刘翠 冯峰 靳晓颖

摘 要：针对开封市海绵城市雨水资源利用效益问题，首先基于扩散效益树方法，遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”海绵城市建设关键技术，识别海绵城市雨水资源利用产生效益，并进行归类;然后构建海绵城市雨水资源利用效益量化模型;最后量化计算开封市雨水资源利用所产生的经济效益和生态效益，并对社会效益进行定性分析。结果表明：开封市雨水资源利用产生的效益可观，2013—2017年的经济效益、生态效益总和分别为10.711 9亿、11.122 8亿、11.220 1亿、7.585 3亿、7.442 3亿元。

关键词：海绵城市;雨水资源;利用效益;模型构建;开封市

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

随着城市建设的快速发展，地面硬化面积不断扩大，部分城区存在排水管网系统设计标准低等问题，导致城市内涝频繁出现，加剧了城市水环境恶化。同时，城市人口不断增加引起城市用水量增加，水资源短缺是不少城市發展面临的重大问题。习近平总书记在2013年中央城镇化工作会议上明确指出：解决城市缺水问题，必须顺应自然，要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市[1]。通过海绵城市建设，科学、合理、高效地利用城市雨水资源，充分发挥雨水资源的利用效益是我国生态文明建设的一项重要任务。

在我国，海绵城市雨水资源利用是最近几年的新兴产业，关于海绵城市雨水资源利用效益的研究，目前主要集中在单项利用措施的效益研究方面，对区域性海绵城市雨水利用效益的研究较少。许杰玉等[2]基于海绵城市理论，以山东省曲阜市为例，通过建筑屋顶、道路、广场、自然水面对雨水资源的集蓄利用分析，下沉式绿地、透水铺装、生物滞留设施对雨水资源的减排下渗分析表明，每年将雨水用于绿地浇灌、道路喷洒，曲阜市雨水资源综合利用率为9%，同时增加雨水资源下渗量约800万m3。唐树英[3]针对海绵城市市政道路低影响开发的综合效益，基于全生命周期成本理念，构建环境综合效益和经济综合效益模型，并以南方某城市试点道路为例验证了综合效益模型的可行性。汪东屹等[4]以常德市为研究对象，运用分析归纳法、调查法等分析了海绵城市建设在生态、经济、社会等方面所产生的效益。刘俊杰等[5]通过定量分析云锦路下沉式绿地的海绵城市效益，找出了影响年径流总量控制率的主要参数。但是针对海绵城市雨水资源利用效益的定量评价，还缺乏统一的评价指标体系和评价方法。因此，笔者以开封市为例，识别海绵城市雨水资源利用产生效益，并进行归类，构建海绵城市雨水资源利用效益量化模型，并对开封市海绵城市雨水资源利用效益进行定量计算，以此宏观反映海绵城市雨水资源利用的效益，以期为政府决策提供依据。

1 基于扩散效益树法的雨水资源利用效益识别及归类

（1）扩散效益树法的基本思路。扩散效益树法是根据雨水降落至不同下垫面的流动过程，遵循海绵城市建设的“渗、滞、蓄、净、用、排”关键技术，分析在整个过程中雨水利用会带来哪些效益，扩散雨水资源利用效益，进而对其效益进行识别和归类，见图1。

（2）海绵城市雨水资源利用效益识别及归类。基于扩散效益树法，对城市不同下垫面雨水资源利用效益因子进行识别及归类，见图2～图5。

2 开封市海绵城市雨水资源利用效益量化模型

2.1 开封市区域概况及水资源现状

开封市属于温带季风性气候区，冬季干燥寒冷，春季干旱多风，夏季高温多雨，秋季天高气爽。多年平均气温为14.52 ℃，多年平均无霜期为221 d;多年平均降水量为662.8 mm，降水多集中在夏季的7—8月;蒸發能力1 600～2 000 mm，每年5—6月蒸发能力最强。开封境内河湖众多，分属黄河和淮河水系，水域面积达220 hm2，约占开封中心城区建成面积的1/10，素有“北方水城”之称。浅层地下水以大气降水入渗、黄河水侧渗、水渠渗漏、灌溉水回渗等为主要补给方式，以开采和蒸发为主要排泄方式。开封市属于资源型缺水城市，本地区水资源远远不能满足用水需求，年用水量近一半引自黄河，其中大部分用于农业灌溉。近年来，随着郑汴一体化进程加快，城市水资源需求进一步增加，同时污水排放量增大，对水资源质和量的需求提升，但引黄水总量有严格控制，地下水也不能过度开采，因此充分利用雨水资源是目前解决水资源供需矛盾的有效途径之一。

2.2 开封市海绵城市雨水资源利用效益量化模型

2.2.1 海绵城市的经济效益

（1）雨水资源收集利用效益。海绵城市采用雨水集蓄利用措施（如蓄水池、储水罐等）将雨水储存起来，作为绿化、消防、景观、道路和汽车冲洗用水等，提高水资源的利用率，减少城市自来水用量并缓解市政供水压力。该项收益可用收集回用的雨量乘以自来水的价格进行计算，具体计算公式：

（2）节省的水处理费和城市排水管网运行费。海绵城市通过各种雨水渗透、集蓄和利用设施等，降低场地内的雨水径流量，减少市政管网雨水排放量，从而减小水处理压力。节省的水处理费和排水设施运行费可用替代工程法进行计算，该项收益即为节省的水处理费与管网运行费之和，其计算公式为

根据文献[7]，管网的运行费为0.08元/m3，因此本研究取0.08元/m3。根据《关于调整开封污水处理收费标准的通知》，开封市污水处理费为0.95元/m3。

（3）节省的绿地浇灌用水效益。海绵城市实施雨水利用工程如下凹式绿地、雨水花园等雨水蓄渗设施后，部分不透水路面或屋顶的雨水直接排入雨水蓄渗设施中，增加了绿地雨水的下渗量，减少了绿地浇灌的次数，从而减少自来水用量。这部分收益可根据《室外给水设计规范》（GB 50013—2006）进行计算，具体计算公式

（4）减少治污费用带来的收益。海绵城市实施雨水利用工程如透水铺装、渗水井、下凹式绿地等雨水蓄渗设施后，可以减少雨水径流中的污染物质，从而大大减少因雨水污染而带来的河流水体污染。这部分收益可用替代工程法计算，即将排污费作为消除污染需要投入的费用。根据文献[8]，消除污染每单位投入与其减少的环境损失之比为1∶3，则减少的治污费用Bz为

2.2.2 海绵城市的生态效益

（1）渗透补充地下水的收益。海绵城市通过各种雨水渗透、集蓄利用设施等，消减雨水径流量、延缓径流峰值，在一定程度上补给城市地下水，降低城市内涝发生的风险。该项收益可根据增加的入渗量、降雨对地下水的入渗补给系数和自来水价格进行计算[9]，补充地下水的收益Bd为

式中：α为降雨对地下水的入渗补给系数，取0.2;Ad为透水面面积，取各类透水下垫面面积之和;p3为以地下水为水源的自来水的价格，用水资源的影子价格计算，取4.1元/m3。

（2）改善城市小气候，缓解城市热岛效应的收益。城市植被可以起到降温增湿的作用，从而缓解城市热岛效应。该项效益可用替代工程法进行评估，如空调的使用具有和绿地相似的降温效果，相关研究表明[10]，夏季绿地能够从外界吸收的热量为81.8 MJ/hm2，相当于189台空调每天的制冷效果，空调因制冷所消耗电能的价值可作为绿地调节温度的价值，因此植被调节温度总效益Bq可按下式计算：

式中：D为室内空调每小时的耗电量，取0.86 kW·h/台;p4为电价，开封市目前电费标准为0.56元/（kW·h）;n1为空调台数，取189台;n2为夏季空调使用的月数，开封市每年夏季使用空调按3个月计算。

此外，城市水域、透水路面等也可在一定程度上缓解城市热岛效应，这部分效益还有待进一步研究。

（3）固碳释氧，净化空气效益。绿色植物对维持地球碳氧平衡起着重要作用。二氧化碳是引起温室效应的主要原因，而氧气是维持有氧呼吸必不可少的要素，植物通过光合作用，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气，减弱温室效应，净化空气，该项效益可以用碳税法评价，固碳释氧效益可以用工业制氧法评价[11]，计算公式为

式中：Q碳为绿地年吸碳量，t/hm2;T为碳税率，采用瑞典碳税0.15美元/kg，按照人民币汇率7.07元计算，碳税率为1.06元/kg;Q氧绿地年释放氧气量，t/hm2;I为工业制氧的价格，700元/t。

2.2.3 海绵城市的社会效益

（1）丰富城市公共开放空间，服务城市各类人群。海绵城市的建设，除雨洪资源利用外，还可以在保护和利用原有河流、湖泊、沟渠、绿地的基础上，通过新建绿地、街道、停车场、广场、水景观设施等为居民提供活动、休闲、防灾避难等多功能的城市公共开放空间，服务各类人群。

（2）构建绿色宜居的生态环境，提升城市品质与整体形象。海绵城市建设所涉及的雨水花园、湿地公园、河道驳岸改造、植被缓冲带、屋顶花园和下凹式绿地等，丰富了城市公园的种类，提高了公园的品质和景观价值，从而提升城市的品质和整体形象。

（3）防洪排涝效益。海绵城市雨水利用设施能产生一定的防洪排涝效益，主要表现为在一定程度上减少地表径流，减少地面积水，削弱洪峰流量，减少城市内涝，从而减少交通拥堵，降低交通事故发生的概率，保障人们生命财产安全。

（4）提升居民的节水意识。海绵城市通过实施雨水利用工程，不仅能给居民带来休闲、娱乐的场所，而且能够增强居民爱护水资源、保护水环境、节约用水的意识。

（5）解决就业问题，带动经济发展。海绵城市雨水收集、利用，每一个环节都需要人员、设备等，这将对解决城乡居民就业问题，拉动区域经济发展起到一定促进作用。

3 开封市海绵城市雨水资源利用效益定量计算

开封市下垫面面积及雨水资源利用潜力见表1。在全国年径流总量控制率区域划分图中查得，开封市属于Ⅲ区，对应的年径流总量控制率为75%～85%，本文取控制率下限75%，对开封市海绵城市雨水资源利用产生的经济效益、生态效益进行计算，结果见表2（其中社会效益不易量化，其定性描述见2.2.3）。

从表1可以看出，开封市建成区总面积包括硬化地面面积、植被面积、水域面积，随着近年来城市化建设的加快，硬化地面面积不断增加，而植被面积持续减少，水域面积在2014年开封西湖开始蓄水后趋于稳定，雨水资源利用潜力随着降雨量变化而变化。

从表2可以看出，按照海绵城市理念开展雨水资源利用，开封市2013—2017年雨水资源利用产生的经济效益、生态效益總和分别为10.711 9亿、11.122 8亿、11.220 1亿、7.585 3亿、7.442 3亿元，其中2016年和2017年总效益有所减少。开封市城市化进程的加快导致2016年和2017年不透水面积增大，而且由于这两年的降雨量偏少，因此雨水资源利用潜力有所减小，进而使雨水资源利用效益减少。从各项效益计算结果可以看出，雨水资源利用除了产生经济效益之外，更重要的是会带来重要的生态效益和社会效益。从产生效益的总价值来看，减少污染治理、补充地下水、缓解城市热岛效应、净化大气的价值都很高。海绵城市产生的效益还有很多，如节省城市河湖改造的费用、提升区域土地价值、带动旅游等相关产业发展等。此外，随着《开封市海绵城市建设实施方案》的实施，开封市海绵城市雨水资源利用将会对开封市生态城市、旅游城市建设以及卫生城市创建起到巨大的推动作用。

4 结 语

基于扩散效益树法，考虑不同下垫面雨水流动过程，遵循海绵城市建设的“渗、滞、蓄、净、用、排”关键技术，对不同下垫面雨水资源利用产生效益进行识别、归类，构建开封市海绵城市雨水资源利用效益量化模型，并对开封市海绵城市雨水资源利用效益进行了定量计算和定性分析。计算结果表明，雨水资源利用不仅能产生经济效益，而且更重要的是能带来一定的生态效益和社会效益。社会效益短期收益不明显，但是社会效益中部分影响是长期的。随着《开封市海绵城市建设实施方案》的实施，海绵城市建设将会对开封市生态城市、旅游城市建设以及卫生城市创建起到巨大的推动作用。本文仅对开封市海绵城市雨水资源利用的效益进行了初步计算，开封市海绵城市建设尚处在起步阶段，海绵城市雨水设施建设还很落后，雨水利用模式还很单一。随着开封市海绵城市建设的推进，在以后的研究中应参考《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》《海绵城市建设绩效评价与考核办法（试行）》进一步优化海绵城市雨水资源利用效益指标，进而开展效益评估研究。

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【责任编辑 吕艳梅】