雨水資源生態(tài)價值市場化的實踐與思考
——長沙“雨水交易”案例

張鵬宇，秦 瑩，萬 云，孫 柏，朱曙光,5,*

(1.安徽建筑大學，安徽省綠色建筑先進技術(shù)研究院，安徽合肥 230601；2.安徽建筑大學，水污染控制與廢水資源化安徽省重點實驗室，安徽合肥 230601；3.安徽建筑大學環(huán)境與能源工程學院，安徽合肥 230601；4.安徽建筑大學機械與電氣工程學院，安徽合肥 230601；5.安徽建筑大學節(jié)能研究院，安徽合肥 230022)

雨水是水循環(huán)中必不可少的一部分，具有獨特的生態(tài)價值、自然價值，例如對生態(tài)環(huán)境淡水資源的補充、可作為動植物賴以生存的資源，對人類活動產(chǎn)生了重要影響。同時，人類也逐漸重視雨水的功能價值，將雨水收集并利用。雨水資源的開發(fā)與利用是解決水資源短缺、洪澇災害頻發(fā)、降雨徑流污染等問題的重要途徑，也是我國生態(tài)文明建設的重要舉措。我國雨水資源分布與利用情況區(qū)域性差異較大，總體而言雨水利用潛力巨大[1-2]。海綿城市建設與雨水利用密不可分，近年來，我國海綿城市的建設成效顯著，從雨水的“滲、滯、蓄、凈、用、排”等方面系統(tǒng)施策，推動了城市的生態(tài)可持續(xù)性發(fā)展[3-4]。在海綿城市常態(tài)化建設中，監(jiān)督考核機制和市場機制不完善，通常重視雨水的“滲、滯、蓄、凈”，但對“用、排”相關(guān)的研究實踐較少，導致雨水收集和儲存項目較多，而收集的雨水資源長期處于休眠狀態(tài)，甚至水質(zhì)惡化造成二次污染。因此，雨水資源的開發(fā)與利用仍存在許多問題。

雨水生態(tài)價值的不全面與解決雨水開發(fā)利用中的問題存在矛盾，不能滿足人們的需求，因此，人們對雨水又賦予經(jīng)濟價值。2020年12月，湖南雨創(chuàng)環(huán)保工程有限公司以0.7元/m3的價格收購湖南高新物業(yè)有限公司收集的4 000 m3/a雨水蓄水資源的5年使用權(quán)，雨水處理后以3.85元/m3(低于當?shù)刈詠硭畠r的20%)的價格將這4 000 m3/a雨水蓄水資源的5年使用權(quán)出售給長沙高新區(qū)市政園林環(huán)衛(wèi)有限公司。這是我國首宗“雨水交易”，對于推進雨水資源利用、雨水資源生態(tài)價值的市場化實踐和進一步激活海綿城市的建設有著重要的借鑒意義。

1 雨水系統(tǒng)分析

雨水收集回用系統(tǒng)通常由收集、儲存、處理、回用等組成。通常綠地雨水通過下滲能夠有效補充地下水資源。本文重點分析屋面雨水和道路廣場雨水的收集回用系統(tǒng)。

1.1 屋面雨水收集回用系統(tǒng)

通常，建筑屋面面積占城市不透水面積的40%～50%，其收納雨水污染程度相對較小，是優(yōu)質(zhì)的雨水資源。常規(guī)的屋面雨水排水系統(tǒng)中，虹吸式雨水排水系統(tǒng)因具有排水高效、節(jié)能清潔等特點，得到了廣泛應用，其由頂蓋、格柵、擴容進水室、整流罩、短管等部分組成[5-7]?？紤]到初雨污染，可以對初雨進行截留至組合式初雨調(diào)蓄池，進行收集處理[8]。當截留水量達到設計水位時截留管停止進水，雨水進入蓄水模塊，降雨結(jié)束后初雨調(diào)蓄池中雨水流入雨水組合式過濾器等初雨處理裝置進行處理，初雨處理后流入蓄水模塊。傳統(tǒng)的蓄水模塊為鋼筋混凝土澆筑，也可采用優(yōu)點明顯的高品質(zhì)再生PP聚丙烯蓄水模塊[9]。在進行雨水蓄水模塊設計時應設置檢查口、溢流排水措施等，還應考慮雨水蒸發(fā)損失、當?shù)亟涤曩Y料、管網(wǎng)建設等相關(guān)因素。經(jīng)過蓄水模塊儲存之后要對雨水進行凈化處理，之后雨水進入到獨立設置的雨水回用系統(tǒng)，雨水回用系統(tǒng)包含水箱、管網(wǎng)、泵站、水表等組成部分，還可以根據(jù)回用系統(tǒng)的不同設置，如灑水栓等配件。

1.2 道路廣場雨水收集回用系統(tǒng)

城市的道路和廣場約占城市面積的10%～40%，且易產(chǎn)生徑流。通常道路與廣場的雨水通過市政管網(wǎng)流向污水處理廠進行處理，對道路和廣場的雨水進行收集有利于減輕市政管網(wǎng)和污水處理廠的壓力。道路和廣場的雨水收集采用雨水口加管道的方式。在雨水口設置雨水蓖過濾，雨水口下部設置截污掛籃，截留較大雜質(zhì)[10]。參考《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50400—2016)[11]，道路廣場等硬化地面的初雨可以選擇滲透棄流井進行棄流，也可設置組合式初雨調(diào)蓄池和雨水組合式過濾器進行處理。處理后的初雨及截留管停止工作后的雨水經(jīng)過雨水過濾器過濾，然后流向蓄水模塊。儲蓄的雨水經(jīng)過凈化處理水質(zhì)達標后進入回用系統(tǒng)。蓄水模塊和回用系統(tǒng)的設計可參考屋面雨水收集利用系統(tǒng)。

實際工程中，道路廣場雨水處理通常與低影響開發(fā)理念(LID)結(jié)合。如合肥市某國際小鎮(zhèn)海綿城市建設規(guī)劃中采用雨水花園、植草溝、海綿道路等措施處理雨水，并通過雨水管網(wǎng)、清潔雨水管網(wǎng)等雨水分流路徑減少城市徑流外排、減輕面源污染，滿足年徑流總量控制率和年SS去除率的控制，并實現(xiàn)區(qū)域水資源平衡。

2 雨水生態(tài)價值市場化路徑分析

2.1 水權(quán)交易

水權(quán)是指水的所有權(quán)以及從所有權(quán)中分設出來的用益權(quán)，是水資源權(quán)利的集合。我國法律規(guī)定水資源的所有權(quán)歸國家所有，而單位和個人可以合法占有、使用和收益。依法取得取水權(quán)的單位和個人經(jīng)過批準可以轉(zhuǎn)讓其節(jié)約的水資源。水權(quán)交易是水資源的有償轉(zhuǎn)讓，是通過市場重新分配水資源的有效方式之一，也是可持續(xù)水資源管理的原則之一；而明晰水權(quán)又是水權(quán)市場建設的必備條件之一[12-15]。

雨水作為一種特殊的水資源，我國現(xiàn)有的法律對其水權(quán)并沒有明確的劃分，也沒有將其納入取水許可管理體系中，因此，許多專家學者認為應根據(jù)雨水的形態(tài)不同、利用階段不同來具體分析[16]。雨水屬于自然資源，所有權(quán)歸國家所有，但物權(quán)人(案例中湖南高新物業(yè)有限公司)通過投入人力、財力將雨水收集，那么物權(quán)人將享有集蓄雨水的占有權(quán)、使用權(quán)和收益權(quán)。物權(quán)人又將集蓄的雨水在中國水權(quán)交易所上出售給湖南雨創(chuàng)環(huán)保工程有限公司，雨創(chuàng)公司將雨水處理后出售給長沙高新區(qū)市政園林環(huán)衛(wèi)有限公司。長沙高新區(qū)市政園林環(huán)衛(wèi)有限公司通過消費的手段依法享有雨水的占有權(quán)、使用權(quán)和收益權(quán)。

目前，我國水權(quán)交易市場并不活躍，自中國水權(quán)交易所成立一共交易不到1 000例，平均交易水量為5.8億m3，不到全國年用水量的1/1 000[17]。長沙雨水交易給其他領(lǐng)域交易樹立了樣板，促進水權(quán)、碳排放權(quán)等多領(lǐng)域交易。當前，合肥市為加快對水權(quán)交易的探索，建立水權(quán)交易試點區(qū)、制定一系列改革措施實施方案，在方案指導下安徽巢湖半湯溫泉養(yǎng)生度假區(qū)在中國水權(quán)交易所以1元/m3的價格將富余的2萬m3地熱水出售給安徽省半湯溫泉療養(yǎng)院，交易期限為7個月。這是安徽省首單地熱水水權(quán)交易，也是安徽省對水權(quán)交易的有益探索。

2.2 綠色金融

引入市場是水權(quán)資產(chǎn)化、資本化的必由之路[18]。將金融行業(yè)引入水資源領(lǐng)域打造綠色金融有利于推進水權(quán)交易的標準化、現(xiàn)代化。在政府投入的基礎(chǔ)上吸引社會資本，打造多元化、健康化綠色金融體系[19]，有效刺激市場推進水權(quán)交易。綠色金融通過足夠的資金支持和靈活的資源配置成為水資源資產(chǎn)化的重要推動力。對水資源的綠色金融研究國外已有先例，美國、澳大利亞等國家將水資源賦予金融屬性，用來作為抵押、貸款的金融工具，促進水權(quán)交易的發(fā)展[20]。以長沙雨水交易為契機，可選擇長沙等試點城市，構(gòu)建完善的市場機制。金融機構(gòu)通過對雨水價值測算、評估，使雨水通過水資源基金、水資源股票、水資源銀行、水資源期權(quán)等金融模式加入市場，拓寬雨水資源交易渠道，吸引資金投入，推動雨水資源生態(tài)價值的市場化。

3 雨水資源應用分析

城市雨水資源化應用中，因初期雨水中氨氮、SS、COD、TP等指標污染超標，需要進行有效治理。經(jīng)處理達標后作為中水，可應用于城市雜用水和大用戶中水。

3.1 城市雜用水

城市園林綠化一方面美化了城市環(huán)境，提升了城市的品位，另一方面養(yǎng)護所需要的水資源缺口大且資源浪費嚴重。針對這一問題，國內(nèi)外學者對城市園林綠化中水資源利用展開了系統(tǒng)研究[21-22]。將雨水資源應用于城市園林綠化，拓寬了綠化節(jié)水用水新思路。截至2020年，長沙市園林綠地面積為169.78 km2，根據(jù)《室外給水設計規(guī)范》(GB 50013—2018)[23]：澆灑綠地用水可根據(jù)澆灑面積按照1.0 L/(m2·d)計算。如按雨水資源替代城市雜用水的10%計算，長沙市用于園林綠化的雨水可達1.697 8萬m3/d。

同樣在市政道路環(huán)衛(wèi)用水實踐中，根據(jù)數(shù)據(jù)：長沙市道路清掃用水費用定額為23.74元/km，且5 t承載標準的灑水車消耗的水費占其每公里運行成本的30.8%，水資源浪費嚴重，政府財政負擔沉重[24]。截至2020年，長沙市道路清掃面積為84.61 km2，根據(jù)《室外給水設計規(guī)范》(GB 50013—2018)[23]，澆灑道路用水可根據(jù)澆灑面積按照2.0～3.0 L/(m2·d)計算，取2.0 L/(m2·d)。如按雨水資源替代城市雜用水10%計算，則長沙市用于道路清掃的雨水達16.922萬m3/d。

在雨水資源用于城市雜用水實踐中，不僅可以用于道路清掃、園林綠化，還可用于住宅小區(qū)內(nèi)廁所沖洗、洗車等。截至2020年，長沙市市區(qū)人口約為598萬人，取居民綜合用水定額為210 L/(人·d)，生活雜用水約占居民綜合用水的10%，城市生活雜用水量為125.58 萬m3/d，如10%雜用水采用雨水則用水量達12.558萬m3/d。

綜上，長沙市園林綠化、道路清掃和生活雜用水中雨水用量達到31.177 8萬m3/d，如這部分雨水來自雨水交易，則可節(jié)約費用為30萬元/d。

據(jù)調(diào)研，許多城市規(guī)劃雨水代替部分雜用水，如以長沙雨水交易為模板推廣雨水交易則能給城市減輕部分財政負擔，安徽省各市雨水用于城市雜用水可節(jié)約成本調(diào)研如表1所示。

表1 安徽省雨水回用于城市雜用水可節(jié)約成本Tab.1 Savable Costs of Rainwater Reuse for Urban Municiple Water in Anhui Province

3.2 中水大用戶

3.2.1 高等學校用水

隨著我國教育水平的不斷發(fā)展，高校數(shù)量和規(guī)模不斷增長。據(jù)調(diào)查，全國大學生人均水耗是全國居民人均水耗的2倍[25]，2020年中南大學年用水423.52萬m3，湖南師范大學年用水357.83萬m3，位列長沙市用水大戶前2名。高校是典型的用水大戶，高校節(jié)水越來越受到廣泛關(guān)注。2020年全國水利工作會議提出要建設節(jié)水型高校，調(diào)動社會資本和專業(yè)技術(shù)來參與節(jié)水[26]。在推進節(jié)水型高校的實踐研究中，日本高校在大型建筑物地下建設雨水儲蓄池，將收集的雨水用于校園綠化，實現(xiàn)了節(jié)約水資源[27]的目標。麻省理工學院將雨水收集處理后用于沖廁和綠化用水，有效控制非點源污染并利用雨水資源[28]。墨西哥蒙特雷科技大學將屋頂和停車場收集的雨水處理后利用，經(jīng)濟效益顯著，投資回收期為6年，凈現(xiàn)值為50 483.2美元，內(nèi)部收益率為4.6%，投資收益比為1.7[29]。我國高校節(jié)水一般是通過節(jié)水器具、排查漏損管網(wǎng)和中水利用來推進節(jié)水型校園發(fā)展，中南大學通過漏點修復每年可節(jié)約水量約60萬m3。湖南工業(yè)大學以總標1 760萬元的價格招標其6年的節(jié)水管理。針對雨水資源的利用，我國高校大多用于景觀用水，用雨水來替代中水和自來水用于高校沖廁、綠化等方面的研究較少[30-31]。因此，雨水應用于高校，潛力巨大。

3.2.2 工業(yè)用水

在我國工業(yè)高速發(fā)展的過程中，對水資源的需求也不斷增大。據(jù)2020年度《中國水資源公報》數(shù)據(jù)：2020年我國工業(yè)用水達到1 030.4億m3，占用水總量的17.7%，長沙市工業(yè)用水達到7.59億m3，占其用水總量24.1%。如何節(jié)約工業(yè)用水、提高工業(yè)用水效率成為國內(nèi)外學者研究熱點話題。Fl?erke等[32]通過對工廠未處理的廢水進行模型模擬，推算出工廠的所需水量、冷卻水量等數(shù)據(jù)。Morales等[33]則對工業(yè)用水效率進行了系統(tǒng)研究。我國在提高工業(yè)用水效率、提高用水重復率等進行了大量的實踐研究。在鋼鐵行業(yè)中，其冷卻循環(huán)水占工業(yè)用水的85%[34]。雨水作為冷卻循環(huán)水的重要水源，能夠形成巨大的經(jīng)濟效益。石油化工行業(yè)是傳統(tǒng)的高耗水行業(yè)。部分石化企業(yè)采用海水和中水作為循環(huán)系統(tǒng)補水和制取化學水，其對設備要求高且處理成本較高[35]。在雨水資源豐富地區(qū)，雨水可以作為優(yōu)質(zhì)的循環(huán)補水，從而能有效降低經(jīng)濟成本。

3.2.3 高速公路服務區(qū)用水

根據(jù)《2020年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，我國高速公路已達16.10萬km，位居世界第一。高速公路服務區(qū)也是高速公路的重要組成部分。一方面，高速服務區(qū)離城市較遠，市政供水成本較高，部分服務區(qū)選擇地下水作水源；另一方面，服務區(qū)車輛加水、洗車、綠化、沖廁等也消耗大量的水資源[36]，據(jù)統(tǒng)計，每座高速公路服務站年用水量達幾十萬m3。因此，雨水可作為高速公路用水的重要組成部分，有效降低供水需求。

4 雨水交易效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

從長沙案例來看，參與雨水交易的三方都獲得了經(jīng)濟收益。湖南高新物業(yè)通過較低投資將雨水收集然后出售，一定時間內(nèi)就能回收成本并創(chuàng)收。雨創(chuàng)環(huán)保公司以較低的價格從雨水收集方購買雨水處理后出售給雨水需求方以從中獲取收益。而市政園林公司以低于自來水的價格從環(huán)保公司購買雨水并利用，節(jié)省支出降低成本。首次雨水交易成功之后，雨創(chuàng)環(huán)保公司在長沙市高新區(qū)開展第二批雨水交易，交易額為25.68 萬元/a，效益良好。此外，通過打造綠色金融體系，吸引市場投資，加速生態(tài)價值經(jīng)濟化。

一方面，雨水交易一定程度上減輕了政府水資源供給、排水管網(wǎng)維護等費用。另一方面，在海綿城市建設中公眾從以往的環(huán)境受益者變?yōu)橥顿Y主體并從中獲得經(jīng)濟收益，有效刺激投資主體的積極性，實現(xiàn)投資主體和受益主體的對應[4]。同時，通過吸引市場投資而減少政府財政支出，推動城市經(jīng)濟增長。

4.2 社會效益

近年來，各地在節(jié)水型城市建設中，成效和不足并存[37]。長沙市在創(chuàng)建國家節(jié)水型城市時明確提出要加強海綿城市建設，提高中水利用率。雨水交易通過引入市場機制、發(fā)展綠色金融，充分發(fā)揮價格杠桿和市場引導作用激勵城市節(jié)水，提高居民節(jié)水意識、環(huán)保意識，讓公民成為雨水保護者、利用者、受益者。引入市場機制在公平公正的基礎(chǔ)上促進水資源的再分配，將雨水作為水源推進雨水再利用與節(jié)水型城市建設、海綿城市建設的協(xié)同發(fā)展。此外，雨水交易加快我國生態(tài)文明建設，踐行了我國碳中和、碳達峰的莊嚴承諾[38-39]。

4.3 生態(tài)效益

雨水交易為海綿城市建設提供可持續(xù)的資金保障，打通海綿城市建設的最后一站，打破海綿城市建設困局，形成可持續(xù)性發(fā)展的“綠色閉環(huán)”。相比美國等國家的雨水排放收費制度，雨水交易在促進雨水資源利用方面有明顯優(yōu)勢[40-41]。對比收費與收益，收益更能調(diào)動公眾參與雨水治理、海綿城市建設的積極性，對雨水資源的利用以及海綿城市的建設起到積極作用。

雨水交易從節(jié)約資源、資源循環(huán)利用的角度實現(xiàn)雨水再利用與污染物協(xié)同去除，有助于減輕市政管網(wǎng)、污水處理系統(tǒng)的壓力，推進雨水資源利用與雨污分流改造工程的協(xié)同發(fā)展。通過對雨水徑流控制源頭削減，有利于河道整治，推進海綿城市建設與黑臭水體治理的雙效提升[42-43]。

5 結(jié)論與建議

雨水資源生態(tài)機制的市場化實踐不僅具有技術(shù)可行性，而且經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益顯著。在雨水交易的探索實踐中創(chuàng)新與問題并存。

(1)雨水資源通過分質(zhì)收集、分質(zhì)處理、分質(zhì)供給，能夠有效滿足市政雜用水和大用戶中水的需求。

(2)政府部門應多措并舉，加快形成完善的雨水資源價格機制。城市相關(guān)部門應結(jié)合水質(zhì)、處理工藝、用戶需求的差異合理制定階梯水價、分類水價；大力發(fā)展雨水收集回用系統(tǒng)技術(shù)，努力降低成本；進一步規(guī)范市場、健全規(guī)制、合理監(jiān)管，推動雨水資源生態(tài)價值的市場化實踐。

(3)隨著公眾利用雨水、再生水等非常規(guī)水源的意識不斷增強，法律體系的健全已刻不容緩。長沙雨水交易案例參照了相關(guān)水權(quán)法律界定，其雨水權(quán)屬問題有待細化探討。此外，在發(fā)展綠色金融時，應加強與金融機構(gòu)的合作，健全相關(guān)監(jiān)管機制，保證行業(yè)良性發(fā)展。

(4)在海綿城市評估和近年來開展的“城市體檢”工作中積澇點消除比例、管網(wǎng)達標率、藍綠空間占比等指標仍是考核重點，未來可將雨水等非常規(guī)水源利用、以雨水交易市場為例的碳市場建設納入考核標準，系統(tǒng)監(jiān)管，推進綠色發(fā)展，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。