劉翠 馮峰 靳曉穎

摘 要：針對開封市海綿城市雨水資源利用效益問題，首先基于擴(kuò)散效益樹方法，遵循“滲、滯、蓄、凈、用、排”海綿城市建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)，識別海綿城市雨水資源利用產(chǎn)生效益，并進(jìn)行歸類;然后構(gòu)建海綿城市雨水資源利用效益量化模型;最后量化計(jì)算開封市雨水資源利用所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，并對社會效益進(jìn)行定性分析。結(jié)果表明：開封市雨水資源利用產(chǎn)生的效益可觀，2013—2017年的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益總和分別為10.711 9億、11.122 8億、11.220 1億、7.585 3億、7.442 3億元。

關(guān)鍵詞：海綿城市;雨水資源;利用效益;模型構(gòu)建;開封市

Abstract：In order to provide theoretical basis and technical reference for the construction of sponge city in Kaifeng， this paper analyzed the benefits brought by the utilization of rainwater resources. Firstly， based on the method of diffusion benefit tree and following the key technology of sponge city construction of “infiltration， stagnation， storage， net， utilization and drainage”， it identified the benefit of the utilization of rainwater resources in sponge city and classified them. Then， taking kaifeng as an example， a quantitative model of utilization efficiency of rainwater resources was constructed. Finally， the economic and ecological benefits were calculated quantitatively and the social benefits were analyzed qualitatively. The results show that rainwater resources produces considerable benefits， the total economic and ecological benefits are 1.071 19 billion Yuan， 1.112 28 billion Yuan， 1.122 01 billion Yuan， 758.53 million Yuan and 744.23 million Yuan respectively from 2013 to 2017.

Key words： sponge city; rainwater resources; utilization benefit; model building; Kaifeng City

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，地面硬化面積不斷擴(kuò)大，部分城區(qū)存在排水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低等問題，導(dǎo)致城市內(nèi)澇頻繁出現(xiàn)，加劇了城市水環(huán)境惡化。同時，城市人口不斷增加引起城市用水量增加，水資源短缺是不少城市發(fā)展面臨的重大問題。習(xí)近平總書記在2013年中央城鎮(zhèn)化工作會議上明確指出：解決城市缺水問題，必須順應(yīng)自然，要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市[1]。通過海綿城市建設(shè)，科學(xué)、合理、高效地利用城市雨水資源，充分發(fā)揮雨水資源的利用效益是我國生態(tài)文明建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

在我國，海綿城市雨水資源利用是最近幾年的新興產(chǎn)業(yè)，關(guān)于海綿城市雨水資源利用效益的研究，目前主要集中在單項(xiàng)利用措施的效益研究方面，對區(qū)域性海綿城市雨水利用效益的研究較少。許杰玉等[2]基于海綿城市理論，以山東省曲阜市為例，通過建筑屋頂、道路、廣場、自然水面對雨水資源的集蓄利用分析，下沉式綠地、透水鋪裝、生物滯留設(shè)施對雨水資源的減排下滲分析表明，每年將雨水用于綠地澆灌、道路噴灑，曲阜市雨水資源綜合利用率為9%，同時增加雨水資源下滲量約800萬m3。唐樹英[3]針對海綿城市市政道路低影響開發(fā)的綜合效益，基于全生命周期成本理念，構(gòu)建環(huán)境綜合效益和經(jīng)濟(jì)綜合效益模型，并以南方某城市試點(diǎn)道路為例驗(yàn)證了綜合效益模型的可行性。汪東屹等[4]以常德市為研究對象，運(yùn)用分析歸納法、調(diào)查法等分析了海綿城市建設(shè)在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會等方面所產(chǎn)生的效益。劉俊杰等[5]通過定量分析云錦路下沉式綠地的海綿城市效益，找出了影響年徑流總量控制率的主要參數(shù)。但是針對海綿城市雨水資源利用效益的定量評價，還缺乏統(tǒng)一的評價指標(biāo)體系和評價方法。因此，筆者以開封市為例，識別海綿城市雨水資源利用產(chǎn)生效益，并進(jìn)行歸類，構(gòu)建海綿城市雨水資源利用效益量化模型，并對開封市海綿城市雨水資源利用效益進(jìn)行定量計(jì)算，以此宏觀反映海綿城市雨水資源利用的效益，以期為政府決策提供依據(jù)。

1 基于擴(kuò)散效益樹法的雨水資源利用效益識別及歸類

（1）擴(kuò)散效益樹法的基本思路。擴(kuò)散效益樹法是根據(jù)雨水降落至不同下墊面的流動過程，遵循海綿城市建設(shè)的“滲、滯、蓄、凈、用、排”關(guān)鍵技術(shù)，分析在整個過程中雨水利用會帶來哪些效益，擴(kuò)散雨水資源利用效益，進(jìn)而對其效益進(jìn)行識別和歸類，見圖1。

（2）海綿城市雨水資源利用效益識別及歸類。基于擴(kuò)散效益樹法，對城市不同下墊面雨水資源利用效益因子進(jìn)行識別及歸類，見圖2～圖5。

2 開封市海綿城市雨水資源利用效益量化模型

2.1 開封市區(qū)域概況及水資源現(xiàn)狀

開封市屬于溫帶季風(fēng)性氣候區(qū)，冬季干燥寒冷，春季干旱多風(fēng)，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽。多年平均氣溫為14.52 ℃，多年平均無霜期為221 d;多年平均降水量為662.8 mm，降水多集中在夏季的7—8月;蒸發(fā)能力1 600～2 000 mm，每年5—6月蒸發(fā)能力最強(qiáng)。開封境內(nèi)河湖眾多，分屬黃河和淮河水系，水域面積達(dá)220 hm2，約占開封中心城區(qū)建成面積的1/10，素有“北方水城”之稱。淺層地下水以大氣降水入滲、黃河水側(cè)滲、水渠滲漏、灌溉水回滲等為主要補(bǔ)給方式，以開采和蒸發(fā)為主要排泄方式。開封市屬于資源型缺水城市，本地區(qū)水資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用水需求，年用水量近一半引自黃河，其中大部分用于農(nóng)業(yè)灌溉。近年來，隨著鄭汴一體化進(jìn)程加快，城市水資源需求進(jìn)一步增加，同時污水排放量增大，對水資源質(zhì)和量的需求提升，但引黃水總量有嚴(yán)格控制，地下水也不能過度開采，因此充分利用雨水資源是目前解決水資源供需矛盾的有效途徑之一。

2.2 開封市海綿城市雨水資源利用效益量化模型

2.2.1 海綿城市的經(jīng)濟(jì)效益

（1）雨水資源收集利用效益。海綿城市采用雨水集蓄利用措施（如蓄水池、儲水罐等）將雨水儲存起來，作為綠化、消防、景觀、道路和汽車沖洗用水等，提高水資源的利用率，減少城市自來水用量并緩解市政供水壓力。該項(xiàng)收益可用收集回用的雨量乘以自來水的價格進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式：

（2）節(jié)省的水處理費(fèi)和城市排水管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)。海綿城市通過各種雨水滲透、集蓄和利用設(shè)施等，降低場地內(nèi)的雨水徑流量，減少市政管網(wǎng)雨水排放量，從而減小水處理壓力。節(jié)省的水處理費(fèi)和排水設(shè)施運(yùn)行費(fèi)可用替代工程法進(jìn)行計(jì)算，該項(xiàng)收益即為節(jié)省的水處理費(fèi)與管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)之和，其計(jì)算公式為

根據(jù)文獻(xiàn)[7]，管網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)為0.08元/m3，因此本研究取0.08元/m3。根據(jù)《關(guān)于調(diào)整開封污水處理收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的通知》，開封市污水處理費(fèi)為0.95元/m3。

（3）節(jié)省的綠地澆灌用水效益。海綿城市實(shí)施雨水利用工程如下凹式綠地、雨水花園等雨水蓄滲設(shè)施后，部分不透水路面或屋頂?shù)挠晁苯优湃胗晁顫B設(shè)施中，增加了綠地雨水的下滲量，減少了綠地澆灌的次數(shù)，從而減少自來水用量。這部分收益可根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50013—2006）進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式

（4）減少治污費(fèi)用帶來的收益。海綿城市實(shí)施雨水利用工程如透水鋪裝、滲水井、下凹式綠地等雨水蓄滲設(shè)施后，可以減少雨水徑流中的污染物質(zhì)，從而大大減少因雨水污染而帶來的河流水體污染。這部分收益可用替代工程法計(jì)算，即將排污費(fèi)作為消除污染需要投入的費(fèi)用。根據(jù)文獻(xiàn)[8]，消除污染每單位投入與其減少的環(huán)境損失之比為1∶3，則減少的治污費(fèi)用Bz為

2.2.2 海綿城市的生態(tài)效益

（1）滲透補(bǔ)充地下水的收益。海綿城市通過各種雨水滲透、集蓄利用設(shè)施等，消減雨水徑流量、延緩徑流峰值，在一定程度上補(bǔ)給城市地下水，降低城市內(nèi)澇發(fā)生的風(fēng)險。該項(xiàng)收益可根據(jù)增加的入滲量、降雨對地下水的入滲補(bǔ)給系數(shù)和自來水價格進(jìn)行計(jì)算[9]，補(bǔ)充地下水的收益Bd為

式中：α為降雨對地下水的入滲補(bǔ)給系數(shù)，取0.2;Ad為透水面面積，取各類透水下墊面面積之和;p3為以地下水為水源的自來水的價格，用水資源的影子價格計(jì)算，取4.1元/m3。

（2）改善城市小氣候，緩解城市熱島效應(yīng)的收益。城市植被可以起到降溫增濕的作用，從而緩解城市熱島效應(yīng)。該項(xiàng)效益可用替代工程法進(jìn)行評估，如空調(diào)的使用具有和綠地相似的降溫效果，相關(guān)研究表明[10]，夏季綠地能夠從外界吸收的熱量為81.8 MJ/hm2，相當(dāng)于189臺空調(diào)每天的制冷效果，空調(diào)因制冷所消耗電能的價值可作為綠地調(diào)節(jié)溫度的價值，因此植被調(diào)節(jié)溫度總效益Bq可按下式計(jì)算：

式中：D為室內(nèi)空調(diào)每小時的耗電量，取0.86 kW·h/臺;p4為電價，開封市目前電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.56元/（kW·h）;n1為空調(diào)臺數(shù)，取189臺;n2為夏季空調(diào)使用的月數(shù)，開封市每年夏季使用空調(diào)按3個月計(jì)算。

此外，城市水域、透水路面等也可在一定程度上緩解城市熱島效應(yīng)，這部分效益還有待進(jìn)一步研究。

（3）固碳釋氧，凈化空氣效益。綠色植物對維持地球碳氧平衡起著重要作用。二氧化碳是引起溫室效應(yīng)的主要原因，而氧氣是維持有氧呼吸必不可少的要素，植物通過光合作用，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣，減弱溫室效應(yīng)，凈化空氣，該項(xiàng)效益可以用碳稅法評價，固碳釋氧效益可以用工業(yè)制氧法評價[11]，計(jì)算公式為

式中：Q碳為綠地年吸碳量，t/hm2;T為碳稅率，采用瑞典碳稅0.15美元/kg，按照人民幣匯率7.07元計(jì)算，碳稅率為1.06元/kg;Q氧綠地年釋放氧氣量，t/hm2;I為工業(yè)制氧的價格，700元/t。

2.2.3 海綿城市的社會效益

（1）豐富城市公共開放空間，服務(wù)城市各類人群。海綿城市的建設(shè)，除雨洪資源利用外，還可以在保護(hù)和利用原有河流、湖泊、溝渠、綠地的基礎(chǔ)上，通過新建綠地、街道、停車場、廣場、水景觀設(shè)施等為居民提供活動、休閑、防災(zāi)避難等多功能的城市公共開放空間，服務(wù)各類人群。

（2）構(gòu)建綠色宜居的生態(tài)環(huán)境，提升城市品質(zhì)與整體形象。海綿城市建設(shè)所涉及的雨水花園、濕地公園、河道駁岸改造、植被緩沖帶、屋頂花園和下凹式綠地等，豐富了城市公園的種類，提高了公園的品質(zhì)和景觀價值，從而提升城市的品質(zhì)和整體形象。

（3）防洪排澇效益。海綿城市雨水利用設(shè)施能產(chǎn)生一定的防洪排澇效益，主要表現(xiàn)為在一定程度上減少地表徑流，減少地面積水，削弱洪峰流量，減少城市內(nèi)澇，從而減少交通擁堵，降低交通事故發(fā)生的概率，保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全。

（4）提升居民的節(jié)水意識。海綿城市通過實(shí)施雨水利用工程，不僅能給居民帶來休閑、娛樂的場所，而且能夠增強(qiáng)居民愛護(hù)水資源、保護(hù)水環(huán)境、節(jié)約用水的意識。

（5）解決就業(yè)問題，帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展。海綿城市雨水收集、利用，每一個環(huán)節(jié)都需要人員、設(shè)備等，這將對解決城鄉(xiāng)居民就業(yè)問題，拉動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到一定促進(jìn)作用。

3 開封市海綿城市雨水資源利用效益定量計(jì)算

開封市下墊面面積及雨水資源利用潛力見表1。在全國年徑流總量控制率區(qū)域劃分圖中查得，開封市屬于Ⅲ區(qū)，對應(yīng)的年徑流總量控制率為75%～85%，本文取控制率下限75%，對開封市海綿城市雨水資源利用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2（其中社會效益不易量化，其定性描述見2.2.3）。

從表1可以看出，開封市建成區(qū)總面積包括硬化地面面積、植被面積、水域面積，隨著近年來城市化建設(shè)的加快，硬化地面面積不斷增加，而植被面積持續(xù)減少，水域面積在2014年開封西湖開始蓄水后趨于穩(wěn)定，雨水資源利用潛力隨著降雨量變化而變化。

從表2可以看出，按照海綿城市理念開展雨水資源利用，開封市2013—2017年雨水資源利用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益總和分別為10.711 9億、11.122 8億、11.220 1億、7.585 3億、7.442 3億元，其中2016年和2017年總效益有所減少。開封市城市化進(jìn)程的加快導(dǎo)致2016年和2017年不透水面積增大，而且由于這兩年的降雨量偏少，因此雨水資源利用潛力有所減小，進(jìn)而使雨水資源利用效益減少。從各項(xiàng)效益計(jì)算結(jié)果可以看出，雨水資源利用除了產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益之外，更重要的是會帶來重要的生態(tài)效益和社會效益。從產(chǎn)生效益的總價值來看，減少污染治理、補(bǔ)充地下水、緩解城市熱島效應(yīng)、凈化大氣的價值都很高。海綿城市產(chǎn)生的效益還有很多，如節(jié)省城市河湖改造的費(fèi)用、提升區(qū)域土地價值、帶動旅游等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等。此外，隨著《開封市海綿城市建設(shè)實(shí)施方案》的實(shí)施，開封市海綿城市雨水資源利用將會對開封市生態(tài)城市、旅游城市建設(shè)以及衛(wèi)生城市創(chuàng)建起到巨大的推動作用。

4 結(jié) 語

基于擴(kuò)散效益樹法，考慮不同下墊面雨水流動過程，遵循海綿城市建設(shè)的“滲、滯、蓄、凈、用、排”關(guān)鍵技術(shù)，對不同下墊面雨水資源利用產(chǎn)生效益進(jìn)行識別、歸類，構(gòu)建開封市海綿城市雨水資源利用效益量化模型，并對開封市海綿城市雨水資源利用效益進(jìn)行了定量計(jì)算和定性分析。計(jì)算結(jié)果表明，雨水資源利用不僅能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而且更重要的是能帶來一定的生態(tài)效益和社會效益。社會效益短期收益不明顯，但是社會效益中部分影響是長期的。隨著《開封市海綿城市建設(shè)實(shí)施方案》的實(shí)施，海綿城市建設(shè)將會對開封市生態(tài)城市、旅游城市建設(shè)以及衛(wèi)生城市創(chuàng)建起到巨大的推動作用。本文僅對開封市海綿城市雨水資源利用的效益進(jìn)行了初步計(jì)算，開封市海綿城市建設(shè)尚處在起步階段，海綿城市雨水設(shè)施建設(shè)還很落后，雨水利用模式還很單一。隨著開封市海綿城市建設(shè)的推進(jìn)，在以后的研究中應(yīng)參考《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》《海綿城市建設(shè)績效評價與考核辦法（試行）》進(jìn)一步優(yōu)化海綿城市雨水資源利用效益指標(biāo)，進(jìn)而開展效益評估研究。

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【責(zé)任編輯 呂艷梅】