循环经济理论与深圳市城区雨水利用规划

魏 杰

(深圳市城市规划发展研究中心,广东深圳 518034)

循环经济理论与深圳市城区雨水利用规划

魏 杰

(深圳市城市规划发展研究中心,广东深圳 518034)

为合理利用深圳市城区雨水资源,从循环经济理论的物质流分析与管理出发,确定重构城市雨水健康循环体系的核心内容。结合深圳的实际情况,确定深圳市城区雨水利用的发展策略:从雨水渗透为主,集蓄利用为辅,审慎对待雨水回灌,提倡雨水综合利用。对城区雨水利用分区、规划设计指引、建设时序等方面提出规划设想,给出相关政策建议。

循环经济;雨水利用;物质流分析;深圳市

1 基本背景

不断加快的城市化速度和城市规模的迅速扩大,使得深圳市水资源匮乏的矛盾越来越突出。根据规划、水务部门的相关研究,未来该市水资源的供需矛盾将进一步加剧,水环境压力也将越来越大。按照目前的发展模式,计入农业和生态用水,至2010年、2020年、2030年,深圳市年缺水将分别达到4.2亿m3、9.7亿m3、12.5亿m3[1]。水资源短缺问题已经成为制约深圳市经济发展的关键性因素。

另一方面,随着深圳市城市的发展,大量不透水面积的增加,使得城市的降水入渗量大大减少,雨洪峰值增加,汇流时间缩短,导致城市洪水危害加剧,内涝灾害频发;与此同时还导致雨水资源大量流失、雨水径流污染加重、地下水位下降、地面下沉和城市生态环境恶化等多种环境危害。

针对深圳市所面临的严重水危机,规划部门提出了域外引水、城市节水及非常规水(雨洪、再生水、海水和微咸水)利用并重的新的水资源保障体系[2],其中城区雨水利用无疑是该策略中的重要一环。深圳市多年平均降雨量为1837mm,按2005年全市建成区面积 703 km2计,城区降雨资源量已达12.9亿m3,随着城市的扩张,该数值还将持续增加,如何正确对待和有效利用这些既有巨大的潜在价值、又有广泛潜在威胁的雨水资源,无疑是一项崭新的课题和艰巨任务。

2 循环经济理论及其城区雨水利用

2.1 循环经济理论内涵

循环经济思想萌芽于20世纪60年代,至20世纪90年代得到世界各国广泛认同。它是以资源的高效利用和循环利用为核心,以“减量化、再利用、资源化”为原则(即3R原则),以低消耗、低排放、高效率为特征的全新经济增长模式。其中物质流分析与管理是循环经济理论的基本手段之一,即通过改造或调控现有的物质流模式,提高资源和能源效率,形成资源和能源效率较高的物质循环模式[3-4]。

2.2 对城区雨水利用的指导意义

雨水循环是一个多环节的自然过程,降雨形成后,雨水的循环流动主要包括以下3种途径:一部分通过植被和地表的蒸发作用形成水蒸气重返大气;一部分渗入土壤形成地下水和壤中流,持续而缓慢地与地表水进行相互补充和交换;其余雨水沿地面汇入河网形成地表径流。

在城市发展之前,自然界中雨水处于一种健康的循环状态。但随着城市发展,这种健康的循环状态被打破,集中体现在不透水面积不断增加,雨水循环过程中雨水下渗量急剧下降,蒸发量和地下渗出水量显著减少,而表面排流量即地表径流量大幅增加,同时雨水循环周期明显缩短,呈现出“有水快流”的态势。研究表明,一个自然植被覆盖的林区,几乎没有不透水地面,雨水下渗量、蒸发量和地表径流量分别约占降雨总量的50%、40%、10%;而城市化后的商业区不透水地面的比例高达70%～100%,雨水下渗量和蒸发量迅速下降为降雨总量的5%和20%,而地表径流量则增加至降雨总量的75%(表1)[5]。这直接导致了径流暴涨暴落,一方面暴雨期间河川峰值流量显著增大,雨水资源大量流失,水涝灾害频发;另一方面平时河川流量显著减小,地下水位下降甚至枯竭,河川水质恶化。另外,由于蒸发量减少,还加剧了城市的热岛效应。

表1 土地利用类型对雨水循环体系的影响

从物质流管理的角度出发,重构城市雨水健康循环体系,关键在于改变下垫面种类和径流方式,增加雨水地下渗透量,削减地表径流量,提高雨水利用率,延长雨水循环周期。其核心内容包括:①雨水集蓄利用,对雨水进行收集处理,达到相应水质标准后用于城市生态环境和市政杂用;②雨水渗透,利用下凹绿地、透水型铺装、渗水管渠等技术,增加地面透水性,补给浅层地下水,调节城市气候,防止海水入侵。此外,屋顶绿化能够有效吸纳雨水径流,也可归入雨水渗透范畴;③雨水回灌,通过雨水回灌井、砂石坑等方式,利用雨水补充深层地下水,达到地下水采补平衡,防止地面沉降等;④雨水综合利用,通过综合性的技术措施实现雨水资源的多种目标和功能,这种系统通常较为复杂(图1),可能包括雨水的积蓄利用、渗透、排洪减涝、水景、屋顶绿化甚至太阳能利用等多种子系统。

图1 雨水综合利用系统示例[6]

3 深圳市城区雨水利用规划

3.1 发展策略

基于循环经济理论,笔者提出了重构城市雨水健康循环体系的核心内容,但具体到深圳市,其发展策略的选择还需要结合实际情况进行综合分析。

3.1.1 降雨特性

深圳市多年平均降雨量1837mm,雨量丰沛,但降雨量年内分配不均,其中雨季(4月—9月)降雨量占全年降雨量的85%以上,而旱季(10月—3月)则罕有降雨;降雨量年际变化也较大,根据深圳水库站1961—2004年实测降雨分布来看,最大年降雨量与最小年降雨量相差近3倍。降雨时间分布不均匀,不利于雨水储蓄设施的有效利用,从而提高了雨水储蓄利用的经济成本。同时深圳地属酸雨污染控制区,全市酸雨频率较高,由于下垫面情况较为复杂,全市的径流水质情况也较为复杂,但尚未建立相关监测制度。

3.1.2 流域汇流特性

深圳市主要河流水系中,除龙岗河、坪山河、观澜河外,其余河流都在市域内直接入海。在内陆城市开展雨水利用,都存在一定的弊端,因为上游地区雨水的截流意味着下游地区水资源的减少,而在沿海地区则不存在这一问题。因而,深圳更应该大力开发利用雨水资源。

图2 深圳市地下水埋深分布

3.1.3 水文地质条件

依据GB 50400—2006《建筑与小区雨水利用工程技术规范》的有关规定,选择雨水渗透技术时,土壤渗透系数宜为10-6～10-3m/s,且地下水位距渗透面大于1.0m。根据研究,25℃时深圳市城市绿地表层土壤渗透系数为0.70mm/min,约1.2×10-5m/s[6],深圳市大部分区域地下水埋深大于2.0m(图2),满足雨水渗透的水文地质要求。

3.1.4 土地利用现状

深圳市由于市域面积受限,空间资源极其紧缺,截至2005年底,全市已有建设用地为703km2,剩余可建设用地约200km2。由于空间资源有限,适度的高密度发展是深圳市发展的必由之路,2000年全市平均容积率为 0.94,而1999—2006年,全市规划许可建设用地的平均容积率达2.3,平均建设覆盖率约30%。相对雨水渗透设施,雨水储存设施占用空间较大[7],在深圳市高强度高密度的开发模式下,其利用范围受到一定限制。

综合上述分析,以下凹绿地、透水型铺装、渗水管渠、屋顶绿化为代表的雨水渗透技术投资少、空间资源占用少、适用范围广、环境效应显著,应是城区雨水利用的主要手段;雨水集蓄利用技术受降雨均匀性、空间资源条件、投资运行费用等方面的限制,是城区雨水利用的辅助手段;雨水回灌技术对雨水水质和地下水位要求较高,应审慎对待,未经过充分论证不应建设实施;雨水综合利用技术环境效应最为显著,但它对空间资源条件、运行维护等要求更高,难以全面推广,可提倡在条件成熟的区域使用。因此,深圳市城区雨水利用的发展策略可概括为“雨水渗透为主,集蓄利用为辅,审慎对待雨水回灌,提倡雨水综合利用”。

3.2 规划设想

3.2.1 结合城市密度分区,划定雨水利用分区

相对于降雨、汇流和水文地质条件,深圳市土地利用的空间差异性最大,其中土地开发强度是影响雨水利用技术选取的重要因素。城市密度分区作为开发强度控制的重要手段,可以考虑将作为雨水利用分区的重要依据。依据在编的《深圳市城市总体规划(2009—2020)》密度分区专题研究成果,并结合深圳市降雨、汇流及水文地质条件,将全市划分为4个雨水利用分区,见图3。

雨水利用Ⅰ区:主要为高密度开发的市、区级核心地区。该区域开发强度最大,雨水集蓄利用和综合利用的空间资源条件最差,应重点实施雨水渗透技术,以及空间资源条件要求较低的屋顶绿化技术;对于新建、改建公共开放空间如公园、广场等推广下凹绿地和透水型铺装技术。

雨水利用Ⅱ区:主要为中高密度开发的城市一般地区或生态保护区内的组团中心。该区域开发强度较大,应重点实施雨水渗透技术,包括下凹绿地、透水型铺装和渗水管渠等;屋顶绿化技术成本相对较高,主要在地下水埋深小于1m的区域内推广;部分条件适宜区域,也可考虑进行雨水集蓄利用。

雨水利用Ⅲ区:主要为中低密度开发的城市敏感地区,一般为基本生态保护线以外500至1 000m的范围。该区域空间资源条件较好,应重点实施下凹绿地、透水型铺装和渗水管渠等雨水渗透技术;同时可推广雨水集蓄利用技术,尤其对于地下水埋深小于1m的区域;部分条件适宜区域,提倡进行雨水综合利用。

雨水利用Ⅳ区:主要为不开发或仅有少量低密度开发的城市生态保育区。该区域空间资源条件最为优越,应重点实施环境综合效应最显著的雨水综合利用技术;推广下凹绿地、透水型铺装、渗水管渠、雨水集蓄利用等单项雨水利用技术。

图3 深圳市雨水利用分区

3.2.2 针对土地利用类型,实施分类分级指引

在雨水利用分区的基本框架上,针对不同土地利用类型,实施分类分级的规划设计指引。根据不同的土地利用类型[6],规划设计指引可分为公园、道路、广场、公建、住宅小区、旧村等多种类型,并应综合考虑实施主体、经济成本等因素,进行强制性或推荐性的分级指引,从而体现出规划控制的刚性和弹性。

3.2.3 结合城市更新改造,确定适宜实施时序

雨水利用在项目规划阶段考虑是最经济的做法,而建成后再改造则要追加一定投资。深圳市未来空间拓展将在严格控制增量用地规模的同时,大力推动城市更新改造。因此,在安排全市雨水利用规划的实施时序时,一方面要优先推进新增建设用地的雨水利用,另一方面要结合城市更新改造,在旧工业区升级换代、城中村改造时充分考虑雨水利用的因素[8]。

3.3 建 议

a.强化管理,建立城区雨水利用多部门协作平台。建议成立由有关副市长挂帅、水务、规划、建设、园林等多部门参与的“水务协调领导小组”,统一协调和管理包括城区雨水利用在内的城市水务。

b.法制建设,尽早出台相应雨水利用的条例法规。建立健全雨水利用的相关法律法规,如《深圳市城区雨水利用项目建设管理办法》、《深圳市城区雨水利用设计审查办法》、《深圳市城区雨水利用设计手册》等,将城区雨水利用设施建设纳入建设项目管理体系,依法保障城市雨水利用持续推进。

c.经济支持,提高城区雨水利用的积极性和主动性。政府应运用经济杠杆,通过各种优惠政策和利益机制调动企事业单位的积极性,政府可研究征收于水排放设施费和雨水排放费,对于开展雨水利用的建设项目,除免收污水处理费、水资源费等还可以按其雨水利用规模给予一定的奖励。

d.以点带面,加快实施城区雨水利用示范工程。光明新区作为深圳市低碳城市建设示范区,可先行试点以城区雨水利用为代表的低冲击开发模式,探索深圳市雨水利用模式。

e.加强宣传,全面提高公众节水意识。水务部门具体负责雨水利用的宣传工作,应强调机关、企业、事业单位在雨水利用的带头作用,通过各种媒体在全社会开展雨水利用的宣传,提升公众节水意识。

[1]深圳市规划局,深圳市城市规划设计研究院有限公司.深圳水战略[R].深圳:深圳规划局,2007.

[2]张武强,杜雁,俞露.从城市规划角度研究深圳水问题[J].水资源保护,2007,23(3):92-94.

[3]吴季松.循环经济综论[M].北京:新华出版社,2006:19-23.

[4]李文霆,王合成.循环经济再造“生态城市”新模式[M].北京:中国环境科学出版社,2007:45-46.

[5]LAW P.Stormwater planning:a guidebook for british columbia[R].Columbia:British Columbia Ministry of water,Land and Air Protection,2002:33-34.

[6]史正军,卢瑛,钟晓,等.深圳城市绿地土壤质量状况研究[J].园林科技,2006,25(1):20-24.

[7]车伍,李俊奇.城市雨水利用技术与管理[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:179.

[8]深圳市规划局,深圳市城市规划设计研究院有限公司.深圳市城中村(旧村)改造总体规划纲要[R].深圳:深圳市规划局,2006.

Circular economy and urban rainwater utilization planning of Shenzhen

WEI Jie
(Shenzhen Urban Planning and Research Center,Shenzhen518034,China)

For the rational use of rainwater resources of Shenzhen,the core contents for construction of a healthy recycling system of urban rainwater were determined from the theory of circular economy and material flow analysis and management.According to the actual situation in Shenzhen,a development strategy for urban rainwater utilization is proposed:rainwater infiltration is the primary measure,harvesting is the supplementary measure,recharge is used with caution,and comprehensive utilization is promoted.Planning ideas for rainwater utilization district zoning,a design guide,and the time sequence for construction are provided,and policy suggestions are made.

circular economy;rainwater utilization;material flow analysis;Shenzhen City

X322

B

1004-6933(2010)04-0080-04

10.3969/j.issn.1004-6933.2010.04.021

魏杰(1979—),男,福建三明人,工程师,从事市政专项规划工作。E-mail:weijie97@tsinghua.org.cn

2009-12-01 编辑:高渭文)