不同空间层次的城市水环境保障规划研究
前言：“美丽中国”是我国生态文明建设的宏伟目标，而城市水环境保障是实现美丽中国的关键，近几年来，国家和地方政府对水环境整治工作愈发重视，但水污染仍然是制约我国城市可持续、高质量发展的一大障碍。
城市水污染治理并非一蹴而就，在未来很长的一段时间内，如何保障城市水环境，防治水污染，仍然是各层次涉水规划需要解答的重点问题。结合水环境问题流域性、系统性特征，本文提出基于不同空间层次的城市水环境保障策略和模型技术方法应用，以期从规划层面协调城市发展与水系生态环境间的矛盾，从而促进城与水的和谐共生共融。
全国黑臭水体分布图
©全国城市黑臭水体整治监管平台
宏观：
基于水敏感评价的流域蓝绿空间保护和修复
水环境敏感性是指水环境对各种环境变异和人类活动干扰的敏感程度。通过评价水环境敏感性，提出蓝绿空间保护和修复要求，支撑生态安全格局构建，优化城市空间布局，指引城市开发建设管控。
以《松山湖（生态园）海绵城市专项规划》为例，取规划区所在流域为单元综合考虑，根据水环境的自然属性、社会属性、水生态环境状况以及污染防治需求等因素选取评价因子开展单因子评价，并将各因子评价结果按权重进行空间叠加，识别整个流域层面的水环境高度敏感区、中度敏感区和轻度敏感区。针对不同敏感程度区域，提出管控策略和开发建设强度指引。
水生态敏感综合评价分析结果图
水环境高度敏感区以水体、湿地、饮用水源保护区内用地及流域上游的森林为主，该区域承担着水资源涵养、水土保持、动物栖息地保护功能，严格限制在该区域内进行各类开发建设活动，以保护为主，开展生态综合治理，提高生态系统的稳定性。
水环境中度敏感区土地利用类型主要为农田和林地。该区域应以城市生态用地建设和低密度开发为主，严格控制开发强度，局部地区采取一定措施后可适当开发。
水环境轻度敏感区是城镇建设的主要承载空间和未来拓展的备用空间，可将开发建设重点布局在该区域内，但需严格控制水污染物排放。
基于水环境敏感性评价从流域层面进行开发建设强度管控，从根本上是秉持“山水林田湖”为生命共同体的理念，通过保护具有水资源涵养、水土保持和水质净化功能的自然蓝绿空间，划定高、中、低的敏感区，并从宏观的水环境保护角度，提出城市建设管控要求，缓解城市开发对水环境带来的冲击负荷。
东莞松山湖
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中微观：
基于小流域管控单元的系统工程施策
城市水环境保障需坚持水陆统筹原则，“污染在水里，根源在岸上”，传统的只针对水体开展水环境治理难以减少陆域向水体的污染物输入，无法从根本逆转水环境恶化的趋势。另一方面，陆域地理空间及人类扰动强度的差异性也使不同汇水流域水环境问题存在差距。为系统识别问题成因，实现精准施策，城市水环境保障需以水体所在的流域空间为单元展开。
管控单元划分基于ArcGIS水文模块，通过计算分析地形数据（DEM）划分自然汇水流域，在自然流域边界基础上结合水系布局、排水设施布局及行政区划等调整形成管控单元分区。
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松山湖（生态园）基于汇水流域的管控单元划分图
根据污染物空间分布特征，可分为点源污染、面源污染和内源污染。以管控分区为单元，针对不同类型污染物开展全面、系统的工程布局，实现污染物源头管控与水体自净能力提升，从而实现水体水质改善与长效保持的目标。
（1）点源污染控制策略
开展截污纳管工程，是严防污水直排入河、消减城市水体点源污染的核心手段，也是采取其他水环境整治技术措施的前提。新建城区优先推广雨污分流排水体制；以合流制为主的老旧城区因用地空间有限，分流改造成本高，现阶段主要通过开展截流改造，加大截流倍数，并针对雨季溢流污染开展生态治理工程，减少污染物随径流入河。
城市污水处理厂
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（2）面源污染控制策略
除严防点源污染入水之外，以雨水径流污染为主的面源污染近年来也成为城市水污染重点控制对象。结合雨水径流污染形成机理，基于海绵城市理念，构建源头-过程-末端的全过程控制和污染削减系统，是应对面源污染的重要举措。
| 源头削减
推广建设用地内低影响开发设施建设，促进雨水的自然渗透、自然蓄存和自然净化。
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低影响开发设施
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| 过程控制
构建植草沟、沿河植被缓冲带等雨水漫流传输通道，促进雨水传输过程的污染削减。
植被缓冲带
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| 末端治理
结合入河雨水口布局集中调蓄净化湿地，作为水体的一道绿色屏障，进一步净化处理雨水径流污染物。
末端人工净化湿地
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（3）内源污染控制
内源污染是指因河水滞流、河道淤积，河道底泥中的污染物向外释放造成水体污染和底栖生态系统破坏的现象。适当的清淤疏浚工程有助于减少河床表层高污染底泥，从而改善水质，是常用的内源污染控制技术。
（4）水生态修复工程
在实施各类污染源空间管控的基础上开展水生态修复工程是提高水体自净能力、维持良好水质的长效工程措施。采用人工干预的方式优化水体内部水生植物、微生物和动物种群结构，发挥动植物和微生物吸收、降解能力去除氮磷、重金属和有机污染物，并结合滨水植被缓冲带建设，提高水环境生物多样性，构建稳定的、自我修复能力强的水生境，实现良好水环境的长效保持。
水生态修复生物工程种群结构示意图
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河湖植被缓冲带示意图
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数学模型方法对工程方案的支撑
水文水质模型是开展水环境规划重要的技术工具，基于情景模拟分析，对水环境治理工程的布局、规模等方案的制定提供决策支撑。综合以往涉水规划项目模型应用，本文提出针对不同规划设计要求适用的模型技术。
SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型适用于空间尺度从几十到几千平方公里的流域进行长历时水量、水土流失量、面源污染负荷模拟分析。在《常德中心城区水系专项规划》中，将渐河流域高程、土壤类型、坡度和土地利数据分析结果作为SWAT输入参数分析，计算典型年降雨条件下现状和规划用地方案流域出口污染负荷总量，结合河口湿地处理能力、河道水质管控目标，提出优化流域上游用地类型，降低城市开发强度的建议。
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SWMM（stormwater management model）模型适用于小流域尺度城市区域径流水量和水质短历时和长历时模拟。目前广泛运用于城市排水管网能力评估、城市面源污染负荷计算及城市低影响开发（LID）建设评估。在《松山湖（生态园）海绵城市专项规划》中，通过概化管控单元用地、雨水管网，模拟连续降雨情况下在添加低影响开发设施前、后两种工况的雨水径流污染负荷，评估低影响开发设施对面源污染物的削减作用，从而更加精准的确定各地块低影响开发设施控制指标。
汇水范围概化图
低影响开发（LID）面源污染控制评估
MIKE21模型适用于不同空间尺度的水体的水量、水动力和水质模拟，可高精度模拟点源污染物、面源污染物在水体中对流和扩散作用下的传输过程和线性衰减，并呈现二维空间上的分布情景。在《常德中心城区水系专项》中，采用MIKE21构建湖区水动力模型，根据流速、流场模拟结果识别缓流区，有针对性地布局水生态修复工程，预防水质恶化；构建污水厂尾水排放对规划水体的水质影响情况分析模型，提出调整现状排污口布局的建议，从而降低对湖区水环境的冲击。
基于水动力模拟识别缓流区开展水生态修复
MIKE21模拟某污水厂尾水排放对河道水质的影响分析
基于模型水质评估的排放口布局调整
结语
以流域为水环境管控单元，从宏观层面开展蓝绿空间保护及开发强度管控，中微观小流域层面针对污染源类型实施水陆统筹的管控和治理工程，并因地制宜选用模型技术辅助工程布局和实施评估，构建空间全面、系统完善、方法科学的水环境保障规划方案，从规划层面助力城市水问题的解决，绘就城水相融、人水和谐的美丽图景。
东莞松山湖
©ssl.dg.gov.cn
本文得到中国城市规划设计研究院深圳分院自设课题（2017-02）的支持
项目负责人：黄纪萍
项目组成员：王川涛、何舸、王成坤、王俊佳、牛宇琛等
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近期阅读：
作者 | 黄纪萍
中规院深圳分院城市基础设施研究中心
参考文献：
[1]赵斌，《流域是生态学研究的最佳自然分割单元》，科技导报，2014.01
[2]张培培，石岩，等，《城市水环境空间规划体系与方法研究》，环境保护科学，2016.07
[3]薄涛，季民，《内源污染控制技术研究进展》，生态环境学报，2017.01
[4]李春林，胡远满，等，《城市非点源污染研究进展》，2013
[5]诸葛亦斯，刘德富，等，《生态河流缓冲带构建技术初探》，2006.04
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