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第七届广东泵阀展

广东国际泵管阀展览会 FLOWTECH CHINA (GUANGDONG) 2023

202339-11日 广州丨保利世贸博览馆

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雄安新区城市水系统的全周期管理机制及安全保障技术研究

基于我国城市水管理经验借鉴,立足新发展阶段,结合雄安新区城市水系统管理的形势需求,将“全周期管理”理念融入雄安新区水系统管理,以闭环政策体系为路径,探索取水—供水—用水—净水—排水—循环利用全过程精细化管理。通过强化规划引领、推进体制改革、提升产业集中度、加强智慧化管理,实现城市水系统管理的要素全覆盖、职能全集成、运维全过程、管控全智能。同时,为提升雄安新区应对气候变化和急性冲击灾害的适应能力,实现新区水系统的安全运行与可持续发展,构建了基于不确定性的雄安新区城市水系统安全保障技术。该技术包括水系统的风险源识别、风险综合评价和风险管理策略三部分,分别从气候变化、急性冲击、安全保障机制三个方面提出应对策略,建设高韧性高弹性的城市水系统。

 

结合雄安新区城市水系统管理的形势需求,引入全周期管理理念,以闭环式管理政策为基本路径,推进城市水系统的全要素管控、全流程监督、跨区域协同、分层次治理,以水系统综合规划为抓手、以管理机构整合为依托、以一体化运营为突破口、以监测数据和智慧平台为支撑,探索构建雄安新区城市水系统全周期管理机制。

 

近年来,多位专家表达了对雄安新区城市水安全面临的多重严峻挑战的担忧,但缺乏从多灾种综合影响的角度具体评估雄安新区水系统的风险及风险应对策略的研究,也缺乏对新区未来城市发展带来的城市基础设施承载能力的不确定性的风险管控机制研究。本文针对上述科技需求,重点关注高度不确定性的水安全保障,包括应对气候变化与急性冲击情景,所述城市水系统安全保障区别于传统的水安全保障。

 

01 我国城市水管理现状及发展趋势

 

(1)缺乏系统性,规划建设难衔接。城市内部水管理涉及部门众多,在执行过程中存在部门利益为主的条块管理,权责交叉过多,难以协调,导致城市水管理与流域水管理不协调、水陆管理分割、污染源环境介质与污染物监管难统一等,政府缺位、越位、错位的问题较多。

 

(2)整体性不足,难以高效协同。水与物质的传输过程及其时空分布被分割,缺乏将水质、水量、水生态等相协调的系统思维,无法实现水治理效能的最大化。

 

(3)新发展阶段,雄安新区水系统管理面临新形势。雄安新区地处白洋淀-大清河流域,属于资源性缺水地区,水环境质量较差,富营养化问题突出,水生态空间萎缩,新区地势低洼,洪涝灾害风险较高。虽然雄安新区管理委员会实行扁平化管理,但目前涉水管理仍涉及多个横向部门,有效的协同联动机制建立。河北省水利厅大清河管理处实际未能充分发挥管理协调流域治理和开发利用职能。流域内不同省市污染物排放限值不同,流域上下游普遍缺乏统筹、治水各自为政、各类措施之间缺少衔接。

 

雄安新区水管理,应统筹推进水安全保障、水资源节约、水生态保护修复、水环境治理(见图1)。

 

02 树立系统观念推进城市水管理

 

2.1 城市水系统“全周期管理”

 

“全周期管理”涉及理念、制度、资源、方法的关系集合,应将其作为城市水系统管理的方向指引,遵循内在规律,把握整体性和周期性,采取与全局相一致又具有针对性的措施,推动系统治理。同时,以综合信息化平台为支撑,重视从系统要素、结构功能、内在机制与运行模式等层面全方位监测评估,从前期监测预警、中期处置应对到后期复盘反馈,各环节运转顺畅,深度协同(见图2)。

 

雄安新区城市水系统全周期管理,应基于新区水系统现状,坚持人与自然和谐共生基本方略,坚持国家治水方针,运用发展、全面、系统思维,开展水系统全过程、全要素、全场景的精细管理。综合考虑水与自然、水系统内、水与人、人与人之间关系,全面推进“一个尊重,五个统筹”(见图3)。

 

2.2 构建闭环式管理政策体系

 

以政策保障为抓手,构建由管理目标、供给措施、行业需求、管理环境和评估手段组成的闭环式管理政策体系,由自上而下的引领与自下而上的反馈相结合,推动实现雄安新区城市水系统“全周期管理”(见图4)。

 

03 雄安新区水系统全周期管理措施探索

 

3.1 强化顶层设计

 

以水系统综合规划为抓手,实现管理要素“全覆盖”。编制涵盖供水、污水处理及再生利用和雨水等子系统,覆盖取水、供水、用水、净水、排水、循环利用等要素的城市水系统综合规划,将其作为城市水系统综合治理的顶层设计,明确建设目标和总体策略(见图5)。

 

3.2 推进体制改革

 

以管理机构整合为依托,实现管理职能“全集成”。消除管理盲区,解困“条块分割”管理格局。同时,进一步整合和强化资金、用地等要素保障(见图6)。

 

3.3 提升产业集中度

 

以一体化运营为突破口,实现运行管理“全流程”。逐步探索供排水一体化运营模式,降低全过程运行成本,提升全系统运行效率。推动由政府单一治理向政府、企业和社会共治转变。探索建立运营服务费与供水水质、污水收集率、进水污染物浓度、污染物削减量等挂钩的按效付费机制(见图7)。

 

3.4 推行智慧化管理

 

以监测数据和智慧平台为支撑,实现管控方式“全智能”。建立“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的雄安新区城市水系统监管模式。同时,不断深化智慧管理平台功能,充分发挥平台在城市体检、智能建造、智慧市政、智慧社区、城市综合管理,以及政务服务、公共卫生等领域的应用支撑。

 

04 水系统安全保障总体技术框架

 

本研究的范围是雄安新区的城市建设区,即新区起步区,规划范围约为200 km²,其中建设用地约100km²。设定城市水系统安全保障的目标为:控制灾害源、减轻易损性、提高适应性、增强恢复力。确定城市水系统安全保障的原则为:以人为本,预防为主;统一领导,分级处置;综合评估,科学决策;快速响应,协同应对。

 

城市水系统安全保障技术总体框架如图8所示,主要包括水系统的风险源识别、风险综合评价和风险管理策略三部分。风险源识别需要对气候变化和急性冲击的各种风险源进行识别。风险综合评价从危险性、暴露性、脆弱性及减灾能力等角度,对风险进行量化评估。风险管理策略包括工程性措施和非工程性措施,并应有相应的风险管理机制作为保障。

 

05 城市水系统应对气候变化

 

5.1 气候变化对城市水系统的影响路径分析
气候变化对城市水系统的影响及应对,可从流域水循环系统和城市水循环系统这两个尺度进行分析。流域水循环系统空间范围更大,更多地表现出自然属性。城市水循环系统空间范围相对要小一些,更多地表现为人工属性。

 

城市水系统是由城市的水源、供水、用水和排水等四大要素组成的。这四大要素的相互联合构成了城市水循环系统,每个要素都对这个循环系统起着一定的促进或制约作用。气候变化对城市水系统的影响路径如图9所示。这四大要素都可能成为气候变化对城市水系统的影响对象。气候变化对供水和用水子系统的影响主要体现在气温变化对城市用水量的影响上,进而影响供水管网的性能。在城市水系统中,城市排水子系统对气候变化最为敏感。一方面,气候变化引起的暴雨强度的变化会改变城市地表径流产生量,可能增大城市排水管网压力,甚至增大城市内涝灾害的频率和危害程度。特别对于沿海城市,气候变化带来的海平面上升会加剧风暴潮和洪涝灾害的频率和强度。另一方面,气候变化通过影响城市的降雨径流,影响径流污染及合流制溢流污染量,再叠加气温的变化,对城市排水的受纳水体水质产生影响。

 

城市水循环系统与流域水循环系统的一大区别在于拥有管网系统。气候变化对城市水系统的影响除了体现在降水和地表径流之外,更多体现在对管网性能的影响上,这是流域水文、水质模型模拟所不能解决的,因此需要用城市水系统的相关模型进行模拟。研究方法可采用通过建模的方法预测未来不同气候变化情景下水系统的响应,模型可选择气候模式与水文、水资源或水质模型相结合的方式进行。

 

5.2 气候变化对城市水系统的影响与风险分析框架

 

构建的气候变化对城市水系统影响与风险分析的“气候变化模拟预估—气候变化增量分析—水系统影响风险分析”的技术框架如图10所示,运用全球气候模式,借助降尺度方法,驱动区域气候模式,根据设定的气候变化情景,对未来的气候变化进行预估。通过对气候模式预估结果的科学分析,得到未来气候变化增量。根据气候变化增量,借助相关模型与指标,结合所研究城市及其水系统的实际情况,系统分析气候变化对城市水系统的水资源、水环境与排水防涝安全等可能产生的影响与风险。

 

从水资源分析、排水防涝风险分析、水环境影响分析三个方面,构建的分层级城市水系统风险分析方法。

 

水资源风险分析宜考察全年的水资源量。排水防涝风险分析的模拟情景,宜采用100年一遇短历时和100年一遇长历时。水环境风险分析的模拟情景,宜采用平水年全年、100年一遇短历时和100年一遇长历时。

 

分析结果表明:雄安新区未来受气候变化影响的排水防涝风险较高,水环境风险中等,水资源风险较低。因此,雄安新区应重点关注较高风险的排水防涝安全及中等风险的水环境安全,适当关注较低风险的水资源安全。

 

5.3 应对策略

 

城市水系统应对气候变化带来的挑战,应坚持开源与节流相结合、集中与分散相结合、灰色与绿色相结合、刚性与柔性相结合的原则,进行系统的分析,构建健康而有韧性的城市水循环系统。

 

雄安新区应采用绿色与灰色基础设施相结合等各种措施,减缓气候变化给雄安新区的排水防涝安全和水环境安全增加的负面冲击。

 

06 城市水系统应对急性冲击

 

6.1 风险分析

 

城市水系统急性冲击风险分析可分为风险源识别和风险综合评估2个步骤。风险源识别是找出可能对城市水系统产生影响的各种急性冲击风险类型。风险综合评估是结合区域实际情况以及利益相关者的讨论,定量评估城市水系统应对各类急性冲击的危险性、暴露性、脆弱性和减灾能力等因素的过程。

 

城市水系统脆弱性评估包括供水、污水、雨水及涉水空间4个子系统,采用定性与定量结合的方式,分为高、较高、中、较低、低5个等级,成果列于表1。

 

6.2 应对策略

 

区别于传统的防灾减灾和灾害风险管理,主要注重控制灾害源和采取相应的技术措施降低风险和减轻设施的损耗。韧性城市框架下的城市水系统应对急性冲击的策略旨在韧性城市的全生命周期内进行弹性干预和控制,将水系统风险始终控制在设定的可接受风险范围之内,实现“风险可控制、巨灾能适应、损失可降低”的综合安全目标。

 

面对急性冲击带来的挑战,雄安新区城市水系统主要从城市洪水内涝用地安全空间管制、关键水设施安全韧性保障、城市水系统灾后恢复能力提升和对接智能防灾减灾应急管理平台4个方面进行应对。

 

07 城市水系统安全保障机制

 

7.1 城市水系统应急预案体系

 

雄安新区应按照“横向到边、纵向到底”的原则,覆盖可能发生的主要重大急性冲击风险种类,制定城市水系统应急预案体系。《雄安新区突发事件总体预案》设置了四级应急响应等级:一级、二级、三级、四级,应急响应等级视事态发展升级、降级或终止。基于总体预案,雄安应尽快建立城市水系统应急预案体系。应从供水安全保障应急预案、排水安全保障应急预案和水源和水体安全保障应急预案三个方面来分类涵盖(见图11)。

 

7.2 城市水系统风险管控机制

 

按照“多级保障和多渠道兼容,单位自救与社会救援相结合”的原则,制定“城市-组团-社区”三级风险管控机制,包括区域协同机制、综合应对机制、专业负责机制和网格化管理机制。

 

区域协同机制指雄安新区应在京津冀协同发展领导小组统筹指导下,在领导小组办公室综合协调下,在国家有关部委和北京、天津市支持帮助下,按照河北省委省政府的安排部署协调联动京津冀

 

08 小结

 

新时期,科学的城市水系统管理,应摒弃“条块分割”“碎片化”管理方式,贯彻“全周期管理”理念,坚持以人民为中心,坚持系统观念,运用发展、全面、系统思维,构建城市水系统全周期闭环管理政策体系,做好城市水系统顶层设计,突破条块分割式传统管理格局,创新一体化运营模式,在融合多源涉水信息基础上,依托智慧管理平台实施闭环管理,打造城市水系统全周期管理机制,为强化城市水系统整体效能、健全城市有机生命体、构建流域生命共同体提供支撑。

 

同时主动应对气候变化和急性冲击,建立雄安新区城市水系统应急预案体系,提高城市水系统安全保障水平及城市韧性。

 

来源:北极星水处理网

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