西北半干旱河谷型城市海綿城市專項規(guī)劃方法研究
——以青海省西寧市為例

陽燁 何俊超 朱江 白偉嵐

城市雨洪災害和水環(huán)境污染是制約城市生態(tài)發(fā)展的核心問題之一[1]。中國大力提倡“海綿城市”建設理念，旨在減輕城市排水負擔的同時，緩慢恢復城市地表自然入滲能力，將末端治理轉變?yōu)椤霸搭^減排，過程控制，系統治理”，其技術措施由原來的“快排”轉化為“滲、滯、蓄、凈、用、排”多種手段，重新構建城市“綠色海綿”[2-3]。海綿城市指的是城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害方面具有良好的彈性，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，蓄存的水釋放并加以利用[4]。海綿城市專項規(guī)劃（下文簡稱海綿專規(guī)）是建設海綿城市的重要依據，在以問題為導向，以效果為核心的綜合統籌建設過程中發(fā)揮引領作用[5]。

目前，包括第一、二批國家海綿城市試點在內，有100余個地級市已完成海綿專規(guī)編制工作。國內實踐逐漸形成了以“四水論”為框架的海綿專規(guī)編制的標準方法，即在問題分析、目標指標體系與海綿系統構建等內容規(guī)劃時緊扣水生態(tài)、水環(huán)境、水安全與水資源4個方面展開論述（該思路簡稱為“四水論”）。此方法強調規(guī)劃內容的規(guī)范性與全面性，多適用于濕潤、半濕潤的平原城市，在應對中國西北地區(qū)獨特的自然條件時具有一定局限性。

西北地區(qū)國土面積占全國的1/3，而水資源僅占全國水資源總量的5%，水資源問題成為西北城市發(fā)展面臨的困境之一。如何推進西北地區(qū)海綿專規(guī)編制，有效指導海綿城市建設落地，實現城市生態(tài)安全宜居目標，成為海綿城市建設實踐推廣的重大議題。為此，本研究基于對中國海綿專規(guī)編制的研究總結，結合西寧海綿專規(guī)的編制實踐，對“四水論”的海綿專規(guī)編制思路進行優(yōu)化，提出了一套以“山-水-城”為核心框架的海綿專規(guī)編制思路，以期為同類型城市提供可復制推廣的經驗。

1 中國海綿專規(guī)的編制與實踐

1.1 中國海綿專規(guī)編制研究

根據《海綿城市專項規(guī)劃編制暫行規(guī)定》，中國海綿專規(guī)編制內容主要包括3方面：1）確定自然生態(tài)格局、明確保護范圍；2）構建年徑流總量控制率、水環(huán)境質量、城市內澇防治、非常規(guī)水資源利用等規(guī)劃管控指標體系；3）與相關專項規(guī)劃協調，針對水生態(tài)、水環(huán)境、水安全、水資源等方面的問題，提出源頭減排措施、排水管渠、調蓄設施、污水處理及再生利用、綠色基礎設施等建設任務、布局和規(guī)模，并落實設施用地[6]。

基于此，海綿專規(guī)相關研究與實踐逐步興起，其研究趨向與熱點聚焦在兩大方面。1）概念釋義與關鍵技術研究。研究內容側重于“海綿專規(guī)是什么”“徑流總量技術控制方法”等核心技術應用，如張偉等以南寧海綿專規(guī)為例，闡述了編制原則與年徑流控制目標指標分解實踐[7]。2）基于“四水論”的海綿專規(guī)實踐研究。研究對象大多為城市中心城區(qū)的規(guī)劃實踐，偏重于探討“如何編制海綿規(guī)劃”，如馬洪濤等結合珠海實踐，重點闡述海綿專規(guī)編制目的、原則與“四水論”編制思路與實踐方法[5]。因此，“四水論”逐漸成為國內海綿專規(guī)編制的標準方法。

隨著海綿城市在全國推廣，如何提升海綿專規(guī)的實踐性與落地性，成為現階段海綿發(fā)展進程所面臨的難點與重點。相關學者開始結合城市特征，開展有關“四水論”編制框架的優(yōu)化研究，取得了一定的成效。呂永鵬等以上海臨港國家試點區(qū)為例，在流域生態(tài)格局保護基礎上，提出“四水論”的系統方案[8]。韓松磊等針對西安濕陷性黃土特殊條件，提出“大、中、小”3個海綿層次的規(guī)劃思路[9]。岳波等將四川省省級海綿試點城市海綿專規(guī)類型分為水資源利用型、綜合協調型和洪澇災害治理型，并總結了3類不同的規(guī)劃編制思路[10]。

1.2 海綿專規(guī)編制實踐中的問題

1.2.1 內容片面化

海綿專規(guī)作為系統解決城市水問題的綜合規(guī)劃，涉及城市水系規(guī)劃、水環(huán)境保障規(guī)劃、排水防澇規(guī)劃、市政基礎設施規(guī)劃等內容。由于海綿城市建設在不斷探索實踐，部分規(guī)劃師對海綿專規(guī)的系統性認識不足，只針對自身擅長的領域著力，導致編制內容片面、規(guī)劃統籌力不足、實踐操作性弱等問題。例如，在實踐過程中，許多常年致力于市政給水排水領域的規(guī)劃師在編制思路與內容上套用排水防澇規(guī)劃，只關注城市內澇風險與積水點，忽視了對水系生態(tài)、環(huán)境保護以及資源化利用等系統問題的考量，將海綿專規(guī)等同于排水防澇規(guī)劃，導致海綿專規(guī)沒有起到系統解決問題的作用。

1.2.2 成果同質化

縱觀近年來的海綿城市規(guī)劃編制成果，在問題識別、目標制定以及規(guī)劃措施層面，偏重于對《海綿城市專項規(guī)劃編制暫行規(guī)定》編制要求和“四水論”的照本宣科，缺乏將理論研究向實踐應用轉化的思考。無論城市是否有“四水”的問題或“四水”的問題是否都同樣突出，在目標指標體系制定與規(guī)劃技術措施上，海綿專規(guī)與“四水論”的編制要求均被同等看待，造成規(guī)劃與地方的實際需求匹配不佳，操作性不強。如某西北地區(qū)城市的海綿專規(guī)，照搬南方城市排水防澇技術措施，采用興建雨水管網的方式解決城市內澇問題，但西北地區(qū)少雨干旱，導致雨水設施利用率極低，造成資源浪費嚴重。又如南方某多雨城市的海綿專規(guī)，將城市雨水資源化利用目標定為12%，機械化強調對于雨水的全方位利用，致使城市新建大量蓄水池與雨水利用設施，造成人力與財力損失。

目前中國針對西北地區(qū)半干旱河谷型城市的海綿專規(guī)編制思路停留在以“四水論”為框架的標準方法層面，而如何將“四水論”與西北地區(qū)獨特性的城市自然條件融合，形成西北地區(qū)特色海綿專規(guī)編制思路，尚屬于一個新的課題。

2 西北半干旱河谷型城市海綿專規(guī)編制優(yōu)化方法

2.1 海綿專規(guī)編制目的

筆者定義的西北半干旱河谷型城市是指集中在陜南、隴南、隴東-寧南以及河湟等地區(qū)的川道河谷型城市（圖1）。這類城市是西北地區(qū)的典型代表，構成了西北地區(qū)城市發(fā)展的基礎[11]。

1 西北半干旱河谷型城市山水格局Landscape pattern of semi-arid valley cities in Northwest China

由于黃土松軟的特征，此類城市較少向山地延伸，基本沿河谷階地水平拓展，山、水、城關系緊密，呈現“山環(huán)城、水穿城”的特征，如蘭州市、西寧市、海東市、天水市等[12]。

城市氣候類型屬于大陸性高原半干旱氣候，年降水量從東部500 mm左右，向西部依次遞減至300 mm，年平均蒸發(fā)量大于年平均降雨量，干旱、少雨是該地區(qū)的顯著氣候特征。城市人均水資源占有量低，資源型與水質型缺水狀況并存（表1），水資源是城市發(fā)展的限制性因素[13]。

表1 西北地區(qū)部分城市降雨特征與人均水資源占有量Tab. 1 Rainfall characteristics and per capita water resources in some Northwest China cities

這類城市所在區(qū)域屬于中國水土流失重災區(qū)。青、寧、甘三省份/自治區(qū)水土流失面積分別為4.6萬、1萬和13.4萬km2。水土流失的不斷加劇易導致土地鹽堿化程度加深，引發(fā)土地貧瘠，植被退化；增加江河、湖泊的含泥沙量，使河道堵塞、河床抬高；極易誘發(fā)滑坡崩塌、泥石流等自然災害[14]。

西北地區(qū)受到污染的流域面積占西北地區(qū)總面積的40.2%，位于中心城區(qū)的水質監(jiān)測斷面達標率在50%左右。如甘肅省監(jiān)測的28條河流段中，達標14條，占總監(jiān)測面的46.8%。主要污染成因包括流域廢水污水負荷日益增加、城市污水處理率低、工業(yè)廢水排放量大以及生態(tài)環(huán)境用水缺乏、河流自凈能力偏低等[15]。

由此可見，解決干旱缺水、水土流失、水環(huán)境污染等問題為西北半干旱河谷型城市海綿建設的迫切需求，也是海綿專規(guī)需要應對的核心問題。

2.2 海綿專規(guī)編制的核心挑戰(zhàn)

結合西寧海綿專規(guī)3輪修編實踐，筆者發(fā)現由于該類城市的特殊需求，編制過程中面臨三大挑戰(zhàn)。

1）分析方法如何統籌兼顧，突出系統思維。海綿專規(guī)解決的是城市的水系統問題，分析問題方法的系統性是確保規(guī)劃科學性的前提與基礎。“山-水-城”是西北半干旱河谷型城市的典型特征，高強度的城市開發(fā)侵占水系與山體而造成失衡的山水城空間格局，是該類城市水問題形成的根源。要解決該類城市水問題須將“山-水-城”作為一個整體考慮，辨析流域水文過程特征，將城市水問題與“山-水-城”的空間格局有機嵌合，避免問題識別的不全面與碎片化。如分析河道水質惡化的成因應包括自身河道內源污染、城市排入的面源與點源污染、山體水土流失排入河道的外源污染等。因此，科學系統地分析“山-水-城”之間的內在聯系是尋找問題根源的關鍵。

2）指標體系如何有的放矢，體現因地制宜。制定科學完善、導向鮮明的目標指標體系，是推進海綿城市建設工作的基礎。在西北半干旱河谷型城市中，由于半干旱少雨氣候與優(yōu)越的豎向排水條件，在90%以內降雨頻次下（對應日降雨量16.5 mm以內）下該類城市水安全問題均不突出，而水資源問題是限制城市發(fā)展的首要因素，“四水”問題不能一概而論。因此，如何對現有“四水論”指標體系優(yōu)化，抓重點、強優(yōu)勢、補短板，建立適合該類城市迫切需求的目標指標體系是規(guī)劃需要探討的核心問題。

3）規(guī)劃措施如何系統謀劃，規(guī)避多頭建設風險。“四水論”的規(guī)劃措施之間聯系緊密，如水生態(tài)系統的源頭是減排措施，對水環(huán)境系統的面源污染控制、水安全與水資源系統均有作用。措施與目標、項目以及建設主體并未完全掛鉤，這樣可能造成項目過度建設，建設主體責權不明晰，項目組織管理混亂等問題（圖2）。如何總攬全局，厘清“目標—措施—項目—建設主體”的關系，制定科學系統、分類清晰的規(guī)劃措施，規(guī)避多頭建設、多頭管理等風險，是規(guī)劃編制的重點與難點。因此在西北半干旱河谷型城市中，須將“四水”與“山-水-城”城市空間有機嵌合，整合優(yōu)化工程措施，從而保證多目標的可達性是規(guī)劃編制的關鍵環(huán)節(jié)。

2 某城市海綿專規(guī)規(guī)劃措施中的水生態(tài)系統與水環(huán)境系統關系圖The relationship between the water ecology system and the water environment system in a city’s sponge special plan

2.3 海綿專規(guī)編制優(yōu)化思路

在“四水論”規(guī)劃框架的基礎上，從問題識別、目標確定、規(guī)劃措施3個方面進行優(yōu)化，解決框架覆蓋不全面或有偏差的問題，使“問題—目標—措施”更加契合西北半干旱河谷型城市實際情況（圖3）。

3 基于“山——水——城”規(guī)劃框架的海綿專規(guī)編制思路Ideas for the compilation of the sponge city special planning based on the “mountain-water-city” planning framework

3 西寧海綿專規(guī)編制優(yōu)化實例

3.1 分析方法優(yōu)化

3）“潤城”系統圍繞中心城區(qū)建設用地，通過源頭低影響開發(fā)系統構建、中途雨污分流管網改造、水資源循環(huán)利用系統構建，實現“小雨潤城、用排相宜”目標。首先，建立“源頭截流、過程引導、末端蓄存、系統增綠”的低影響開發(fā)源頭減排系統，實現雨水快排向慢排模式的轉變，并對初期污染較嚴重的少量雨水進行收集處理，以減輕排入城市河湖水系的污染負荷。其次，摸查老城區(qū)合流制雨水管網位置、管段長度及管徑等屬性，水系等大型空間進行系統評估與分析；微觀層面聚焦山、水、城的具體問題，并分析其成因及內在聯系。

在西寧海綿專規(guī)中，規(guī)劃首先對中心城區(qū)進行了海綿城市建設用地適宜性評價，識別出重要的生態(tài)廊道、大型藍綠空間、城市自然低洼地，并通過生態(tài)敏感性分析與評價（圖4），建立城市生態(tài)安全格局（圖5），在區(qū)域層面為海綿城市系統建設奠定綠色基礎。在此基礎上，緊扣山、水、城展開分析。

4 西寧市中心城綜合生態(tài)敏感性分析Comprehensive ecological sensitivity analysis of central Xining City

5 西寧市生態(tài)安全格局Ecological security pattern of Xining City

1）山——水土流失與沖溝安全威脅。西寧山體面積為中心城區(qū)面積的40%，由于植被退化、土壤砂質化等原因，西寧水土流失嚴重，以面蝕為主，兼有溝蝕、重力侵蝕，侵蝕模數在3 500～5 500 t/（km2·a）；山體坡面水土流失面積約4.4 km2，溝道侵蝕面積約70.9 km2，對城市安全與水系生態(tài)造成直接威脅[16]。

2）城——水資源短缺與非傳統水資源利用不足。西寧市水資源短缺問題是資源性短缺與工程性短缺并存造成的，西寧市地均水資源量為16.7萬m3/km2，為全國平均水平的2/3。城市缺水但不重視非傳統水資源利用，是西寧目前面臨的主要問題。一方面，1995—2015年期間，建成區(qū)由原來的68 km2擴張至118 km2（圖6），高強度的城市開發(fā)使西寧中心城區(qū)平均綜合徑流系數上升為0.51，傳統的“雨水快排模式”造成資源浪費；另一方面，西寧缺乏雨水與中水的利用設施，綠化澆灌、道路清洗等用水仍為傳統自來水[17]。

6 西寧市城市建設用地遙感分析Remote sensing analysis of urban construction land in Xining City

3）水——自然循環(huán)斷裂與水體污染超標。城市的高強度開發(fā)切斷了山體沖溝與河道的聯系，自然水系循環(huán)受阻，加劇了沖溝塌方與泥石流的風險；河道固化隔絕了土壤與水體之間的物質交換，造成河流生態(tài)的惡化。西寧市中心城區(qū)屬于“三面光”的駁岸長度55.4 km，占河道總長80%。從西寧主干河流來看，湟水干流水質狀況呈輕度污染，支流水質呈重度污染，近年來河流水質基本維持在Ⅴ、劣Ⅴ類標準，主要污染物為NH4-N、COD，污染來源包括城市初期雨水帶來的面源污染，山體水土流失帶來的外源污染，以及合流制雨水管網造成的點源污染和河道淤泥形成的內源污染。

3.2 指標體系優(yōu)化

以問題為導向，立足于城市需求，在“四水論”指標基礎上，增加有關山體保護與修復的指標，補充與細化水資源利用指標，弱化城市熱島以及水安全相關指標，搭建“山-水-城”目標指標體系（表2）。如在治山部分，新增水土流失治理比例與溝道防洪標準，為城市安全與河道水質提供保障。

表2 基于“山-水-城”規(guī)劃框架的西寧市海綿城市建設指標體系Tab. 2 The sponge city construction index system of Xining City based on the“mountain-water-city” planning framework

3.3 規(guī)劃措施優(yōu)化

依據城市用地特征，從山、水、城3個方面構建海綿系統，形成“山-水-城”一體共治的技術措施，統籌建設項目，解決交叉重疊問題，確保“目標—措施—項目—建設主體”的對應性。

西寧海綿專規(guī)編制實踐中，形成了“治山、理水、潤城”的海綿系統。

1）“治山”系統圍繞中心城區(qū)外圍山體，踐行源頭修復與削減、過程引導與控制、沖溝系統治理的技術措施，建立城市綠色生態(tài)屏障。源頭上，通過營林與水平階整地，對片林進行生態(tài)修復，對中、高山地水源涵養(yǎng)林進行封育保護，對天然喬、灌木稀疏林地進行人工補植或封山育林。過程上，對道路邊溝進行生態(tài)化改造，對灌溉用水與雨水徑流進行有效引導與控制。系統上，以小流域為單元，通過溝頭防護、邊坡修復，末端雨水多級凈化與調蓄利用系統構建，達到溝道防洪與地質災害防護雙標準。將建設項目整合為8類，由市園林主管部門統一建設與管理。“治山”海綿系統詳見圖7，建設效果詳見圖8所示。

7 西寧市海綿城市“治山”海綿系統The sponge system for “mountain management” in Xining City

8 西寧山體沖溝治理模式與建成效果The mountain gully management model and construction effect in Xining City

2 ）“理水”系統圍繞中心城區(qū)主干河流，通過源頭治沙、末端凈化以及河道水系統治理，控制外源、內源、面源與點源污染，綜合實現“藍綠交織，清水入河”。河道上游利用城市隔離綠地布置沉砂公園，保證“清”水入城。河道城市段結合污水處理廠的位置與豎向條件，布置末端尾水凈化濕地公園，將污水處理廠尾水進行二次凈化，控制點源污染；結合雨水總排口布置末端雨洪調蓄濕地公園，對雨水進行末端調蓄凈化，實現面源污染控制。河道全段通過河道清淤疏浚工程，生境營造、生態(tài)岸線建設等措施提升河道自凈化能力，實現河道生態(tài)系統修復。將建設項目整合為6類，由市水務統一建設與管理。水系治理技術路徑詳見圖9所示。

9 西寧市海綿城市建設水系治理技術路徑The technical path plan of water system treatment for sponge city construction in Xining City

3 ）“潤城”系統圍繞中心城區(qū)建設用地，通過源頭低影響開發(fā)系統構建、中途雨污分流管網改造、水資源循環(huán)利用系統構建，實現“小雨潤城、用排相宜”目標。首先，建立“源頭截流、過程引導、末端蓄存、系統增綠”的低影響開發(fā)源頭減排系統，實現雨水快排向慢排模式的轉變，并對初期污染較嚴重的少量雨水進行收集處理，以減輕排入城市河湖水系的污染負荷。其次，摸查老城區(qū)合流制雨水管網位置、管段長度及管徑等屬性，原則上將原合流制管道用作污水管道，并布置新的雨水管道。在用地緊張地區(qū)，通過布置截污管道，設置適宜的截污倍數，防止暴雨時出現溢流污染。最后，通過分析對西寧市水資源的供需平衡，全面評估城市可用水資源總量及供水缺口，在城市供水工程規(guī)劃基礎上，加強引大濟湟工程的建設投入，向第七水廠調水80萬m3/d、向第五水廠調水2.5萬m3/d，以滿足西寧市遠期供水需求。同時，合理分配雨水資源利用和再生水回用指標，通過建立雨水綜合利用系統與再生水循環(huán)利用系統，推行非常規(guī)水資源的利用，使雨水利用量替代城市自來水比例達2.6%，再生水利用率達50%，用于市政雜用水、生態(tài)景觀補水、工業(yè)生產用水等，促進區(qū)域水資源的良性循環(huán)，雨水綜合利用流程詳見圖10。將建設項目整合為5類，由市住建部門與排水公司統一建設與管理。

10 西寧市海綿城市建設雨水綜合利用流程The rainwater comprehensive utilization process of sponge city construction in Xining City

4 結語

本研究基于西寧市海綿專規(guī)編制實踐，對原有“四水論”規(guī)劃思路進行優(yōu)化，提出了一套以“治山、理水、潤城”為核心框架的海綿專規(guī)編制思路，以期更契合西北半干旱河谷型城市實際。該編制思路重點研究問題識別、目標確定與規(guī)劃措施3個維度，納入了“山-水-城”的系統分析方法，增補與細化了水土保持、山體安全以及水資源利用等目標指標，并優(yōu)化整合了規(guī)劃措施，從山、水、城3個方面構建城市海綿系統，解決了傳統框架問題識別不充分、指標體系不完善、規(guī)劃措施有交叉等問題。在管理實踐上，西寧將山、水、城項目以建設主體單位分別對應市園林部門、市水務部門、市住建部門和排水公司統一建設管理，利于建設、管理的統籌協調，項目實施效果反響較好。西北地區(qū)其他城市應因地制宜地建立適合的管理機制、績效考核制度，推進“規(guī)—建—管”一體化，為海綿城市健康持續(xù)發(fā)展保駕護航。

現階段，海綿城市的建設在中國處于蓬勃發(fā)展階段，筆者認為應帶著發(fā)展的眼光、堅持開放包容的態(tài)度，不斷地調整與更新技術，并結合實踐經驗，反饋與修正已有研究成果，讓海綿專規(guī)更具活力，幫助海綿城市更好地推廣與應用。希望通過本研究的拋磚引玉，能夠為同行提供一些思路，以提高海綿城市整體規(guī)劃水平。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖表均由作者繪制或拍攝；圖4 ～6底圖來自標準地圖服務網站，審圖號為青S(2020)046。