雄安新区新型城市水系统构建的模式和标准研究

基于新型城市水系统的双循环模式，从维持健康自然水循环、发挥城市水系统各项社会功能两个层面，水资源、水环境、水生态和水安全4个维度，研究提出了“四水统筹、人水和谐”的新型城市水系统建设标准（控制指标），包括城市水系统构建标准、城市水设施建设标准和韧性城市水系统构建标准3项；以落实新发展理念引领雄安新区城市水系统高标准的规划建设。

基于认识的深入和理念的变革，不同的城市水系统构建模式被提出，也将带来解决问题的整体思路、总体目标以及规划建设方案策略的变革。建设标准（控制目标指标体系）是城市建设理念与发展战略的具体体现，发展目标的量化也是引导规划设计建设运行的重要抓手。围绕着如何落实新时代高质量发展的要求，落实“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”的新区建设理念，破解新区面临的多重水约束、构建安全韧性的水系统，研究提出了新区城市水系统建设的模式和标准，以期引导新区城市水系统实现健康良性循环。

01 新型城市水系统构建模式的提出

雄安新区城市水系统的建设面临着多重水约束：水资源短缺、城市供水主要依赖外调水；地势低洼、洪涝风险突出；入淀河流水质长期处于劣Ⅴ类，下游白洋淀生态系统退化严重；同时随着人类活动对自然影响日益深刻，新区未来发展还面临着气候变化、急性冲击等诸多不确定影响因素，这些都对城市水系统的构建提出了更高的要求和新的挑战。

基于城市水系统最新理念和国内外案例借鉴，在充分认识城市供排水系统性及维持自然水循环重要意义的基础上，课题打破了传统供水与排水专业分割、工程主导的模式（见图1），深化和拓展了自然循环与社会循环耦合形成城市水系统的理念雏形（见图2和图3），构建了双循环结构的新型城市水系统模式，即城市水系统是自然水循环和社会水循环耦合的复杂系统（见图4和图5），前者以“降水-入渗-产汇流（径流）-蒸发（运移）”为基本过程，后者以“取水-供水-用水-排水”为主要过程；城市水系统是由多要素组成的、有序排列的有机整体。

对比不同城市水系统的模式图，雄安新区新型城市水系统模式具有以下特点：

（1）系统具有自然水循环和社会水循双循环结构。

（2）自然水循环过程涉及流域范围，社会水循环涉及城市范围，两个水循环过程在不同空间尺度上通过各种要素各种过程相互联系和衔接，既体现在流域、城市层面，也包括片区和地块层面；

（3）组成要素既包括灰色设施，也包括绿色设施，并由两层级结构（见图3）拓展到三个层级（见图5）；

（4）除水资源、水环境两个维度外，还增加了水安全和水生态维度的考量。

02 城市水系统的总体目标及优化调控路径

结合雄安新区城市发展的定位和总体目标，从城市水系统双循环模式的视角梳理新区城市水系统的总体目标：其总体目标是实现高品质饮用水供应、高质量水环境维系、高标准水设施建设、高韧性弹性的水系统构建。

基于系统新模式，通过对系统全要素、全过程的调控来实现城市水系统的总体目标，调控对象为灰绿相结合的基础设施体系，既包括传统的工程设施，也包括具有一定复合功能的蓝绿空间。优化调控的思路与途径主要包括（见图4）：

（1）落实节水优先的理念，降低社会水循环的通量；

（2）通过强化污水再生利用和雨水资源化利用等子过程，优化系统的循环模式，促进资源的多级利用；

（3）对各要素各过程的控制，从而提高系统的整体运行效率，降低资源能源消耗。

03 城市水系统的空间布局模式

基于水资源、水环境、水安全、水生态多维度目标，同时兼顾到规模效应对技术经济性、运行管理及可操作性等的影响，结合起步区地势平坦、组团式的城市空间布局，对起步区采用分散或分布式的、多层次循环的、功能复合的空间布局模式进行了深入的探讨。

3.1 模式评估的技术流程及方法

课题建立了模式评估的技术流程及综合评估方法以实现对不同模式方案的优选。

首先，基于国内外城市水系统的实践探索，结合起步区的现有条件和布局特点，针对性提出了系统及子系统推荐的多种布局模式（情景）方案（见图6）；其次，城市水系统的不同模式将带来水和其他特征物质的不同分布特征及循环状态，划分子系统边界，并应用各专业模型对供水、雨水、污水、水系湿地子系统分别建模并相互关联，对各过程进行水量水质等特征参数的模拟；第三，为满足城市水系统自身复杂性及可持续性的要求，亟需在传统技术经济性评估的基础上，建立包括资源-环境-安全-社会/管理-经济-技术等六维度定量与定性相结合的评估指标体系（见表1），通过综合评估选出最优方案。系统模式优化是下一步确定目标、耦合过程、系统优化形成雄安方案的基础。

3.2 子系统布局模式

3.2.1 供水子系统

起步区供水子系统采用区块化的环网布局模式（见图7），将整个区域逐级分区，各区相对独立供水；将主干管或干管与支管的功能分离，主干管连接水源水厂和各区，保持各区之间的联络；支管承担配水功能。

3.2.2 污水处理及再生回用子系统

起步区污水及再生回用子系统的目标是实现城市污水的全收集全处理全回用，并采用完全的雨污分流制。考虑到污水及再生水厂的合理分区和分散布局，有利于再生水的回用，提高系统整体的灵活性和弹性，更好地适应新区的人口增长，推荐采用分区循环式的空间布局模式。

3.2.3 雨水子系统

雨水子系统综合管理的目标是，在基本维持开发前后水文条件不变的基础上，同步实现雨水集蓄利用、径流污染控制与峰值削减等目标。

子系统实现对不同重现期降雨有组织地控制和安全排除；建设雨洪应急管理平台，实现雨情预警、在线监控及应急调度等功能（见图8）。

3.2.3.1 源头LID设施的布局模式

依据片区/地块和道路的雨水收集处理、利用方式的不同，选择：模式①地块与道路均分散收集处理后就地利用、模式②地块分散收集处理后就地利用，道路分散收集、集中处理后利用；这两种均为分散控制的类型。不同建设区域在选取雨水LID设施时，应因地制宜，根据地块和道路的现实条件进行选取，并灵活应用渗透和集蓄措施，宜渗则渗，宜用则用。

3.2.3.2 雨水管渠及水系排涝空间的布局模式

起步区地势北高南低、地形平坦，南北向坡度略大于东西向。河道水系以北南向水系为主、东西向水系为辅。竖向设计对于平原地区的城市排水至关重要。结合组团式用地布局设置划分排水分区，采用“中间高、两边低”的龟背式竖向设计；雨水主干管沿东西方向布局，就近排入北南方向河道水系，形成“鱼骨式”布局。设置一定的调蓄空间及南部蓝绿空间（利用原有的大溵古淀）有效降低城市整体洪涝风险，并调蓄利用雨水资源。

起步区防涝设计校核标准为100年一遇，排涝空间的计算需统筹考虑本地涝水和上游汇流范围排涝的需要，以及大清河北支、南支洪水的威胁。通过内涝模拟分析，构建起步区纵横交织、主次分级的水系通道实现雨水调蓄、景观补水及安全排放等功能，并按其功能定位分为流域排涝通道、城市排涝通道、景观配水通道三大类，东西向水系，以连接南北向水系、配水功能为主，兼顾景观功能。

统筹水系与用地竖向、排水管网、调蓄空间等共同构建灰绿结合的起步区排水防涝体系；在线实时监测白洋淀水位，适时抽排城市内部涝水，最终形成“北截、中疏、南蓄、适排”的排水防涝格局。

3.2.4 水系湿地生态空间

在水生态安全评价和水生态敏感区识别的基础上，构建“一屏、一淀、三区、多廊、多点”的流域水生态安全格局，并提出空间管控措施及水生态修复策略。构建集调蓄、净化、回用、景观功能为一体、分级智能调控水质-水位-水量的城市循环水系。

04 城市水系统构建标准

基于维持良性自然水循环的目标，提出了水资源、水环境、水生态和水安全4个维度的城市水系统构建的总体目标：

①以水资源承载能力为刚性约束，促进流域水资源的可持续利用；

②以水环境承受能力为刚性约束，推动流域水环境质量的持续改善；

③以排水安全为前提，践行海绵城市理念，尽量降低城市开发对流域自然水文循环的影响；

④以水生态健康为底线，维护流域水生态安全格局结构与功能的完整性，促进流域生态系统的修复（见表2）。

单一维度目标的优化不能满足系统的整体优化，后者应建立在四维度目标化的基础之上。

在实现健康自然水循环的基础上，城市水系统具有社会属性，从社会水循环发挥功能的角度出发，对高品质饮用水、高质量水环境、高标准水设施、高韧性弹性的课题目标进行分解，提出新区城市水设施建设标准（见表3）和韧性城市水系统构建标准（见表4）两项标准，前者从城市水资源供给、水环境治理、有效应对洪涝及水生态产品供给4个维度的服务范围、服务水平及效率、资源环境效益、安全性及技术经济性等方面确定总体目标,以充分体现公共服务全覆盖、绿色低碳、资源节约、环境友好等发展理念；后者旨在从新区更长远的可持续发展出发，针对长期气候变化和急性冲击影响，提出高韧性高弹性城市水系统构建的总体目标，有别于传统意义的安全内涵。

表2 雄安新区城市水系统构建指标标准

表4 雄安新区韧性城市水系统构建标准

城市水系统韧性评价一般有定性评价、定量评价和两者相结合的方法。定性评估基于利益相关者对城市水系统的观察和实践经验的总结，描述指标可能达到的等级状态，这一方法有利于快速评估某一地区城市水系统安全保障能力，具有较强的实用性；为确保指标具有整体性和广泛性，设定指标具有相同的权重。

结合新区城市水系统规划及建设现状，基于文献调研、专家评分、与利益相关者讨论等方式，利用上述指标体系，对新区城市水系统进行安全韧性评估，每个指标按“高、较高、中等、较低、低”的5个评价等级评分，生成雷达图（见图9）。

05 结论

在新时代高质量发展战略和治水思路的指导下，结合雄安新区多重水约束条件和发展目标定位，课题沿着理念-模式-目标-技术方案-机制政策的逻辑路径，借鉴国内外研究和实践，首先探索提出了“节水优先、灰绿结合”的双循环新型城市水系统模式以及系统优化调控的路径，基于新区城市水系统的双循环结构模式、发展定位及总体目标，从水资源、水环境、水安全和水生态四维度构建了新区城市水系统构建标准和城市水设施的建设标准，为应对长期气候变化和急性冲击风险提出了韧性城市水系统的构建标准。

其次，提出了子系统或过程模式优化的技术流程，构建了资源-环境-安全-经济-社会管理-技术六维度的综合评估指标体系；进而结合起步区空间布局和用地竖向，对供水、污水及再生回用、雨水综合管理、水系湿地等子系统的空间布局模式进行了模型模拟和综合评估，提出了分区分散/分布式的空间布局模式优化方案。