工程院院士：面向生態的城市水系治理

　　人類從漁獵文明、游牧文明、農業文明、工業城市文明一路走來，發展到現在的生態文明，始終與水發生密切關系。我國660多個不同規模的城市中有三分之二在進行城市河段的綜合治理以及水系規劃，從過去的灰色城市時代發展到綠色城市時代，今后將向藍色城市時代進發。

　　城市水系治理的理論基礎

　?。ㄒ唬┧姆展δ芾碚?。城市水系是城市系統中的自然要素，首先具有一般水系的功能，如供水、行洪、灌溉等，同時又具備城市相關的一些特殊功能。

　　1.城市的生態廊道。城市河流是水和各種營養物質的流動通道，是城市蓄水行洪的載體和各種鄉土物種的棲息地，是改善氣候功能和維護生物多樣性的重要基底。

　　2.城市的休閑養生帶。城市水系是滿足城市居民貼近自然、實現歸屬感的最重要空間。城市河流提供廣闊的空間和豐富的內容，是休閑的場所，也是居民步行、非機動車行駛的最佳通道，同時是城市旅游的特色之地。

　　3.城市洪水的調蓄空間。城市水系在排泄和調蓄城市徑流中的作用應給予高度重視，強調就地調蓄，減輕排泄壓力。

　　4.城市重要的供水水源。河流、湖泊等是重要的水源地，關系到城市的供水安全和用水安全。社會經濟的發展必須以保護這些功能為前提。

　　5.城市的景觀形象界面。城市河流是城市形象與特色的體現，也是市民生動的日常生活界面，是城市對外展示的窗口和界面，也是當地人與自然、與社會的交流場所。

　　6.城市的文化遺產廊道。城市河流是城市歷史與文化的積淀地，也是城市故事與古跡的發生和留存之處，河流是大自然留給人類的寶貴自然遺產。

　　7.城市的交通要道。城市水系是很多城市的交通要道，承擔城市物質和能量輸送功能。

　　城市水系治理要依據水的服務功能理論，做到多功能兼顧，發揮城市水系的綜合功能及效益。應水資源、水環境、水生物、水景觀、水文化、水安全全面統籌，系統保護，合理配置，科學治理。應優先安排涉水事務，再謀求城市的社會和經濟發展。

　?。ǘ┧南到y循環理論。城市水系是區域水循環的重要環節，是開放的系統，要依據水系統循環理論，指導城市水系的整治，提高治理的科學性和合理性。在水系治理的工程規劃、設計、施工運行管理中，都要考慮水的循環特點和規律，還要考慮內循環和外循環，產匯流循環及供用耗排循環等。

　　1.水量上的“二元”循環理論。城市水系治理應遵循水資源系統循環規律，避免因治理對水循環產生損害。兼顧外部循環規律，如降水、徑流與城市河湖調蓄的循環關系，供水、用水、耗水、排水、再利用的循環關系，城市雨洪調蓄、河湖景觀用水、再生水利用的關系。城市水系治理方案必須考慮水循環規律，盡可能減少對水循環破壞，通過治理建立起良性安全的水循環系統。

　　2.水質方面的水化學循環理論。城市水系治理要考慮水的化學特征和演變規律，盡可能提高水體自凈能力，通過水系消納點面源污染物和營養物質。俗話說“流水不腐”，水系治理要有利于促進物質的循環，通過閘壩調度，維持必要的流態。在遵循水質演化規律的基礎上，合理安排排污口、取水口、休閑游泳區、養殖區等。

　　3.水生態系統循環理論。城市水系是典型的水生態系統，盡管受到人類的強烈干擾，原生水生生物可能基本喪失，但在新的環境下，城市水系能夠建立新的水生態系統。這個系統需要一定的營養物質輸入，通過初級生產力、食草動物、食肉動物、鳥類和人類捕撈等，形成水生態系統良性循環。水系治理要考慮構建良性生態系統的需要，通過生態系統循環，促進水質凈化，提高生物多樣性。水陸之間的物質能量交換也是水生態系統循環的重要環節，也要考慮到。

　　按照水的循環理論，城市水系不僅要治理河湖，更要管理人類的涉水行為，抑制人類社會經濟活動對水系的破壞。避免治理舊問題，又出現新破壞。對社會經濟用水實施最嚴格管理。

　　采用先進的理論方法，定量評估水系治理對水循環、水環境、水生態健康狀況的影響，包括正負兩方面的作用。

　?。ㄈ┩度氘a出經濟學理論。城市水系治理是一項浩大的工程，投入大、周期長，涉及的部門多。在城市水系治理方案設計中，注重投入產出關系，避免盲目進行河湖治理和濕地公園建設。

　?。ㄋ模┧幕吧鐣W理論。城市是人類居住密集區，是承載歷史的重要空間。城市水系承載著人類歷史和文明，挖掘水文化內涵，避免破壞水文化，是城市水系治理中要遵循的原則。應按照社會學的公平性、激勵性、參與性等原則，提出相應的治理配套政策和制度，提高治理工程的社會效益，讓河湖治理成為惠及百姓的民心工程。

　　城市水系是涉及自然科學和社會科學的復雜系統工程。在先進治河理念引領下，應重視科學理論在城市水系治理中的指導作用。以先進思想理念統領治理工作，以系統的科學理論指導治理工作，將我國城市水系治理工作提高到新的高度和水平。

　　城市水系治理的理念指引

　　用先進的理念引領城市水系治理，如生態文明理念、以人為本理念、促進發展理念和科學決策理念。

　?。ㄒ唬┥鷳B文明理念。

　　1.文明的戰略意義。城市水系治理要本著生態學的基本原則，尊重自然，順應自然，保護自然，盡可能減輕對河流生態系統干擾，修復受損的河流廊道和濕地系統。以河流的生態健康為標尺，以水生態系統完整性為目標，以水生態文明為指導思想，全面嚴格規范人類的涉水行為，保護和修復河流的健康狀況報告。

　　十八大報告指出，建設生態文明是關系人民福祉、關乎民族未來的長遠大計，優化國土空間開發格局，全面促進資源節約，加大自然生態系統和環境保護力度，加強生態文明制度建設。生態文明是“五位一體”的國家戰略目標的重要內容，是實現人與自然和諧共處的核心。

　　2.水生態文明的重要地位。水是生態系統最活躍的控制性因素，森林、濕地、草原、荒漠，不同生態格局的決定因素是水，水是生物鏈中物質與能量傳遞的核心媒介。在陸地生態系統中，水是能量與物質轉化的必備條件；在濕地生態系統中，水是支撐生物系統的最基本要素。水生態文明建設是生態文明建設的重要組成部分，水的演變是生態演變及社會發展的重要驅動力。

　　3.建設生態文明，水利必須先行。城市與水的關系更密切，幾乎所有城市都瀕臨不同形式的水，或臨江、或跨河、或濱湖等。水是生命之源、生產之要、生態之基。生態文明建設中，水利要做排頭兵。

　　總體上，我國城市發展已經由片面強調產業發展的灰色城市文明，向綠色城市甚至藍色城市轉變，資源高效、環境友好、生態自然、景觀優美成為城市發展指導思想，很多城市都在圍繞水做文章，以水定產業、以水定規模、以水定布局、以水謀發展，形成以水為核心的城市總體發展布局，城市水系治理要遵循生態文明理念。

　　（二）以人為本的理念。城市水系的治理從根本上是為城市居民的生產和生活服務的。因此，遵循社會學基本原理，水系治理要體現居民的意愿，滿足需求，保障安全。以居民需求為目標，全面提升城市水環境質量，建設宜居城市，營造水空間。

　　1.防洪安全。城市水系治理中，應將城市的防洪安全作為重要指導思想和治理目標。尤其是隨著我國城市化進程的加快，城市地區下墊面條件的變化，小降雨大流量、小流量高水位等特點凸顯。人水爭地的現象在城市地區極為普遍，在擠占水空間的同時，人類自身也將自己置身于洪澇災害的高風險中。北京的“7·21”大洪水就是典型案例。

　　2.飲水安全。城市水系治理中，應將城市的飲水安全作為治理目標，保護河流水質。整治沿河的污染源。水源區要明確保護區，嚴格保護區管理制度，根治污染源，確保城市水源的水質安全。

　　3.休閑養生。城市水系治理要順應居民愿望，在治理過程中，兼顧河岸綠化。步行道、園林設計、親水駁岸、游泳戲水區及水質安全、生物多樣性修復、水景觀建設等。通過這些工作，改善城市形象，提升城市品位。

　　（三）促進發展的理念。城市的全面發展是城市水系治理的重要目標，應遵循經濟學原理，通過水系治理，改善城市的投資環境、就業問題、財政狀況等等，促進城市的長遠發展。水系的治理不僅要為城市發展提供防洪、供水等安全保障，也要在改善發展環境、帶動土地增值、促進就業、拉動產業帶發展等方面發揮重要作用。

　　1.三線劃分，明確空間。城市水系治理要支撐城市全面發展，發展是硬道理的原則同樣適用于城市水系治理。但發展是科學的發展、綠色的發展、全面的發展，而不是片面的經濟增長和肆意地侵占水空間。因此，城市水系治理中，要明確水空間，劃分藍線、綠線和灰線，協調人水空間關系。原則上，百年一遇水位下的空間都應作為水空間保留下來。為低碳城市、改善氣候、城市降塵等提供足夠的水面。

　　2.治理與開發同步。城市水系治理的同時，應系統規劃沿河的產業帶、功能區以及基礎設施等建設。明確河流的功能分區，沿河設置金融區、商住區、高新區、休閑區等。將河流濕地等作為城市發展的綠色紐帶和產業發展高地，通過河流治理，全面帶動城市發展。

　　（四）科學決策的理念。城市水系治理是十分復雜的綜合性、系統性工作。僅考慮防洪的治理是片面和落后的理念，城市水系要綜合治理和修復，全面支撐城市和區域發展，必須在治理的頂層設計、規劃、布局、技術手段、社會參與、專家知識、多學科聯合等方面，全面制定科學合理的治理方案，使城市水系治理能經得起時間和歷史的考驗。

　　總的來說，城市化是今后一段時期中國發展的核心動力之一，水系治理是城市發展的基礎。一定要從理念上全面提升對水系治理工作重要性、戰略意義的認識。要用先進的理念統領水系治理工作，使其發揮推動城市發展、改善人居環境、促進生態健康、提升城市品位、保障城市安全等綜合效益。

　　城市水系治理的總體設計和技術

　　目前，我國城市河段的水系治理有七個層次，由下到上分別為：（1）防洪和供水；（2）水污染的治理；（3）城市水生態系統的健康；（4）水景觀；（5）挖掘水文化；（6）河流的交通系統功能；（7）河流兩岸濱河土地的重新整理、規劃和建設。

　　（一）基于問題導向的方案總體設計。水系治理的技術方案要根據城市水系面臨的問題合理選擇，有防洪問題的，要運用蓄、排、引、滲等綜合手段；有污染問題的，要考慮截污導流、生態凈化、水處理、再生回用等多種方案集成；有景觀問題的，要實施岸線劃分、河灘清退、生態岸線、人工步道、濕地公園等建設。

　　我國城市水系面臨的各類挑戰是在城市發展過程中出現的問題，是河流湖泊保護迫切需要解決的難點，也是制約城市水生態文明的重要因素。城市要實行長遠健康發展，提升城市品位，改善居住和發展環境，必須做好水的文章。治理方案要遵循問題導向性原則。

　　1.城市發展與空間布局方案。城市水系是城市生存和發展的基礎。城市水系問題往往根源于城市的盲目和片面的發展。因此，要從思想上改變低層次的城市規模擴張思維定式，從城市發展的空間布局方面入手。

　　2.洪水風險與挑戰。受全球氣候變化的影響，城市洪水風險在不斷加劇。城市面臨日益嚴重的洪水風險調整。應對洪水風險的方案是，保障河流空間，為洪水預留調蓄和排泄的通道。嚴格控制濱河濱湖開發活動，保證河流自然過程的安全，五十年一遇甚至百年一遇的洪水線以下不允許建設永久性工程，恢復河流自然調蓄雨洪的功能。

　　3.水質風險及飲水安全。湖泊富營養化、水質污染等問題仍是城市河湖的頑疾，是中國城市面臨的普遍問題。對此的應對方案是，強化城市污水處理，提高污水處理后的再生回用率，減少污水入湖入河量，減輕城市污染對河流的壓力，改善河流水質。低目標是消除黑臭現象，中目標是滿足接觸性景觀用水水質，高目標是滿足魚類水質需求。

　　4.河湖空間擠占與景觀破壞。一些城市河流整治項目存在河道渠系化、河流湖泊化、植被非本土化、岸線功利化的傾向。對此的應對方案是，遵循河流的自然規律，在土地利用方面，為河流保留基本空間，岸線和濱水區應盡可能自然、多樣、親水、優美，滿足居民貼近自然的需求。建立便捷、連續、多樣化的游憩交通體系，增加河流可達性。建設“開放的、有人性化、有地方性”的公共空間。

　　5.水生態風險。城市水系其生態系統應與流域所在的生態系統相協調和適應，盡可能多樣、自然、土著。目前的城市水系生態系統受外來物種入侵嚴重，本地生態系統退化嚴重，物種單一，抗風險能力脆弱。對此的應對方案是，強調多樣化、自然本地特征為主，減少外來物種。缺水地區，要充分考慮植被的耗水規律，體現區域特色，彰顯城市個性。將城市融入本地生態系統大格局中，降低生態風險。

　　6.水文化保護危機。水系承載了人類漫長的歷史與文化，尤其是中華文明，很多城市河流和湖泊記載了人類與水共存的漫長歷史進程。隨著建設活動的干擾，河湖的歷史文化特征受到嚴重破壞，水文化遺產保護存在危機。對此的應對方案是，強化河流文化性，重視水文化方面歷史遺跡的保護，建立沿江文化遺產廊道，創造有特色、有個性、有內涵的濱水區，傳承城市人文社會發。

　　（二）基于水循環理論的水量調控技術。水系治理要遵循水循環的基本規律，按照自然水循環和社會水循環的系統結構及功能特點。從保障城市長遠發展和安全出發，進行科學調控和合理配置。

　　1.城市水循環系統構成。城市水循環系統包括自然水循環系統和社會水循環系統。自然水循環系統有降水、蒸發、入滲、產流、匯流、補給、排泄等基本要素。有了城市之后，在原有的自然水循環框架之下，產生了城市的社會水循環。社會水循環包括原水分配與調度過程、用戶用耗水過程、污水排放收集過程、污水處理（再生）過程、再生水配置與調度過程。社會水循環從自然水循環的水源地取水，向其受納水體排水，產生了自然水循環和城市社會水循環之間的聯系。我們的目標是盡可能規范人類涉水行為，把向自然的取水量和排放污水量壓縮到最小，使由于人類活動新產生的城市社會水循環盡可能減少對原有自然水循環的干擾。

　　2.城市水循環總體特征。自然水循環的人工特征明顯，下墊面水文調節能力弱，產匯流歷時短，地表產流系數大、地下水補給能力差。社會水循環過程為區域主體水循環過程，供水主體源自區外或過境水。用水高度集中，供水保證率和水質要求高。廢、污水集中排放，污染負荷貢獻大。自然水生態人工化，水生態系統極為脆弱。

　　3.城市水循環調控技術。多水源聯合調度技術保障城市環境用水、生活用水、生產用水。閘壩聯合調控技術“讓水活起來”。社會水循環的管理調控技術通過系統管理技術方案，壓縮社會水循環通量，減少污水排放，提高水資源利用效能。

　?。ㄈ┗谶^程控制的水環境治理技術。重視水污染處理處置研發，缺乏統籌城市經濟社會和水循環系統協調發展的成套水環境質量改善技術和管理體系。

　　目前在水環境治理的過程控制中，尚存在以下問題：標準不合理，存在“違法成本低，守法成本高”的怪圈。尚未形成“污染源—入河排污口—水環境質量”的總量監控體系，不能夠對污染物排放實施有效的管理監督。沒有建立起多尺度、多信息源的環境監測體系，水污染事故的“監控、預警、應急”三位一體的應急管理體系尚未建立。由于污染源監控手段落后，監督執法依據不充分，給部分企業偷排提供了機會。

　　（四）基于自然完整性的水系修復技術。

　　1.水質處理技術。物理方法包括清淤換水、人工增氧等；化學方法有化學除藻、絮凝沉淀等；強化生物技術有生物制劑、滲流生物膜凈化床；生態技術有人工濕地、植物凈化、土地過濾、穩定塘等。

　　2.生態護岸技術。在邊坡處理上，主要有植物護岸、山石護岸、混凝土護岸、卵石緩坡護岸、生態磚護岸、覆土石籠護岸、生態袋護岸等。

　　3.雨洪處理技術。包括雨洪收集技術，建設合理的雨水管網，對地表徑流和降水進行收集和儲藏；雨水滲濾系統，雨水通過多重過濾凈化，匯集到雨水收集池；雨洪利用技術，經過過濾和其他凈化處理，用以補充觀賞水景、澆灌小區內綠地、沖刷路面，或供小區居民洗車和沖馬桶等多種用途。

　　4.景觀處理技術。濱水景觀處理技術，主要包括如下幾類：平臺棧道、碼頭；瀑布、跌水；水中景觀處理；樹島；水底景觀處理。

　　在水系布局中，應注意如下問題：（1）統籌協調：兼顧城市防洪排澇、供水、航運、生態、娛樂、開發等不同功能的要求；（2）水空間保護：應嚴格執行有關城市水系管理辦法的規定，防止侵占水域、破壞水系，特別要注意對城市濕地的保護；（3）水資源條件：對城市水系的改造應充分考慮水量和水位需求，考慮當地的水資源條件，干旱地區不可過度建設人工水面；（4）河湖連通：宜通過適當的河湖貫通，擴浚等工程手段，形成以主干河道為主，分支河道為輔，河湖連通、蓄引排暢通的水系格局；（5）自然完整性：要因地制宜，充分考慮塑造自然式地形，減少水工構筑物對景觀的負面效應；（6）文化保護：水系布局應盡量尊重原自然水系系統，減少人工調整，且與城市文化定位相符，避免對具有歷史文化價值的水域造成破壞。

　　我國城市水系治理在遵循水循環、水化學、水生態完整性理論基礎上，要探索應用新技術、新方法、新材料和新工藝。目前的技術水平相對落后，信息技術、多目標群決策技術、材料科學新技術、綠色節能新工藝等領域的創新性不足。城市水系治理規范尚不系統健全。

　　（作者：中國水利水電科學研究院水資源研究所所長，中國工程院院士）