Sachverhalt:
A. Die Stadt Zürich ist seit dem Jahr 1959 Eigentümerin des Bürohauses mit Ladengeschäft bei der Bahnhofbrücke in Zürich, das auf der Ostseite etwas auf die Limmat hinausragt. Im Erdgeschoss dieses Gebäudes, das gemeinhin als ehemaliges "Globus-Provisorium" bekannt ist, befindet sich zurzeit ein Grossverteiler; das Obergeschoss wird von städtischen Behörden genutzt. Die Baudirektion des Kantons Zürich erneuerte letztmals am 29. September 2009 die befristete wasserrechtliche Konzession für die Inanspruchnahme des öffentlichen Gewässerareals durch dieses Gebäude. Weiter erteilte sie die wasserpolizeiliche Ausnahmebewilligung und die gemäss Fischereigesetz erforderlichen Bewilligungen für die Inanspruchnahme des öffentlichen Gewässerraums, um "das Bürohaus mit Ladengeschäft" bis zum 31. Dezember 2020 fortbestehen zu lassen. Zugleich setzte sie die geschuldete jährliche Nutzungsgebühr auf Fr. 172'368.-- fest. Die Gebühr hatte zuvor Fr. 50'421.25 pro Jahr betragen.
Der Regierungsrat wies am 22. Dezember 2010 den Rekurs ab, den die Stadt Zürich gegen die Höhe der neuen Gebühr erhoben hatte. Das Verwaltungsgericht des Kantons Zürich hiess die dagegen ergriffene Beschwerde der Stadt Zürich am 8. September 2011 teilweise gut und setzte die jährlich zu entrichtende Konzessionsgebühr auf Fr. 141'183.-- fest.
B. Die Stadt Zürich beantragt dem Bundesgericht mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten, das Urteil des Verwaltungsgerichts vom 8. September 2011 sei aufzuheben und die Nutzungsgebühr sei auf Fr. 54'999.--, eventualiter auf Fr. 86'184.-- festzusetzen.
Die Baudirektion ersucht um Abweisung des Rechtsmittels. Das Verwaltungsgericht stellt Antrag, die Beschwerde abzuweisen, soweit darauf einzutreten sei.
Erwägungen:
1. 1.1 Das Bundesgericht prüft seine Zuständigkeit bzw. die Zulässigkeit des Rechtsmittels von Amtes wegen (Art. 29 Abs. 1 BGG) und mit freier Kognition (BGE 137 III 417 E. 1).
1.2 Die Beschwerde richtet sich gegen den Endentscheid einer letzten kantonalen Instanz in einer Angelegenheit des öffentlichen Rechts (Art. 82 lit. a, 86 Abs. 1 lit. d und Abs. 2, 90 BGG). Die beschwerdeführende Stadt Zürich ist durch die Gebührenfestsetzung wie eine Privatperson betroffen und damit aufgrund von Art. 89 Abs. 1 BGG zur Beschwerde legitimiert (BGE 134 II 45 E. 2.2.1 S. 47; Urteil 2C_770/2011 vom 25. Januar 2012 E. 1.3.1, zur Publikation vorgesehen, in: ZBl 113/2012 S. 206), sodass auf das Rechtsmittel einzutreten ist.
1.3 Mit der Beschwerde kann eine Rechtsverletzung nach Art. 95 und 96 BGG geltend gemacht werden. Soweit, wie im vorliegenden Fall, die Anwendung kantonalen (Gesetzes-)Rechts gerügt wird, kann im Wesentlichen geltend gemacht werden, der angefochtene Entscheid verstosse gegen Bundesrecht (Art. 95 lit. a BGG), hier namentlich gegen die verfassungsmässigen Rechte und Grundsätze (BGE 137 V 143 E. 1.2 S. 145; 134 II 349 E. 3 S. 351). Die Verletzung von Grundrechten und von kantonalem und interkantonalem Recht prüft das Bundesgericht nur unter Rüge- und Begründungsvorbehalt (Art. 106 Abs. 2 BGG; BGE 133 II 249 E. 1.4.2 S. 254; zum Ganzen Urteil 2C_705/2011 vom 26. April 2012 E. 1.6 betreffend das Grundstückgewinnsteuerrecht des Kantons Zürich). Der Grundsatz der Rechtsanwendung von Amtes wegen im Sinne von Art. 106 Abs. 1 BGG gilt insofern nicht.
1.4 Das Bundesgericht legt sodann seinem Urteil den von der Vorinstanz festgestellten Sachverhalt zugrunde (Art. 105 Abs. 1 BGG). Deren Sachverhaltsfeststellungen können nur berichtigt werden, sofern sie offensichtlich unrichtig sind oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruhen (Art. 105 Abs. 2 BGG). Dies ist dann der Fall, wenn der Sachverhalt willkürlich ermittelt worden (Art. 9 BV) oder dessen Feststellung unter Verletzung verfassungsmässiger Rechte und Grundsätze zustande gekommen ist (BGE 135 II 145 E. 8.1 S. 153). Zudem muss aufgezeigt werden, dass die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG).
2. Zu prüfen ist, ob die verordnungsgemäss bestimmte Konzessionsgebühr vor dem Verfassungsrecht standhält.
2.1 Die Gewässerhoheit, das heisst die öffentlich-rechtliche Sachherrschaft über die Wasservorkommen, liegt von Bundesverfassungs wegen bei den Kantonen (Art. 76 Abs. 4 Satz 1 BV; vgl. auch Art. 664 Abs. 2 ZGB). Die Kompetenz zur Abgrenzung der öffentlichen von den privaten Gewässern ist ein Teilaspekt der Gewässerhoheit. Auch sie steht dementsprechend den Kantonen zu (MARKUS RÜSSLI, in: Isabelle Häner/Markus Rüssli/Evi Schwarzenbach [Hrsg.], Kommentar zur Zürcher Kantonsverfassung, 2007, N. 5 zu Art. 105 KV/ZH). Die Kantone umschreiben, in welchem Rahmen und Ausmass öffentliche Sachen, soweit diese im Gemeingebrauch stehen, genutzt werden können und auf welche Weise öffentlicher Grund von Dritten - Allgemeinheit oder anderes Gemeinwesen - benützt werden darf. Dabei unterscheiden die Kantone und die Praxis üblicherweise zwischen schlichtem Gemeingebrauch, gesteigertem Gemeingebrauch und Sondernutzung (BGE 135 I 302 E. 3.1 S. 306 f.; PIERRE TSCHANNEN/ULRICH ZIMMERLI/ MARKUS MÜLLER, Allgemeines Verwaltungsrecht, 3. Aufl., 2009, § 51 N. 1; ULRICH HÄFELIN/GEORG MÜLLER/FELIX UHLMANN, Allgemeines Verwaltungsrecht, 6. Aufl., 2010, N. 2371; TOBIAS JAAG, Gemeingebrauch und Sondernutzung öffentlicher Sachen, in: ZBl 93/1992 S. 150 ff.; ANDRÉ GRISEL, Traité de droit administratif, 2. Aufl., 1984, Band II, S. 543 ff.).
2.2 Diese Dreiteilung ist auch dem Recht des Kantons Zürich bekannt (RÜSSLI, a.a.O., N. 6 ff. zu Art. 105 KV/ZH; TOBIAS JAAG, Staats- und Verwaltungsrecht des Kantons Zürich, 3. Aufl., 2005, N. 3420 ff.). So sieht § 46 Abs. 1 des Wasserwirtschaftsgesetzes [des Kantons Zürich] vom 2. Juni 1991 (WWG/ZH; LS 724.11) vor, dass die den Gemeingebrauch beschränkenden oder übersteigenden Nutzungen der öffentlichen Gewässer, die dazu erforderlichen Bauten und Anlagen sowie deren Änderungen je nach Art der Nutzung einer Konzession oder einer Bewilligung bedürfen. Eine Bewilligung reicht aus, soweit es um gesteigerten Gemeingebrauch geht, während im Fall einer Sondernutzung eine Konzession erforderlich ist. Soll das öffentliche Gewässer, soweit es überhaupt dem Gemeingebrauch zugänglich ist, von einer natürlichen Person, einer juristischen Person oder einem anderen Gemeinwesen dauerhaft und unter Einsatz baulicher Vorkehren genutzt werden, stellt dies regelmässig eine Sondernutzung der öffentlichen Sache dar (ANDRÉ W. MOSER, Der öffentliche Grund und seine Benützung, 2011, S. 271). Als solche unterliegt sie der Konzessionspflicht (§ 36 Abs. 1 WWG/ZH).
2.3 Für die Einräumung des (Konzessions-)Rechts zur Sondernutzung an einer öffentlichen Sache kann der Kanton gestützt auf Art. 76 Abs. 4 Satz 2 BV eine Konzessionsgebühr erheben (MOSER, a.a.O., S. 280). Die erforderliche Gesetzesgrundlage (Art. 38 Abs. 1 lit. d KV/ZH; vgl. auch Art. 664 Abs. 3 ZGB) findet sich im Kanton Zürich in § 47 WWG/ZH. Die Bemessung der Konzessionsgebühr richtet sich nach den §§ 16 ff. der Gebührenverordnung [des Kantons Zürich] vom 21. Oktober 1992 zum Wasserwirtschaftsgesetz (GebV WWG/ZH; LS 724.21). § 17 GebV WWG/ZH wurde am 14. April 2010 geändert, weicht aber im hier interessierenden Bereich nicht von der früheren Fassung ab, sodass - wie die Vorinstanz zu Recht ausführt (vgl. dazu E. 2.3-2.5 des angefochtenen Entscheids) - offenbleiben kann, welche Fassung letztlich anwendbar ist. Den nachfolgenden Erwägungen wird der revidierte Wortlaut zugrunde gelegt.
2.4 Gemäss § 47 Abs. 1 WWG/ZH sind sowohl konzessions- als auch bewilligungspflichtige Nutzungen öffentlicher Gewässer gebührenpflichtig. Nach Absatz 2 dieser Norm bemisst sich die Nutzungsgebühr nach Massgabe der eingeräumten Sondervorteile, namentlich des wirtschaftlichen Nutzens, der Art und Dauer der Konzession oder der Bewilligung, der für die Öffentlichkeit entstehenden Nachteile, des Verwendungszwecks, der Menge des beanspruchten Wassers sowie - bei der Inanspruchnahme der Gewässer - des Werts angrenzender Grundstücke. Bei erheblichen öffentlichen Interessen können Gebühren reduziert, oder es kann darauf verzichtet werden (§ 47 Abs. 6 WWG/ZH). Weiter bestimmt § 17 Abs. 1 GebV WWG/ZH, dass für bewilligungspflichtige lang dauernde und intensive Inanspruchnahmen, insbesondere zu baulichen Zwecken, eine jährlich festzusetzende Nutzungsgebühr zu entrichten sei. Die Gebühr ergibt sich aus dem Landwert multipliziert mit dem Zinssatz.
2.5 Aufgrund von § 17 Abs. 3 GebV WWG/ZH folgt der hier massgebende Zinssatz dem jeweils am 1. Januar geltenden Referenzzinssatz für alte erste Hypotheken für Wohnbauten gemäss Art. 12a der Verordnung vom 9. Mai 1990 über die Miete und Pacht von Wohn- und Geschäftsräumen (VMWG; SR 221.213.11). Das Eidgenössische Volkswirtschaftsdepartement bzw. das Bundesamt für Wohnungswesen ist aufgrund der jüngsten Änderung der VMWG, die am 1. Dezember 2011 in Kraft trat, dazu übergegangen, das Zinsniveau vierteljährlich bekannt geben. Bei der im vorliegenden Fall noch massgebenden jährlichen Sichtweise belief sich der Referenzzinssatz zu Beginn des Jahres 2009 auf 3,5 %. Seit dem 2. Dezember 2011 beträgt er unverändert 2,5 %. Der Landwert richtet sich, so § 17 Abs. 2 GebV WWG/ZH, nach der regierungsrätlichen Weisung - letztmals vom 12. August 2009 - an die Steuerbehörden über die Bewertung von Liegenschaften und die Festsetzung der Eigenmietwerte (LS 631.32). In der Stadt Zürich ist dabei für die Gebührenberechnung bei kommerzieller Nutzung der Landwert für die Lageklasse 1, Bauland für Geschäftshäuser, massgebend (§ 17 Abs. 2 lit. b GebV WWG/ZH). In der Folge setzte die Baudirektion des Kantons Zürich mit Anordnung vom 11. August 2009 (Baudirektionsverfügung Nr. 1442) in der Stadt Zürich den Landwert des Uferlandes für die Zwecke von Konzessionierungen einheitlich auf Fr. 16'200.-- pro m2 fest.
3. 3.1 Formelgemäss ergibt sich für die beanspruchten 304 m2 Wasserfläche nach dem Ausgeführten eine jährliche Konzessionsgebühr von Fr. 172'368.-- (304 m2 x Fr. 16'200.-- x 3,5/100), wie sie die Baudirektion des Kantons Zürich in der Verfügung vom 29. September 2009 an sich zutreffend festgesetzt hat. Die Beschwerdeführerin stellt nicht in Frage, dass § 17 GebV WWG/ZH korrekt angewendet wurde. Hingegen macht sie geltend, die verordnungskonform ermittelte Gebührenhöhe verletze im Ergebnis ihre verfassungsmässigen Rechte, insbesondere das Äquivalenzprinzip und den Grundsatz von Treu und Glauben. Bei der Anwendung von § 17 GebV WWG/ZH werde mehreren wesentlichen Umständen überhaupt nicht Rechnung getragen.
3.2 Die Vorinstanz erachtet die von der Beschwerdeführerin geübte Kritik in einem Punkt für berechtigt. Sie stellt fest, dass der fragliche Bau das öffentliche Gewässer, die Limmat, nicht im gesamten Umfang von 304 m2 in gleicher Weise beanspruche. So rage der Boden des Gebäudes auf rund 194 m2 in geringer Höhe auf die Limmat hinaus, während auf den restlichen rund 110 m2 lediglich das Dach in einigen Metern Höhe in die Limmat auskrage. Diese Dachauskragung beeinträchtige den Gemeingebrauch nur beschränkt und sei für die Konzessionärin nicht von grossem Nutzen. Das Äquivalenzprinzip gebiete daher, für diese Fläche von 110 m2, welche auf die Auskragung entfällt, die nach § 17 GebV WWG/ZH ermittelte Gebühr herabzusetzen. Die Vorinstanz sieht aus verfahrensökonomischen Gründen von einer Rückweisung an die Unterinstanz ab und führt reformatorisch einen Reduktionsfaktor ein, den sie auf 50 % festsetzt. Danach ermittelt sie den Betrag der jährlichen Konzessionsgebühr wie folgt: Anteil für Bodenfläche des Bürohauses (194 m2 x Fr. 16'200 x 3,5/100, ausmachend Fr. 109'998.--), nebst Anteil für die auskragende Dachfläche (110 m2 x Fr. 16'200 x 3,5/100 x 0,5, mithin Fr. 31'185.--). Auf diese Weise gelangt sie zu einem Total von Fr. 141'183.--.
3.3 Die Beschwerdeführerin ist der Auffassung, die von der Vorinstanz ermittelte und damit bereits verminderte Gebührenhöhe verletze das Äquivalenzprinzip nach wie vor. Sie erachtet die Berechnungsweise, die der Kanton Zürich früher - gestützt auf unveränderte Rechtsgrundlagen - angewendet hat, weiterhin als zutreffend. Mit der alten Formel sei auch dem Umstand Rechnung getragen worden, dass das Gebäude lediglich den Luftraum über der Limmat, nirgends hingegen die Wasserfläche als solche beansprucht. Deshalb sei für die Bodenfläche eine Gebührenreduktion von 50 % vorgenommen und für die Dachauskragung überhaupt auf eine Gebührenerhebung verzichtet worden. Die Beschwerdeführerin erklärt, sie habe auf die Weitergeltung dieser während Jahrzehnten geübten Praxis vertrauen dürfen; jedenfalls vermöge sich die erfolgte Praxisänderung nicht auf einen ernsthaften sachlichen Grund zu stützen.
4. 4.1 Die Konzessionsabgabe für die Inanspruchnahme öffentlicher Gewässer stellt nach dem Gesagten eine Sondernutzungsgebühr dar. Es handelt sich um eine Kausalabgabe ("taxe causale") und nicht um eine Gemengsteuer ("impôt mixte"). Eine Gemengsteuer kennzeichnet sich durch die Kombination einer Kausalabgabe mit einer artreinen Steuer (sog. Fiskalsteuer), und zwar in einer einheitlichen Abgabe (vgl. BGE 131 I 386 E. 3.5 S. 392 f. [von den Services industriels de Genève erhobene Gebühr für die Benützung öffentlichen Grundes; Kausalabgabe]; 128 I 102 E. 4b S. 107 [Gebühr für die Erteilung des Gastgewerbepatents im Kanton Solothurn; Gemengsteuer]; 126 I 180 E. 2b/cc S. 185 [Grundbuchabgabe im Kanton Solothurn; Kausalabgabe]; 121 I 129 E. 3a S. 131 [Taxistandplatzgebühr in der Stadt Zürich; Charakter offengelassen]; 118 Ib 60 E. 3b S. 65 [Einregistrierungsgebühr im Kanton Genf; Kausalabgabe]). Eine fiskalische Komponente ist vorliegend weder geltend gemacht noch ersichtlich.
4.2 Die kantonalen Instanzen gehen zu Recht davon aus, dass die Konzessionsgebühr das verfassungsrechtliche Äquivalenzprinzip einhalten muss (BGE 138 II 70 E. 5.3 S. 73). Das Äquivalenzprinzip gilt praxisgemäss auch für Konzessionsgebühren (BGE 121 II 183 E. 4a S. 188), jedenfalls dann, wenn sie eine Leistung abgelten, die grundsätzlich jedermann zur Verfügung stehen soll, so wie dies vorliegend zutrifft. Bei der Konzessionierung von Regalen, die auch fiskalisch genutzt werden können, kommt hingegen das Äquivalenzprinzip höchstens in eingeschränktem Umfang zum Tragen (BGE 119 la 123 E. 3c S. 130 f.; Urteile 1P.645/2004 vom 1. Juni 2005 E. 3.4, in: ZBl 107/2006 S. 478, insb. S. 481; 2A.58/2004 vom 21. Mai 2004 E. 3.4). Im Bereich der (Kausal-)Abgaben konkretisiert das Äquivalenzprinzip einerseits das Verhältnismässigkeitsprinzip (Art. 5 Abs. 2 BV), anderseits das Willkürverbot (Art. 9 BV). Demzufolge soll eine Gebühr nicht in einem offensichtlichen Missverhältnis zum objektiven Wert der Leistung stehen und sich in vernünftigen Grenzen bewegen. Der Wert der Leistung bemisst sich entweder nach dem wirtschaftlichen Nutzen, den sie dem Bürger verschafft (nutzenorientierte Betrachtung aus der Optik des Leistungsempfängers) oder nach dem Kostenaufwand der konkreten Inanspruchnahme im Verhältnis zum gesamten Aufwand des betreffenden Verwaltungszweigs (aufwandorientierte Betrachtung aus der Optik des Leistungserbringers; zum Ganzen BGE 130 III 225 E. 2.3 S. 228; 128 I 46 E. 4a S. 52; 126 I 180 E. 3a/bb S. 188; 122 I 279 E. 6c S. 289; vgl. auch 128 II 247 E. 4.3 S. 255). Die beiden Kriterien sind freilich blosse Hilfsmittel zur Bestimmung des Werts der staatlichen Leistung (BGE 130 III 225 E. 2.4 S. 229). Im vorliegenden Fall spielt die aufwandorientierte Betrachtung von vornherein keine Rolle, als dem Staat, abgesehen von geringfügigem Verwaltungsaufwand für die Konzessionserteilung, keine weiteren Kosten erwachsen. Dementsprechend ist von einer "kostenunabhängigen Kausalabgabe" auszugehen (BGE 131 II 735 E. 3.1 S. 739 [Konzessionsgebühr für das Erbringen von Mobilfunkdiensten]; 128 I 102 E. 4b S. 107 [Gebühr für die Erteilung des Gastgewerbepatents im Kanton Solothurn]; 121 II 138 E. 3c S. 143 [Mehrwertabgabe im Kanton Basel-Stadt]; Urteil 2C_807/2010 vom 25. Oktober 2011 E. 3.1 f. [Ersatzabgabe für die Befreiung von der Notfalldienstpflicht im Kanton Thurgau]; ADRIAN HUNGERBÜHLER, Grundsätze des Kausalabgabenrechts, in: ZBl 104/2003 S. 509 ff., insb. S. 512.).
4.3 Weist die staatliche Leistung einen Marktwert auf, kann auf Vergleiche mit privatwirtschaftlich angebotenen Gütern oder Leistungen abgestellt werden (BGE 122 I 279 E. 6c S. 289; 121 I 230 E. 3g/bb S. 238). In solchen Fällen lässt sich die Angemessenheit der Abgabe verhältnismässig einfach überprüfen; es genügt, sie dem Preisdurchschnitt bei vergleichbaren Verträgen unter Privaten gegenüberzustellen (sog. Drittvergleich). Schematische, auf Wahrscheinlichkeit und Durchschnittserfahrungen beruhende Massstäbe sind freilich nicht von vornherein ausgeschlossen. Die Gebühren sollen indessen nach sachlich vertretbaren Kriterien bemessen sein und nicht Unterscheidungen treffen, für die keine vernünftigen Gründe bestehen (zum Ganzen Urteil 2C_603/2011 vom 16. Januar 2012 E. 3.3; BGE 130 III 225 E. 2.3 S. 228).
4.4 Demzufolge kann eine Abgabenorm im konkreten Fall nicht ohne Weiteres unter Berufung auf das Äquivalenzprinzip beiseite geschoben werden (Urteil 1P.645/2004 vom 1. Juni 2005 E. 3.5, unter Bezugnahme auf das Urteil 2P.165/1997 vom 26. August 1998 E. 4e/cc, in: URP 1998 S. 737 f. [Meteorwassergebühr in der Stadt Zürich]). Immerhin ist eine gesetzes- bzw. reglementskonforme Gebühr aus Gründen der Verhältnismässigkeit bzw. Äquivalenz dann herabzusetzen, wenn die an sich reguläre Anwendung des Tarifs im Ergebnis zu einer nicht mehr vertretbaren Abgabenhöhe führt (BGE 130 III 225 E. 2.4 S. 229 f.; 120 la 171 E. 4c S. 178; zitiertes Urteil 1P.645/2004 vom 1. Juni 2005 E. 3.5). Ob hier ein derartiges Missverhältnis vorliegt, ist im Folgenden zu prüfen.
5. 5.1 Von Gesetzes wegen - § 47 Abs. 2 WWG/ZH - hat die Nutzungsgebühr den vom Konzedenten eingeräumten Sondervorteil zu widerspiegeln. Der Wortlaut der Norm stellt damit auf die nutzenorientierte Betrachtung aus der Optik des Leistungsempfängers ab (vorne E. 4.2), zumal eine andere Bemessung nicht möglich bzw. sachlich nicht vertretbar wäre. Bestimmt die Ausführungsverordnung, die Nutzungsgebühr ergebe sich aus der Multiplikation von Landwert mit Zinssatz, drückt dies die allgemeine Erwartung des Verordnungsgebers aus, auf diese Weise lasse sich eine gesetzeskonforme Berechnung des individuell-konkret angemessenen Nutzungsentgelts herbeiführen. Dabei ist freilich zu berücksichtigen, dass der Faktor "Landwert" seinerseits bereits auf einem standardisierten Steuerwert beruht, indem hiefür die bereits genannte Weisung des Regierungsrats an die Steuerbehörden heranzuziehen ist. Aufgrund von Ziff. 14 der regierungsrätlichen Weisung, welche Bauland für Geschäftshäuser zum Gegenstand hat, werden die Gemeinden zunächst mit einem Zentrum-Peripherie-Modell einem bestimmten Gemeindetypus zugewiesen. Anschliessend werden, wie dies die Weisung formuliert, "für die einzelnen Gemeindetypen in der Regel einheitliche Landwerte festgelegt", wobei diese sich aufgrund von "Vergleichshandänderungen an entsprechendem Bauland" ergeben.
5.2 Die Einhaltung des Äquivalenzprinzips ist nach der vorinstanzlichen Auffassung im Lichte der in § 47 Abs. 2 WWG/ZH genannten Bemessungskriterien zu prüfen. Die pauschale Berechnung nach § 17 GebV WWG/ZH trage nicht allen in der Gesetzesbestimmung aufgeführten Bemessungsfaktoren in genügender Weise Rechnung. Dem ist entgegenzuhalten, dass die vom Gesetz aufgestellten Kriterien zumindest teilweise bei der Bestimmung des Landwerts bereits berücksichtigt werden und der Verordnungsgeber nicht verpflichtet ist, bei allen Nutzungsarten auf sämtliche im Gesetz genannten Bemessungsfaktoren abzustellen. Im Übrigen mögen diese bei der Prüfung der Gleichwertigkeit der Leistung zwar durchaus eine gewisse Rolle spielen. Die verfassungsrechtlich gebotene Kontrolle der Gebührenhöhe kann sich hingegen nicht auf die Berücksichtigung der Kriterien von § 47 Abs. 2 WWG/ZH beschränken.
5.3 Die Vorinstanz beurteilt das Verhältnis zwischen der Abgabenhöhe und dem Wert der staatlichen Leistung getrennt nach Bodenfläche und Dachauskragung. Da die Beanspruchung des öffentlichen Gewässers durch die erwähnten Teile unterschiedlich ist, erscheint zwar unter diesem Gesichtspunkt eine Differenzierung naheliegend. Allerdings bilden beide Teile von ihrer Funktion und Nutzung her eine Einheit. Die Beschwerdeführerin wendet deshalb zu Recht ein, dass die Vorinstanz das Verhältnis von Leistung und Gegenleistung auch für die Bodenfläche und die Dachauskragung insgesamt hätte prüfen müssen. Das drängt sich umso mehr auf, als für beide Teile eine einheitliche Konzessionsgebühr erhoben wird, die auch in ihrer Gesamtheit dem Äquivalenzprinzip zu entsprechen hat. Bauteile, die - wie das fragliche Dach - dem Konzessionär keine zusätzliche Nutzfläche verschaffen, können mit Blick auf das Äquivalenzprinzip nicht zum gleich hohen Ansatz angerechnet werden wie die eigentlichen Nutzflächen. Dies gilt jedenfalls, wenn sie lediglich von untergeordneter Bedeutung sind, wie vorliegend die Dachauskragung. Dementsprechend sieht beispielsweise Art. 7 des Reglements der Stadt Zürich vom 15. Dezember 1976 über Gebühren für Sondernutzungskonzessionen für solche Bauteile ausdrücklich einen ermässigten Ansatz vor (dazu das bereits zitierte Urteil 1P.645/2004 vom 1. Juni 2005 E. 4.3 und 4.4).
5.4 In näherer Ausführung der Verordnungsbestimmung setzt im Kanton Zürich die Baudirektion periodisch den Landwert des Uferlandes fest. Sie tut dies, indem sie zum Landwert jeder Gemeinde mit Seeanstoss je einen einzigen Ansatz festlegt. Dieser bewegt sich in den Gemeinden am Zürichsee zwischen Fr. 950.-- pro m2 (Gemeinde Horgen) und Fr. 16'200.-- pro m2 (Gemeinde Zürich, Gelände mit kommerzieller Nutzung). In den Gemeinden am unteren rechten Seeufer, die als ausgesprochen hochpreisig gelten, liegen die Landwerte gemäss Baudirektionsverfügung Nr. 1442 vom 11. August 2009 um Fr. 1'500.-- pro m2 (Zollikon, Küsnacht, Herrliberg). Gleiches gilt für die Stadt Zürich, soweit das Gelände keiner kommerziellen Nutzung zugänglich ist. Im innerkantonalen Vergleich fällt die grosse Spannweite auf. Ein Seitenblick auf andere schweizerische Grossstädte macht im interkantonalen Vergleich überdies deutlich, dass anderswo, trotz teilweise nicht wesentlich geringeren Landpreisen, weit niedrigere Konzessionsgebühren erhoben werden. So beträgt etwa der Ansatz im Kanton Genf für die Sondernutzung öffentlicher Gewässer zwischen Fr. 2.-- und Fr. 500.-- pro Kalenderjahr und Quadratmeter (Art. 19 der Loi sur l'occupation des eaux publiques [LOEP/GE; RSG L 2 10]). Der Kanton Luzern erhebt eine Grundgebühr von Fr. 1.-- und einen Zuschlag von mindestens Fr. 1.-- bis höchstens Fr. 10.-- pro Kalenderjahr und Quadratmeter, mindestens aber Fr. 100.-- (§ 1 Abs. 1 des Gebührentarifs vom 3. Dezember 1979 für die Sondernutzung der öffentlichen Gewässer [SRL 767]), während der Kanton Thurgau, wiederum pro Quadratmeter und Kalenderjahr, zwischen Fr. 2.50 und Fr. 10.-- in Rechnung stellt (§ 17 Abs. 1 Ziff. 3 des Wassernutzungsgesetzes vom 25. August 1999 [RB 721.8]).
5.5 Orientiert sich der von der Baudirektion verfügte Landwert an den Ansätzen, die für steuerliche Zwecke gelten, kann dies zu unangemessenen Ergebnissen führen. Im Kanton Zürich soll der Vermögensteuerwert, der formelmässig ermittelt wird, "nicht über dem effektiven Marktwert liegen" (§ 39 Abs. 3 des Steuergesetzes [des Kantons Zürich] vom 8. Juni 1997 (StG/ZH; LS 631.1). Der Regierungsrat des Kantons Zürich hat in der erwähnten Weisung vom 12. August 2009 an die Steuerbehörden das Vorgehen festgelegt. Demzufolge wird der Vermögensteuerwert des einzelnen Objekts nicht individuell, sondern aus Landwert und Zeitbauwert ermittelt. Der Landwert ergibt sich aus den in jeder Gemeinde gebildeten Lageklassen, der Zeitbauwert wird aus dem von der Gebäudeversicherung festgelegten Basispreis hergeleitet (N. 20 ff., 23 ff. und 30 ff. dieser Weisung; FELIX RICHNER/WALTER FREI/STEFAN KAUFMANN/HANS-ULRICH MEUTER, Kommentar zum harmonisierten Zürcher Steuergesetz, 2. Aufl., 2006, N. 65 ff. und 69 ff. zu § 39 StG/ZH). Es handelt sich mithin um eine "schematische, formelmässige Ermittlung" des steuerlich massgebenden Verkehrswerts (N. 79 und 83 dieser Weisung; BGE 128 I 240 E. 2.6 S. 245; Urteil 2C_823/2008 vom 21. Juli 2009 E. 4.2; RICHNER/FREI/KAUFMANN/MEUTER, a.a.O., N. 58 zu § 39 StG/ZH). Tendenziell dürfte die steuerbasierte Bewertung zu Ergebnissen führen, die eher unter dem tatsächlichen Verkehrswert liegen.
5.5.1 Anderseits kann die Formel gemäss § 17 Abs. 1 GebV WWG/ZH zu überhöhten Ansätzen führen, indem in (allzu) schematischer Weise ein für jede Gemeinde einheitlicher Wert festgelegt wird. Dieser lässt das Ausmass der tatsächlichen Nutzung unberücksichtigt und klammert weitere, durchaus relevante individuelle Gegebenheiten wie Lage und Nutzungsbeschränkungen von vornherein aus. Im vorliegenden Fall zeigt sich dies allem voran dadurch, dass sich die angefochtene Konzessionsverfügung vom 29. September 2009 ausdrücklich auf das konkrete "Bürohaus mit Ladengeschäft" bezieht. Abgesehen von der Frage, inwiefern eine gesteigerte Nutzung überhaupt planungsrechtlich zulässig und technisch möglich wäre, ist nicht zu übersehen, dass der Kanton Zürich einerseits eine massgeschneiderte Konzession erteilt, anderseits für die Gebührenbemessung auf rein schematische Werte zurückgreift, die mit dem konkreten Fall nichts gemeinsam haben. Es wird zwar von keiner Seite in Frage gestellt, dass sich der Landpreis in unmittelbarer Nähe des Zürcher Hauptbahnhofs in der Höhe von Fr. 16'200.-- bewegt. Konzessionsgemäss umfasst das ehemalige "Globus-Provisorium" freilich bloss ein Erd- und ein einziges Obergeschoss, während die Geschäftshäuser in der benachbarten Innenstadt üblicherweise sieben oder noch mehr Geschosse aufweisen (vgl. Art. 18, 30, 45, 50, 52, 54 und 57 der Bauordnung der Stadt Zürich vom 23. Oktober 1991). Eine an sich lagetypische Bewirtschaftung durch Vermietung an Geschäfte im Hochpreissegment oder gehobene Dienstleistungsunternehmen scheitert an der bescheidenen, eben provisorischen Gebäudestruktur. Der Vermögenssteuerwert, auf den § 17 Abs. 2 lit. b GebV WWG/ZH verweist, bezieht sich damit auf Land, das idealtypisch eine ungleich höhere und damit lukrativere Nutzung zulässt, als sie die fragliche Konzession gestattet. Dementsprechend führt die Heranziehung des für dieses Land geltenden Landwerts zu einer empfindlich überhöhten Gebühr. Im konkreten Fall erweist sich diese vor dem Hintergrund des Verhältnismässigkeitsprinzips (Art. 5 Abs. 2 BV) und des Willkürverbots (Art. 9 BV) als unhaltbar.
5.5.2 In der früheren Praxis des Kantons Zürich wurde dem Umstand, dass die Konzession nur eine beschränkte Ausnützung erlaubt, durch eine Gebührenreduktion um 50 % bei der Gebäudefläche und durch einen vollständigen Gebührenverzicht bei der Dachauskragung Rechnung getragen. Die Verfügung verwies lediglich darauf, es werde einzig Luftraum über der Limmat beansprucht. Die von der Vorinstanz vorgenommene, zurückhaltende Gebührenreduktion vermag das Ungleichgewicht zwischen Leistung des Konzedenten und Gegenleistung der Konzessionärin offensichtlich nicht zu beheben. So nimmt die Vorinstanz für den die Limmat überragenden Gebäudeboden von 194 m2 überhaupt keine Reduktion vor.
6. 6.1 Mithin verletzt auch die von der Vorinstanz festgesetzte Gebühr das Äquivalenzprinzip. Die Beschwerdeführerin beantragt die Bemessung der Gebühr nach der bis im Jahr 2009 befolgten Übung, da sie auf die Weitergeltung der bisherigen Praxis habe abstellen dürfen und entsprechende Dispositionen (Abschluss eines längerfristigen Mietvertrags mit einem Grossverteiler) getätigt habe.
6.2 Nach ständiger bundesgerichtlicher Rechtsprechung hat der Konzessionär an sich keinen Anspruch darauf, dass die Gebühr während der ganzen Konzessionsdauer unangetastet bleibt. Ausgeschlossen ist freilich eine Gebührenerhöhung, die faktisch die wirtschaftliche Nutzung des erteilten Konzessionsrechts verunmöglicht. Als zulässig hat das Bundesgericht immerhin eine Erhöhung der Konzessionsgebühr erachtet, die zwar massiv angehoben wurde, anfänglich aber zu tief veranschlagt worden war (Urteil 2P.13/2005 vom 21. Juni 2005 E. 3.5). Aufgrund des vertragsähnlichen Charakters der Konzession kann die Höhe der Abgabe freilich unter Umständen ein wohlerworbenes Recht darstellen, das als solches Bestandesschutz geniesst, soweit nicht eine nachträgliche Anpassung vorbehalten wurde (BGE 126 II 171 E. 3 und 4 S. 175 ff.).
6.3 Anders als in den erwähnten Entscheiden ist die umstrittene Gebührenerhöhung hier nicht während der Dauer der Konzession, sondern anlässlich ihrer Erneuerung verfügt worden. Die Vorinstanz erklärt zu Recht, dass die Gebühr unter diesen Umständen angepasst werden durfte. Die Befristung der Konzession dient gerade dazu, die Verhältnisse bei ihrer späteren Erneuerung zu überprüfen und den Inhalt entsprechend anzupassen. Die Beschwerdeführerin hat deshalb grundsätzlich kein Recht darauf, dass bei der Gebührenfestsetzung die bisherige Bemessungspraxis weitergeführt wird.
6.4 Im Interesse der Rechtssicherheit muss sich eine Praxisänderung freilich auf ernsthafte sachliche Gründe stützen. Diese müssen umso stärker gewichten, je länger die als falsch oder nicht mehr zeitgemäss erachtete Rechtsanwendung gehandhabt wurde (BGE 137 III 352 E. 4.6 S. 360). Mit der neu festgesetzten, empfindlich angehobenen Gebühr beabsichtigt der Kanton Zürich, von der bisherigen Bemessungspraxis abzurücken und eine neue Berechnungsweise einzuführen. Diese soll nach seinem Verständnis die Marktentwicklung besser berücksichtigen. Eine solche Änderung der Gebührenbemessung, die sich durchaus auf einen sachlichen Grund stützt und in grundsätzlicher Weise erfolgt, erscheint nicht als unzulässig, soweit dabei das Äquivalenzprinzip eingehalten wird. Da diesem Prinzip nicht allein durch eine Rückkehr zur alten Praxis entsprochen werden kann, hat das Bundesgericht die umstrittene Gebühr nicht selber festzusetzen. Es rechtfertigt sich angesichts des dem Konzedenten zustehenden Gestaltungsspielraums vielmehr, die Sache zur Neubeurteilung direkt an diesen zurückzuweisen (Art. 107 Abs. 2 BGG).
7. Wird der Hauptantrag gutgeheissen, erübrigen sich Ausführungen zum Eventualantrag.
8. 8.1 Die Beschwerde ist demnach gutzuheissen, der angefochtene Entscheid aufzuheben und die Sache zur weiteren Untersuchung und neuen Verfügung an die Baudirektion des Kantons Zürich zurückzuweisen. Die Kosten- und Entschädigungsfolgen für das kantonale Verfahren sind durch die Vorinstanz neu festzusetzen.
8.2 Bei diesem Ausgang sind die Kosten des bundesgerichtlichen Verfahrens der Baudirektion des Kantons Zürich aufzuerlegen, die Vermögensinteressen verfolgt (Art. 66 Abs. 4 BGG). Eine Parteientschädigung ist nicht zuzusprechen (Art. 68 Abs. 3 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird gutgeheissen, das Urteil des Verwaltungsgerichts des Kantons Zürich vom 8. September 2011 aufgehoben und die Sache zur Neubeurteilung an die Baudirektion des Kantons Zürich sowie zur Neuregelung der Kosten- und Entschädigungsfolgen für das kantonale Verfahren an das Verwaltungsgericht des Kantons Zürich zurückgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 10'000.-- werden der Baudirektion des Kantons Zürich auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Verfahrensbeteiligten und dem Verwaltungsgericht des Kantons Zürich, 3. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 2. Juni 2012
Im Namen der II. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Zünd
Der Gerichtsschreiber: Kocher