淺談城市河湖治理工程設(shè)計中海綿城市理念

(上海汀瀅環(huán)保科技有限公司，上海 201707)

2013年12月12日，習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上明確指出：“在提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮利用自然力量排水，建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’”。海綿城市理念是“滲、滯、蓄、凈、用、排”的有機(jī)結(jié)合，協(xié)同規(guī)劃、建筑、綠化、道路、水務(wù)5大專業(yè)，最大程度上減少城鎮(zhèn)化發(fā)展建設(shè)給原自然水文特征和水生態(tài)環(huán)境帶來的負(fù)面影響。

建設(shè)海綿城市就需要有“海綿體”，一般包括綠色、灰色、藍(lán)色“三大海綿”，而城市里的河湖水系屬于藍(lán)色大海綿，是最大、最重要的“海綿體”。根據(jù)《上海市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》，海綿城市建設(shè)總體目標(biāo)是至規(guī)劃遠(yuǎn)期(2040年)，建設(shè)水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良、水生態(tài)與城市景觀協(xié)調(diào)、水景觀為市民提供親水休憩空間的水和諧城市。

傳統(tǒng)城市河湖治理工程設(shè)計主要圍繞河湖的防洪、除澇和引調(diào)水進(jìn)行，設(shè)計人員關(guān)注的重點(diǎn)往往是堤頂高程、河道斷面、護(hù)岸形式等方面，而對于徑流污染治理、水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、河湖自凈能力提升等方面考慮較少。不少城市化地區(qū)的河湖經(jīng)過多輪整治后，污染源未得到有效控制，仍擺脫不了水質(zhì)容易惡化，甚至黑臭的命運(yùn)。在新的歷史形勢下，傳統(tǒng)城市河湖治理工程設(shè)計思路亟需擴(kuò)展和豐富，水環(huán)境改善不僅僅是傳統(tǒng)意義上的引調(diào)水，而應(yīng)該在設(shè)計方案中系統(tǒng)性地納入海綿城市理念。本文以上海地區(qū)城市河湖治理工程特點(diǎn)為例，嘗試闡述一些海綿城市理念與城市河湖治理工程設(shè)計的有機(jī)結(jié)合。

1 城市河湖徑流污染現(xiàn)狀

城市河湖污染主要分為內(nèi)源污染和外源污染。內(nèi)源污染主要是指底泥污染；外源污染可根據(jù)污染發(fā)生的類型，又分為點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染。點(diǎn)源污染一般指固定位置排放的生活污水和工業(yè)廢水。非點(diǎn)源污染涉及面比較廣，是由于降雨、地表徑流、滲透、排水、大氣沉降等原因產(chǎn)生的，在較大范圍內(nèi)的污染物通過地表徑流進(jìn)入河湖，并在水體中富集而導(dǎo)致的水環(huán)境污染。城市化地區(qū)地表徑流往往是通過雨水管道收集后(或通過市政雨水泵站抽排)入河，故而非點(diǎn)源污染常表現(xiàn)為點(diǎn)源污染形式。

城市地面中包含許多污染物質(zhì)，有車輛排放物、固態(tài)廢物碎屑、空氣降塵、屋面沉積物及析出物等。隨著城市化進(jìn)程的加速，不透水路面比例增大，使得雨天產(chǎn)生大量的徑流不能通過城市地表滲透到土壤中或者被植物截流，排放到河湖之后，對河湖水質(zhì)造成明顯的破壞。根據(jù)對我國各城市道路初期雨水徑流污染物進(jìn)行分析結(jié)果，SS、COD、BOD5、TN、TP等污染物平均濃度都超出國家地表水V類水標(biāo)準(zhǔn)，并且還存在重金屬污染的風(fēng)險。

上海市緊鄰長江，內(nèi)部水網(wǎng)豐富，但屬于水質(zhì)性缺水城市，根據(jù)相關(guān)要求，上海市將在2020年之前基本消除劣Ⅴ類水體。目前在上海城市化地區(qū)，降雨徑流污染再加上混接的各類污水，導(dǎo)致大量污染物在市政雨水泵站和管道中聚集，當(dāng)雨水泵站排水時，則對河道造成集中污染，導(dǎo)致雨水泵站附近河道常出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。根據(jù)統(tǒng)計，2017年上海城區(qū)130個市政雨水泵站累計排放量為3.80億m3，污染物總量分別為：SS為4.56萬t/a，COD為9.20萬t/a，氨氮為0.49萬t/a，TP為0.08萬t/a。SS、COD、氨氮、TP總量分別為現(xiàn)狀污水處理廠(處理總規(guī)模19.90億m3/a )年進(jìn)水污染物總量的13.18%、14.44%、8.80%、10.13%(污染物具體對照詳見下圖)。由此可見，大量非點(diǎn)源污染物和混接污水通過市政雨水管網(wǎng)進(jìn)入受納水體，造成較大污染。

上海城區(qū)2017年污染物總量對照圖

2 海綿城市理念與城市河湖治理工程設(shè)計的融合

控制城鎮(zhèn)降雨徑流污染、提升河湖水質(zhì)和完善水生態(tài)功能是海綿城市理念中與城市河湖治理工程設(shè)計密切相關(guān)的部分。根據(jù)《上海市海綿城市建設(shè)指標(biāo)體系(試行)》，對于區(qū)域系統(tǒng)，年徑流總量控制率(新建不小于80%，改建不小于75%)、年徑流污染控制率(新建不小于80%，改建不小于75%)和河面率(不小于10.5%)為約束性指標(biāo)；對于水務(wù)系統(tǒng)，河湖水系生態(tài)防護(hù)比例(不小于75%，即生態(tài)堤岸長度與堤岸總長度比例)為約束性指標(biāo)。

上述指標(biāo)對海綿城市建設(shè)提出了總體要求，而在實(shí)際城市河湖治理工程設(shè)計中，如何貫徹落實(shí)海綿城市理念，還需要進(jìn)一步細(xì)化。

2.1 整體設(shè)計思路

要在城市河湖治理工程設(shè)計中納入海綿城市理念，必須強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和整體性，不能表面化、碎片化。?城市河湖治理工程中的海綿思路應(yīng)與綠化、道路、建筑等其他專業(yè)相互協(xié)調(diào)，不能因?yàn)楦黝愐?guī)劃控制線而相互割裂，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的匯水區(qū)域，從陸域到濱水岸帶，再到河道，整體考慮。具體來說，在進(jìn)行城市河湖治理工程設(shè)計時，需通盤考量匯水區(qū)域內(nèi)的海綿設(shè)施，尊重城市徑流規(guī)律，不能局限在河道規(guī)劃藍(lán)線范圍內(nèi)；?城市河湖治理工程設(shè)計中需整體納入“源頭控制→中途阻斷→終端凈化”的海綿城市理念。提升河道水質(zhì)，不應(yīng)過度依賴終端凈化，在河道內(nèi)采取各類凈化措施固然重要，但更應(yīng)該將徑流污染物留在岸上，這就要求設(shè)計人員重視對徑流污染物源頭的控制，重視對污染物在傳輸過程中的阻斷與攔截。3大環(huán)節(jié)均不應(yīng)缺失，需環(huán)環(huán)相扣形成整體，才能發(fā)揮最大作用。

2.2 前期調(diào)查

除了傳統(tǒng)城市河湖治理工程設(shè)計前期調(diào)查需要掌握的水文、地質(zhì)等基礎(chǔ)資料外，還需增加的調(diào)查內(nèi)容包括：河道水質(zhì)、底泥污染情況、沿線污染源、區(qū)域人口數(shù)量、雨水排放口、市政雨污水管網(wǎng)、陸域下墊面等。由于海綿城市理念涉及生物滯留和生物凈化，因此在前期調(diào)查中，還需對區(qū)域的生物多樣性、本地動植物種類及優(yōu)勢品種等情況進(jìn)行細(xì)致的了解。

2.3 河湖濱岸設(shè)置緩沖帶

緩沖帶是位于河湖濱岸水域和陸地之間的條帶狀過渡地帶，是對徑流污染物、洪水具有一定緩沖功能的水陸交錯帶，具有緩沖、攔截、吸附和水土保持的生態(tài)服務(wù)功能，有較強(qiáng)的氮磷降解能力，也是河湖生態(tài)系統(tǒng)中各種陸生和水生物種的重要棲息地。

河湖濱岸設(shè)置緩沖帶必須具備一定的寬度，才能維持其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)。根據(jù)相關(guān)研究，緩沖帶的寬度與陸域面源污染物的截留效果正相關(guān)，而當(dāng)坡度大于6%時，徑流凈化效果較差。根據(jù)李懷恩等[2]研究，草本植被的岸坡在坡度2%情況下，地表徑流中污染物的削減主要發(fā)生在前10m。

上海河道兩側(cè)陸域控制帶寬度一般為6m，距離緩沖帶適宜生態(tài)寬度要求還有不小的差距。而上海地區(qū)用地緊張，河道邊坡坡比一般為1∶2.5、1∶3，遠(yuǎn)陡于6%，如何充分發(fā)揮河湖濱岸緩沖帶的作用，應(yīng)重視以下幾點(diǎn)：

a.對于有條件的區(qū)域，盡量放緩邊坡，研究與河道陸域控制帶以外區(qū)域的銜接方案，形成有機(jī)整體，擴(kuò)大緩沖帶寬度。

b.重視濱岸緩沖帶的平面布置和豎向設(shè)計，除了滿足邊坡穩(wěn)定、堤頂防汛高程外，設(shè)計內(nèi)容還應(yīng)包括控制徑流流向，計算區(qū)域海綿體的蓄水能力、水力接觸時間等，確保初期雨水經(jīng)截留調(diào)蓄或生態(tài)凈化后再排入河道。

c.重視河道沿線雨水排放口可能存在的污染影響，掌握雨水排放口的徑流源頭和傳輸過程，通過植草溝、雨水花園、透水路面、樹池等海綿設(shè)施，削減初期雨水的污染。

d.結(jié)合實(shí)際情況，因地制宜，合理設(shè)置雨水調(diào)蓄裝置，避免初期雨水直接進(jìn)入河道，例如：利用城市天然洼地、池塘，新建雨水調(diào)蓄設(shè)施，還可以利用空箱擋墻。

e.不同的植物在濱岸緩沖帶中的作用是不同的，應(yīng)注重植物的選擇和搭配，遵循土著物種優(yōu)先、生物多樣性原則。相關(guān)研究表明：在緩沖帶中對徑流污染物起主要作用的是草本植物，主要與其高蓋度有關(guān)，草本根系較淺，能有效減少徑流對土壤的沖刷，污染物去除效果明顯，而灌木、喬木下方土壤裸露面積較大，去除效果不理想，但它們對中下層土壤有很好的保固作用。

f.了解當(dāng)?shù)貏又参锏纳睢ⅰ⒎毖芰?xí)性，有目的地營造適宜生境。

2.4 生態(tài)護(hù)岸建設(shè)

傳統(tǒng)城市河湖治理工程護(hù)岸重視防洪、排澇、航運(yùn)等基礎(chǔ)性功能，生態(tài)護(hù)岸除考慮上述基本功能外，需兼顧生態(tài)、環(huán)保等因素，設(shè)計時應(yīng)考慮整體的生態(tài)效應(yīng)，考慮對象包括徑流污染治理、生境營造、動物棲息、生物多樣性等。現(xiàn)階段對于生態(tài)護(hù)岸的評價指標(biāo)體系尚未建立，因此，除了常見的植被蓋度外，還需增加污染物削減率、生物多樣性指數(shù)和土壤濕度變化等指標(biāo)作為考核標(biāo)準(zhǔn)。

需要指出的是，生態(tài)護(hù)岸的擋墻穩(wěn)定不能因?yàn)橹匾暽鷳B(tài)而被忽視。此外，生態(tài)是一個系統(tǒng)，孤立地評價一座擋墻是不是生態(tài)，并沒有太大意義，而應(yīng)該將它放到整體系統(tǒng)中加以考量。例如：鄰近道路的護(hù)岸不能有效阻斷路面污染物隨降雨徑流直接入河，擋墻即便采用透水透氣的環(huán)保材料，也不能稱之為生態(tài)護(hù)岸；相反，在某些條件下，濱河生態(tài)系統(tǒng)需要利用傳統(tǒng)的硬質(zhì)擋墻來抵御大的風(fēng)浪。

2.5 水生態(tài)修復(fù)

在控源截污的前提下，水生態(tài)修復(fù)應(yīng)以增強(qiáng)河湖自凈能力為主線，水質(zhì)提升為根本目的。在對河湖治理的初期，可采取人工措施進(jìn)行強(qiáng)力干預(yù)，但是要長期維持河湖的健康穩(wěn)定，減輕后期運(yùn)行管理負(fù)擔(dān)，就必須構(gòu)筑長效、低維護(hù)的水生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水體自然凈化的良性循環(huán)。

水生態(tài)修復(fù)設(shè)計不是簡單地布置浮床、人工曝氣或者種植水草，而是要深刻理解水生態(tài)系統(tǒng)中各級生產(chǎn)者、消費(fèi)者之間的競爭和共生關(guān)系；深刻理解水體中污染物的沉淀、稀釋、混合、氧化還原、分解化合、吸附凝聚等物理、化學(xué)及生物化學(xué)過程。要做到水生態(tài)修復(fù)設(shè)計的系統(tǒng)化，需要重視以下幾點(diǎn)：

a.詳細(xì)計算污染負(fù)荷，全面評估河湖的納污能力。

b.嚴(yán)格控制底泥營養(yǎng)鹽釋放。

c.恢復(fù)和保持河湖水系的自然連通，重塑健康自然的彎曲河岸線，恢復(fù)自然深潭、淺灘，實(shí)施生態(tài)修復(fù)，營造多樣性生物生存環(huán)境。

d.增加河道水動力，配合曝氣復(fù)氧、滲濾作用，提高氮、磷降解速率，增強(qiáng)水體自凈能力。水生態(tài)修復(fù)需還河道本來應(yīng)有的模樣，人工凈化措施是必要的，但是河面不應(yīng)成為各類設(shè)備的展示臺。

e.利用生態(tài)系統(tǒng)的自然循環(huán)再生和自我修復(fù)能力達(dá)到水體溶解氧的穩(wěn)定。充分利用藻類與高等植物之間的競爭關(guān)系，引導(dǎo)“藻型”河湖向“草型”河湖轉(zhuǎn)化。

3 結(jié) 語

如果把城市比作人的健康系統(tǒng)，那么海綿城市理念無疑是一種“健康生活理念”。諸多令城市管理者頭痛的大問題往往來自于細(xì)微問題的日積月累，因此，應(yīng)當(dāng)樹立“健康生活理念”，從源頭開始控制，步步設(shè)防，層層化解。

海綿城市建設(shè)并非僅是傳統(tǒng)意義上的工程項(xiàng)目，更是一種理念，需要各專業(yè)之間的相互協(xié)作和深入貫徹。在新的歷史形勢下，城市河湖治理工程設(shè)計正逐步從傳統(tǒng)的防洪、除澇擴(kuò)展到對整個河湖生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，海綿城市理念將是非常重要的切入點(diǎn)，需要廣大水利工作者進(jìn)行更多的努力和探索。