城市水环境空间韧性提升研究

戴德胜，胡凯丽，姚 迪

引言

随着城市化进程的推进，地质灾害、重大传染性疾病、爆炸事故等突发公共事件严重冲击着城市的公共安全体系，给城市带来的社会经济损失往往也随着城市人口规模、用地规模的扩大而相应增大。2001年的“9·11”事件、2003年的SARS危机、2008年的5·12汶川地震、2011年的日本里氏9.0级大地震并导致福岛核泄漏、2020年的新冠肺炎疫情等，均在考验着城市在极端环境下的抗压性与恢复力，对城市公共安全和城市环境空间稳定性带来重大冲击和挑战。

城市水环境空间是自然与社会高度融合的空间环境，是以城市区域涉水空间为主体、支撑城市功能发挥的重要体系，包括城市自然水循环系统和城市社会水环境系统。城市水环境空间是关系到城市公共安全的重要基础设施，是人类生产生活的公共资源，其稳定运行至关重要。在各类突发公共事件的胁迫下，未来高度未知的发展可能会影响水基础设施的核心功能，从城市水源、管网传输、水质保障到污水收集和排放，甚至城市自然水体，均可能再次加重突发公共事件的影响。2003年，香港淘大花园暴发了严重的SARS疫情，调查表明病毒可能是通过设计不合理的污水排放系统传播，导致321例患者感染SARS。2005年底吉林石化企业的苯胺装置爆炸，引发松花江流域水污染，然后跨区域地耦合为黑龙江省哈尔滨市市民的抢水恐慌。2011年，日本里氏9.0级大地震引发约256.72万户居民自来水断水，其中茨城县有80.5%的家庭断水，多达80.10万户。在2020年新冠肺炎疫情期间，研究人员在新型冠状病毒肺炎重症感染患者粪便样本中分离出活的新型冠状病毒，提示新型冠状病毒传播可能存在粪口传播，引发了社会公众和工作者对饮用水、污水处理以及水环境的担忧。突发公共事件的耦合性、衍生性、扩散性和变异性等特征对水环境空间提出了更高的要求，已有的城市水环境空间规划主要是关注水本体的治理，对突发公共事件中不确定性因素的准备和组织较为缺乏。城市水环境空间如何系统性地加强突发公共事件事前、事中、事后的规划引领与治理措施，是城市水环境空间迫切需要回答的问题。

未来城市水环境空间发展必然走向系统的综合整治，耦合自然、社会、经济因素，注重常态下降低不确定性风险、非常态下减轻损失并做好快速恢复的准备。在不确定性突发公共事件的潜在危机与城市水问题的交织影响下，一方面城市的水安全隐患、水环境恶化、水资源紧缺及其与社会经济发展的矛盾尚未解决，另一方面城市水环境空间发展面临潜在突发公共事件压力，原有的治理手段和传统规划路径可能无法保证其功效。面对不确定的突发公共事件，城市水环境空间面临怎样的困境和挑战？如何规避潜在的城市水环境空间风险？如何采取有效的规划建设和管理提升城市水环境空间的韧性？需要我们深刻思考并总结经验，以从容应对未来不确定的突发公共事件。本文从突发公共事件影响下城市水环境空间的公共安全风险性多样、抵抗冲击能力不足和灵活应变能力薄弱等方面总结城市水环境空间面临的挑战，以韧性理论为指导，提出城市水环境空间韧性规划4个方面策略。研究结果可为稳定城市水环境空间、提高城市水环境空间在突发公共事件时的适应性提供有益参考。

1 城市水环境空间面临的挑战

1.1 城市水环境空间的公共安全风险性多样

城市人口规模的增长和建设强度的增加让城市成为复杂的巨系统，突发性公共事件的种类也多样化，不仅有暴雨、洪水、地震、干旱等传统突发事件，而且出现了如核泄漏、急性传染病等新型突发事件。传统事件与新发事件交织在一起，对城市水环境空间构成严重威胁。突发性公共事件带来的直接影响、严重程度具有不确定性，潜在的风险对水环境空间的影响是多方面且严峻的，与事件的类型、事件的发展以及事件的应急措施等密切相关。地震、爆炸等瞬间冲击和具有强大破坏性的灾害发生时，城市水环境空间极易丧失基本服务功能，缺少清洁水源、集中式供水中断、供水设施损坏等直接导致供水系统崩溃，此外化学物品、垃圾和无法收集的污水等暴露在环境中，易造成更大范围的水污染。当传染性疾病、水污染等慢性压力下的事件发生时，虽然对城市水环境空间没有直接性的破坏，但是当城市水系统中潜在传输和暴露路径检控不当时，极可能引发广泛的公共健康事件，进一步扩大公共安全的风险。

1.2 城市水环境空间的抵抗冲击能力不足

1.2.1 规划建设系统性欠缺

目前，城市水环境空间规划建设关注重点在水污染防治规划、黑臭水体治理和海绵城市建设等，但是水环境空间规划缺乏顶层设计的考虑，水务行业也没有形成统一的共识。城市水环境空间规划建设包含给水厂、污水处理厂、供排管网、河湖、湿地等，涉及生态、水文、水利、城市水务、给排水、环保、市政工程、景观等多个不同专业的系统协作，应使整个城市水环境本体更具系统性和整体性。城市水环境空间发展过于专注水本体治理，过去的认识和研究局限于自然循环系统或水源系统，缺少对地质灾害、气象灾害、重大事故等突发公共事件给城市水环境空间带来风险的综合考虑，忽视了城市水环境空间的公共属性。所以，在项目实践中容易出现就项目论项目的现象，导致涉水灾害频发、水环境污染反复和水资源失衡，且在外在冲击发生时没有系统性的应对措施。究其原因，部分地区的城市水环境空间规划尚未形成整体系统模式，未全面考虑城市水环境空间中潜在的风险，子系统之间的作用机制没有被深入揭示，缺少顶层设计和整体规划。

1.2.2 设施建设标准刻板

由于社会的快速发展，水环境空间往往会出现建设容量趋近饱和或不足。在规划城市水环境空间时，需要在现状分析和发展目标的基础上预测未来的需求量，规划容量须适度超前，将建设标准设定在合理的区间。如果突然发生失控的事件，虽然有适度超前的设计标准，但超出标准区间仍会导致水利基础设施系统的失效，无法满足城市常规的水需求。实践表明，城市环境空间发展水平的下限是由灰色基础设施决定的，灰色基础设施是水环境空间治理成功的基础。新中国成立之初，资金不充裕，相关数据不足，水利基础设施建设采用的质量标准前瞻性不足，满足不了现代城市人口高度集中、极端气候事件增多的发展趋势。另外，规划设计追求高效、集约化的建设，执行刻板的数字标准，缺乏地域性、差异性和弹性化的考虑，在面对极具破坏性的突发公共事件时，设施韧性低下和备用设施缺乏都无法保障核心功能的正常发挥。

1.2.3 工程项目呈碎片化

城市水环境空间建设急于快速见到成效，出现“效率主义”，导致工程项目缺少内在联系。在规划设计初期未将气候因素、自然环境、社会环境和水环境综合整体考虑，如专注于对某一河道集中爆发的问题进行治理，局限于达到岸绿水清的单一目标。在城市水环境空间建设项目碎片化的模式下，容易出现各自成为独立的系统或者重复投入等问题。此外，碎片化的建设方式增加了城市水环境空间的脆弱性，如若某一关键设施或者某一区域出现崩溃性的突发问题，将给整个城市水系统带来风险，严重影响城市水环境空间建设与实施效果。

1.3 城市水环境空间的灵活应变能力薄弱

1.3.1 依赖简单的工程思维

如果依赖简单的工程思维来解决复杂、系统的城市水问题，将难以破解城市水环境空间发展所面临的复杂性难题。那些看起来让城市变得更安全、更高效、更清洁的工程措施，由于过度依赖人工技术和运用简单的工程思维，导致水生态系统本身的综合生态服务功能得不到发挥，变得脆弱，维护和运转费用也更加昂贵，从而走向不可持续的道路；同时，一味追求工程设施的规模与数量，导致城市的发展依赖于更高的防洪堤、更粗的排水管道、更大规模的区域调水、更贵的污水处理设施和更脆弱的人工系统。虽然一定程度上解决了水环境空间当前的部分难题，但是由于忽略与其他相关事件的系统关系和相互影响，将造成城市水环境空间无法抵御不可预测、极具破坏性的公共安全事件。

1.3.2 管控机制尚不健全

城市水环境空间的建设是一个全生命周期的过程，涉及住建、市政、发改、水利、财政、自然资源等多个职能部门，需要多专业的系统协作，不同部门、不同专业在城市水环境空间建设过程中都是不可缺少的角色，但是部门沟通困难、跨区规划存在弊端、功能无法统一等问题出现已久。当下，城市水环境空间建设缺乏完善的管控机制，没能回答什么部门在什么阶段具体管控什么内容的问题。因此，管控机制要实现各部门、各专业的各司其职、高度协作，还需进一步探索。虽然各国已经建立了“纵向到底、横向到边”的应急体系，当突发公共事件发生时，国家和地方也基本按照突发公共事件应急预案及时响应；但是在需要多部门应对重大突发公共事件面前，建立完善的城市水环境空间应急响应工作还有很长的路要走。

2 韧性理论对城市水环境空间规划的重要能动性

2.1 韧性理论与城市水环境空间

“韧性”一词起源于拉丁语“Resilio”，本意是“回复到原始状态”。1973年由加拿大生态学家C.S.Holling首次应用于系统生态学，并将其定义为“生态系统被干扰以后重新恢复到稳定状态的能力”。21世纪以来，韧性的概念被广泛应用于城市水系统的研究，韧性视角为缓解城市水问题提供新思路、新方向。面对城市中不确定的突发公共事件，城市水环境空间需要顺应发展并转变观念，既要防患于未然，也要做好应对灾害的准备。韧性理论倡导城市水环境空间发展要富于远见，改变传统解决涉水突发公共事件时的被动局面，在时间维度上覆盖了事前、事中和事后，强调水环境空间承受急性冲击的抵御能力、快速应对的恢复能力以及通过重组和自组织学习来提升应对风险的适应能力，这是一个更具战略性和前瞻性的理论。

2.2 城市水环境空间韧性规划

在当今充满不确定性的、快速变化的时代，城市水环境空间需要制订全程应对突发公共事件的规划方案，既包括突发事件发生前降低风险发生，也包括应对当前面临的挑战、降低脆弱性，还包括灾后的快速恢复、保持平衡，同时寻找新的发展机会。因此，将韧性理论深入到城市水环境空间规划的管理和实践之中，采用韧性的规划模式，对规避突发公共事件的危害和水环境空间健康发展具有积极作用。

城市水环境空间韧性规划对突发公共事件的态度是“适应”和“减弱”，具有较强的包容性，关注涉水突发公共事件与水环境空间之间的平衡关系，强调接受现状和不确定性风险的存在，随时做好应对变化的准备，并提出用新的策略去适应变化着的环境。研究的核心是城市在外在冲击和压力的情况下，能够避免及响应多种不确定的突发公共事件，将突发公共事件对公共安全健康和经济的影响降至最低，并维持城市安全、宜居、绿色、生态、健康、可持续发展所需的城市水环境空间功能稳定。

城市水环境空间韧性规划具有明确的韧性主体、对象和策略。韧性的主体，即城市水环境空间，包括给排水厂、管网等人工水环境，以及河流、湿地和公园等自然水环境。韧性的对象，即城市涉水突发公共事件，包括洪涝、重大水污染、水利设施突发故障、爆炸事故、地震、重大传染性疾病等。韧性的策略，即为应对不确定性扰动、适应突发事件而去完善城市水环境空间发展中的常态化准备、快速响应、恢复重建和组织学习等。

3 城市水环境空间韧性提升策略

城市水环境空间韧性提升有3个关键点：一是面对各种不确定的突发公共事件考验城市水环境空间抗冲击能力，强调城市水环境空间规划中的风险防控和抵御能力的常态化准备；二是当无法避免的涉水突发公共事件发生时，城市水环境空间能否及时恢复，并采取应急措施保障城市水质、水量、关键设施等的稳定，维持基本服务水平，强调城市水环境空间的响应速度和适应能力；三是在突发公共事件得以控制、恢复重建的同时深入总结学习，强调城市水环境空间的快速恢复能力和学习能力。

基于以上3个关键点，本文从组织韧性、工程韧性、经济韧性和社会韧性4个方面提出城市水环境空间韧性提升策略（图1）。首先，运用系统思维开展一体化的顶层规划设计和风险防范构建组织韧性；其次，采取坚固的适应性设计以构筑工程韧性；再次，通过丰富产业、吸引资金达到自我供给平衡以实现经济韧性；最后，从智慧化的精准治理、多方联动加强社会韧性。

图1 城市水环境空间韧性提升策略

3.1 系统思维，构建组织韧性

3.1.1 坚持规划引领，注重顶层设计

城市水环境空间规划面对突发公共事件的考验时，需要建立“事前-事中-事后”的全周期应对策略；在应急方案上，考虑多种突发事件和可能发生的公共安全问题，制订相应的规划标准和灵活的应急预案。所以，在城市水环境空间规划建设之初，应当以问题为导向，兼顾目标引导，判断并识别城市水环境空间中的突发公共事件的潜在危害，评估水环境空间系统的脆弱性，从宏观尺度探索突发公共事件对厂、网、河、湿地等的潜在风险，加强城市水环境空间面对外界干扰的防控和抵御响应，对水生态、水环境、水安全等本体问题和地质灾害、气象灾害、重大事故等突发公共事件进行系统化规划，综合解决城市水环境空间面临的风险挑战，并对不确定性的突发事件进行系统、整体的水生态文明顶层设计。需要注意的是，本文所提出的顶层设计可以考虑采用情景分析的方法来选择未来不确定性突发公共事件所需的规划方案。

3.1.2 厂网河一体化，高风险区严格防范

在城市的日常运转中，通过市政管渠、污水处理厂将雨水、污水排到河道是城市水循环的一个必要步骤。城市水环境空间的发展，尤其突发事件的不确定性，需要把供水、排水、城市水体作为动态循环的整体综合考虑，对各个环节采取严格防范是保障公共安全的必要条件。当突发公共事件发生时，排水管渠的收集能力、污水处理厂的处理能力、河道的流动能力，严重影响着城市水环境空间的安全性。实施厂网河一体化，在突发公共事件发生时，重点加强给排水设施、排水河口等风险点的防控，做到管网不拥堵、水厂不超载、水质不超标、河道不淤积、设施无故障和人员无暴露等，可以较好地解决暴雨洪涝、黑臭水体、管网淤积等常规突发事件。同时，一体化的综合防范，对高风险区进行严格防范及时处理，可以避免突发事件衍生的二次灾害给城市水环境空间带来的毁灭性打击，这是保障城市水环境空间的运行并满足公共用水和环境需水安全的必要条件。

3.2 适应设计，构筑工程韧性

3.2.1 严保给排水稳定，充分准备关键因素

应对涉水突发公共事件，水源的保护和给排水系统的抗冲击能力是事前防御和事中应急的关键环节。老化的基础设施更新改造既是机遇，又是挑战，需要考虑高度不确定的未来发展需要。在供水系统设计和规划时，需要综合考虑不确定的突发公共事件（如地震、爆炸、化工厂泄漏等）中各个节点存在的风险，包括水源地、泵站、水厂、管网和配电系统等设施是否稳定运行。城市供水系统应根据风险区的影响范围、风险等级进行综合考虑，采用分散、模块化的原则布局应急水源和备用水源等。实践证明，小规模的组团化、分散式的水源供给和排水设施的布局模式，对于整个系统的稳定性、快速响应和基本功能恢复具有明显的技术、经济优势。在供排水设施的配电、消毒等系统中，在规划设计阶段需要考虑提供充足的备用配电设施、泵、管道等，以利于在紧急情况下及时修复故障。在规划阶段考虑各类突发事件发生时的应急措施，有助于应对长期的水源高浊度、电力故障和化学品短缺的情况，同时做好资源配置，应对季节性的影响。

3.2.2 制定弹性标准，提高工程承载力

城市水环境空间的发展离不开工程设施的建设。为应对突发事件在持续时间和影响程度上的不确定性，城市水环境空间规划中的工程设施可根据实际情况预留一定的空间并采取弹性、高标准的设计原则，提升城市灰色基础设施承载力和应对突发公共事件时的稳定性。一方面，设施容量无法精准预测，必然会出现一定的规模增量，弹性的设计标准可以提高承载力，缓冲涌入的容量；另一方面，突发公共事件的冲击力无法预测，规划设计标准适当提高可以提升设施抵抗力，留有设施用地可以保障应急工程的临时建设。

3.3 多样准备，开发经济韧性

经济韧性是在突发性公共事件发生后保全城市水环境空间系统、规避潜在损失而采取的灵活策略。当前，城市水环境空间规划建设主要是通过政府拨款，需要激活社会资本力量，推动城市水环境空间规划建设资金来源的多元化。此外，社会资本的介入，需要探索城市水环境空间中深层次的产业发展模式，在促进公共福祉的前提下保障收益，才能吸引更多的资金投入，达到提高城市水环境空间建设经济韧性的目的。城市水环境空间经济韧性的形成有赖于系统自身多样性的产业结构，从产业多样性、经济自组织能力等方面，关注城市水环境空间在应对外部冲击时自我供给和维持基本服务水平的能力。此外，突发公共事件会倒逼水环境空间相关产业升级，未来“无人”水厂、智能和装配式建筑、云监测等将迎来巨大成长空间，催生行业新业态。

3.4 多方联动，建立社会韧性

3.4.1 智慧水务助力，推动精准治理

积极开展智慧水务的实践与研究，一方面，对海量水务信息进行及时分析与处理，实现监控、评估、模拟、决策全程管控，提升水环境空间的精细化管理与决策，保障水环境空间系统稳定运行；另一方面，保障水环境本体安全和社会群体的用水安全，也保护水务工作者的安全，降低一线水务工作者在风险中的暴露度。在实践应用中，建立城市水环境空间信息管控平台，采用自动采样器、在线检测和视频监控巡检，有效减少操作人员在现场巡检排查故障时的风险，避免出现故障叠加和人员感染。对于城市水环境空间中必须由人工处理的节点，相关工作人员应提前做好安全防范的知识储备和技能掌握，对突发故障的预处理和精准定位可减少操作人员在相对密闭的空间内的停留时间，全周期地保障城市水环境空间的生命支撑，做好二次风险的及时处理，确保城市水环境空间的服务功能，也减少工作人员的暴露风险。

3.4.2 多部门联动，多学科融合创新

城市水环境空间提升社会韧性的方式还体现在多部门联动和多学科融合创新上，通过明确“什么部门在什么阶段具体管控什么内容”，保障不同职能部门间的及时行动和良好协作，以此提升城市水环境空间的社会韧性。在高度复杂、涉及多个职能部门的突发公共事件面前，通过合理的制度安排，促进各专业、跨部门的充分互动，做好在突发事件面前的应急响应。传统的工程思维已经不能完全应对变化着的水环境空间，应对涉水突发公共事件，不能仅停留在给排水和水环境治理层面，应积极借鉴地质学和气象学领域的韧性研究成功经验，促进城乡规划与公共环境卫生、预防科学、防灾减灾、地理信息系统、社会公共管理等学科融合创新，并扩展到整个城市水环境空间去，从更广阔的层面去思考、解决问题，将研究成果快速转化为应用生产力，进一步推进精细化管理，在系统协作中获取更大效益。

4 结语

近年来频发的地质灾害、极端高温天气、突发爆炸事故、重大传染疾病等各种不确定的突发公共事件和城市水环境空间传统问题，使城市水环境空间面临外部胁迫和内部传统困境的双重扰动，进一步加大了城市水环境空间的脆弱性。新冠肺炎疫情下城市水环境空间虽然未引发公共卫生问题，但是也应分析总结疫情中水环境发挥的效用和存在的问题，注重积累经验。

城市水环境空间韧性提升最重要的功能是维护整个水环境空间的安全，保障人民的生命财产安全。应对突发公共事件，应予以全局性、系统性和长远性的考虑，提高城市水环境空间面对各类突发公共事件的适应能力，是应对未知事件及城市未知发展趋势的有效策略。本文引入韧性理论是对城市水环境空间规划与建设进行一次探索，期望为提升城市应对水环境空间的稳定性与恢复力带来启发性思考。城市水环境空间规划与建设任重而道远，未来还需进一步探索更合理、更具科学性的城市水环境空间规划。