的密切合作，而不僅僅是城市水務(wù)部門的單一職權(quán)范圍，確保城市各級(jí)資源管理者之間的良好溝通，實(shí)現(xiàn)各部門之間政府各級(jí)之間、以及社區(qū)和利益相關(guān)者之間高度的內(nèi)部整合和協(xié)調(diào)[14]。

GWP的技術(shù)報(bào)告里強(qiáng)調(diào)了可有效實(shí)現(xiàn)IUWM所需要的8個(gè)實(shí)施環(huán)境[8]，包括：1)中央政府的角色；2)地方政府的角色；3)私營(yíng)部門的參與；4)整個(gè)價(jià)值鏈的商機(jī)，如養(yǎng)分的循環(huán)再利用；5)城市和流域管理；6)利益相關(guān)者的參與；7)培育新型城市水資源管理文化跨部門的合作和規(guī)劃；8)改變游戲規(guī)則的技術(shù)和方法(如技術(shù)創(chuàng)新和新的管理體系)。

中央政府通過制定影響整個(gè)城市統(tǒng)一的土地政策、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)和其他國(guó)家政策，提供全國(guó)范圍的城市水資源管理理念。地方政府在制定政策和策略時(shí)優(yōu)先考慮當(dāng)?shù)匦枨?，分享和管理可用資源。同時(shí)，私營(yíng)部門的參與可以起到適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管作用，有助于確保國(guó)家行為者提供高質(zhì)量、可持續(xù)和公平的服務(wù)。城市和流域管理則強(qiáng)調(diào)了將水資源管理與更廣泛的流域?qū)用嫦嘟Y(jié)合。通過專業(yè)人士、政府部門、非政府機(jī)構(gòu)和公眾等所有利益相關(guān)者的參與，預(yù)計(jì)到2050年，IUWM將會(huì)成為城市規(guī)劃的主要規(guī)則之一。

2 實(shí)踐成果

2.1 國(guó)外IUWM實(shí)踐

自IUWM概念被提出以來，在水資源管理領(lǐng)域各機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下，許多國(guó)家逐步把“綜合”的思想融入到城市水資源管理政策中，歐美及其他發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)化和城市化進(jìn)程發(fā)展較快，因此較早地開始了IUWM相關(guān)探索，許多國(guó)家已經(jīng)在IUWM的相關(guān)實(shí)踐中取得了重大進(jìn)展[5,17]，主要實(shí)踐成果如表1所示。

表1 城市水資源綜合管理主要實(shí)踐成果

低影響開發(fā)(low impact development，LID)可通過采取措施從源頭上控制雨水徑流，模擬雨水的入滲、蒸發(fā)和過濾等自然水文過程，從而達(dá)到消減污染物負(fù)荷的目的，有效促進(jìn)城市雨水管理[20]。一些學(xué)者在LID設(shè)施對(duì)徑流及污染物負(fù)荷的消減效果方面進(jìn)行了相關(guān)探索并取得了豐富的成果。研究發(fā)現(xiàn)，不同LID設(shè)施對(duì)污染物負(fù)荷的消減效果不同，如表2所示。

表2 典型低影響開發(fā)(LID)設(shè)施對(duì)污染物的消減率

由表2可知，生物滯留池、綠色屋頂和滲濾溝對(duì)徑流中總懸浮物(TSS)、總氮(TN)和總磷(TP)的消減效果顯著，對(duì)水質(zhì)的凈化效果較好。另外，Speak等[26]研究發(fā)現(xiàn)，綠色屋頂對(duì)降雨的平均滯留率達(dá)到了65.7%。Drake等[27]對(duì)3種透水路面的水文性能研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)地表徑流峰值的平均消減率達(dá)到了91%。Lee等[28]、Burszta-Adamiak等[29]、Trinh等[30]、Palla等[31]通過建立水文模型模擬了不同LID設(shè)施對(duì)城市排水的影響，證實(shí)了LID源頭控制解決方案在城市集水區(qū)范圍內(nèi)的有效用途。綜上，LID設(shè)施對(duì)降雨和地表徑流的流量和流速也有很好的消減效果，能顯著降低城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)。

可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(sustainable urban drainage systems，SUDS)是利用城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施中雨水的滲透、存儲(chǔ)、滯留、蒸發(fā)、輸送和處理等自然過程來模擬水文循環(huán)的城市雨水管理系統(tǒng)[32]。與LID相類似，SUDS也可促進(jìn)城市集水區(qū)的洪水管理，同時(shí)改善雨水徑流質(zhì)量。Cotterill等[33]通過超聲波傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到SUDS可使地表平均徑流減少25%～30%。Mguni等[34]、Hellmers等[35]、Johnson等[36]、Pappalardo等[16]分別在撒哈拉沙漠以南各發(fā)展中國(guó)家城市、德國(guó)漢堡、德國(guó)柏林、意大利南部城市的城市集水區(qū)內(nèi)通過建立模型評(píng)估了SUDS的各項(xiàng)服務(wù)能力，證實(shí)SUDS具有減輕城市洪水風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展?jié)摿Αiró等[37]通過評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的生境特征，發(fā)現(xiàn)SUDS可提高城市水環(huán)境的生態(tài)質(zhì)量。Monberg等[38]用生境的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性替代生物多樣性潛力，發(fā)現(xiàn)了SUDS具有增強(qiáng)城市生境結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的潛力。總的來說，SUDS不僅能降低城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)，還具有可觀的生態(tài)環(huán)境效益。

水敏感城市設(shè)計(jì)(water sensitive urban design，WSUD)作為城市綜合水循環(huán)管理的一部分，將城市規(guī)劃與城市水循環(huán)的管理和保護(hù)有機(jī)結(jié)合，以確保城市水管理對(duì)自然水文和生態(tài)循環(huán)的敏感性[39-40]。Coutts等[41]、Broadbent等[42]的研究均表明WSUD可以幫助改善城市地區(qū)的人類熱舒適度，冷卻城市小氣候，并產(chǎn)生其他環(huán)境效益。同時(shí)許多學(xué)者也基于WSUD基礎(chǔ)框架不斷創(chuàng)新探索。Lu等[43]提出了一個(gè)WSUD簡(jiǎn)明框架，以尋求在WSUD實(shí)施和緩解城市洪澇災(zāi)害之間的平衡。Bach等[44]開發(fā)了將城市規(guī)劃與雨水管理相結(jié)合的UrbanBEATS模擬器，進(jìn)一步推進(jìn)了WSUD的實(shí)施。目前WSUD仍處于實(shí)踐階段，還需進(jìn)一步的創(chuàng)新和試驗(yàn)。

低影響城市設(shè)計(jì)與開發(fā)(low impact urban design and development，LIUDD)以LID為基礎(chǔ)，是新西蘭在全國(guó)范圍內(nèi)開展的關(guān)于推行LID的科學(xué)實(shí)踐。Van Roon[18]分析了LIUDD的政策和實(shí)踐框架，調(diào)查了LIUDD在荷蘭、澳大利亞和新西蘭城市增長(zhǎng)區(qū)的綠地開發(fā)項(xiàng)目中的實(shí)施狀況，研究表明，LIUDD的有效實(shí)施不僅依賴于政府部門的合理規(guī)劃，還需要開發(fā)商和社區(qū)的有力配合。

“活力(active)-美觀(beautiful)-潔凈(clear)”(ABC)水計(jì)劃體現(xiàn)了新加坡基于LID思想和實(shí)踐向水敏感型城市主義的轉(zhuǎn)變，是熱帶地區(qū)推行的第一個(gè)全面LID計(jì)劃。截至2017年，新加坡已規(guī)劃實(shí)施了36個(gè)ABC水計(jì)劃項(xiàng)目。Yau等[45]、Goh等[46]基于暴雨洪水管理模型(SWMM)在不同試驗(yàn)區(qū)內(nèi)進(jìn)行模擬實(shí)踐，均證實(shí)ABC水計(jì)劃設(shè)計(jì)可有效減少降雨徑流和峰值流量。ABC水計(jì)劃已基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃中的活力和美觀部分，一些學(xué)者致力于探索潔凈部分的有效實(shí)施途徑。Lim等[19]在全面總結(jié)ABC水計(jì)劃的設(shè)計(jì)目標(biāo)、特點(diǎn)和理念的基礎(chǔ)上，研究了具有ABC水計(jì)劃設(shè)計(jì)特色的人工濕地、雨水花園、綠化屋頂和河流恢復(fù)等項(xiàng)目在水質(zhì)修復(fù)方面的效果。研究結(jié)果顯示，ABC水計(jì)劃在去除水雜質(zhì)微粒方面效果良好；但脫氮性能較差，因此還需開發(fā)更有效的水質(zhì)修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)活力、美觀和潔凈的全面發(fā)展。

2.2 國(guó)內(nèi)IUWM實(shí)踐

通過總結(jié)近年來發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，許多IUWM措施可供借鑒，例如加強(qiáng)水的回收和再利用，使用滯水池等進(jìn)行暴雨雨水管理，通過徑流或屋頂集雨，建立綠色基礎(chǔ)設(shè)施以及高效用水等。2012年，中國(guó)以國(guó)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，提出了一個(gè)適合本國(guó)發(fā)展實(shí)際的IUWM戰(zhàn)略——海綿城市(sponge city)，這是首個(gè)適合處于快速城市化進(jìn)程的發(fā)展中國(guó)家實(shí)施的IUWM整體戰(zhàn)略[4]。海綿城市指城市具有海綿特性，下雨時(shí)能夠吸水、蓄水、滲水和凈水，需水時(shí)可將水釋放并加以利用[3,47]。與傳統(tǒng)模式相比，海綿城市尊重城市水循環(huán)的自然調(diào)節(jié)原則，旨在合理利用雨水資源，緩解城市內(nèi)澇。傳統(tǒng)模式和海綿城市模式的比較如圖2所示。從圖中可以看出，海綿城市有利于構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和城市水循環(huán)之間的良性互動(dòng)，提高城市面對(duì)環(huán)境變化和自然災(zāi)害的應(yīng)變能力。

圖2 傳統(tǒng)模式和海綿城市模式的比較

許多學(xué)者系統(tǒng)梳理了海綿城市理論內(nèi)涵，豐富了海綿城市理論體系。趙銀兵等[48]提出了全方面關(guān)注生態(tài)水文恢復(fù)的海綿城市優(yōu)化體系框架。王浩等[49]提出了基于系統(tǒng)思維的海綿城市科學(xué)范式和構(gòu)建模式。Wang等[50]創(chuàng)新性地提出了海綿城市建設(shè)的再生論點(diǎn)，揭示了新舊框架之間的兼容與分歧。一些學(xué)者還進(jìn)行了相關(guān)實(shí)踐探索和創(chuàng)新應(yīng)用，推動(dòng)了IUWM策略在中國(guó)的發(fā)展。Li等[51]調(diào)查了中國(guó)30個(gè)試點(diǎn)海綿城市的建設(shè)進(jìn)展，基于發(fā)現(xiàn)的問題改進(jìn)了海綿城市建設(shè)計(jì)劃。楊默遠(yuǎn)等[52]深入剖析了海綿城市建設(shè)區(qū)的產(chǎn)匯流、污染物轉(zhuǎn)移等城市水循環(huán)過程。王家彪等[53]以北京、廣州等城市為例系統(tǒng)分析了徑流控制和降雨控制2種海綿城市降雨控制模式的利弊。

隨著海綿城市建設(shè)在全國(guó)范圍內(nèi)的有序推進(jìn)，必須客觀地評(píng)估各種措施的實(shí)施效果及社會(huì)效益。劉家宏等[54]定量分析了評(píng)估海綿城市建設(shè)效果的徑流總量控制率指標(biāo)，為試點(diǎn)城市的考核提供依據(jù)。Leng等[55]提出了一個(gè)綜合評(píng)估海綿城市建設(shè)中水量和水質(zhì)控制目標(biāo)達(dá)標(biāo)情況的“綠-灰-藍(lán)”耦合系統(tǒng)，可確定海綿城市建設(shè)的最優(yōu)方案。

與國(guó)外較早開展IUWM實(shí)踐相比，我國(guó)的海綿城市相關(guān)研究起步較晚，理論創(chuàng)新和實(shí)踐探索還需要持續(xù)多年。

3 未來研究重點(diǎn)

3.1 城市水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、評(píng)估和管理體系研究

通過總結(jié)國(guó)內(nèi)外IUWM相關(guān)策略的研究進(jìn)展和發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，IUWM實(shí)施進(jìn)程緩慢的主要原因之一是缺乏系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、評(píng)估和管理體系。在實(shí)施IUWM各項(xiàng)策略前，需要對(duì)城市水系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行持續(xù)和綜合監(jiān)測(cè)，以便確定應(yīng)采取什么措施、怎樣實(shí)施各項(xiàng)措施以及項(xiàng)目資金投入的適當(dāng)規(guī)模。在管理策略實(shí)施后，必須對(duì)各項(xiàng)措施的效果及其對(duì)整個(gè)城市水系統(tǒng)生命周期帶來的改變進(jìn)行有效評(píng)估，客觀評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，制定可持續(xù)的IUWM策略，因此，需要開發(fā)評(píng)估可持續(xù)城市水管理長(zhǎng)期發(fā)展政策的基準(zhǔn)測(cè)試工具或系統(tǒng)。目前，城市水系統(tǒng)評(píng)估方法和指標(biāo)的典型代表有歐洲創(chuàng)新水伙伴組織研發(fā)的城市藍(lán)圖方法[56]、澳大利亞開發(fā)的水敏感城市指數(shù)[57]、英國(guó)開發(fā)的可持續(xù)城市水指數(shù)[58]。盡管一些學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究；但關(guān)于開發(fā)支撐城市水系統(tǒng)綜合管理可持續(xù)性評(píng)價(jià)的專用框架和指標(biāo)體系方面的研究仍相對(duì)較少，因此，未來IUWM的研究可圍繞開發(fā)更準(zhǔn)確、科學(xué)的城市水系統(tǒng)可持續(xù)性評(píng)估方法和指標(biāo)體系，并建立規(guī)范協(xié)調(diào)的監(jiān)測(cè)、評(píng)估和管理體系。

3.2 城市水系統(tǒng)的綜合模擬模型研究

綜合模擬模型可以模擬城市水循環(huán)過程，揭示各子系統(tǒng)間的相互作用關(guān)系，證明IUWM各項(xiàng)設(shè)計(jì)策略、管理策略和運(yùn)行策略的有效性，幫助城市水資源管理者和決策者制定合理、可行的城市水規(guī)劃和政策，是應(yīng)對(duì)城市水資源管理挑戰(zhàn)的重要工具。目前關(guān)于開發(fā)城市水資源管理模型方面取得了豐碩的研究成果，MIKE Urban、SWMM、Sobek、DAnCE 4Water等模型涉及城市廢水管理、雨水管理以及洪水管理等各子系統(tǒng)，考慮了地表滲漏、城市排水管道設(shè)計(jì)、水質(zhì)參數(shù)以及溫室氣體排放等各項(xiàng)因素。今后的模型模塊開發(fā)研究可重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：在城市地區(qū)高度異質(zhì)性地表的限制下模擬城市降雨-徑流情況；城市污染物累積、沖刷和遷移的物理化學(xué)過程；不同形式綠色基礎(chǔ)設(shè)施的水文、水質(zhì)和生態(tài)水循環(huán)耦合模擬；整個(gè)城市水系統(tǒng)的自然和社會(huì)水文循環(huán)的耦合模擬。

多數(shù)模型的實(shí)踐應(yīng)用研究進(jìn)程較為緩慢，管理者缺乏實(shí)用的工具來根據(jù)具體需求選擇合適的模型建模，一些學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)探索。Bach等[59]根據(jù)集成水平由低到高將IUWM模型分為基于組件的集成模型(ICBMs)、集成排水模型(IUDMs)、集成供水模型(IWSMs)、城市水循環(huán)模型(IUWCMs)和城市水系統(tǒng)集成模型(IUWSMs)；Renouf等[60]評(píng)估了城市水管理模型，并將評(píng)估方法分為城市水系統(tǒng)建模、城市代謝、消費(fèi)方法和復(fù)雜系統(tǒng)；Pea-Guzmn等[61]對(duì)1990—2015年的城市水循環(huán)模擬和管理模型進(jìn)行了總結(jié)、評(píng)估和分類。以此為基礎(chǔ)，今后可重點(diǎn)關(guān)注模型的應(yīng)用研究，探究根據(jù)IUWM策略具體實(shí)施環(huán)境選擇適宜模型的工具和方法，輔助更快地實(shí)現(xiàn)城市水管理目標(biāo)。

3.3 IUWM策略實(shí)施的空間尺度效應(yīng)研究

IUWM各項(xiàng)策略在不同空間尺度上的水文響應(yīng)和實(shí)施效果均會(huì)有所差異，在小尺度的水文響應(yīng)單元內(nèi)達(dá)到預(yù)期效果的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目或許不適用于大尺度的城市水系統(tǒng)?？臻g尺度的變化可能會(huì)改變其經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，Newman等[62]、Bach等[63]關(guān)于IUWM的研究均是在特定的空間尺度下進(jìn)行的。以海綿城市為例，陳垚等[64]關(guān)于海綿城市改造方案的研究是基于中小尺度試點(diǎn)區(qū)域開展的，而賀弋桓等[65]關(guān)于雨水徑流控制方法的研究是在流域尺度視角下進(jìn)行的。城市管理者雖然了解單個(gè)海綿單元的基本性能和水文響應(yīng)過程；但缺乏對(duì)由其組成的整個(gè)海綿城市的水文循環(huán)過程的系統(tǒng)了解，因此無法簡(jiǎn)單地預(yù)測(cè)適用于海綿單元的措施對(duì)整個(gè)海綿城市所帶來的影響。

在某些情況下，過多的IUWM綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目也可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)城市的水文特征發(fā)生重大變化，從而破壞城市水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，因此有必要對(duì)IUWM策略實(shí)施的空間尺度效應(yīng)進(jìn)行深入研究，利用綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以數(shù)據(jù)為支撐，采用情景分析法模擬不同尺度的城市水系統(tǒng)可能實(shí)施效果。

3.4 IUWM建設(shè)項(xiàng)目的成本效益分析和方案優(yōu)化研究

IUWM的有效實(shí)施能夠帶來改善空氣質(zhì)量、減少碳排放、降低洪水風(fēng)險(xiǎn)以及優(yōu)化雨水管理等效益，但同時(shí)也伴隨著巨額的建設(shè)成本和管理維護(hù)費(fèi)用，投資和收益之間的平衡與其可持續(xù)性密切相關(guān)?？陀^評(píng)估IUWM建設(shè)項(xiàng)目的成本效益可以支撐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)施和后續(xù)推進(jìn)工作。根據(jù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)制度的不同，IUWM建設(shè)項(xiàng)目的資金來源有所不同，多數(shù)項(xiàng)目由國(guó)家政府補(bǔ)貼，部分項(xiàng)目也采用公私合營(yíng)的模式。目前一些城市的IUWM相關(guān)計(jì)劃仍處于試點(diǎn)階段，其維護(hù)和盈利模式將直接關(guān)系到IUWM的發(fā)展情況，因此有必要對(duì)其進(jìn)行成本效益分析。李大龍等[66]采用情景分析法探究了中國(guó)城市實(shí)施典型LID技術(shù)設(shè)施的成本效益，發(fā)現(xiàn)南、北方城市在雨水處理效益、建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用方面均有所差異。李江云等[67]對(duì)中國(guó)沿海城市不同潮位影響下的LID措施進(jìn)行了成本效益分析，確定了LID優(yōu)化方案。Fan等[68]通過三維模型模擬了城市淹沒結(jié)果，分析了哈爾濱海綿城市建設(shè)的成本效益情況。目前IUWM的成本效益相關(guān)研究較少，將會(huì)是IUWM未來研究重點(diǎn)之一。

此外，董新宇等[69]將SWMM模型與非支配排序遺傳算法耦合，得到了成本效益曲線，實(shí)現(xiàn)了LID設(shè)施空間布局的自動(dòng)尋優(yōu)，改進(jìn)了項(xiàng)目建設(shè)方案。IUWM的成本效益分析結(jié)果可以為其方案優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，建設(shè)項(xiàng)目的不同空間布局會(huì)產(chǎn)生不同的水文響應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，需要對(duì)不同情況下的IUWM進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估和研究，確定經(jīng)濟(jì)投資與項(xiàng)目收益達(dá)到平衡的性價(jià)比最高的項(xiàng)目實(shí)施方案，這也是今后IUWM的一個(gè)研究重點(diǎn)。

4 結(jié)語

隨著人們對(duì)水資源利用和管理問題理解的不斷深入，城市水資源管理面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)逐漸被認(rèn)識(shí)，迫切需要更有效和更可持續(xù)的水資源管理方法來解決世界各國(guó)快速城市化進(jìn)程中遇到的復(fù)雜水問題，IUWM理念和框架逐步發(fā)展。許多國(guó)家在此基礎(chǔ)上開發(fā)和實(shí)施了適合自身城市實(shí)際的IWRM策略，如LID、SUDS、WSUD、LIUDD、ABC水計(jì)劃以及海綿城市等，已有的研究成果為其他國(guó)家制定IUWM策略提供了參考依據(jù)，推動(dòng)了IUWM從理論到實(shí)踐的進(jìn)一步發(fā)展。

IUWM的有效實(shí)施不僅依賴于科學(xué)的理論框架和良好的實(shí)施環(huán)境，還取決于城市水務(wù)部門和各級(jí)資源管理者之間的高度內(nèi)部整合和密切合作。未來IUWM研究可重點(diǎn)開發(fā)城市水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、評(píng)估和管理體系，開發(fā)和應(yīng)用城市水系統(tǒng)的綜合模擬模型、考慮管理策略實(shí)施的空間尺度效應(yīng)、分析建設(shè)項(xiàng)目的成本效益和優(yōu)化建設(shè)方案。