探析城市水環境治理的發展方向

上海川清清環境科技有限公司 徐兆靜

一、緒論

水是基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源，是生態與環境的重要控制要素，對維系和促進人類經濟社會可持續發展具有不可替代的作用[1]。

隨著城市化水平的不斷提高，城市化進程對人類生存與發展必不可少的水資源及城市水環境的影響愈來愈顯著[2]。

本文通過對國內外城市水環境治理的進展以及主要技術進行研究和闡述，并展望了未來城市水環境治理的發展方向，為城市水環境治理的社會實踐提供部分參考。

二、國內外城市水環境治理進展

1977年，隨著EPA聯邦水污染控制法修正案的頒布，提出了與自然相協調的河流管理理念，但忽視了河流的生態功能，導致水體雖然滿足聯邦政府要求的水質標準，但水體功能未得到修復。到20世紀80年代，美國聯邦政府、資源質量監測研究委員會提出要考慮生態指標、棲息地質量和生物多樣性及完整性等[3]。20世紀90年代后，美國開始了更為廣泛的河流生態修復活動，如美國Kissimmee的生態修復、KALAMAZOO河的大壩拆除及生態修復項目等。

20世紀80年代，德國、瑞士等國家提出了“重新自然化”概念，將河流修復到接近自然的程度，2000年，歐盟頒布的水框架指令（WFD）將水力特征、化學指標和生態指標納入到所有水體的水質目標體系中。Aude Zingraff-Hamed等將法國從1980-2015年實施的110個水生態修復項目進行了統計分析，包括城市的水生態修復和農村的水生態修復，共465公里。

我國實施了一系列水環境綜合治理工程，如上海蘇州河的水環境綜合治理、深圳茅洲河流域的綜合治理等。另外也逐步形成了跨行政區的流域生態補償機制，新安江流域和東江流域是我國跨省流域生態補償的典型案例。王浩等分析了城市水環境問題產生的原因，提出了“源頭減排——過程阻斷——末端治理”的水環境綜合治理方案[6]。

三、城市水環境治理的主要技術

城市水環境治理涉及的技術較多，本文從源頭控制、水質凈化處理與水質提升工程、河道水生態修復、水環境治理方案的模擬分析和水環境監測與管理平臺五個方面對城市水環境治理涉及的主要技術進行闡述。

（一）源頭控制

通過點源截污和對污水進行集中或分散處理（農村生活污水），并對污水廠進行升級改造，可減輕城市河道的污染負荷。張辰等提出在污水廠深度處理方面，可通過新型濾池、生物膜技術等進行工藝改造[7]。由于土地資源的日漸緊缺，地下式、花園式污水處理廠逐漸增多。

城市面源污染所占總污染的比例隨著對點源污染的控制而不斷增大，為解決城市面源污染以及城市內澇等問題，形成了一系列現代雨洪管理體系，例如美國的最佳管理措施（BMP）、低影響開發（LID）、綠色基礎設施（GI），英國的可持續城市排水系統（SUDS），澳大利亞的水敏感性城市設計（WSUD）以及中國的海綿城市（Spongy City）[8]。通過廣泛的可持續排水解決方案的設計、綠色基礎設施建設，如綠色屋頂、透水鋪裝、植草溝、生物滯留設施、濕地、雨水回收利用等削減城市面源污染。

關于農業面源污染控制技術方面，張震等以石菖蒲、水芹和刺苦草作為生態溝渠攔截植物，分析氮磷的削減作用[9]。深圳市水務規劃設計院有限公司探索了“減源——攔截——回用——修復”農業面源污染防治模式，通過對農田和林地設施進行生態化改造，實現污染水體在田間的初期凈化，尾水進入由林地形成的生態廊道得到最終凈化。

（二）水生態修復工程

河道水生態修復是利用特定生物（特別是微生物）對水體污染物進行吸收、轉化或降解，達到減少或消除水體污染，恢復水體生態功能的生物措施[11]。

水生動植物作為水生態系統中的重要組成部分，通過構建適合水體特征的水生動植物群落，利用水生動植物吸收水體中的C、N、P等營養物質，在根部形成好氧、缺氧和厭氧并存的微環境，為各種微生物的生存提供了條件，從而促進營養物質的降解，提高河道水體水質。

利用人工機械方法向水體中充入空氣或氧氣，加速水體復氧過程，提高水體的溶解氧水平，修復和增強水體中好氧微生物的活力，促進有機污染物的降解速度，從而改善受污染水體的水質。

生物膜技術是以水體中原有的天然菌群為種源，在污染水體中設置一定數量的載體(如纖維)，增加微生物與污染物的接觸面積，污染水體中的氮、磷、COD等被生物膜上的功能微生物吸附、降解或轉化，從而使河道水體得到凈化。各種人工合成填料得到了廣泛開發和應用，增強了生物膜技術的水質凈化效果。

（三）水環境模擬分析

水環境模型是用數學的語言和方法描述參加水循環的水體中水質組分所發生的物理、化學、生物和生態學諸方面的變化、內在規劃和相互關系的數學模型。應用較多的水質模型有QUAL、MIKE、WASP、EFDC和Delft3D等。袁博宇等提出了一種考慮水生態修復措施對污染物降解影響的水質模型，通過基于有限元的二維水動力水質模型的構建與方案模擬分析，為水生態修復工程方案提供了定量分析的工具，為方案的比選提供決策依據。

（四）水環境監測與管理平臺

我國水環境監測信息管理已初步形成了由國家站、省級站、地市級站及部分區縣站組成的四級水環境監測數據傳輸與管理平臺。但水環境檢測數據庫和業務應用系統相互獨立，亟需進行整合，信息管理需要進一步規范化、智能化和可視化。

在水環境監測方面，可采用大數據技術深入解析河道數據庫信息，利用衛星遙感、智能傳感系統、無人機等，對一定區域內的河道進行監控，精確排查跟蹤不達標水體。建立天地空一體化的信息采集和河道監控系統平臺，實現河道基本信息、監測數據及公眾監督的融合。另外，在水環境管理方面，可通過與水環境模型相結合，以基于GIS的可視化平臺為總集成界面，監測網絡為輸入，數據庫為載體，模型庫為核心，實現河流污染物時空分布特征的模擬與顯示，通過實時水環境狀況模擬與調度方案模擬，達到水環境精細化管理的目標。

四、城市水環境治理發展方向展望

城市水環境治理第一階段，先是消除黑臭，但可能還是劣五類的水體；第二階段，進一步提升城市水體環境，削減入河污染物，將河流能達到水環境功能區劃要求的標準；第三個階段，通過治理及生態修復，將河流轉變成具有生態功能的幸福河。本文在前人研究的基礎上，總結城市水環境治理的發展方向，主要包括以下五個方面：

（一）發展多組合工藝

在進行城市水環境治理時，不能單獨地使用上述介紹的相關技術，而是要通過分析河道污染的特點，綜合利用各項技術，尋找更優的組合，實現高效、經濟的水環境治理方案。如曝氣復氧與生物膜法相結合工藝、生物膜與水生植物相結合的工藝等。

（二）城市水環境治理更注重生態修復

城市水環境治理要從生態的角度去治理，從提升河道自凈能力到研究水生動植物系統，逐步形成一個健康循環的水生態系統，使水體能達到全面的水質目標要求，而不僅是河道水體的理化指標，如歐盟頒布的水框架指令（WFD）水質目標體系中規定的水力特征、化學指標和生態指標。

（三）基于海綿城市理念的城市水環境綜合治理

城市水環境綜合治理的思路要以水環境提升為主線，以控源截污為基礎，以提高河流自凈能力的生態修復為手段，實現一個自然積存、自然滲透、自然凈化的完整的生態系統。采用綠色基礎設施的源頭控制措施，對分流制地區的初期雨水徑流污染控制和合流制溢流污染控制都有重要意義。

（四）水環境綜合管理系統

水環境綜合管理系統應包括雨水、河水、污水、供水各個方面的管理，結合智慧水務的理念，實現水資源的精細化管理。

五、結論

綜上，城市水環境整治是一個多學科、跨部門、綜合性的系統工程。在整治過程中，必須對其污染的原因進行全面分析，結合“一河一策”進行統籌考慮，有針對性地制定治理措施，需按照全流域、全過程的流域綜合治理理念進行統籌解決，通過源頭控制，控制進入水體的污染物總量，通過生態修復，逐步恢復水體健康穩定的自然生態系統，結合水環境模型和水環境監測與管理平臺，加強水環境的精細化管理。