面向中水資源化利用的實(shí)施型城市設(shè)計(jì)新探索
——以廣州國際創(chuàng)新城科創(chuàng)組團(tuán)規(guī)劃實(shí)踐為例

鄧炯華，岑 迪

（廣州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510030）

0 引言

在水資源短缺和水環(huán)境污染日趨嚴(yán)峻的當(dāng)下，加強(qiáng)污水治理與再生利用已上升為國家和各級政府的重點(diǎn)工作，具有重要戰(zhàn)略意義。

中水資源化是指將工業(yè)廢水、生活污水、雨水等被污染的水體，通過各種方式進(jìn)行處理、凈化，使其水質(zhì)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，且能滿足一定的使用需要，從而作為新的水資源重新被利用，具有用水量大且穩(wěn)定、工藝流程簡單、對水質(zhì)要求低等特征，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市景觀中的利用日益受到關(guān)注。

目前，中水資源化利用的研究和實(shí)踐主要集中在技術(shù)應(yīng)用、投資運(yùn)營、制度設(shè)計(jì)和政府監(jiān)管層面，與基礎(chǔ)設(shè)施、城市空間的聯(lián)動研究尚存空白，且缺乏較大規(guī)模的示范工程。在此背景下，為填補(bǔ)相關(guān)研究和事件空白，開展本研究。

1 現(xiàn)狀與困境

1.1 廣州水資源利用現(xiàn)狀

中水（再生水）屬于水資源綜合利用的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)水資源利用的格局和現(xiàn)狀，綜合研判其資源化利用的必要性和可行性。

1）凈水資源相對緊缺 廣州市是用水大戶，雖然珠江三角洲的水系較豐富，但總體而言是屬于水質(zhì)型缺水城市。據(jù)資料顯示，廣州市人年均水資源（生態(tài)用水、生產(chǎn)用水和生活用水）僅有1 375m3，僅為全國人均值的56%、世界人均值的15%。

2）河涌生態(tài)補(bǔ)水需求大 廣州市域范圍河涌水網(wǎng)密集，曾經(jīng)有充足的水源，隨著氣候變化和城市建設(shè)及截污工程的持續(xù)推進(jìn)，河涌水源不斷減少，部分河涌水源接近干涸狀態(tài)。以廣州市番禺區(qū)為例，隨著生活污水和工業(yè)廢水的部分不規(guī)范排放，河道納污量遠(yuǎn)大于水環(huán)境容量，面臨截污清污和水源不足的兩難問題。

3）中水回用率偏低 截至2020年6月，廣州污水處理能力達(dá)766萬t/日，處于全國領(lǐng)先水平。但污水處理后的中水資源化利用起步較晚，2014年中水利用率不足10%，2019年全市中水利用率雖上升至36.45%，但回用率仍然偏低。

1.2 困境：污水處理與城市發(fā)展的關(guān)系

污水的收集處理是中水資源化利用的前提條件，污水處理廠作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施、不可或缺的重大民生工程，其選址是關(guān)鍵。污水處理廠在處理過程中產(chǎn)生的臭氣、噪聲易對周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響，“鄰避效應(yīng)”明顯。公眾對污水再利用的出水水質(zhì)存在疑慮，將中水和污水處理廠出廠水畫上等號，實(shí)際上中水是對污水處理廠出水再次進(jìn)行深度處理。由此，妥善處理污水處理廠和城市的關(guān)系，讓傳統(tǒng)的鄰避性設(shè)施與城市共融共生，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益相統(tǒng)一，是未來城市生態(tài)文明建設(shè)的重要挑戰(zhàn)。

2 趨勢和經(jīng)驗(yàn)

2.1 相關(guān)政策和規(guī)劃要求

近年來，國家高度重視對水資源的保護(hù)利用工作，《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》（國發(fā)〔2012〕3號），提出“實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，以水定產(chǎn)、以水定城，建設(shè)節(jié)水型社會”；2019年印發(fā)的《國家節(jié)水行動方案》標(biāo)志著節(jié)水成為國家意志和全民行動；2021年《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃的建議》明確提出“鼓勵再生水利用”。

2.2 先進(jìn)地區(qū)中水資源化利用經(jīng)驗(yàn)

世界各國或地區(qū)均重視深度污水處理回用和中水資源化利用。如美國，再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)、城市設(shè)施、地下回灌、市政雜用水、補(bǔ)充地表水、海水入侵屏障工程、污水處理廠內(nèi)工藝用水等，其中灌溉用水占62%，工業(yè)用水占30%。淡水資源貧乏的日本，再生水41%被用于工業(yè)用水，32%被用于環(huán)境景觀用水補(bǔ)給，8%用于農(nóng)業(yè)灌溉。從各地經(jīng)驗(yàn)看，中水資源化利用應(yīng)從各地實(shí)際出發(fā)，優(yōu)先滿足迫切需求。

我國深圳市濱河采用直接混凝過濾技術(shù)處理，可有效去除濁度、有機(jī)污染物、磷和氮等營養(yǎng)物質(zhì)及其他溶解性物質(zhì)；清河污水處理廠采用超濾膜深度處理工藝，能完全去除水中的細(xì)菌和大腸桿菌，日處理量達(dá)8萬t的再生水，為城市公園提供水源。

3 中水資源化利用在城市設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 面向?qū)嵤┑某鞘性O(shè)計(jì)

2017年12月，廣州市城市規(guī)劃委員會第三次會議原則通過國際創(chuàng)新城南岸起步區(qū)西南片、東北片區(qū)科教項(xiàng)目控制性詳細(xì)規(guī)劃；要求科創(chuàng)組團(tuán)在保持總建筑面積不增加、綠地面積不減少、配套設(shè)施規(guī)模不降低、路網(wǎng)密度不減少、維持城市設(shè)計(jì)總體要求的前提下，后續(xù)可通過開展詳細(xì)設(shè)計(jì)對規(guī)劃方案作進(jìn)一步優(yōu)化。根據(jù)會議精神，由番禺區(qū)政府委托廣州市規(guī)劃和自然資源局番禺區(qū)分局組織開展科創(chuàng)組團(tuán)的城市設(shè)計(jì)工作，指導(dǎo)片區(qū)建設(shè)實(shí)施。

3.2 中水資源化利用的城市設(shè)計(jì)策略

圍繞中水資源化利用，以國際創(chuàng)新城科創(chuàng)組團(tuán)為例，深入探究污水處理廠選址與水系構(gòu)建、濕地規(guī)模確定、濕地分區(qū)和比例控制、水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接、濕地復(fù)合利用等全流程主要環(huán)節(jié)。

3.2.1 污水處理廠選址與水系構(gòu)建

前置性選址污水處理廠，盡量避免“鄰避風(fēng)險(xiǎn)”；采取與生態(tài)景觀融合的建設(shè)策略，降低對周邊的負(fù)面影響沖擊，實(shí)現(xiàn)與城市發(fā)展的共生共融。經(jīng)多方案比選，目前選址能滿足300m衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)無住宅、學(xué)校、醫(yī)院等敏感性用途建設(shè)用地、用地宜方正以及有擴(kuò)建的可能，靠近主干道且運(yùn)輸路線避開人口聚集區(qū)，且位于地勢較低處，以便于生活污水自流至廠區(qū)，同時(shí)位于現(xiàn)狀水體附近，便于處理尾水（中水）作為景觀用水補(bǔ)給使用。

根據(jù)初步估算，污水處理廠每年向河涌補(bǔ)水約60萬t。基地內(nèi)沒有現(xiàn)狀河涌，擬將基地北側(cè)的羅邊涌作為銜接出水口。同時(shí)，結(jié)合規(guī)劃河涌涌容、水質(zhì)目標(biāo)及現(xiàn)狀水質(zhì)情況等，復(fù)核規(guī)劃河涌的年補(bǔ)水水量，細(xì)化河涌補(bǔ)水方案。

3.2.2 濕地規(guī)模確定

濕地必須滿足和適應(yīng)不同的水處理場景需求，以確定規(guī)劃人工濕地的最小規(guī)模。

1）景觀模式 主要集中在游憩時(shí)段（6：00-9：00，12：00-14：00，18：00-20：00），此時(shí)污水廠出水等于濕地下游出水，水位不變。

2）脈沖模式 主要是污水處理廠需要集中下泄排水，增加下游河道水動力與環(huán)境容量，水位周期性漲跌。脈沖模式每日4次，每次持續(xù)20～30min，脈沖流速為1.2m/s。

3）暴雨模式 主要應(yīng)對暴雨帶來的市政基礎(chǔ)設(shè)施壓力，在暴雨前排空濕地，暴雨中存蓄澇水。可蓄存20年一遇最大1h 30%暴雨徑流量。

根據(jù)3種水處理的場景進(jìn)行預(yù)測，擬定人工濕地所需的最小規(guī)模約1.53hm2。

3.2.3 濕地分區(qū)和比例控制

根據(jù)主導(dǎo)功能性質(zhì)，將人工濕地分為凈化區(qū)與生態(tài)游園。

1）濕地凈化區(qū) 規(guī)劃位于科創(chuàng)組團(tuán)中央軸線，采用下行垂直潛流形式，將污水導(dǎo)入地下，每處濕地控制比≥25%，并設(shè)置多級跌水，凈化水質(zhì)；通過地下植物的根系處理污水，不僅使整個濕地具有更強(qiáng)的污水處理能力，而且由于污水在地面下，不會受天氣溫度的影響而散發(fā)臭味，以降低水體氣味等因素對周邊用地的開發(fā)影響。

2）生態(tài)游園 規(guī)劃位于科創(chuàng)組團(tuán)河涌水系的下游，建設(shè)表流人工濕地，通過選取多種植物，提升水景觀品質(zhì)，濕地控制比≥25%。營造良好的景觀特色，提升組團(tuán)水景觀品質(zhì)。

3.2.4 濕地聯(lián)系

為保證濕地、水道內(nèi)部和彼此之間的連接，通過自然駁岸的河涌實(shí)現(xiàn)。根據(jù)新建污水處理廠排水量計(jì)算設(shè)計(jì)，組團(tuán)內(nèi)河涌最寬處15m，最窄處8m，河道平均深度為2m（景觀水深取1.5m），砌石駁岸基礎(chǔ)寬度要求在駁岸高度0.6～0.8倍范圍內(nèi)，駁岸寬度控制為1.2～1.6m。根據(jù)駁岸寬度要求，駁岸坡度控制為50°～60°。同時(shí)控制不大于5%～10%（綠地透水系數(shù)為1），實(shí)現(xiàn)就地滯洪蓄水，減小對水文循環(huán)的影響（見表1）。

表1 規(guī)劃范圍內(nèi)涵洞過流能力和設(shè)計(jì)規(guī)格

在河涌經(jīng)過道路段，需通過涵洞進(jìn)行連接。涵洞規(guī)格大小需綜合考慮過流能力；由于過流量增大，越往下游，涵洞設(shè)計(jì)規(guī)格隨著過流能力而增大。

3.2.5 水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接

為營造宜人的濕地生態(tài)環(huán)境，承載景觀休憩功能，污水處理后的出水?dāng)嗝嫠|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，達(dá)到IV類水標(biāo)準(zhǔn)。

在標(biāo)高銜接方面，處理后中水經(jīng)過河道或暗渠連接至規(guī)劃區(qū)北部羅邊涌河道。羅邊涌現(xiàn)狀渠底標(biāo)高為4.03m，設(shè)計(jì)水面標(biāo)高為5.23m；科創(chuàng)組團(tuán)濕地河道出水設(shè)計(jì)渠底標(biāo)高為6.66m，設(shè)計(jì)水面標(biāo)高為8.16m（水深為1.5m），實(shí)現(xiàn)水自高向低的自然流動；無須人工加壓，降低后期運(yùn)維成本。

在河寬銜接方面，考慮羅邊涌現(xiàn)狀河道寬度為16m，科創(chuàng)組團(tuán)濕地出水河道寬度設(shè)計(jì)為15m，能保證內(nèi)外河涌的合理銜接和良性水文循環(huán)。

3.3 圖則管控

在落實(shí)控規(guī)等法定規(guī)劃控制的基礎(chǔ)上，規(guī)劃結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，系統(tǒng)梳理需傳導(dǎo)落實(shí)的戰(zhàn)略要素和重點(diǎn)內(nèi)容，以城市設(shè)計(jì)方案為藍(lán)本，將指標(biāo)和剛性要求分解到建筑、公共空間、綠地濕地、城市家具4個重點(diǎn)板塊管控圖則。

其中，圍繞中水資源化利用，面向?qū)嵤?，連接水系構(gòu)建和濕地規(guī)模、濕地分區(qū)和比例控制、水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接、復(fù)合利用等環(huán)節(jié)，通過水道控制、濕地控制、水系連貫、植物配置、硬質(zhì)廣場等管控圖則，實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)導(dǎo)向”到“實(shí)施-管控導(dǎo)向”的轉(zhuǎn)變。

3.4 綜合效益

1）生態(tài)效益 經(jīng)濕地凈化后，污水處理廠尾水水質(zhì)經(jīng)人工濕地凈化后總體可達(dá)珠江航道的IV類水質(zhì)。內(nèi)澇緩解與排水通道滿足50年一遇暴雨排水通道要求；緩解周邊地區(qū)氣溫，有效輻射范圍約200m；規(guī)劃濕地公園每年可吸收碳排放約1 767t，按居民家庭人均碳消耗0.55t/年計(jì)算，相當(dāng)于3 200人日常生活的碳排放。

2）經(jīng)濟(jì)效益 比較管道和濕地方案的直接投入成本。①場地若無河道，則需多修建約3km、規(guī)格為2.5m×2m～3.8m×2m的管渠（雨水箱涵），估算多增加成本約為2 500萬元；②設(shè)置人工濕地，估算總投資900萬元，包括濕地開挖成本約200萬元、濕地生態(tài)建設(shè)成本約700萬元。

4 結(jié)語

污水治理和再生利用是實(shí)現(xiàn)城市水系統(tǒng)健康循環(huán)的有效切入點(diǎn)，不僅可緩解供水壓力、減少水資源消耗，而且可以從源頭上減少污水排放，是解決城市水資源短缺、水環(huán)境污染等問題的有效途徑，對推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。過去，單純將中水資源化利用作為市政工程加以推進(jìn)，污水處理設(shè)施的“鄰避效應(yīng)”無法避免；與城市聯(lián)動缺乏統(tǒng)籌考慮，其生態(tài)景觀和社會經(jīng)濟(jì)效益難以發(fā)揮。

因此，城市設(shè)計(jì)的本質(zhì)是構(gòu)建法定規(guī)劃和建設(shè)實(shí)施的精細(xì)化工作平臺，圍繞中水資源化利用，對污水處理廠選址與水系構(gòu)建、濕地規(guī)模確定、濕地分區(qū)和比例控制、水質(zhì)控制和內(nèi)外銜接、濕地復(fù)合利用等核心環(huán)境進(jìn)行綜合部署。