基于健康水文循环的生态城镇化转型路径研究
导 读
随着中国城市化速度日益加快，水资源安全隐患已经浮出表面，且形势严峻。政府为此采取了各种工程措施，却陷入了“不断扩大延伸——永远捉襟见肘”的怪圈。通过研究发现造成水资源问题的根本原因是城市建设行为对水文循环过程的干扰，当超过水文循环自我调节能力的极限后，致使水文生态功能退化。
以城市作为孤立点展开对策研究，不仅忽略了水文效应的外部成本，而且割裂了河流的汇水边界。为此本文将研究对象界定在城市集水区层面，以流域为视角，摆脱了行政界限下的社会经济单元作为研究对象这一传统思路，更强调了水文环境的整体关联性、汇水边界性等自然生态属性特征。
将水文环境与城市建设之间进行耦合，从流域城镇体系、城乡生态统筹、产业生态布局等总体规划层面，提出了系统化的规划对策，为城市生态建设以及流域健康发展研究提供新思路。
作者|王君，孙红亮 （天津市城市规划设计研究院）
论文来源|2018城市发展与规划论文集
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水文循环系统和其他生态系统一样，具有自我修复的能力，但是一旦超过它的生态门槛，将会使其受到无法挽回的破坏。我国城市化速度仍在持续加快，这意味着在较短的时间内进行着大规模的城市建设，这对水文循环系统的扰动作用十分巨大。近年来日益严重的水资源问题，就是城市化与水文循环之间矛盾激化的最佳例证，为此，本文从城市总体规划层面进行系统研究，试图寻找基于健康水文循环的城市规划对策。
01
研究背景
1.1 城市集聚扩张使城市水文循环的规律性减弱
中国同世界各国一样，正面临着气候变化以及随后引发的一系列问题，这其中就包括了水文循环系统的复杂化。气候的季节性变化更加极端和无规律性，直接导致水文循环系统运行的日趋激烈，城市的水供应量更加难以预测，历年的统计数据不足以预计未来的变化，这大大增加了政府和市民预备应急措施的难度和压力。
例如近年来我国普遍出现的季节性强降雨事件的增多、部分地区汛期或枯水期时间延长等现象，随后引发了洪水问题、缺水问题、城市初始冲刷污染问题大等一系列连锁反应[1]。城市涉水基础设施的建设压力也不断加重。
1.2 城市集聚扩张使水文环境受到巨大破坏
目前我国很多城市的人水矛盾已十分突出，而未来城市的发展趋势将使这种矛盾更加激化。地少人多一直是我国城市发展面临的挑战，城市建设效率逐渐从粗犷型转变为集约型。通过这种转变，城市土地的使用效率将提高，城市密度将加大，而产业结构的优化调整也将吸纳更多的人口。这种高密度、集约化的发展趋势下，城市向水文环境进行取水、排水的总量将增加；同时城市的管网密度、不透水面积也将同步增加，这些行为都将对水文环境造成更大规模的破坏。
02
区域划分实现由地缘向水缘的转变
依据地缘或是水缘划分区域规划研究单元，具有不同的时代意义。地缘经济重点考虑区位的辐射带动作用，原材料与能源的供应额度，大型基础设施的建设条件以及土地、交通运输的成本等。
通过对这些地缘要素的整体权衡，选取最有利于发展的地区，利用最低的投资消耗，推动经济的高速增长。这种研究思路在区域发展初期成效显著。
然而，经济的发展，伴随着人口与城镇建设用地规模的同比增长。人与自然的矛盾不断激化，环境治理的巨大代价，意味着以水资源为代表的生态环境不再是区域发展的基础，而是其发展的前提[2]。
规划引入流域的概念，以新的视角去构建区域，实现区域研究单元的划分由地缘向水缘进行转变[3]。这不是否决了原有发展思路，而是在此基础上依据环境的自然属性，加入生态要素的考虑。在经济发展初具规模后，为区域研究方向提供更适宜、更合理的选择余地。
流域是一种水文单元，它具备很强的协调与平衡发展机制，能够充分体现生态经济系统的共同特性，以此为研究单元有利于区域发展与环境保护之间的平衡。如流域上游的跨区域调水，污水与地表径流的排放对中、下游城市发展产生的外部成本问题；受水文区位限制所导致的上、中、下游经济发展不平衡问题等，均可以在流域范围内进行整体统筹。
许多国家都尝试通过水缘划分研究区域，进行经济发展与城市建设，并取得了成功。如美国的田纳西流域、巴西的亚马逊流域。这表明以水缘划分区域研究单元是可行的，并且对于水资源限制条件下的经济发展是十分必要的。
03
国外成功规划案例借鉴
田纳西河干流全长1045 公里，是美国第五大河，其流经美国东南部地区的7 个州，流域总面积约10.4万平方公里。流域内地形起伏多变，东部为上游地区，以山地丘陵为主，西部为下游地区，以平原为主，全年降雨充沛且分布较为均匀。在规划以前，该流域地区贫穷落后、水灾频发。经过合理的规划和不懈经营，灾害得到有效控制，并成为一个经济发达的地区（图1）。
图1 田纳西河流域治理效果
3.1 水资源与土地资源开发相互统一
田纳西河流域开发以水资源、土地资源的协调统一为原则，以工农业、城镇、生态环境共同发展为目标，在此基础上构建出自然、经济与社会相统一的综合体系。以水灾治理为切入点，建设航运、发电、防洪等多目标水坝系统，疏通河道，使洪水问题得到控制，减少经济损失，同时促进了第一产业的发展（图2）。
图2 田纳西河流域建设示意
此外，规划将土地资源开发中的农林业发展、水土保持作为重点环节，使土地资源使用的合理性得到提高。
在此基础上以干流为重心，实行梯度发展。田纳西流域的产业结构是以流域水资源特点为依据逐步形成的。二产中冶金、化工工业依靠充沛的水资源供应、电力供应迅速发展，并在此基础上衍生出机械制造业，通过提高产业横向关联性，使产业链逐步升级。
同时，依托本地区宜人的气候条件、山水资源，使商业、娱乐休闲、疗养、旅游等第三产业得到蓬勃发展。
3.2 行动规划体现重点开发与整体推进的结合
由于流域综合开发体系庞大、内容复杂，在阶段性实施过程中，每个阶段的侧重点都体现出与水的密切相关性。空间布局方面遵照干流到支流的自然特征，采取点—线—面的空间模式。在这一基础上，处理好局部与整体的开发关系。
先利用沿干流的大城市，依托港口经济，进行重点发展，以点带动周边。再是利用岸线及水资源，建设大型基础设施，作为发展动脉，起到轴线带动作用，进而形成沿河密集型产业带。最后，随着经济实力提升，将轴线作用向外传递，带动滨河腹地的发展，逐步实现水系向集水腹地、干流向支流腹地的梯度拓展，最终实现流域的全面大发展（图3）。
图3 田纳西河流域开发模式示意
04
流域规划对策研究
4.1 将流域水资源量作为确定城镇规模等级的门槛
确定区域规划范围内城市规模等级结构时，往往以经济目标为前提，以资源容量为底线，这种传统预计模式忽略了生态环境的重要性，一旦突破生态系统的底线，所造成的损害和后果是不可挽回的，发达国家对于环境先破坏后治理的做法已经给了我们深刻的教训和启示。
随着近年来水资源问题的日益严峻，河流等水文资源的承载力应当作为一种门槛来约束区域内城市的发展规模和等级结构的确定。
在减少取排水对水文系统干扰时，工程技术手段只是其中的一方面，因为取水、排水的主体是人类及其产业发展对水的需求量。
要达到这一目的，就需要通过对区域所在的流域范围内的水土资源承载力进行评估，确定门槛值并将它作为不同水文区位条件下的城市确定规模等级的标准之一。
尤其在流域的上游，如果城镇群规模总量过大，其产生的径流总量及污染将会造成较大范围的影响：加重下游城市防洪、净水压力，加大流域下游洪泛平原城市的安全隐患；为提高下游河流的疏通力度而裁弯取直，造成水文环境和水文生态破坏等一系列问题。
因此，区域城镇规模等级的划定一定要考虑水土资源的门槛，并将自身的水文区位作为其中的参考要素之一。
4.2 依据流域自然特征进行区域城乡空间结构规划
我国区域规划一直以来遵循着梯度发展的规律，将有限的资源投入到发展条件相对较好的地区，然后利用这些重点开发的地区辐射带动周边，使区域城乡结构逐渐实现不均衡到均衡的转变[4]。这种空间发展模式正是以经济发展为目标，按照投资报酬率高低安排发展时序的一种体现。
当规划的目标中介入健康水文循环的概念，将水文环境纳入影响要素时，区域发展的空间布局就要与水文空间特点有机结合。当然，这种新的思考方式的转变并不会与原来的经济定律相矛盾，因为还未发展起来的不均衡地区正可以形成预留保护用地，使水文环境得到有意识的保护。
小流域范围内考虑到经济发展与环境保护相结合，在原有地域式圈层发展的空间形式基础上，植入以河流水系为核心的生态开敞空间，逐渐形成带状组团圈层拓展形式（图4）。
图4 流域城镇与水文环境空间关系示意图
首先，这种空间形式的核心是由小流域的主要水系、生态防护性的林地构成。同时，与其他支流、山体、公路等绿色廊道，湿地、湖泊等斑块，耕地、林地等基质相互连通，共同构建该流域内的生态安全格局。这与沙利文有机更新理论以及荷兰兰德塔德地区绿心实践有相似之处。
其次，绿色核心的外围是与主要水系直接相关的周边城镇群，它们通过主要水系串联起来，有机的分布在水系的上、中、下游。这种空间分布是在充分考虑河流健康的基础上进行的，同时促进流域内城镇群统一协调、合理分工，并有效防止城市蔓延。这种城镇群一般是由都市区、周边城镇密集区构成。
最后，是城镇群外围的生态环境保护区，它一般是城乡之间的边缘地带，既包含了耕地、溪流、村镇、林地等为主的开敞区，也包含了生态公园、大型湖泊水库、自然保护区等为主的生态敏感地区[5]。
区域内城镇体系以水文健康理念为基础进布局，那么将会面对一个实际问题，即各个城镇群组团空间之间的实际间距。这就要从水文循环系统自我修复过程中，水体自净能力方面着手。所谓水体自净能力主要是指上游受到污染的水体在微生物作用下，分解净化的能力[6]。
河水是流动的，这就需要为河流提供一定的净化距离，这就是城镇群组团空间距离的一个重要参考因素。这方面的研究在水文学以及生态学中已经开始展开，并需要通过具体的水文模型进行支撑。在进行具体的区域规划时可以将此作为依据之一，当然这个依据并不是一个标准，而是为保证水文循环健康以及规划合理性所提供的参考。
4.3 基于流域水资源分布特点优化整体产业布局
在进行区域产业结构调整时，专家往往会更多的关注森林、化工原料、金属矿产这类不可再生资源，水资源属于可再生资源的范畴，往往容易被忽略。这种偏向导致在产业结构布局和调整过程中，对水文循环系统造成了较大的影响。
因为工业发展与工业用水在一定时期呈现出明显的正相关性，较大规模的发展会导致水资源供应不足，尤其在城市严重缺水地区，如天津、北京。目前我国城市缺水问题普遍存在，跨区域调水的可行性正逐渐降低。那么城市带以及工业带的缺水将会严重影响到城市功能拓展以及工业生产活动。
目前产业结构正按照退二进三的方向进行调整，除此之外，还应注重流域内水资源分布特点分析以及水资源承载力预测，对需水量大的产业布局进行优化调整，适当考虑产业发展的跨区域合作[7]。
通过对水文特征的适应性调整，来缓解局部区域的水资源供需矛盾。因此，从全国范围内的产业分布来看，钢铁、石化、造纸等对水质或水量要求较高的产业，应适当考虑重点分布在南方水资源充足的地区，必要时进行一定的区域间的合作与分工，而干旱地区则不应对水资源依托型产业多做考虑。
河流的关联性特点使其受到干扰后产生明显的外部效应，所以河流上、中、下游城市之间应进行紧密联系，各类具有点源或面源污染的产业布局，应从流域的角度进行优化调整。
对于点源污染的治理，需要控制上游地区的污染排放，关闭污染严重企业或者布局在距离水系较远地区，以便进行充分的污水净化。并且注意产业布局与水体功能区划的充分结合，在水源涵养区应布局高新产业、第三产业，以及污染少的农业；对于综合用水区则可以发展航运、工业等；而污水排放区的排污要求则应与区域水质管理规划相符合。
对于面源污染的治理，应注意农业产业的调整，如农业土地利用结构、农业区划与水环境的关系，如不应在水淹地区设置传统蔬菜生产基地。同时注重发展设施农业、建设无公害生产基地等等，使得农业产业发展与生态环境保护得以兼顾。
05
结 语
本文所提出的流域是指与城镇群紧密结合的集水区域，是小流域的概念。这使文章能够集中篇幅针对问题的焦点——水文环境与城市建设的相互关系进行更为深入的探讨。
笔者从流域的角度探讨城市水文效应的规划对策，摆脱了以行政界限下的社会经济单元作为研究对象这一传统思路，突出强调了水文环境的整体性，以及上下游城市之间的联动性，使水文环境的自然属性特征与城市建设有机联系，为应对城市水文效应的城市总体规划提供新的研究思路。
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参考文献：
[1] 丁一汇. 中国气候变化——科学影响适应及对策研究. 北京: 中国环境科学出版社.2009,03
[2] 赵炜. 乌江流域人居环境建设研究. 南京: 东南大学出版社,2008,2,3
[3] 陈修颖. 流域经济协作区: 区域空间重组新模式. 经济经纬,2003(6):67-69
[4]Hall,M J.Urban Hydrology[M].Elsevier Applied Science Publishers,London and New York,1984:1–13.
[5] 欧阳志云, 王如松. 区域生态规划理论与方法. 北京: 化学工业出版社,2005,70
[6]Thomas R Schueler,Heather K Holland.The Practice of Watershed Protection[M]. Ellicott City:Center for Watershed Protecion,2000:135.
[7] 崔功豪, 王兴平. 当代区域规划导论. 南京: 东南大学出版社,2005,110
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