统筹推进城市水系统治理方法研究
导 读：城市水系统是水的自然循环和社会循环在城市空间的耦合，具有系统性、复杂性和动态性等特征。梳理城市水系统概念内涵和国内外统筹治水工作进展，凝练新时期城市水系统治理理念。以系统方法解析城市水系统功能结构和内外部关系，从环境、系统、单元、要素和工作举措等多个层面入手，识别城市水系统内外部关联互动关键节点，构建包含系统内外统筹、系统内部统筹、功能单元内外统筹等在内的统筹治水理论方法。结合我国城镇水务重点领域工作，对统筹推进城市水系统治理提出工作建议。
引用本文：龚道孝，郝天，莫罹，等. 统筹推进城市水系统治理方法研究［J］. 给水排水，2022，48（11）：1-8.
01城市水系统概念
1.1 国内外研究和实践进展
随着城市与水互动关系的加深，“城市水系统”或“城市水循环”等以全系统、全要素视角看待城市水问题的概念先后出现。不同于传统的供排水、水环境和水资源的概念范畴，新的概念涵盖了城市与水互动关系的所有要素。国际上在20世纪90年代，就出现了“综合城市水管理”（Integrated Urban Water Management,IUWM）的概念,其中“综合”体现了系统思维，在单一水管理策略难以解决全局性水问题的情况下，提出了全新的城市治水视角。“综合城市水管理”需统筹城市供水、排水、地下水、废水和雨水等多种涉水要素，以及参与城市水循环的各类基础设施和管理机制。在“综合城市水管理”的概念范畴下，各国先后提出了多个系统性解决城市水问题的概念框架，围绕这些概念开展了大量的学术研究和一系列具有成效的实践。美国的最佳管理实践（BMPs）和低影响开发战略（LID），英国的可持续排水系统（SUDS），澳大利亚的水敏感城市（WSUD），新加坡的ABC水计划（ABC）等举措和战略均体现了城市水系统的理念内涵。
我国有关城市水系统的研究和实践可以追溯到更早时期，古代天人合一的“营城理水”思路就蕴含了系统治水的理念内涵，是世界范围内构建城市水系统的早期探索。近年来，国内学者在城市水系统的概念内涵、建设方法等方面开展了大量探索。陈吉宁认为“城市水系统”是城市中与水相关的各个组成部分所构成的水物质流、水设施和水活动，按规划、设计和管理的基础设施分类,城市水系统包括水源系统、给水系统、用水系统、排水系统、回用系统、雨水系统和城市水体。邵益生指出，城市水系统是在一定地域空间内，以城市水资源为主体，以水资源的开发利用和保护为过程，并与自然和社会环境密切相关且随时空变化的动态系统，城市水系统是以水循环为基础、水通量为介质、水设施为载体、水安全为目标、水管理为手段的综合系统。王浩提出了“自然-人工”二元水循环理论，系统建立了水循环及伴生水生态、水化学和水沙过程综合模拟与多维调控技术体系。任南琪基于海绵城市理念提出了可持续生态净化系统的城市水循环4.0理论。张杰提出城市水系统健康循环的内涵是在水的社会循环中遵循水文规律，节制社会循环流量，控制源头污染，水的社会循环不损害水自然循环的规律，实现水资源的可持续利用。
1.2 城市水系统特征和概念
综合国内外城市水系统理论研究和工作实践，城市水系统具有以下核心特征：
①重视协调社会水循环和自然水循环，强化“社会-自然”的二元属性；
②强调资源供给、环境治理、安全保障、生态修复等复合功能价值最大化，而非满足单一功能要求；
③组成范畴涵盖设施、空间等实体要素，以及规划、建设、运维、退出等全生命周期要素，不局限于单项工作或对象，具有综合性、复杂性和动态性特征。
在解析城市水系统核心特征的基础上，结合我国现阶段城市水资源短缺、水环境污染、水安全威胁和水生态退化的现实矛盾，对城市水系统作出如下定义：城市水系统是指水以及为满足城市水资源供给、水环境治理、水生态修复、水安全保障等功能需求的工程性设施以及生态空间，是水的自然循环和社会循环在城市空间的耦合系统。
02新时期城市水系统治理理念
基于我国城市水系统内外部发展形势和特征问题，凝练新时期城市水系统治理理念。
2.1 系统治水
我国涉水基础设施逐步升级，行业服务水平明显提升，但城市水系统还存在质量不高、体系性不强等问题。一是设施和能力建设仍然存在短板。供排水管网建设滞后、老化破损，导致供水管网漏损率偏高和污水资源化程度较低等问题；厂-网-河-湖一体化运维、智慧监管和协调机制等能力建设滞后。二是整体性、系统性不足。城市水系统与山水林田湖生命共同体和城市有机生命体被人为割裂，导致城内城外不协调、灰色绿色基础设施缺少衔接、水系统功能合力未发挥等问题。亟待通过系统治水理念来统筹补短板和体系化工作，解决当前城市水系统问题。
将系统思维应用于城市治水领域，统筹整体推进与重点突破。在整体推进方面，强化系统整体性和关联性，推进城市治水体系化建设，推动基础设施质量提升、效能提档。在重点突破方面，聚焦关键领域、薄弱环节，精准补齐地下管线、污水资源化设施、生态基础设施等方面的设施短板，以及智慧监管、一体化运营、法规制度等方面的能力短板。
2.2 生态治水
城市建设扩张导致城市生态空间被侵占，河道、绿地等具有蓄滞雨洪、气候调节功能生态空间的破坏阻断了水的自然循环，降低了城市韧性，导致城市水资源短缺、内涝频发等问题。生态治水理念的核心是促进社会水循环与自然水循环良性耦合。通过灰绿结合的生态治水理念，强调尊重、顺应和保护自然，坚持人与自然和谐共生，着眼于源头控制，着眼于分散化、循环化、小型化、本地化的建设方式。
贯彻生态治水理念，应强化城市生态基础设施建设。在资源供给方面，保护和修复城市上游水源涵养空间、建设城市污水资源化、雨水收集利用设施、推进节水型城市建设；在安全保障方面，统筹流域防洪和城市排水防涝、拓展雨洪消纳蓄滞空间、提高城市透水地面面积比例；在环境提升方面，坚持“水岸同治，厂网一体”，保持城市湖河水系连通和流动性，加强水生态修复和滨水空间建设。
2.3 全域治水
城市水系统的空间要素和设施要素，在不同尺度有不同的构成（见表1）：
（1）在流域和区域尺度上，水系统包括江河湖泊、森林草原等水源涵养空间以及大型水利工程设施。
（2）在城市尺度上，城市水系统包括过境河流、城市内河、滨水廊道、调蓄绿地等空间以及防洪堤坝、厂（自来水厂、污水处理厂、再生水厂）、网（供水管网、污水管网、雨水管网、再生水管网）、泵（供水泵站、污水泵站、雨水泵站、排涝泵站）等设施。
（3）在治水片区尺度上，城市水系统包括水塘、湿地、景观水体等空间以及市政供排水管网、小区海绵设施等。
（4）在小区尺度上，城市水系统包括二次供水设施、供排水用户终端、节水器具、小区中水回用设施等。
表1 城市水系统的设施、空间在不同尺度上的构成
城市水系统各尺度空间和设施之间相互关联、紧密互动，才能协同发挥系统功能。不同尺度之间的统筹衔接尤为重要，全域治水思路是解决当前城市涉水问题，统筹各尺度设施和空间，构建健康城市水循环的必然路径。
落实全域治水理念，应加强各尺度协同连接。在区域流域尺度上，促进城市有机生命体与自然和谐共生，强化互联互通，推进规划协同、设施共建、服务共享、政策联动。在城市尺度加强城市内部水系、供排水系统和城市外围河湖、湿地有机连接，推动城市水系统建设方式和运营模式转型。治水片区是系统治水的基本单位，在治水片区尺度协同推进城市更新行动等各项城市建设工作，以“四水共治”为主要目标，增强城市韧性。在小区尺度加强源头管控，完善社区配套设施，打通城市建设管理“最后一公里”。
2.4 智慧治水
新时期，大数据、物联网、信息技术、人工智能、新材料、新能源和节能环保等新技术和新方向为城市水系统工作提供了未来的科技发展动力、路径和机遇。将新技术与城市涉水工作相结合，可实现城市水系统信息汇集存储、共享分发、预测预警和决策支持。城市涉水工作精细化监管需求和科学技术进步驱使智慧化成为传统涉水工作转型的必然趋势。
落实智慧治水理念，应推动城市水系统智慧化监管和一体化运营。运用先进的传感测控、通信网络、数据管理、信息处理等技术，完善城市水系统智能互联与在线监测网络，开发城市水循环全过程智能化安全监管技术，开发水质快速监测响应的水系统应急救援技术，结合城市CIM构建城市水系统规划建设管理平台。将智慧治水理念通过新技术新方法融入到城市治水的方方面面。
03城市水系统结构和内外部关系
城市水系统是社会水循环和自然水循环在城市空间耦合形成的复杂系统，具有整体性、动态性、开放性、层次性、复杂性、关联性、等级结构性等特征。城市水系统的结构以及内外部互动关系决定了其功能发挥，因此对城市水系统内外部关系进行解析是统筹治水的前提。
系统观念强调整体与局部、局部与局部、整体与外部环境之间的有机联系, 要注重水系统的整体性和功能要素的协同性，注重水系统的开放性与环境的协调性，处理好城市水系统与外部环境以及内部功能要素的关系是统筹治水的关键。运用系统观念的基本思想方法，把城市水系统作为对象，将系统内外部关系从宏观到微观划分为环境、系统、单元和要素4个层面，研究环境、系统、单元和要素之间的互动关系和变化规律（见图1）。
图1 城市水系统内外部结构示意
①环境指城市水系统的外部环境。城市水系统是自然水循环和社会水循环在城市空间的耦合，因此外部“环境”指，在自然循环所依托的山水林田湖草沙等自然生态环境，以及在社会水循环所服务的包括绿地系统、交通系统、环卫系统、能源系统等在内的城市人居环境。
②系统是指城市水系统。
③单元指城市水系统的功能单元。从功能来看，针对我国现阶段城市水系统的主要矛盾和核心需求，城市水系统主要具备水资源供给、水安全保障、水环境治理和水生态修复四大主体功能，如果把实现每个功能所必须的设施、空间等要素作为一个功能单元来看待，那么城市水系统可以划分为水资源供给功能单元、水环境治理功能单元、水生态修复功能单元和水安全保障功能单元。一级功能单元还可以根据工作类型划分为水源子单元、供水子单元、防洪子单元、排涝子单元、污水子单元和环境子单元等二级子单元。
④要素指维持社会水循环和自然水循环良性耦合、支持水系统主体功能的基础设施和空间。空间和设施要素在不同尺度有不同的构成和表现形式（见表1）。水量和水质通过城市水系统的设施和空间进行传递互动，从而发挥水系统功能。
04基于城市水系统结构的统筹治水方法
基于城市水系统概念内涵、系统内外部关系和治水理念，系统治水理论方法应从系统内外统筹、系统内部统筹和功能单元内外统筹等三个方面开展研究。
4.1 系统内外统筹
城市水系统具有空间功能开放性和环境协调性的特征，人、水、城之间存在复杂交织的互动关系，在宏观层面处理好城市水系统和外部环境的关系，是系统治水的重要环节。基于城市水系统的自然社会耦合特征，城市水系统的外部环境可分为自然生态环境和城市人居环境两个大类（其中，城市人居环境从空间布局上位于自然生态环境内部，从功能上密切依托自然生态环境，因此城市人居环境广义上属于自然生态环境的一部分）。城市水系统与外部环境有着密切的关系，包括水量、水质及能量的交换传递，产生这种关系的设施、空间及活动可以称之为“界面”。处理好城市水系统与城市发展和流域生态环境的关系，要综合考虑水与自然、水与城市、水与人之间关系,发挥和优化界面功能是做好城市水系统外部统筹的核心工作(见图2)。
图2 城市水系统组成示意
4.1.1 统筹城市水系统建设和山水林田湖草生命共同体
在与自然生态环境统筹方面，城市水系统与自然生态环境的接触界面包括水与城市周边的山地、森林、农田、河流湖泊等互动关系。统筹城市水系统建设和山水林田湖草生命共同体，应加强城市生态基础设施体系建设，充分发挥山林的水源涵养功能、河流的水资源输送功能、湖泊的调蓄净化功能以及农田的蓄滞洪功能等界面功能，实现蓝绿空间统筹。
4.1.2 统筹城市水系统建设和城市有机生命体
在与城市人居环境统筹方面，城市水系统与城市人居环境的接触界面包括水与城市内部的绿地、交通、环卫、能源、产业等系统之间的互动关系。统筹城市水系统建设和城市有机生命体，应统筹水系统、园林系统、交通系统、环卫系统、能源系统和产业系统建设，充分发挥绿地系统对初期雨水径流污染削减、雨水径流控制，交通系统中路面竖向设计对雨水排放的影响以及地下空间与市政管廊的协同，能源系统对城市水系统的动力支撑等界面功能（见图3）。
图3 城市水系统外部关系示意
4.2 系统内部统筹
在中观层面做好城市水系统内各功能单元统筹，可有效发挥单元、要素的协同联动作用，最大化城市水系统功能价值。基于城市水系统概念内涵，城市水系统可分为水资源供给、水环境治理、水生态修复和水安全保障四个功能单元，各功能单元交叉互动密切，对各功能单元之间的协同联动关系、运作机制进行解析，确定城市水系统内部统筹路径。
4.2.1 统筹水资源供给和水安全保障单元，全域系统化推进海绵城市建设
在我国城市可利用水资源量较低的大前提下，降雨量时空分布不均和气候变化带来的极端天气影响导致我国城市在水安全保障和水资源供给方面“水多”“水少”问题十分突出。统筹水资源供给和水安全保障应聚焦水量通过各类设施的调配利用，尤其应聚焦雨水的问题，以缓解城市内涝为重点，推动源头减排和回用设施建设，统筹资源利用和防灾减灾工作，以全域治水、系统治水和生态治水理念为导向，建设“自然积存、自然渗透、自然净化”的海绵城市（见图4）。
图4 城市水系统功能单元与要素间关系示意
4.2.2 统筹水环境治理和水资源供给单元，强化城市节水和污水资源化工作
水环境治理和水资源供给单元之间在水量和水质交换传递上有显著的协同效应。在水量方面，源头水资源节约设施和管理手段可有效减少污废水的产生和处理量，水环境治理中污水资源化设施和管理手段可有效提高城市可利用水资源量，从“节流”和“开源”两个方面构建水的良性循环。在水质方面，城市节水可有效减少污染物排放、提高污水处理厂进水浓度，提高水环境治理效能。统筹水资源供给和水环境治理应聚焦资源循环利用，以节水治污协同为工作重点，推进城市节水和污水资源化工作。
4.2.3 统筹水安全保障和水环境治理单元，推进污水提质增效工作
水环境治理和水安全保障单元在设施和空间两个方面均有密切的互动关系。在设施方面，水环境治理所依托的污水处理设施与水安全保障所依托的防洪排涝设施在排水管网方面存在交集。污水管网和处理设施构成的污水处理系统可保障污水有效收集并处理，降低城市水环境污染负荷，提高水环境质量；雨水管网、源头减排设施和排涝渠道构成的排涝系统可保障雨水顺利排泄，降低初期径流污染，保障城市水安全。在空间方面，城市河道既是水环境的空间载体，又是水安全保障中洪涝调蓄和径流排泄的主要通道。统筹水环境治理和水安全保障应聚焦排水管网建设和河道空间保护拓展，推动污水提质增效工作，实现“源、厂、网、河、湖”一体化运行管理，推进污水提质增效工作。
4.2.4 统筹水生态修复和其他功能单元，构建连续完整的生态基础设施
水生态修复和其他功能单元的互动关系主要体现在水质、水量的空间传递。城市内河湖等水体是水系统的核心承载空间，四个核心功能单元均依托空间为活动、治理和效果呈现载体，具有很强的空间协同耦合的关系。在水质方面，水环境治理带来的水质提升是改善提升水生态状况的前提条件，水生态修复带来的水体自净能力提升和雨洪调蓄空间拓展，是水环境改善、水资源供给能力、提高应对极端降雨和干旱气候的水量调节能力的有效手段。
统筹水生态修复和水系统其他功能单元，应聚焦具有生态功能的设施和空间，保护和修复城市水系廊道、河湖湿地，拓展和保护城市蓝绿空间，发挥河湖的自然生态功能，完善城市结构性绿地布局，保护城市生物多样性，构建连续完整的生态基础设施系统，见图5。
图5 城市水系统功能单元统筹关系示意
4.3 功能单元内外统筹
在微观层面，各功能单元通过设施和空间要素实现水量、水质的内外部传输连通。强化各功能单元内外的统筹、衔接，是高效推动各项城市治水工作的重点。
4.3.1 水资源供给单元——统筹水源涵养和供水用水
在水资源供给功能单元，水通过设施实现从城外到城内、从水源到用户的空间传输，并在供水用水过程中发生水量配置和水质变化。实现水资源供给功能，要强化单元内外部的衔接，从促进城市水资源可持续利用的战略高度出发，统筹区域流域水源保护和城市供水用水。在水源方面，应统筹城市周边林地、湿地等水源涵养空间的保护和修复，提高城市水资源涵养蓄积能力，推动城市饮用水水源地保护和应急备用水源建设，保障城市供水水量充沛和水质安全。在城市供水用水方面，应构建安全可靠的城市多水源配置格局，将再生水、雨水、淡化海水等非常规水源纳入城市水资源统一配置，推进城市节水，提高城市用水效率。
4.3.2 水环境治理单元——统筹水环境提升和污水收集处理
在水环境治理功能单元，污水处理设施和水体互为“源”和“汇”，水通过设施净化后从社会水循环返回自然水循环。实现水环境治理功能，要强化空间和设施的衔接，统筹环境提升和污水处理，畅通水循环净化环节。在空间方面，恢复和保持城市及周边河湖水系的自然连通和流动性，增强水体的自净能力，推动再生水回补河道。在设施方面，统筹污水收集、处理、再生回用设施建设，推行“厂网一体，水岸同治”的水环境治理模式，提高城市生活污水收集处理系统效能和污水资源化水平。
4.3.3 水安全保障单元——统筹城市防洪和内涝治理
在水安全保障功能单元，自然水循环中的降雨径流，通过设施和空间被重塑、转化，实现有组织的蓄滞、净化和排放。实现水安全保障功能，在空间和水量上应侧重“城内和城外”、 “大水和小水”的衔接，坚持防御外洪与治理内涝并重、生态措施与工程措施并举。在空间和布局方面，扩展城市及周边河湖水系、湿地、绿地等雨洪消纳蓄滞空间，提高城市透水铺装比例，增强城市调蓄、吸纳雨水的能力；优化城市竖向设计，做好自然地形地貌和建筑、道路、绿地、景观水体的标高衔接，为雨水有组织排放创造条件。在设施方面，统筹排水管网、雨水泵站、排涝通道和雨水源头减排工程建设。
4.3.4 水生态修复单元——统筹生态修复和人居环境
在水生态修复功能单元，水通过工程和管理举措，恢复或趋近于自然状态，实现自然和社会水循环良性耦合，降低人类活动对水生态影响。实现水生态修复功能，要围绕人与自然和谐共生目标，统筹生态修复和人居环境构建。将城市水生态作为山水林田湖草沙生命共同体的重要组成部分，串联整合河湖水系、坑塘湿地、园林绿地、滨水区域等城市蓝绿空间，使城市内部的水生态空间与城市外围的山水林田湖草有机连接，维护生态过程。改造渠化河道，恢复自然岸线、滩涂和滨水植被群落，采取生物措施与工程措施相结合，建设滨水空间，开展生境营建，形成水清岸绿、鱼翔浅底的高品质城市滨水空间。
05工作建议
城市水系统是城市重要组成部分,坚持统筹推进城市科学治水，就是要遵循水的自然和社会循环规律，满足城市水资源供给、水安全保障、水环境治理、水生态修复等功能需求，统筹处理环境、系统、功能单元和要素的关系。在工作层面，将城市水系统内外部统筹理论付诸实践，需要摒弃“条块分割”“碎片化”管理方式，落实系统思想和“全周期管理”理念，统筹城市水系统各项工作举措。从对象、时间和主体三个维度强化工作举措统筹。
5.1 设施和空间统筹——“源、厂、网、泵、河湖”一体化运营
水量、水质通过设施和空间进行迁移、传送、交换，实现水系统功能。因此设施和空间是城市水系统治理的主要工作对象，对设施和空间的建设、更新和完善是决定城市水系统功能能否有效发挥的关键。统筹设施和空间要素，需进一步强化“源、厂、网、泵、河湖”一体化运营，将城市涉水的设施和空间进行统一布局、统一建设、统一管理，以系统性和整体性思维构建城市水系统，提升基础设施和生态空间的在水资源、水环境、水安全和水生态领域综合效能。
5.2 全生命周期统筹——“规、建、管”一体化推进
城市水系统是开放发展、动态成长的有机生命体，在城市水系统治理中引入时间维度和全生命周期理念，将其作为城市水系统管理的方向指引，遵循内在规律，把握整体性和周期性。要统筹城市水系统前期监测预警、中期处置应对到后期复盘反馈，摒弃 “重建轻管”，统筹城市水系统规划设计、建设施工、运营维护、更新改造和退出等工作环节。构建城市水系统全周期闭环管理政策体系，做好城市水系统顶层设计，在融合多源涉水信息基础上，建立完善工作机制,保障各环节运转顺畅，深度协同，实现城市水系统全生命周期管理。
5.3 管理制度协同——“人、财、制度、方法”一体化保障
管理职能条块分割、制度协调不足、精细化程度不够等问题一直是困扰城市水系统建设的重要难题。需要在法律法规层面，强化涉水法律体系的建立完善，为城市水系统工作提供法律依据。在管理制度层面，强化各项工作协同。在管理机构方面，摒弃“碎片化”管理方式，运用发展、全面、系统的思维推动部门协同。完善标准规范体系和价格财税体制，为城市水系统建设提供技术支撑和资金保障，见图6。
图6 统筹城市治水工作举措关系示意
