健康水平衡構(gòu)建與國土高質(zhì)量保護(hù)利用戰(zhàn)略
城鎮(zhèn)化水平衡效應(yīng)與城市水安全韌性提升研究
- 城鎮(zhèn)化水平衡效應(yīng)與城市水安全韌性提升研究
Water Balance Effect of Urbanization and Countermeasures for Enhancing Urban Water Security Resilience
- Qingfang Hu 1, 2, 3 ,
- Jianyun Zhang 1, 2, 3 ,
- Junliang Jin 1, 2, 3 ,
- Xiumin Chen 4 ,
- Xing Su 1, 2
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摘要
我國快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程與全球氣候變化影響疊加，對(duì)城市及毗鄰區(qū)的水平衡狀態(tài)產(chǎn)生了直接且重要的影響，帶來了洪澇災(zāi)害、水資源短缺、水環(huán)境污染等城市水問題，威脅著城市健康發(fā)展和社會(huì)公共安全。本文從降水、蒸散發(fā)、地表徑流、地下水、水質(zhì)、水資源供需平衡6個(gè)方面出發(fā)，較為全面地闡述了快速城鎮(zhèn)化帶來的水平衡綜合效應(yīng)；基于城鎮(zhèn)化進(jìn)程中城市水安全風(fēng)險(xiǎn)分析，提出了“以水定城、量水發(fā)展，系統(tǒng)治理、統(tǒng)籌協(xié)同，主動(dòng)適應(yīng)、平戰(zhàn)結(jié)合，科技引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”的總體思路和相應(yīng)的發(fā)展策略。研究認(rèn)為，前瞻研判城市水安全風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)評(píng)估和有效預(yù)防，優(yōu)化城市開發(fā)利用方式、促進(jìn)城市精明增長，強(qiáng)化城市與流域統(tǒng)籌治理、提升城市水系統(tǒng)承載力，應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)氣象水文事件沖擊、提升應(yīng)急管理能力，推進(jìn)城市水安全風(fēng)險(xiǎn)社會(huì)化管理、增強(qiáng)適應(yīng)和恢復(fù)能力，依托科技創(chuàng)新突破城市水安全保障重大關(guān)鍵問題，據(jù)此全面提升城市水安全韌性。
Abstract
Over the past four decades, the rapid urbanization process in China, coupled with the impact of global climate change, has significantly affected the water balance in urban areas and their adjacent regions. This has led to prominent urban water issues such as floods, water scarcity, and water pollution, posing severe threats to the healthy development of cities. To address this, this study elaborates on the comprehensive effects of urbanization on water balance from six aspects: precipitation, evapotranspiration, runoff, groundwater, water quality, and water supply-demand balance. It analyzes the risks and challenges faced by urban water security in China under a changing environment and proposes basic principles, main ideas, and key strategies for achieving a healthy urban water balance and enhancing urban water security resilience. The study argues that to promote China's new urbanization, we should adhere to the principle of developing cities based on water availability and planning development according to water resources, proactively assess urban water security risks and their evolutionary trends, and strengthen proactive risk prevention. Additionally, it is necessary to actively optimize urban development and utilization patterns to promote smart urban growth, and strengthen coordinated governance of urban and watershed water issues to enhance the carrying capacity of urban water systems. Efforts should also be made to significantly improve urban emergency management capabilities to effectively respond to the impact of extreme meteorological and hydrological events, and actively promote the socialized management of urban water security risks to enhance adaptability and resilience. Finally, it is crucial to accelerate the resolution of key scientific and technological challenges in the field of urban water security.
關(guān)鍵詞
城市水平衡 / 新型城鎮(zhèn)化 / 水安全 / 韌性提升 / 極端事件 / 以水定城
Keywords
urban water balance / new-type urbanization / water security / resilience enhancement / extreme events / city planning based on water availability
引用本文
導(dǎo)出引用
一 前言
改革開放以來，我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)由“鄉(xiāng)土中國”到“城市中國”的巨大轉(zhuǎn)變[1]�？焖俪擎�(zhèn)化在促進(jìn)人口和產(chǎn)業(yè)集聚、提高國土空間利用效率、改善居民生活品質(zhì)的同時(shí)，也顯著增加了自然資源消耗和物質(zhì)代謝強(qiáng)度；對(duì)國土空間結(jié)構(gòu)和氣候、土壤、水文、植被等生態(tài)環(huán)境要素構(gòu)成劇烈擾動(dòng)，帶來高溫?zé)崂�、大氣和水土污染、生態(tài)破壞等資源環(huán)境問題[2~4]。在此背景下，對(duì)我國城鎮(zhèn)化路徑和模式的思考趨于深入[5~8]。
城鎮(zhèn)發(fā)展與水資源密不可分。構(gòu)建健康的城市水平衡，高品質(zhì)、高標(biāo)準(zhǔn)地保障水安全，是推進(jìn)以人為本的新型城鎮(zhèn)化的應(yīng)有之義。不可忽視的是，快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程是水平衡失調(diào)、人水矛盾集中爆發(fā)的過程，如暴雨洪澇、干旱缺水、水環(huán)境污染、地下水漏斗等水問題制約了城市可持續(xù)發(fā)展能力，降低了居民生活的幸福感。我國自20世紀(jì)90年代開始探索城市雨水利用，2010年以來積極推進(jìn)“海綿城市”建設(shè)，近年來著手開展韌性城市、氣候適應(yīng)型城市建設(shè)，相關(guān)舉措在一定程度上減少了城市水務(wù)建設(shè)與管理的“歷史欠賬”，降低了城市區(qū)域高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)的壓力。然而，2021年歷史性大暴雨引發(fā)城市重大洪澇災(zāi)害[9]、2022年長江全流域特大氣象干旱、河口咸潮入侵導(dǎo)致上海等大中城市供水困難[10]等事件均表現(xiàn)出我國城市水問題的復(fù)雜性。此外，城市水體新污染物、大規(guī)模虛擬水流入、水能耦合等也是城鎮(zhèn)水安全方面的關(guān)注熱點(diǎn)�？傮w而言，水安全仍是我國新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的重大風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，也面臨著若干新形勢(shì)、新變化和新問題。
城市水安全關(guān)乎居民生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展，是影響社會(huì)公共安全和城市高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素。鑒于此，本文關(guān)注降水、蒸散發(fā)、地表徑流、地下水、水質(zhì)、水資源供需平衡，系統(tǒng)闡述快速城鎮(zhèn)化帶來的水平衡綜合效應(yīng)；結(jié)合我國城市與區(qū)域發(fā)展態(tài)勢(shì)，闡明變化環(huán)境下城市水安全面臨的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)；進(jìn)一步面向新型城鎮(zhèn)化發(fā)展需求，提出實(shí)現(xiàn)健康水平衡，增強(qiáng)城市水安全韌性的總體思路和主要策略，為科學(xué)落實(shí)以水定城、構(gòu)建和諧的“人水城”關(guān)系提供研究參考。
二 城鎮(zhèn)化的水平衡綜合效應(yīng)
水平衡指在自然 ‒ 人類活動(dòng)因素耦合作用下，水循環(huán)系統(tǒng)及其中各圈層水分的存儲(chǔ)分布狀態(tài)、收支交換關(guān)系、轉(zhuǎn)化響應(yīng)特征[11]。區(qū)域水平衡對(duì)水循環(huán)狀況具有重要的指示作用，可用于解釋洪澇、干旱、水資源短缺、水污染、生態(tài)退化等水文現(xiàn)象或問題�？焖俪擎�(zhèn)化進(jìn)程中下墊面急劇演替，進(jìn)而引起城市局部地區(qū)乃至更大范圍內(nèi)大氣圈、水圈的物質(zhì)與能量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化；由于城市人口和產(chǎn)業(yè)聚集、城市與外界形成復(fù)雜的互饋關(guān)系，城市水資源開發(fā)利用方式和供需平衡特征也出現(xiàn)顯著變化。因此，城市各種水問題的主要成因概括為：快速城鎮(zhèn)化會(huì)影響城市及毗鄰區(qū)的降水、蒸散發(fā)、地表徑流、地下水、水質(zhì)等水循環(huán)要素特征以及水資源供需平衡關(guān)系，在自然、社會(huì)層面上形成顯著的水平衡綜合效應(yīng)。
（一） 城鎮(zhèn)化降水效應(yīng)
城鎮(zhèn)化降水效應(yīng)導(dǎo)致城市及毗鄰區(qū)的降水異于鄉(xiāng)村區(qū)域，主要源于城市環(huán)境下大氣熱力、動(dòng)力條件、物質(zhì)成分等的變化。這些變化又可歸結(jié)于城市熱島效應(yīng)、下墊面調(diào)整、氣溶膠排放等機(jī)制及其交織作用[12]，也與區(qū)域的地理、氣候等背景因素疊加。
在綜合城市化引起的熱力作用，城市結(jié)構(gòu)、冠層效應(yīng)的動(dòng)力作用，植被減少、下墊面硬化引起小尺度水循環(huán)過程作用下，未來城市可能面臨更加頻繁、更為極端的強(qiáng)降水事件沖擊[13]，也會(huì)加劇洪澇災(zāi)害的影響。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)第六次評(píng)估報(bào)告同樣支持上述觀點(diǎn)。我國東部地區(qū)降水量呈現(xiàn)小雨減少、暴雨增加的“不對(duì)稱”變化已獲證實(shí)，而城市化進(jìn)程進(jìn)一步增強(qiáng)了東部地區(qū)城市群降水變化的不對(duì)稱性[14,15]。例如，1990年以來我國城市群所在流域的強(qiáng)降雨事件（歷時(shí)≤3 d）的發(fā)生頻次及降水量均呈上升態(tài)勢(shì)[16]；北京1 h最大降水量（20年一遇）由1961—1990年的50~60 mm增加到1991—2019年的60~70 mm，日最大降水量由1961—1990年的100~150 mm增大到1991—2019年的150~200 mm[17]�？梢姡覈蟪鞘泻统鞘腥悍烙磥肀┯旰闈硾_擊的難度將進(jìn)一步增大，潛在的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。
（二） 城鎮(zhèn)化蒸散發(fā)效應(yīng)
蒸散發(fā)是地表水分和能量平衡的重要組成部分。在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，大量的植被、土壤、水域等天然地表被道路、廣場(chǎng)、房屋等人工地表替代，地表蒸散發(fā)特征隨之調(diào)整，改變了降水再分配特性和水平衡關(guān)系。城市區(qū)域一般仍有20%以上的降水以蒸散發(fā)形式返回大氣，而在植被覆蓋率較高的城市這一比例可達(dá)61%[18]。盡管城市區(qū)域顯熱通量超過潛熱通量并成為能量平衡的主要支出形式，但蒸散發(fā)消耗的能量仍是能量收支的重要組成部分，相應(yīng)占比超過25%。
干旱指數(shù)是影響城鎮(zhèn)化蒸散發(fā)效應(yīng)的關(guān)鍵因素[19]。在多數(shù)氣候類型下，城市蒸散發(fā)量低于非城市地區(qū)，這是產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)的部分原因。在干旱氣候條件下，市政用水量和灌溉量增加，城市蒸散發(fā)反而高于非城市地區(qū)；在寒冷氣候條件下，城市微氣候因人類活動(dòng)增加了能量供應(yīng)，故冬季蒸散量高于其周邊非城市地區(qū)。此外，城市土地利用特征、人口密度也是影響蒸散發(fā)的重要因素。因此，調(diào)整城市綠地布局和植被灌溉方式，可以改變城市蒸散發(fā)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市能量過程的分配調(diào)節(jié)，將在一定程度上減緩城市高溫?zé)崂说牟焕绊憽?/div>
（三） 城鎮(zhèn)化徑流效應(yīng)
城鎮(zhèn)化改變了土地利用類型、冠層結(jié)構(gòu)等下墊面條件，導(dǎo)致地表產(chǎn)匯流特性變化，此即城鎮(zhèn)化的徑流效應(yīng)。通常，在地表大量硬化、城市不透水或弱透水比例持續(xù)提高后，地表直接產(chǎn)水量、徑流系數(shù)隨之加大；次降雨條件下的地表徑流響應(yīng)加快、過程尖瘦化、沖擊性增強(qiáng)[20,21]，增加了排水防澇壓力和洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。例如，深圳市龍崗河流域的集水面積為364.4 km2，硬化地表占比由1992年的8.6%增長至2019年的35.2%，導(dǎo)致3 h暴雨（20~100年一遇）的洪峰流量相應(yīng)提高26%~39%、峰現(xiàn)時(shí)間提前約1 h。此外，城市不透水面積的空間分布、幾何特征等，對(duì)地表徑流過程也具有重要的影響[22]。
城市水系結(jié)構(gòu)變化、排水管渠及河湖閘站等水利設(shè)施建設(shè)，也會(huì)影響城市及毗鄰區(qū)的產(chǎn)匯流特性，改變洪澇形成與演進(jìn)規(guī)律。許多城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)了天然水域空間衰減、洪澇調(diào)蓄能力降低的情況，且在城市河道整治過程中大量實(shí)施了河道渠化、裁彎取直、泵站抽排等措施，進(jìn)一步加快了地表雨水徑流向河道的匯集和歸槽速度。這些因素也在一定程度上改變了原有的排水行洪格局。
（四） 城鎮(zhèn)化地下水效應(yīng)
城市地區(qū)不透水面積擴(kuò)大、地下水取用規(guī)模增加、地表和地下空間開發(fā)利用等對(duì)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)，改變了水文地質(zhì)條件和地下水補(bǔ)排關(guān)系，導(dǎo)致地下水平衡狀態(tài)出現(xiàn)異變。① 在地下水補(bǔ)給方面，城鎮(zhèn)化的影響具有兩面性：一方面，地表不透水率的增大，阻斷了大氣與土壤包氣帶之間的天然聯(lián)系，減少了降水對(duì)含水層的自然補(bǔ)給，如天然狀態(tài)下有50%的大氣降水經(jīng)土壤下滲補(bǔ)給地下水，而當(dāng)不透水面占城市面積的35%~50%時(shí)，僅有35%的降水下滲；另一方面，城市供水系統(tǒng)滲漏、實(shí)施人工補(bǔ)給、降水量增加、蒸散發(fā)減少等因素也會(huì)增加地下水補(bǔ)給[23]。② 在地下水排泄方面，城鎮(zhèn)化進(jìn)程中通常存在大規(guī)模開采地下水的情況，導(dǎo)致地下水排泄量的激增。在世界范圍內(nèi)，20世紀(jì)80年代中期的地下水開采總量約為5.5×1011 t/a，到20世紀(jì)末期已超過7.5×1011 t/a。我國利用地下水的城市超過400座，華北、西北地區(qū)利用地下水的城市占比分別為72%、66%[24]。此外，在地表建筑、地下交通、商業(yè)設(shè)施的建設(shè)過程中采取了地下水疏干措施，增加了地下水排泄量。
城市對(duì)地下水補(bǔ)排存在雙向影響，城市化對(duì)地下水文過程的影響主要分為兩類：下滲補(bǔ)給量減少、地下水超采導(dǎo)致人工排泄量增多，引起地下水位顯著下降；市政供排水網(wǎng)絡(luò)滲漏、實(shí)施綠地灌溉和人工回補(bǔ)、蒸發(fā)作用減弱等因素，造成地下水位上升。在華北地區(qū)的城市，長期和大規(guī)模的地下水開采量遠(yuǎn)超補(bǔ)給量，導(dǎo)致地下水位區(qū)域性下降并形成較大規(guī)模的降落漏斗，進(jìn)而引發(fā)地表沉降、裂縫、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，出現(xiàn)海水入侵、河湖干涸、濕地退化等問題。例如，全國有50多個(gè)城市發(fā)生過地面沉降和地裂縫災(zāi)害，沉降面積峰值為9.4×104 km2[25]。
（五） 城鎮(zhèn)化水質(zhì)效應(yīng)
快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中人口和產(chǎn)業(yè)高度集聚，出現(xiàn)了污染物大規(guī)模、集中性排放，生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力降低的情況，使許多城市面臨水質(zhì)劣化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。發(fā)達(dá)國家的歷史發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，城鎮(zhèn)化率達(dá)到50%后將進(jìn)入水污染事件的高發(fā)期。傳統(tǒng)形式的城市水污染主要來自排放的工業(yè)和生活污水。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、城鎮(zhèn)污水收集處理能力的提升，我國河湖的點(diǎn)源污染物排放量得到有效削減。2017年，全國范圍內(nèi)的SO2、化學(xué)需氧量、NO x 等污染物排放量較2007年分別下降了72%、46%、34%[26]。相應(yīng)地，非點(diǎn)源污染源逐漸成為影響我國河湖水質(zhì)的主要因素[27]。
城鎮(zhèn)化進(jìn)程驅(qū)動(dòng)非點(diǎn)源污染的來源及遷移過程均發(fā)生變化。城市垃圾不當(dāng)處理、管網(wǎng)溢流、大氣污染干濕沉降等，均會(huì)產(chǎn)生大量的污染物。大氣沉降在本質(zhì)上是空氣凈化的過程，但大量的霾顆粒沉降可能引起S、N等物質(zhì)輸入量超出地表環(huán)境的承受范圍，導(dǎo)致土壤酸化和水體富營養(yǎng)化。我國華北地區(qū)曾是全球大氣污染物沉降量最高的區(qū)域之一，霧 ‒ 霾高發(fā)的長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)的大氣污染物沉降量也較高，如巢湖2022年的大氣總氮沉降量約占年總氮輸入量的18%[28]。城鎮(zhèn)化進(jìn)程增大了地表不透水面積，這是導(dǎo)致河湖污染的另一個(gè)重要原因。不透水面積占比的提高，加快了地表產(chǎn)匯流，增大了洪峰流量，降低了陸域滯留和吸收污染物的能力；暴雨徑流中含有的營養(yǎng)物、病菌、石油、油脂、重金屬等污染物，成為河湖水質(zhì)惡化的重要原因�？梢�，城市地表不透水面積的增加，不僅易引發(fā)洪澇災(zāi)害，而且可加重非點(diǎn)源污染物遷移的風(fēng)險(xiǎn)。此外，城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水域空間減少、河湖人工化改造后水文連通性降低等因素，降低了水體自凈能力，加劇了地表水污染。
城鎮(zhèn)化還會(huì)造成地下水污染。① 土地利用類型、植被覆蓋等下墊面條件的變化，直接影響地下水的水質(zhì)運(yùn)移。例如，珠江三角洲地區(qū)地下水的水化學(xué)特征、硝酸鹽污染水平等與土地利用類型密切相關(guān)，土地利用類型、城市化進(jìn)程對(duì)地下水的影響程度甚至超過當(dāng)?shù)睾畬訋r性[29]。② 大規(guī)模開采地下水增加了含水層的污染負(fù)荷輸入量及聚集性，在沿海地區(qū)還會(huì)造成海水入侵。③ 城市地表雨水徑流滲入地下、污水管網(wǎng)漏損、固體廢棄物淋濾滲漏等，也是造成地下水污染的重要原因。
（六） 城鎮(zhèn)化的水資源供需平衡效應(yīng)
水資源供需平衡是區(qū)域水平衡的重要組成部分之一。城市水資源需求和開發(fā)利用方式的變化導(dǎo)致城市水資源供需關(guān)系出現(xiàn)改變，即為城鎮(zhèn)化的水資源供需平衡效應(yīng)。在水資源需求方面，城市常住人口和基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增長、居民生活水平提高等因素會(huì)提高用水的剛性需求，園林綠化、河湖保護(hù)等活動(dòng)也會(huì)“誘發(fā)”用水需求[30]。然而，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、服務(wù)業(yè)占比提高等對(duì)水資源需求具有負(fù)效應(yīng)，城鎮(zhèn)化可促進(jìn)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用、強(qiáng)化用水監(jiān)管，也將抑制用水需求�？梢�，城鎮(zhèn)化與水資源需求之間的關(guān)系不是單向的，而是與城鎮(zhèn)化所處階段及質(zhì)量密切相關(guān)。例如，我國上海市、美國圣安東尼奧市的城市人口、經(jīng)濟(jì)增長與用水量之間甚至表現(xiàn)出一定的“脫鉤”特征[31,32]。
在水資源供給方面，城鎮(zhèn)化對(duì)供水方式、水源構(gòu)成等均產(chǎn)生顯著影響。快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程也是區(qū)域性供水網(wǎng)絡(luò)加快完善、城市供水系統(tǒng)大規(guī)模建設(shè)、家庭用水設(shè)備迅速普及的過程。而在供水水源方面，城鎮(zhèn)化的“虹吸”作用凸顯，許多城市形成了本地水與外地水（含過境水、域外調(diào)水）共同滿足當(dāng)?shù)赜盟枨蟮母窬帧＠�，北京、天津、深圳等超大城市較為依賴跨流域調(diào)水，上海市、杭州市的水源地也分別持續(xù)地向長江、新安江上游拓展，事實(shí)上形成了流域 ‒ 城市聯(lián)動(dòng)供水的格局。同時(shí)，再生水、淡化海水、雨水等非常規(guī)水源在供水格局中的比重在持續(xù)提升。虛擬水的大規(guī)模凈流入也是城鎮(zhèn)化水資源供需平衡效應(yīng)的重要表現(xiàn)之一，如本地農(nóng)業(yè)水足跡下降、居民膳食結(jié)構(gòu)總體呈現(xiàn)增加高耗水的動(dòng)物性食物消費(fèi)的趨勢(shì) [33]，導(dǎo)致城鎮(zhèn)化進(jìn)程中虛擬水凈流入顯著增加。北京、天津、上海、重慶、廣州、深圳6個(gè)城市的外部水足跡（虛擬水輸入）合計(jì)占總水足跡的80.7%，接近實(shí)體水供應(yīng)的兩倍[34]。整體來看，虛擬水流入降低了城市水資源的短缺程度，但增加了對(duì)外部的依賴性。
三 城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的城市水安全風(fēng)險(xiǎn)
在過去的40年中，我國人口城鎮(zhèn)化率年均增加1個(gè)百分點(diǎn)以上，而土地城鎮(zhèn)化速度明顯超過人口城鎮(zhèn)化速度。2000—2023年，全國城市建成區(qū)面積年均增長5.42%，城市輻射區(qū)域中下墊面變化劇烈。與此同時(shí)，大城市的密集型、高強(qiáng)度開發(fā)活動(dòng)突出，顯著加大了城市水安全保障壓力。然而，長期以來有關(guān)城市水安全風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)認(rèn)知不足、重視程度不夠，城市水安全保障能力明顯滯后于城市發(fā)展需求。近年來，盡管城市水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施體系及管理能力穩(wěn)步提升，但暴雨洪澇、干旱缺水、水環(huán)境災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)依然構(gòu)成新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中亟待有效應(yīng)對(duì)的重大挑戰(zhàn)，且在全球氣候變化、我國城市群發(fā)展等因素的作用下出現(xiàn)了一些新情況。
（一） 極端暴雨洪澇事件威脅持續(xù)且外溢效應(yīng)增強(qiáng)
我國正在持續(xù)推進(jìn)“海綿城市”建設(shè)，但城市排水防澇體系依然難以穩(wěn)健應(yīng)對(duì)極端暴雨和洪澇事件的侵襲。加之受到全球氣候變化、局部地區(qū)環(huán)境的共同影響，城市極端暴雨事件有增多趨勢(shì)，同時(shí)在雨量級(jí)上頻繁突破歷史記錄。位于沿海、河口地區(qū)的一些城市還面臨因海平面上升、水沙情勢(shì)變化產(chǎn)生的風(fēng)暴潮威脅加劇等問題。在大城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張、城市群發(fā)展和區(qū)域一體化進(jìn)程加快的背景下，城市與城市之間、城市與所在流域之間的互饋?zhàn)饔帽憩F(xiàn)得更為強(qiáng)烈和更加復(fù)雜，城鎮(zhèn)化進(jìn)程對(duì)洪澇影響的外溢效應(yīng)及次生效應(yīng)更加明顯。例如，在2015年和2016年汛期，太湖流域內(nèi)的蘇州、無錫、常州等城市防洪包圍圈及高標(biāo)準(zhǔn)圩區(qū)集中排澇，對(duì)京杭大運(yùn)河、太浦河等流域內(nèi)骨干河道洪水位造成了重要影響，出現(xiàn)了顯著的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，一度加劇了太湖流域的洪澇情勢(shì)；在2020年長江流域大洪水期間，武漢等沿線城市集中排澇，也在一定程度上雍高了長江關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的洪水位。
（二） 大中型城市水量和水質(zhì)型缺水風(fēng)險(xiǎn)并存
在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，全國用水總量得到有效控制，但生活用水量持續(xù)增長，2023年占用水總量的15.4%，已接近工業(yè)用水量[35]。相關(guān)研究[36]表明，2016年我國居住在水資源短缺區(qū)域中城市的居民為1.6億人，約占全球相應(yīng)人口總量的17.2%；全國668座建制市中缺水城市超過400個(gè)，其中嚴(yán)重缺水城市有110個(gè)。同時(shí)，城市發(fā)展對(duì)水質(zhì)的要求越來越高，突出表現(xiàn)在居民生活用水質(zhì)量要求提高，半導(dǎo)體制造、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)生產(chǎn)用水的水質(zhì)要求十分嚴(yán)格，明顯加大了優(yōu)質(zhì)水資源需求。此外，氣候變化不僅影響水資源總量及其時(shí)空分布，而且會(huì)因干旱和咸潮上溯影響河流型水源地供水的可靠性，進(jìn)而加大藻類水華暴發(fā)概率和湖庫水源地脆弱性。例如，2016年8月，浙江省富春江水庫藍(lán)藻水華曾一度威脅G20杭州峰會(huì)等重大公共活動(dòng)相關(guān)的水環(huán)境質(zhì)量保障任務(wù)以及居民飲用水安全；2022年，長江遭遇歷史罕見的汛期反枯事件，上海市和長江下游其他城市的供水安全受到了嚴(yán)重威脅。因此，綜合未來城市水資源的量、質(zhì)需求提升以及水資源條件變化來看，我國城市水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。
（三） 城市新污染物的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)顯現(xiàn)
近年來，我國城市水環(huán)境質(zhì)量整體呈現(xiàn)穩(wěn)中向好態(tài)勢(shì)，但是與新型污染物相關(guān)的環(huán)境、生物、人體健康風(fēng)險(xiǎn)開始有所顯現(xiàn)。國內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注的新污染物主要包括持久性有機(jī)污染物、內(nèi)分泌干擾物、抗生素、微塑料4類，主要源自有毒有害化學(xué)物質(zhì)的生產(chǎn)和使用。新污染物的危害性強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)隱蔽、環(huán)境持久性強(qiáng)、來源廣泛、產(chǎn)業(yè)鏈長、治理難度偏大，而傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)對(duì)新污染物的去除能力相對(duì)有限。長江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)的水體中已檢測(cè)出較高含量的內(nèi)分泌干擾物、抗生素、微塑料等新污染物，相關(guān)危害風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。以抗生素為例，我國既是生產(chǎn)大國，也是使用大國，尤其是畜禽養(yǎng)殖業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)使用量很大�？股剡M(jìn)入水體后，會(huì)誘導(dǎo)病原微生物產(chǎn)生抗藥性，存在引發(fā)“超級(jí)細(xì)菌”的風(fēng)險(xiǎn)，甚至可能改變水生生物的物種組成，進(jìn)一步危害水生態(tài)系統(tǒng)功能。而微塑料的顆粒直徑小于5 mm，可通過污水處理廠排水、地表徑流、合流制溢流、塑料設(shè)施老化釋放、大氣沉降等方式進(jìn)入城市水環(huán)境；微塑料與其他類型的污染物產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，可能危害水生生物，最終進(jìn)入食物鏈而危害人體健康。
四 城市水安全韌性提升策略
（一） 總體思路
在推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化的過程中，為了有效保障城市公共安全，亟需順應(yīng)韌性城市建設(shè)的潮流，從魯棒性、可恢復(fù)性、適應(yīng)性、智慧性等方面以及工程、技術(shù)、管理、社會(huì)等維度出發(fā)進(jìn)行綜合施策，科學(xué)推進(jìn)水安全風(fēng)險(xiǎn)集成管理，穩(wěn)健恢復(fù)并維系健康的城市水平衡狀態(tài)，增強(qiáng)有效防御和應(yīng)對(duì)各種水安全風(fēng)險(xiǎn)沖擊的能力。精準(zhǔn)把握城市的自然 ‒ 社會(huì)復(fù)合水循環(huán)規(guī)律，深化認(rèn)識(shí)城鎮(zhèn)化水平衡綜合效應(yīng)和城市水安全風(fēng)險(xiǎn)演化趨向，結(jié)合新型城鎮(zhèn)化、城鄉(xiāng)一體化、全球氣候變化等新形勢(shì)，明確城市水安全韌性提升的目標(biāo)要求。因地制宜運(yùn)用國際韌性城市建設(shè)理念與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)我國城市水安全風(fēng)險(xiǎn)集成管理與調(diào)控，追求實(shí)現(xiàn)健康的城市水平衡，形成良性和諧的人水城關(guān)系，為建設(shè)安全、宜居、創(chuàng)新、綠色的現(xiàn)代城市，提升居民生活幸福感提供堅(jiān)實(shí)的水安全保障。
可按照“以水定城、量水發(fā)展，系統(tǒng)治理、統(tǒng)籌協(xié)同，主動(dòng)適應(yīng)、平戰(zhàn)結(jié)合，科技引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”的總體思路和相應(yīng)的發(fā)展策略，全面提升我國城市水安全韌性。① “以水定城、量水發(fā)展”是推動(dòng)城市健康發(fā)展、有效治理水問題的首要原則。遵循水循環(huán)系統(tǒng)的更新代謝規(guī)律，合理確定城市開發(fā)邊界和承載人口規(guī)模，據(jù)此優(yōu)化國土空間布局和開發(fā)利用方式。② “系統(tǒng)治理、統(tǒng)籌協(xié)同”指兼顧城市水系統(tǒng)承載力提升、低影響開發(fā)并減小壓力負(fù)荷兩方面要求，推進(jìn)城市水問題綜合治理；立足城市實(shí)際，與區(qū)域、流域聯(lián)動(dòng)，統(tǒng)籌包含治水、減污、降碳在內(nèi)的綜合目標(biāo)，對(duì)應(yīng)施策并精準(zhǔn)治理。③ “主動(dòng)適應(yīng)、平戰(zhàn)結(jié)合”指開展城市的市政基礎(chǔ)設(shè)施動(dòng)態(tài)評(píng)估、健全城市應(yīng)急管理體系，以及時(shí)提高魯棒性、做好風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)預(yù)防，避免超標(biāo)準(zhǔn)暴雨、洪澇、干旱、突發(fā)性水污染事件引發(fā)災(zāi)難性后果。④ “科技引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”指注重監(jiān)測(cè)變化環(huán)境下的城市水平衡狀態(tài)與水安全風(fēng)險(xiǎn)，深化水安全風(fēng)險(xiǎn)及其發(fā)展趨向的科學(xué)認(rèn)知，突破極端暴雨洪澇精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警、新污染物治理、廢污水經(jīng)濟(jì)安全再生利用、城市空間多目標(biāo)協(xié)同等難題，在城市水安全保障建設(shè)中融合新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市人水作用的透徹認(rèn)知、精細(xì)模擬、智慧化管理。
（二） 主要策略
1 前瞻研判城市水安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)評(píng)估和有效預(yù)防
主動(dòng)適應(yīng)變化的環(huán)境、提高城市水安全風(fēng)險(xiǎn)防范能力，需要統(tǒng)籌考慮城市氣候風(fēng)險(xiǎn)類型、自然地理?xiàng)l件、功能與規(guī)模等因素，系統(tǒng)評(píng)估不利影響，加強(qiáng)水安全風(fēng)險(xiǎn)綜合防控能力。① 開展氣候變化對(duì)城市水安全影響的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。地球?qū)⑦M(jìn)入“沸騰時(shí)代”，氣候變化產(chǎn)生極端天氣和氣候事件以及各類緩發(fā)的不利影響，將持續(xù)威脅我國城市水安全。針對(duì)氣候變暖、海平面上升耦合極端氣象事件等對(duì)城市洪澇、供水水質(zhì)安全、湖庫富營養(yǎng)化的影響，建立跨部門的聯(lián)合評(píng)估工作機(jī)制，開展精細(xì)監(jiān)測(cè)、定量評(píng)估和歸因分析。② 加強(qiáng)城市人文因素對(duì)水安全風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估和有效預(yù)防，前移防御關(guān)口。汲取歷次暴雨洪澇事件的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)中有效落實(shí)水安全風(fēng)險(xiǎn)防御的治理措施。排查城市水安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，完善城市水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施條件，保障重大“生命線”工程安全，充分測(cè)試城市基礎(chǔ)設(shè)施防御能力。
2 優(yōu)化城市開發(fā)利用方式，促進(jìn)城市精明增長
全面考慮水的剛性約束和承載能力，協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化進(jìn)程與水的關(guān)系，改變城市規(guī)模外延擴(kuò)張模式，促進(jìn)城市精明增長，有效控減城市發(fā)展對(duì)水循環(huán)的不利影響。統(tǒng)籌水土資源和經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件，優(yōu)化城市發(fā)展定位和目標(biāo)，更充分地考慮水安全因素并管控城鎮(zhèn)開發(fā)邊界，科學(xué)確定城市承載人口規(guī)模并引導(dǎo)人口有序流動(dòng)。分區(qū)域、分階段控制城市開發(fā)建設(shè)規(guī)模及進(jìn)度，落實(shí)水土資源消耗總量與強(qiáng)度“雙控”要求，合理設(shè)置不透水地表面積占比閾值，保障水域空間的占補(bǔ)平衡。
在國土空間規(guī)劃編制及實(shí)施過程中，探索量水發(fā)展的城市空間布局。加強(qiáng)土地開發(fā)利用管理，尊重水循環(huán)的自然規(guī)律，形成疏密有序、水陸兩宜的城市開發(fā)利用格局。優(yōu)化“藍(lán)綠灰”空間配置，統(tǒng)籌城市地上和地下空間綜合利用，預(yù)留雨洪調(diào)蓄空間，劃定城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)控制線。推行城市低影響開發(fā)，將透水性地表保護(hù)與布局優(yōu)化的要求融入城市用地詳細(xì)規(guī)劃和相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃。深化節(jié)水、防污、低碳城市建設(shè)，加快形成水資源節(jié)約和集約利用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展模式。對(duì)于水資源短缺和超載地區(qū)的城市，限制發(fā)展高耗水產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)向園區(qū)集聚，大力推行梯級(jí)用水和循環(huán)用水，堅(jiān)決抑制不合理、奢侈性用水需求。通過產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、管理創(chuàng)新，挖掘節(jié)水減排潛力，降低城市藍(lán)水和灰水的足跡強(qiáng)度；對(duì)水體中的重點(diǎn)新污染物實(shí)行包含源頭禁限、過程減排、末端治理在內(nèi)的全過程管控。
3 強(qiáng)化城市與流域統(tǒng)籌治理，提升城市水系統(tǒng)承載力
加強(qiáng)城市下墊面管理，優(yōu)化河湖水系布局，強(qiáng)化水系連通并促進(jìn)水體有序流動(dòng)，充分發(fā)揮并維系自然環(huán)境對(duì)洪澇的緩沖調(diào)節(jié)功能、對(duì)水污染的自凈作用。依托水處理和新能源技術(shù)進(jìn)步，降低再生水利用和海水淡化的成本；構(gòu)建集散結(jié)合的城市污水再生利用系統(tǒng)，增加城市可用水量，優(yōu)化水資源開發(fā)利用格局，降低灰水足跡并有效控減水污染壓力。綜合開展再生水、雨水、海水等非常規(guī)水資源利用，支持城市水安全韌性提升。
基于城市與所在流域的互饋關(guān)系，開展城市水問題的多層次統(tǒng)籌治理。在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，城市和城市群對(duì)所在流域表現(xiàn)出明顯的“虹吸效應(yīng)”“溢出效應(yīng)”，城市水循環(huán)過程受到所在流域水文情勢(shì)變化的影響。加強(qiáng)城市與流域水安全統(tǒng)籌治理，采取城鄉(xiāng)一體化供水、外洪內(nèi)澇協(xié)同治理、跨界水污染防控等措施，建立針對(duì)洪澇、干旱缺水、突發(fā)水污染等事件的城市 ‒ 流域聯(lián)防聯(lián)控聯(lián)調(diào)機(jī)制。
4 應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)氣象水文事件沖擊，提升應(yīng)急管理能力
城市水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施體系更為完善、調(diào)度管理水平進(jìn)一步提升，可增強(qiáng)暴雨、洪水等災(zāi)害事件的防御能力。但城市災(zāi)害防御標(biāo)準(zhǔn)不可能無限制提升，發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)氣象水文事件不可能完全避免。完善城市應(yīng)急管理體系，建立應(yīng)急、住建、水利、氣象、生態(tài)環(huán)境等部門聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)機(jī)制，形成全鏈條、閉環(huán)式、規(guī)范化應(yīng)急模式，提高針對(duì)洪澇、干旱、突發(fā)性水污染事件的應(yīng)對(duì)能力。
開展城市災(zāi)害性氣象水文事件監(jiān)測(cè)預(yù)警，完善極端事件預(yù)警預(yù)報(bào)與應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提升應(yīng)急響應(yīng)決策的科學(xué)性和精準(zhǔn)性。加強(qiáng)包含城市洪澇在內(nèi)的重大災(zāi)害事件應(yīng)急演練，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案動(dòng)態(tài)管理和智能化應(yīng)用。擴(kuò)充建設(shè)應(yīng)急搶險(xiǎn)基地，加大應(yīng)急物資儲(chǔ)備力度，優(yōu)化應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)物資儲(chǔ)備庫布局。擴(kuò)充應(yīng)急救援隊(duì)伍能力及規(guī)模，強(qiáng)化專業(yè)應(yīng)急救援裝備力量部署。加強(qiáng)水災(zāi)害事件復(fù)盤分析，科學(xué)制定災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃和方案。
5 推進(jìn)城市水安全風(fēng)險(xiǎn)社會(huì)化管理，增強(qiáng)適應(yīng)和恢復(fù)能力
充分發(fā)揮傳統(tǒng)媒體和新型媒體的傳播作用，面向全社會(huì)廣泛開展水災(zāi)害防治相關(guān)的宣傳活動(dòng)，增強(qiáng)城市居民防范水安全風(fēng)險(xiǎn)的警覺性和自救與互救能力。借鑒發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)，將城市水安全災(zāi)害防御和風(fēng)險(xiǎn)管理課程列入基礎(chǔ)教育范圍，使相關(guān)教育進(jìn)教材、進(jìn)校園、進(jìn)社區(qū)、進(jìn)職業(yè)培訓(xùn)。豐富實(shí)踐演練活動(dòng)形式，建設(shè)各層次的城市水安全應(yīng)急管理教育培訓(xùn)和科普基地。依托基層社區(qū)建立熟人網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)理性和沉著應(yīng)對(duì)重大水安全危機(jī)事件的社會(huì)韌性。
商業(yè)保險(xiǎn)作為一種重要的金融工具，經(jīng)過市場(chǎng)檢驗(yàn)且行之有效，同樣適用于城市水安全風(fēng)險(xiǎn)社會(huì)化管理。國際上保險(xiǎn)行業(yè)在洪水災(zāi)害損失中的平均承擔(dān)比例為30%~40%，而我國保險(xiǎn)行業(yè)在水旱、災(zāi)害等風(fēng)險(xiǎn)管理和損失補(bǔ)償方面發(fā)揮的作用極為有限。為了緩解國家財(cái)政負(fù)擔(dān)、提高居民主動(dòng)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的意愿，需加大災(zāi)害保險(xiǎn)普及度，更多發(fā)揮商業(yè)保險(xiǎn)在城市水安全風(fēng)險(xiǎn)管理方面的重要作用，通過風(fēng)險(xiǎn)分散、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)确绞�，增�?qiáng)社會(huì)對(duì)水安全風(fēng)險(xiǎn)的適應(yīng)性和可恢復(fù)性。完善巨災(zāi)保險(xiǎn)相關(guān)的法律規(guī)章和政策體系，構(gòu)建以政府災(zāi)害救助體系為基礎(chǔ)、政策性保險(xiǎn)為保障、商業(yè)保險(xiǎn)為補(bǔ)充的城市水安全重特大風(fēng)險(xiǎn)管理體系。
6 依托科技創(chuàng)新突破城市水安全保障重大關(guān)鍵問題
開展變化環(huán)境條件下城市水循環(huán)過程與水平衡狀態(tài)的立體化精細(xì)監(jiān)測(cè)，建設(shè)城市綜合氣象水文監(jiān)測(cè)感知體系，深化城市水安全風(fēng)險(xiǎn)及其演變趨勢(shì)的科學(xué)認(rèn)知。針對(duì)城市極端水旱災(zāi)害精細(xì)化模擬預(yù)報(bào)、水旱災(zāi)害及其次生災(zāi)害的動(dòng)態(tài)評(píng)估、再生水安全經(jīng)濟(jì)利用等難題，集中優(yōu)勢(shì)力量開展聯(lián)合攻關(guān)。研究城市新污染物治理相關(guān)新理論和新技術(shù)，深化認(rèn)識(shí)抗生素、微塑料等生態(tài)環(huán)境危害機(jī)理，完善新污染物環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控技術(shù)體系。建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的巨災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模型，強(qiáng)化城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、識(shí)別、預(yù)警和聯(lián)動(dòng)處置，提供巨災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)減量亟需的科技支撐。推動(dòng)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)與城市水安全保障的深度融合，增強(qiáng)城市水安全風(fēng)險(xiǎn)的智慧化管控能力。
五 結(jié)語
快速城鎮(zhèn)化對(duì)城市及毗鄰區(qū)的水平衡產(chǎn)生多方面的復(fù)雜影響，帶來了洪澇災(zāi)害、水資源短缺、水環(huán)境污染等城市水問題，威脅著城市健康發(fā)展和社會(huì)公共安全。本文主要從降水、蒸散發(fā)、地表徑流、地下水、水質(zhì)、水資源供需平衡等方面出發(fā)，闡述了城鎮(zhèn)化的水平衡效應(yīng)，提出了把握城市的自然 ‒ 社會(huì)復(fù)合水循環(huán)規(guī)律，按照“以水定城、量水發(fā)展，系統(tǒng)治理、統(tǒng)籌協(xié)同，主動(dòng)適應(yīng)、平戰(zhàn)結(jié)合，科技引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”的總體思路，全面構(gòu)建健康水平衡，提升城市水安全韌性，實(shí)現(xiàn)和諧的“人水城”關(guān)系的發(fā)展策略。
我國城鎮(zhèn)化進(jìn)入了“后半程”，盡管面臨人口開始負(fù)增長等不利條件，但新型城鎮(zhèn)化仍將持續(xù)推進(jìn)。在此背景下，強(qiáng)化治水與營城的有機(jī)結(jié)合，長效提升城市水安全韌性，仍十分必要和迫切。結(jié)合新型城鎮(zhèn)化、城鄉(xiāng)一體化、全球氣候變化等新形勢(shì)，城鎮(zhèn)化的生態(tài)效應(yīng)、城市實(shí)體 ‒ 虛擬水二元流動(dòng)等重要問題仍待深入研究，城市公共安全和韌性城市建設(shè)總體框架下的城市水安全風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)也可細(xì)化展開。
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基金
中國工程院咨詢項(xiàng)目“健康水平衡構(gòu)建與國土高質(zhì)量保護(hù)利用戰(zhàn)略（一期）”(2022-PP-04); 廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科AB22080093)
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