李文英，賈斌凱，李懷恩，李家科，陳至立，李繼成

(1.西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048；2.中國(guó)電建 西北勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710048)

我國(guó)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市都已陸續(xù)進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段，其他地方城市的海綿城市改建也陸續(xù)開(kāi)始.作為政府為改善城市生產(chǎn)、生活環(huán)境的福利性投入，海綿城市的生態(tài)環(huán)境效益、社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益是政府關(guān)注的重點(diǎn).效益貨幣化結(jié)果能夠直觀體現(xiàn)海綿城市建設(shè)的各項(xiàng)效益的大小，同時(shí)，能夠?yàn)楹＞d城市建設(shè)的投入、規(guī)劃、優(yōu)化等過(guò)程提供參考.因此，海綿城市效益貨幣化研究是必要的.

國(guó)外類似的工程有美國(guó)的LID-BMP(Low Impact Development type’s Best Management Practices)[1]、英國(guó)的SUDS(Sustainable Urban Drainage System)[2]、澳大利亞的WSUD(Water Sensitive Urban Design)[3]等.美國(guó)LID-BMP效益的研究重點(diǎn)之一是成本-效益分析[4-5]，將包括節(jié)省降雨稅、增加的水資源、節(jié)省的隔熱保溫費(fèi)、降噪效益以及景觀效益等貨幣化，通過(guò)分析對(duì)比LID設(shè)施的成本與對(duì)建設(shè)者的效益，鼓勵(lì)私人建設(shè)LID設(shè)施調(diào)控徑流；分析LID-BMP的生態(tài)環(huán)境效益也是效益研究的重點(diǎn)之一，能夠推動(dòng)政府對(duì)公共區(qū)域的雨水進(jìn)行調(diào)控以及說(shuō)服政府提供更多的政策傾斜鼓勵(lì)私人建設(shè)LID措施.英國(guó)SUDS的主要功能是防洪排澇，效益研究重點(diǎn)主要是防洪排澇效益和生態(tài)環(huán)境效益[6]，在估算防洪排澇效益方面，制定了一份手冊(cè)—《Flood Risk Management Hand book》[7].

目前，國(guó)內(nèi)各學(xué)者也有構(gòu)建一些評(píng)價(jià)海綿城市建設(shè)效益的指標(biāo)[8]，但這些指標(biāo)并不一定能全部完成貨幣化計(jì)算.已構(gòu)建效益貨幣化方法，僅在一些小區(qū)LID改造效益[9]以及考慮生命周期成本的LID綜合效益計(jì)算上有一些成果[10].在海綿城市建設(shè)整體效益研究方面，有將海綿城市的生態(tài)環(huán)境、社會(huì)效益等轉(zhuǎn)化為城市的房產(chǎn)溢價(jià)計(jì)算海綿城市的效益[11]，此方法也是對(duì)海綿城市建設(shè)成果進(jìn)行貨幣化的途徑之一，但不宜應(yīng)用于海綿城市建設(shè)前期的規(guī)劃和優(yōu)化.而在海綿城市建設(shè)規(guī)劃優(yōu)化中，多以建設(shè)成本、雨水綜合徑流系數(shù)、污染物綜合控制率等為約束條件進(jìn)行優(yōu)化[12-14]，鮮見(jiàn)以效益貨幣化結(jié)果為約束條件的研究，究其原因是效益貨幣化研究不夠成熟，不能支撐海綿城市建設(shè)各項(xiàng)措施配置的規(guī)劃與優(yōu)化.

本研究通過(guò)估算西安市小寨海綿城市改建效益，構(gòu)建海綿城市效益貨幣化方法.以期為海綿城市效益貨幣化研究提供一定的參考.

1 海綿城市貨幣化指標(biāo)與方法

1.1 效益貨幣化指標(biāo)

在《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中(下稱《評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》)，評(píng)價(jià)內(nèi)容有七項(xiàng)，分別為：年徑流總量控制率及徑流體積控制、源頭減排項(xiàng)目實(shí)施有效性、路面積水控制與內(nèi)澇防治、城市水體緩解質(zhì)量、自然水體與水生態(tài)岸線保護(hù)、地下水埋深趨勢(shì)、城市熱島效應(yīng)緩解.在分析上述七項(xiàng)評(píng)價(jià)內(nèi)容后，結(jié)合源頭LID措施、中途管網(wǎng)改建、末端河湖治理，以及海綿城市建設(shè)的目標(biāo)和規(guī)劃，識(shí)別海綿城市建設(shè)的效益.將識(shí)別的效益與《評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中的內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，分析效益指標(biāo)的主要影響因素，構(gòu)建了效益計(jì)算指標(biāo)，具體見(jiàn)表1.

表1 海綿城市效益分類與各指標(biāo)主要影響因素Tab.1 Benefit Classification of Sponge City and Main Influencing Factors of Each Index

1.2 效益貨幣化方法

1.2.1 生態(tài)環(huán)境效益

(1)提升地表水環(huán)境質(zhì)量

使用受污染的水源增加了生產(chǎn)企業(yè)的成本，威脅居民的身體健康.即水資源受到污染，會(huì)造成社會(huì)損失，相反，水環(huán)境質(zhì)量提升能夠減少損失，提升生產(chǎn)效益.有研究表明污染物排入水體的損失是其治理成本的幾倍[15].本效益的計(jì)算方法為

(1)

式中：qi為各污染物的削減量，kg/a；QCi為污染當(dāng)量值，是不同污染物或污染排放量之間的污染危害和處理費(fèi)用的相對(duì)關(guān)系，PCi為污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)，元，可查閱《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》；N為污染物進(jìn)入不同功能區(qū)水環(huán)境的懲罰倍數(shù)，參考《突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急處置階段環(huán)境損害評(píng)估推薦方法》.

表2 污染物進(jìn)入不同功能區(qū)水環(huán)境的懲罰倍數(shù)Tab.2 Penalty multiples for pollutants entering the water environment in different functional areas

(2)補(bǔ)充地下水效益

海綿城市通過(guò)減少地下水開(kāi)采和增加徑流入滲等途徑保證地下水位的穩(wěn)定.地下水的市場(chǎng)價(jià)格主要受開(kāi)采成本的影響，未考慮水資源、水生態(tài)等的價(jià)值，因此，滲入地下的雨水的價(jià)值宜采用水的影子價(jià)格來(lái)衡量.本效益的計(jì)算公式為

B=Q×P

(2)

式中：Q為入滲補(bǔ)給量，m3；P為地下水資源影子價(jià)格，元/m3.

(3)緩解城市熱島效應(yīng)效益

海綿城市能夠緩解熱島效應(yīng)，是因?yàn)楹＞d城市建設(shè)增加了城市的植被，城市植被能夠起到降溫增濕的作用，能夠改善城市熱島效應(yīng)[16].分析城市植被降溫增濕的特征，可以采用替代工程法進(jìn)行評(píng)估.參考國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)城市綠地降溫效果的研究，選擇空調(diào)的使用作為替代工程，空調(diào)具有和綠地同樣的降溫作用.

同時(shí)結(jié)合成果參照法，根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，測(cè)定得出1 hm2綠地在夏季能夠從環(huán)境中吸收81.8 MJ的熱量，其降溫效果與189臺(tái)空調(diào)在全天的制冷效果相同[17]，所以以空調(diào)作為替代工程，其降低同樣溫度的耗電費(fèi)用作為綠地調(diào)節(jié)溫度的價(jià)值.因?yàn)橹脖坏慕禍刈饔迷谙募井a(chǎn)生效益，每年按n個(gè)月計(jì)算，已知室內(nèi)空調(diào)耗電0.86 kW·h/臺(tái)/h，則植被調(diào)節(jié)溫度總效益：

B=S×0.86 kW·h·h-1×P電×189臺(tái)×24 h×n×30 d·a-1

(3)

式中：S為實(shí)際綠化面積，hm2；P電為當(dāng)?shù)仉妰r(jià)，元/kW·h.

(4)提供生境效益

植被面積增加、水域面積擴(kuò)展以及生態(tài)岸線的恢復(fù)可以提供生物棲息地，因此可以起到維持生物多樣性的作用[18].本效益的計(jì)算參考《城市生態(tài)建設(shè)環(huán)境績(jī)效評(píng)估導(dǎo)則(試行)》的方法—謝高地[19]的當(dāng)量因子法.計(jì)算公式為：

B=(Ag×Gg+Aw×Dw)×K

(4)

式中：Ag、Aw為分別為綠地與水域增加的面積，hm2；Dg、Dw為分別為綠地與水域?qū)?yīng)的當(dāng)量；K為生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值，當(dāng)量以耕地為基準(zhǔn)，當(dāng)量為1時(shí)，其服務(wù)功能單位價(jià)值可為區(qū)域平均糧食單產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)值的1/7，或者參考謝高地2015年的計(jì)算結(jié)果，每當(dāng)量為約為3 406元/hm2.

1.2.2 社會(huì)效益

(1)緩解城市內(nèi)澇效益

海綿城市改建能夠減少城市內(nèi)澇帶來(lái)的損失，改建后減少的損失即為海綿城市改建的效益.一場(chǎng)內(nèi)澇造成的損失是多方面的，本研究主要選取道路交通損失、居民室內(nèi)損失和商業(yè)交易損失為代表，計(jì)算海綿城市建設(shè)的效益，計(jì)算過(guò)程如下：

B=D交通+D居民+D商業(yè)

(5)

式中：D交通為緩解內(nèi)澇減少的交通損失，元/a；D居民為緩解內(nèi)澇減少的居民室內(nèi)損失，元/a；D商業(yè)為緩解內(nèi)澇減少的商業(yè)損失，元/a.

(a)減少交通損失

海綿城市建設(shè)消除了一些道路的積水點(diǎn)，并改善了部分道路積水的狀況，有效緩解了城市內(nèi)澇災(zāi)害.本文采用經(jīng)濟(jì)損失法，從公路交通行業(yè)視角來(lái)分析城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害帶來(lái)的損失.

城市暴雨內(nèi)澇道路積水交通經(jīng)濟(jì)損失可由耽擱時(shí)間與當(dāng)?shù)亟煌ú块T單位時(shí)間產(chǎn)值相乘來(lái)計(jì)算[20]，則海綿城市建設(shè)對(duì)交通部門的效益為

(6)

式中：d交通為海綿城市交通建設(shè)對(duì)交通部門的效益，萬(wàn)元；L交通為海綿城市建設(shè)前內(nèi)澇造成的損失，萬(wàn)元；Uj為城市交通部門年產(chǎn)值，N為受淹路段條數(shù)；N總為城市主要路段條數(shù)；Td為道路積水交通耽擱時(shí)間.

(b)降低居民室內(nèi)損失

居民室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失是城市內(nèi)澇災(zāi)害損失的重要組成部分，根據(jù)內(nèi)澇損失線，計(jì)算單次內(nèi)澇對(duì)居民造成的損失[21].內(nèi)澇造成的居民室內(nèi)損失計(jì)算如下：

d居民=L居民=∑Hi×Lp×Ai

(7)

式中：d居民為海綿城市改建后減少單次內(nèi)澇造成居民損失的效益，萬(wàn)元；L居民為海綿城市建設(shè)前內(nèi)澇造成的居民室內(nèi)損失，萬(wàn)元；H為居民室內(nèi)淹水高度，cm；Lp為室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失率曲線上水深對(duì)應(yīng)的損失，元/m2，參考圖1；A為受淹面積，m2；i為第i個(gè)積水點(diǎn).

圖1 洪澇災(zāi)害居民室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失率曲線Fig.1 Indoor property loss curve of residents in flood disaster

(c)減少商業(yè)交易損失

商業(yè)損失主要指暴雨內(nèi)澇期間和遭受內(nèi)澇的商鋪等在恢復(fù)期間損失的可能交易.單次內(nèi)澇造成的商業(yè)損失計(jì)算如下：

d商業(yè)=L商業(yè)=L交易×T內(nèi)澇影響×P毛利潤(rùn)率

(8)

式中：d商業(yè)為海綿城市改建后減少單次內(nèi)澇造成交易損失的效益，萬(wàn)元；L商業(yè)為海綿城市建設(shè)前內(nèi)澇造成商業(yè)損失，萬(wàn)元；L交易為受內(nèi)澇影響區(qū)域的日交易額，萬(wàn)元/d；T風(fēng)澇影響為商城、商店等商貿(mào)場(chǎng)所受內(nèi)澇影響的時(shí)間，d；P毛利潤(rùn)率為交易后僅去除貨物成本的收益率，%.

(d)年均效益的計(jì)算

上述計(jì)算的效益是遭遇某一場(chǎng)降雨時(shí)海綿城市改造產(chǎn)生的效益，海綿城市改造減少內(nèi)澇損失的年均效益計(jì)算如下：

(9)

式中：i為降雨量，mm；Bi為遭遇降雨量i時(shí)海綿城市改造的效益，萬(wàn)元；Ti為降雨量為i時(shí)對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期，n年一遇.

內(nèi)澇損失與降雨量之間基本線性相關(guān).假設(shè)海綿城市建設(shè)只是延后內(nèi)澇點(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)，內(nèi)澇損失曲線形狀不變.海綿城市改建使出現(xiàn)內(nèi)澇時(shí)對(duì)應(yīng)的降雨量增大，內(nèi)澇損失和海綿城市改造效益曲線如圖2所示[24].

圖2 海綿城市改造前后內(nèi)澇損失與效益Fig.2 Losses and benefits caused by water logging before and after the sponge city reconstruction

年均效益的計(jì)算可以簡(jiǎn)化為：

(10)

式中：a、b為分別為海綿城市改建前后的出現(xiàn)內(nèi)澇損失時(shí)對(duì)應(yīng)的降雨量，mm；Bb為海綿城市改造后降雨量為b時(shí)的效益，萬(wàn)元；Ta、Tb為降雨量分別為a、b時(shí)對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期，T年一遇.

(2)提升防洪效益

海綿城市對(duì)降雨徑流的截蓄能夠削減洪峰流量，減小下游防洪壓力，具有一定的防洪效益.海綿城市增加的截蓄容積帶來(lái)的防洪效益計(jì)算宜采用替代工程法.選擇水庫(kù)作為替代工程.防洪效益的計(jì)算為：

B=V徑流×P水庫(kù)

(11)

式中：V徑流為海綿城市建設(shè)增加的徑流雨水容積，m3；P水庫(kù)為單方水庫(kù)的建設(shè)成本，元/m3，每立方米庫(kù)容的年均投入成本0.67元[23-24].

(3)降低城市能耗

海綿城市緩解城市熱島效應(yīng)能夠降低空調(diào)使用頻率，降低電能的消耗；綠色屋頂具有隔熱保溫作用，在夏季能夠降低室外高溫的侵襲，提高空調(diào)制冷效率，在冬季能夠減少室內(nèi)暖氣的散失，從而降低能源的消耗[25].所以，降低社會(huì)能耗的效益計(jì)算方式為

ECOen=Euhi+Ehi

(12)

式中：ECOen為降低能耗的效益，元/a；Euhi為緩解城市熱島效應(yīng)降低能耗的效益，元/a；Ehi為綠色屋頂保溫隔熱減少的能耗的效益，元/a.

其中，在進(jìn)行總和時(shí)，緩解城市熱島效應(yīng)氣溫降低節(jié)省的能耗應(yīng)包含在緩解城市熱島效應(yīng)效益中.

(a)氣溫降低的節(jié)電效益

在夏季，城市的生活、生產(chǎn)為了對(duì)抗高溫天氣，一般會(huì)開(kāi)啟空調(diào)降溫，有研究表明，日均氣溫升高1℃，人均耗電量會(huì)增加1～1.2 kW·h/d[26].緩解熱島效應(yīng)，氣溫降低可以減少這部分的電能消耗.緩解城市熱島效應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算方法如下：

Euhi=VT×VE×N×t1×P電價(jià)

(13)

式中：VT為溫度降幅，℃/天；VE為溫度升高一度，人均耗電度數(shù)增加量，取1.1 kW·h/(人·天·△℃)；N海綿建設(shè)區(qū)人口數(shù)量，人；t1為夏季時(shí)長(zhǎng)，d；P電價(jià)為當(dāng)?shù)仉妰r(jià)，元/(kW·h).

(b)綠色屋頂保溫隔熱效益

綠色屋頂保溫隔熱效率主要受到基質(zhì)層厚度、植物類型以及室內(nèi)外溫差的影響，但是大部分地區(qū)沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，在進(jìn)行實(shí)際估算時(shí)可以參照其他人的研究成果，例如Jim等的研究中[27]，土層為30 cm的綠色屋頂，夏季在晴天、多云天氣的隔熱節(jié)省的能耗約為0.9 kW·h/(m2·d)和0.57 kW·h/(m2·d).屋頂保溫隔熱的效率與土層厚度成正比關(guān)系，在這里將隔熱效率與土層厚度進(jìn)行線性化處理.綠色屋頂降低能耗的效益計(jì)算方法為：

(14)

式中：W為每平米綠色屋頂夏季每天隔熱低效率，kW·h/(m2·d)；每10 cm為單位，晴天和多云天氣分別以0.3 kW·h/(m2·d)和0.2 kW·h/(m2·d)計(jì)；H為基質(zhì)層厚度，cm；S為綠色屋頂面積，m2；d晴、d多云為夏季晴天和多云天數(shù)，d/a；P電價(jià)為當(dāng)?shù)仉妰r(jià)，元/(kW·h).

(4)提升景觀效益

海綿城市建設(shè)附加的景觀效益主要來(lái)自植被面積的增加.本效益的計(jì)算參考1.2.1節(jié)中提供生境效益的計(jì)算方法.

1.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

(1)降低市政管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本效益

海綿城市的建設(shè)對(duì)年徑流總量控制率和徑流體積控制提出要求，在海綿城市建設(shè)前，徑流雨水一般通過(guò)排水管網(wǎng)排入天然水體或者污水處理廠.由于雨水的運(yùn)輸和處理費(fèi)用都由政府承擔(dān)，沒(méi)有一個(gè)明確的市場(chǎng)價(jià)格，所以，雨水的運(yùn)輸處理費(fèi)用參考污水的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn).

從源頭控制徑流可以減少進(jìn)入排水管網(wǎng)的水量，這可以減少管網(wǎng)的運(yùn)輸負(fù)荷和市政管網(wǎng)輸送的雨水成本.考慮到生活污水和工業(yè)廢水的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，雨水徑流的運(yùn)輸和處理成本平均約為1元/m3.收益計(jì)算如下：

B=V徑流×P污水

(15)

式中：V徑流為海綿城市建設(shè)后減少的徑流量，m3/年；P污水為單位雨水的運(yùn)輸處理費(fèi)，參考污水處理費(fèi)，取1元/m3.

(2)增加區(qū)域水資源效益

(a)增加區(qū)域水資源總效益

無(wú)論是雨水利用、中水回用，還是管網(wǎng)漏損控制，都是直接增加了區(qū)域可用水資源量.雨水和中水的主要用途是綠地澆灌和道路澆灑等，從水質(zhì)要求較低的地方置換自來(lái)水，使自來(lái)水可以用到更多對(duì)水質(zhì)要求更高的地方.這實(shí)際上是對(duì)水資源的優(yōu)化配置，所以，增加區(qū)域水資源總效益計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水資源的影子價(jià)格，而不是實(shí)際的價(jià)格.計(jì)算公式為：

B=(V雨水+V中水+V自來(lái)水)×P影子水價(jià)

(16)

式中：V雨水為是增加的雨水資源利用量，m3/a；V中水為增加的中水回用量，m3/a；V自來(lái)水為管網(wǎng)漏損控制增加的可用自來(lái)水量，m3/a；P影子水價(jià)為影子水價(jià).

(b)增加區(qū)域水資源的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值

自來(lái)水和中水都有確定的市場(chǎng)價(jià)值和收費(fèi)部門，增加的自來(lái)水和中水回用量直接增加了這些部門的收入.而雨水雖然沒(méi)有直接的市場(chǎng)價(jià)格，但是雨水的水質(zhì)和用途與中水類似，可以參考中水的價(jià)格.所以，雨水利用、中水回用和管網(wǎng)漏損控制具有直接的經(jīng)濟(jì)效益，直接經(jīng)濟(jì)效益包含在增加區(qū)域水資源總效益中.

增加區(qū)域水資源的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算方法為

B=V雨水×P中水+V中水×P中水價(jià)+V自來(lái)水×P自來(lái)水價(jià)

(17)

式中：V中水為污水處理廠出售的中水水量，m3/年；P中水為中水價(jià)格，元/m3；P自來(lái)水價(jià)為自來(lái)水價(jià)格，元/m3.

2 研究區(qū)域介紹與效益計(jì)算

2.1 小寨海綿城市建設(shè)介紹

西安市小寨商業(yè)區(qū)是市內(nèi)重要的休閑娛樂(lè)購(gòu)物場(chǎng)所之一，7·24西安暴雨事件致使市內(nèi)多處發(fā)生內(nèi)澇，小寨十字積水嚴(yán)重，導(dǎo)致交通受阻.為了緩解小寨區(qū)域存在的水安全、水生態(tài)、水環(huán)境和水資源等問(wèn)題，對(duì)小寨區(qū)域進(jìn)行海綿城市建設(shè).小寨海綿城市建設(shè)的指標(biāo)體系見(jiàn)表3所示.

表3 小寨區(qū)域海綿城市建設(shè)指標(biāo)體系Tab.3 The Sponge City Construction Index System for Xiaozhai

小寨海綿城市建設(shè)區(qū)面積為20.15 km2，主要工程及徑流調(diào)蓄流程如圖3所示，其中粗線框?yàn)橹饕こ?建設(shè)工程的調(diào)蓄容積總計(jì)428 817 m3，其中地上調(diào)蓄池容積40 000 m3、LID措施45 438 m3和調(diào)節(jié)塘42 879 m3；而地下調(diào)蓄池容積約為300 500 m3,約占總調(diào)蓄容積的70%，其上層可以作為地下停車場(chǎng)或地下倉(cāng)儲(chǔ)室，可以高效率的利用城市土地資源.

圖3 小寨海綿城市建設(shè)主要工程及徑流調(diào)蓄流程Fig.3 The main projects and runoff regulation and storage process of Xiaozhai Sponge City construction

2.2 老城區(qū)海綿城市建設(shè)效果定量化與貨幣化

2.2.1 生態(tài)環(huán)境效益

(1)提升地表水環(huán)境質(zhì)量效益

(a)點(diǎn)源污染控制

小寨海綿城市建設(shè)點(diǎn)源污染控制的主要措施是新建截污干管，收集混入雨水系統(tǒng)的污水，提升區(qū)域污水收集量，減少進(jìn)入地表水環(huán)境中的污水.根據(jù)測(cè)算，新建截污干管收集污水約1.1萬(wàn)m3/d，則每年收集的生活污水約為401.5萬(wàn)m3.

西安市污水處理成本約為1.5元/m3，地表水環(huán)境功能類型為Ⅲ～Ⅳ類，污染物排入Ⅲ～Ⅳ的處罰標(biāo)準(zhǔn)分別為4.5～8倍和3～4.5倍，這里損害倍數(shù)取4.5倍.點(diǎn)源污染控制的效益為：

B=401.5萬(wàn)m3×1.5元/m3×4.5=2 710萬(wàn)元/a

(b)面源污染控制

小寨區(qū)域面源污染主要形成于降雨初期形成的徑流污染[28]，初期20%降雨中含有單場(chǎng)降雨總量約60%的污染物.為減少城區(qū)面源污染，海綿城市改造后，將降雨初期屋頂2 mm和硬化面4 mm內(nèi)的雨水棄流至污水井，或雨水管斷流后初期雨水進(jìn)入草地等通過(guò)生物截留去除污染物.根據(jù)小寨用地類型、初雨水質(zhì)、初雨棄流量以及年降雨場(chǎng)次(以49次計(jì))，估算，海綿城市改造后，小寨面源污染控制的COD、TSS和TP量分別約為1 976 t、2 603 t和2.6 t.

在《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》中，COD、TSS和TP的當(dāng)量分別為1、4和0.25，根據(jù)上表計(jì)算的污染物的削減量和當(dāng)量值的計(jì)算規(guī)則，上述三種污染物的當(dāng)量D的計(jì)算如下：

每一污染當(dāng)量的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.7元，損害倍數(shù)取4.5倍，則面源污染控制的年效益為

B=0.7元×2 637 775/a×4.5=831萬(wàn)元/a

(c)總效益

提升地表水質(zhì)量的效益是點(diǎn)源污染控制和面源污染控制的和，即總效益為

B=2 710萬(wàn)元/a+831萬(wàn)元/a=3 541萬(wàn)元/a.

(2)補(bǔ)充地下水效益

小寨海綿改造增加的徑流控制量約為317萬(wàn)m3/年.由于西安市濕陷性黃土較多，LID設(shè)施多為防滲型，雨水不能直接從LID設(shè)施中滲入地下.而是經(jīng)過(guò)LID措施的處理后，進(jìn)入西安市地表水中，從地表水環(huán)境中滲入補(bǔ)充地下水.本文研究區(qū)域透水面的入滲補(bǔ)給系數(shù)取值為0.2，估算的每年增加的徑流入滲量約為63.4萬(wàn)m3.根據(jù)劉秀麗的研究，2020年黃河流域生態(tài)用水的影子價(jià)格為4.73元[29].由此產(chǎn)生的效益為

B=63.4萬(wàn)m3/a×4.73元=300萬(wàn)元/a.

(3)緩解熱島效應(yīng)效益

根據(jù)規(guī)劃中LID的設(shè)置，小寨海綿改造前，公園綠地用地面積為81.93 hm2；海綿改造后，公園綠地面積增加至167.25 hm2，面積增加了85.3 hm2，新建生態(tài)屋頂面積109.3 hm2，增加的綠地面積合計(jì)約195 hm2.西安市居民生活用電實(shí)行階梯電價(jià)分檔電量，第一階梯電價(jià)約為0.5元/kW·h.西安夏季為約為4個(gè)月.根據(jù)緩解熱島效應(yīng)效益計(jì)算方法：

B=S×0.86 kW·h·臺(tái)-1·h-1×P電×

189臺(tái)×24 h×n×30 d·a-1

=195 ha×0.86 kW·h·臺(tái)-1·h-1×

0.5元/kW·h×189臺(tái)×24 h×4×30 d·a-1

=4 564萬(wàn)元/a

(4)提供生境效益

小寨海綿改造后，綠地面積增加約195 hm2.根據(jù)生境計(jì)算方法：

B=(Ag×Dg+Aw×Dw)×K

=195 hm2×1.87×3 406元/(hm2·a)

=124萬(wàn)元/a

2.2.2 社會(huì)效益

(1)緩解城市內(nèi)澇效益

(a)減少交通損失

小寨交通部門單位時(shí)間產(chǎn)值估算.根據(jù)2018年《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》，交通運(yùn)輸/倉(cāng)儲(chǔ)及郵政業(yè)創(chuàng)造的財(cái)富約為357.49億元.西安市繞城高速主城內(nèi)的面積約為460 km2，其中雁塔區(qū)為152 km2，假設(shè)單位面積內(nèi)交通運(yùn)輸/倉(cāng)儲(chǔ)及郵政業(yè)創(chuàng)造的財(cái)富相等，則雁塔區(qū)創(chuàng)造的財(cái)富約為118.1億元/a.小寨區(qū)域建設(shè)區(qū)面積為20.15 km2，小寨交通部門單位時(shí)間產(chǎn)值為428.9萬(wàn)元/d.

50年一遇內(nèi)澇的影響時(shí)間估算.根據(jù)模擬，遭遇50年一遇降雨時(shí)，小寨1 d(24 h)累積降雨量為128 mm，內(nèi)澇點(diǎn)平均積水深度為0.55 m.根據(jù)公式計(jì)算如下：

海綿城市建設(shè)前建成的主要路段為68條.遭遇50年一遇降雨后，內(nèi)澇點(diǎn)為20個(gè)，影響的路段約為30條.

道路受淹交通經(jīng)濟(jì)損失為

由于缺乏數(shù)據(jù)，假設(shè)小寨道路出現(xiàn)內(nèi)澇時(shí)對(duì)應(yīng)的降雨重現(xiàn)期為10年一遇，則年均減少交通損失的效益為

(b)降低居民室內(nèi)損失

居民、商鋪等場(chǎng)所地面高于路面30～50 cm左右，只有積水達(dá)到一定深度，才能侵入室內(nèi)，損壞家裝等設(shè)施，這里積水深度取值高于40 cm才能侵入室內(nèi).

根據(jù)規(guī)劃用地平衡表，2020年居住用地占城市規(guī)劃用地的41.3%，商業(yè)服務(wù)設(shè)施用地占城市規(guī)劃用地的11.31%，合計(jì)約為52.6%.在計(jì)算室內(nèi)受淹損失時(shí)，將受淹面積的52.6%作為室內(nèi)受淹面積.

根據(jù)內(nèi)澇積水點(diǎn)的模擬數(shù)據(jù)，小寨海綿改造前，遭遇50年一遇降雨時(shí)，內(nèi)澇造成的居民室內(nèi)經(jīng)濟(jì)損失計(jì)約為10 917萬(wàn)元.

假設(shè)小寨由于內(nèi)澇導(dǎo)致室內(nèi)出現(xiàn)損失時(shí)對(duì)應(yīng)的降雨重現(xiàn)期為20年一遇，則年均減少室內(nèi)損失的效益為：

(c)減少商業(yè)損失

根據(jù)2018年《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》，雁塔區(qū)2018年社會(huì)消費(fèi)品零售總額約為847.5億元.雁塔區(qū)總面積約為152 km2，平均每km2年均零售總額約為5.6億元，單位面積每日零售總額為152.8萬(wàn)元km-2d-1.商場(chǎng)、商店等商貿(mào)場(chǎng)所受到積水入侵后，根據(jù)店鋪的受損程度，一般會(huì)耗費(fèi)1～7 d才能再次營(yíng)業(yè)，這里取平均值4 d.由于商場(chǎng)、商店等商貿(mào)場(chǎng)所多設(shè)置在臨街的位置，內(nèi)澇發(fā)生時(shí)被入侵和影響的幾率更大，假設(shè)內(nèi)澇點(diǎn)所在的道路上的商店全部被影響到,則受影響面積約為9 km2.城市零售毛利潤(rùn)約為18%～22%，本研究取20%作為計(jì)算值.

緩解50年一遇降雨內(nèi)澇的減少的零售損失約為：

D商業(yè)=L交易×T內(nèi)澇影響

=152.8萬(wàn)元km-2d-1×9 km2×4 d×20%=1 100萬(wàn)元

假設(shè)小寨由于內(nèi)澇導(dǎo)致室內(nèi)出現(xiàn)損失時(shí)對(duì)應(yīng)的降雨重現(xiàn)期為20年一遇，則年均減少交易損失的效益為：

(2)提升防洪效益

海綿城市改建后，小寨區(qū)域增加的調(diào)蓄容積約為90萬(wàn)m3.根據(jù)效益計(jì)算方法，提升防洪效益為：B=90萬(wàn)m3×0.67元/(m3年)=60萬(wàn)元/a.

(3)降低城市能耗

(a)氣溫降低的節(jié)電效益

根據(jù)西咸新區(qū)海綿城市2015～2017年度的夏季遙感影像資料[30]，估計(jì)海綿城市建成后，地表氣溫評(píng)價(jià)降低約0.8℃.但鑒于西咸新區(qū)為新建城區(qū)，新增的綠地和水域面積較多；小寨海綿建設(shè)為老城改建，人口密度大，綠地和水域面積增加比率較少，海綿改建后，降溫效果較低，本研究取平均降溫0.2℃作為本效益的計(jì)算值.

小寨海綿城市改建區(qū)所屬的行政區(qū)為雁塔區(qū)，人口密度為0.88萬(wàn)人/km2.但海綿改造區(qū)內(nèi)包含西安市內(nèi)繁華的小寨商業(yè)區(qū)以及幾所高校，是人口密度較大的地區(qū)之一，建設(shè)區(qū)內(nèi)的人口密度不能直接用雁塔區(qū)的數(shù)據(jù).規(guī)劃區(qū)內(nèi)的人口密度參考碑林區(qū)，取3.5萬(wàn)人/km2.規(guī)劃區(qū)的面積為20.15 km2，海綿改造緩解城市熱島效應(yīng)影響的人口約為70萬(wàn)人左右.

西安市夏季為6～9月，總計(jì)120 d，但西安市的雨季也集中在6～9月約40 d，故，有效降溫天數(shù)取80 d.

根據(jù)效益計(jì)算方法，氣溫降低的節(jié)電效益為：

Euhi=0.2℃×1 kW·h/(℃·d·人)×70萬(wàn)人×80 d×0.5元/kW·h=560萬(wàn)元/a

(b)綠色屋頂保溫隔熱效益

根據(jù)規(guī)劃，小寨綠色屋頂?shù)慕ㄔO(shè)總面積約為109.3 ha，土層厚度為10 cm.西安夏季總天數(shù)為120 d，其中降雨天數(shù)是約為40 d，晴天與多云天氣計(jì)為1∶1，即分別是40 d；那么厚度為10 cm的綠色屋頂在非降雨期內(nèi)平均每天的節(jié)能效率為0.25 kW·h/(m·d).結(jié)合效益計(jì)算方法，綠色屋頂保溫隔熱效益為：

=0.25 kW·h/(m·d)×109.3 hm2×80 d/a×0.5元/kW·h=1 093萬(wàn)元/a

(c)降低城市能耗效益

降低城市能耗效益的效益為氣溫降低的節(jié)電效益和綠色屋頂保溫隔熱效益之和，即：

ECOen=Euhi+Ehi

=560元萬(wàn)/a+1 093萬(wàn)元/a

=1 653萬(wàn)元/a

(4)提升景觀效益

海綿城市改造后，小寨新增的植被面積約為195 hm2.根據(jù)效益計(jì)算方法，提升景觀效益為B=195 hm2×0.87×3 406元/hm2=58萬(wàn)元/a

2.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

(1)降低市政管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本

根據(jù)西安市年均降雨量和小寨海綿城市建設(shè)規(guī)劃，海綿城市建成后，小寨區(qū)域年均增加的徑流控制量約為317萬(wàn)m3/a，根據(jù)上述效益計(jì)算方式，降低市政管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本的效益為

B=317萬(wàn)m3/a×1元/m3=317萬(wàn)元/a.

(2)增加區(qū)域水資源效益

(a)增加區(qū)域水資源總效益

根據(jù)規(guī)劃中測(cè)算，小寨海綿城市改造后，每年增加的雨水資源利用量約為 60萬(wàn)m3，增加的再生水利用量約為1 000萬(wàn)m3/a；由于沒(méi)有管網(wǎng)漏損控制的目標(biāo)和項(xiàng)目，故自來(lái)水增加量為0 m3.2020年黃河流域工業(yè)用水和生活用水的影子價(jià)格分別為9.86元和8.14元，取其平均值8.5元作為本研究的計(jì)算值[27].

根據(jù)效益計(jì)算方法：

B=(60+1 000)萬(wàn)m3/a×8.5元/m3=9 010萬(wàn)元/a.

(b)增加區(qū)域水資源的直接經(jīng)濟(jì)效益

西安市居民用水實(shí)行階梯水價(jià)，第一、二、三階梯的水價(jià)分部為3.8元/m3、4.65元/m3、7.18元/m3，非居民用水水價(jià)為5.8元/m3，特殊行業(yè)為17元/m3；中水的價(jià)格為1.2元/m3.根據(jù)效益計(jì)算方法，雨水利用的直接經(jīng)濟(jì)效益為60萬(wàn)m3/a×1.2元/m3=72萬(wàn)元/a；售賣中水的直接受益為1 004萬(wàn)m3/a×1.2元/m3=1 205萬(wàn)元/a.總效益為：B=72萬(wàn)元/a+1 205萬(wàn)元/a=1 277萬(wàn)元/a.

2.3 效益計(jì)算結(jié)果與分析

綜上，小寨海綿城市建設(shè)效益如表4所示.小寨海綿城市改建總效益約為20 067萬(wàn)元/a.其中生態(tài)環(huán)境效益為8 529萬(wàn)元/a，占總效益的42.5%；社會(huì)效益為2 211萬(wàn)元/a，占總效益的11.0%；經(jīng)濟(jì)效益為9 327萬(wàn)元/a，占總效益的46.5%.計(jì)算結(jié)果顯示，小寨海綿城市建設(shè)的主要效益是生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，而社會(huì)效益較低.生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益較高的主要原因是海綿城市建設(shè)前，小寨區(qū)域造成的點(diǎn)源和面源污染比較嚴(yán)重，由于建筑密度、人口密度以及硬化率較高造成的熱島效應(yīng)比較嚴(yán)重，城市缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失較大，海綿城市建設(shè)有效緩解了這些的問(wèn)題.社會(huì)效益主要是緩解內(nèi)澇和降低能耗，雖然單次內(nèi)澇可能造成的損失比較大，但是造成巨大損失的內(nèi)澇頻率較低，相應(yīng)的年均效益比較低.本研究計(jì)算的價(jià)值為年均價(jià)值，考慮海綿城市的運(yùn)營(yíng)期約為30年，將每年產(chǎn)生的價(jià)值折算到當(dāng)前點(diǎn).取折現(xiàn)率7%計(jì)算，則總計(jì)的效益為26.6億元.而小寨海綿改造投資約為11億元，海綿城市改造效益高于投資成本，約為投資的2.4倍.總投資約為20億元，效益約為投資的1.3倍.因此，小寨海綿城市改造的效益是可觀的，海綿城市改造的成本遠(yuǎn)低于可能產(chǎn)生的效益.

表4 小寨海綿城市改建效益Tab.4 Benefits of Xiaozhai Sponge City Construction

以沈陽(yáng)[11]等人的研究方法作為對(duì)比，海綿城市建設(shè)效果顯現(xiàn)后，房產(chǎn)升值385元/m2，漲幅為5.48%.小寨海綿改建區(qū)2020年居住用地面積為832.22 hm2，本研究中容積率取值為2.以房產(chǎn)升值385元/m2計(jì)，小寨海綿城市改建后的房產(chǎn)價(jià)值提升約為64億元；以漲幅計(jì)，雁塔區(qū)2020年3月至2021年2月的均價(jià)約為1.64萬(wàn)元，計(jì)算的房產(chǎn)價(jià)值提升約為149億元.本研究的生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益為1 0740萬(wàn)元/a，折現(xiàn)后為15.3億元，遠(yuǎn)低于使用沈陽(yáng)等學(xué)者研究方法計(jì)算的結(jié)果，原因可能是：

(1)本研究使用的方法主要計(jì)算的效益是減少的損失或減少的成本，效益計(jì)算結(jié)果偏低，而提升的房產(chǎn)價(jià)值為居民的支付意愿，一般情況下支付意愿計(jì)算的結(jié)果會(huì)偏高；

(2)本研究區(qū)域?yàn)槔铣菂^(qū)改造，改造區(qū)建筑密度較高，以房產(chǎn)價(jià)值計(jì)算的結(jié)果會(huì)偏高；

(3)老城改造的難度較大，改造的效果可能低于上述研究的案例；

(4)目前西安市房產(chǎn)價(jià)格過(guò)高，依托房?jī)r(jià)計(jì)算的效益結(jié)果偏高.

通過(guò)對(duì)比，上述方法僅能在海綿城市建設(shè)完成后，通過(guò)對(duì)房?jī)r(jià)的變化對(duì)海綿城市的效益進(jìn)行估算，屬于后評(píng)價(jià)，且對(duì)效益的估算結(jié)果取決于居民對(duì)海綿城市建設(shè)直觀的感受和房產(chǎn)的價(jià)值.本研究構(gòu)建的方法不僅能夠估算海綿城市建設(shè)后的效益，還可以根據(jù)建設(shè)目標(biāo)估算海綿城市建設(shè)的效益，在規(guī)劃為海綿城市建設(shè)的整體布局和優(yōu)化提供一定的參考.

3 結(jié)論

(1)海綿城市建設(shè)的主要效益包括減輕市政管網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)負(fù)荷，緩解城市內(nèi)澇，補(bǔ)充地下水，增加區(qū)域水資源，減少社會(huì)能源消耗，增強(qiáng)城市景觀，緩解城市熱島，為動(dòng)植物提供棲息地，改善地表水環(huán)境質(zhì)量，提高防洪能力以及因城市高生態(tài)價(jià)值用地類型增加帶來(lái)的生態(tài)服務(wù)效益.

(2)西安市小寨商業(yè)區(qū)海綿城市改造年效益約為20 067萬(wàn)元/a，其中生態(tài)環(huán)境效益為8 529萬(wàn)元/a，社會(huì)效益為2 211萬(wàn)元/a，經(jīng)濟(jì)效益為9 327萬(wàn)元/a.以折現(xiàn)率為7%計(jì)算，小寨海綿城市改造的效益約為26.6億元，海綿改造投資約為11億元，效益約為投資的2.4倍.

(3)本文建立的貨幣化計(jì)算海綿城市效益的方法，可以為海綿城市效益計(jì)算提供參考.計(jì)算過(guò)程和結(jié)果可以為海綿城市建設(shè)及LID設(shè)施的科學(xué)布設(shè)提供一定的技術(shù)支撐.