北方河網(wǎng)地區(qū)城市黑臭水體治理經(jīng)驗(yàn)
——以菏澤市城區(qū)為例

張 楓，張文君，楊 通

(長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

0 引 言

城區(qū)河道多屬于雨源型河流，其水源補(bǔ)給來(lái)自于本區(qū)域降雨，有雨則產(chǎn)流，無(wú)雨則基本斷流，且以小河溝居多。在區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)高速發(fā)展的背景下，城區(qū)河道承擔(dān)了過(guò)重的污染負(fù)荷，呈現(xiàn)出明顯的“微容量、重負(fù)荷”特征，往往面臨水質(zhì)惡化、斷流甚至生態(tài)退化的多重威脅。據(jù)調(diào)查，中國(guó)80%以上的城市河道受到不同程度的污染[1-2]。

城區(qū)雨源型河流因流域面積小、匯流時(shí)間短，汛期洪水陡漲陡落，旱季水量極少，甚至河床干涸，導(dǎo)致調(diào)蓄能力差、環(huán)境容量小、自凈能力低，使其修復(fù)過(guò)程與普通河流相比難度更大[3-4]。國(guó)內(nèi)外許多城市嘗試過(guò)很多方法，如：深圳坪山河采用原位水質(zhì)凈化處理系統(tǒng)，在河道中間的天然灣畔構(gòu)建具備沉砂、二級(jí)生化和沉淀以及深度凈化等功能的河灣水質(zhì)凈化工程，雨季時(shí)優(yōu)先保證河道行洪安全，旱季時(shí)通過(guò)河灣水質(zhì)凈化工程對(duì)河水進(jìn)行深度凈化處理[1]。哈爾濱市何家溝以再生水和雨水為替代水源靈活補(bǔ)水，同時(shí)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)、河道疏浚、水體復(fù)氧等措施，達(dá)到改善水體生境、強(qiáng)化水體生態(tài)自凈功能[5-6]的目的。韓國(guó)清溪川通過(guò)實(shí)施河道拓寬、雨污分流，保證水質(zhì)；旱季引漢江水補(bǔ)水，使其長(zhǎng)年不斷流；同時(shí)進(jìn)行多樣化的綠化和景觀設(shè)計(jì)，使清溪川成為首爾市中心的一個(gè)休憩地點(diǎn)，成為首爾一張靚麗的城市旅游名片[7]。

本文以菏澤市城區(qū)黑臭水體治理為例，通過(guò)分析城區(qū)水系存在的問(wèn)題及成因，遵循“源頭減排、過(guò)程控制、末端治理”的全過(guò)程治理思路，制定“控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水保質(zhì)”系統(tǒng)措施體系，以期為北方平原河網(wǎng)地區(qū)黑臭水體治理提供參考。

1 項(xiàng)目背景

菏澤市地處地勢(shì)低平的黃河沖擊平原，歷史上為防范黃河洪水威脅，建成圓形的外護(hù)堤河和方形的護(hù)城河，形成 “天圓地方”的城市格局和“外圓內(nèi)方”的水系風(fēng)貌。為解決城市內(nèi)澇問(wèn)題，城區(qū)內(nèi)建設(shè)有趙王河、洙水河、環(huán)城河、外護(hù)堤河和經(jīng)四溝等5條一級(jí)河流及多條雨水邊溝。隨著城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，菏澤城市水污染問(wèn)題日益凸顯，嚴(yán)重影響著城市形象和人民群眾的生活品質(zhì)。菏澤市于2018年10月24日通過(guò)由住建部組織的黑臭水體治理示范城市競(jìng)爭(zhēng)性評(píng)審，確定為第一批黑臭水體治理示范城市。菏澤市城市黑臭水體治理示范城市申報(bào)11 條黑臭水體，黑臭河道總長(zhǎng)度32.15 km，黑臭湖面總面積1.54 km2。菏澤市城區(qū)黑臭水體基本情況及分布詳見(jiàn)表1和圖1。

表1 菏澤市黑臭水體基本情況

圖1 菏澤市城區(qū)水系及黑臭水體分布Fig.1 Distribution map of water system and black odorous water bodies in Heze

2 現(xiàn)狀問(wèn)題

2.1 排水體系不完善

目前菏澤市城區(qū)現(xiàn)有排水管網(wǎng)約1 206 km，已經(jīng)達(dá)到一定程度覆蓋率，但存在主干管比較完整、支管殘缺不全、管網(wǎng)混接錯(cuò)接情況嚴(yán)重、管網(wǎng)功能性和結(jié)構(gòu)性缺陷問(wèn)題嚴(yán)重，導(dǎo)致污水實(shí)際收集效能遠(yuǎn)低于表觀數(shù)據(jù)，同時(shí)也大大降低了污水處理設(shè)施的實(shí)際減負(fù)效果[8]。據(jù)管網(wǎng)摸排統(tǒng)計(jì)，11條黑臭水體沿線存在分流制污水直排口160個(gè)、分流制混錯(cuò)接排口61個(gè)、沿河居民排口95個(gè)，導(dǎo)致大量污水直排入河，污水直排口分布詳見(jiàn)表2。

表2 菏澤市黑臭水體沿河污水排口統(tǒng)計(jì)

2.2 水體流動(dòng)性差

菏澤城區(qū)地勢(shì)平坦，水體流動(dòng)遲緩甚至滯流，水動(dòng)力條件極差，局部水域易產(chǎn)生污染累積，同時(shí)導(dǎo)致淤積問(wèn)題嚴(yán)重，是水體內(nèi)源污染的來(lái)源[8]。取樣分析結(jié)果表明：城區(qū)11處黑臭水體污染底泥平均厚度為0.43～1.14 m，最大污染層厚度達(dá)2.09 m。底泥污染釋放是水質(zhì)惡化的重要原因之一。

2.3 生態(tài)水量不足

菏澤市城區(qū)水系大多為雨源性河流，徑流主要來(lái)源于本區(qū)域降雨，缺乏天然水源補(bǔ)給，形成了有雨即有流量、無(wú)雨則基本斷流的現(xiàn)象。由于缺少天然徑流，生態(tài)補(bǔ)水量不足，水環(huán)境容量非常有限，水環(huán)境質(zhì)量對(duì)污染物排放量比較敏感，極易因排污形成黑臭的問(wèn)題，治理過(guò)程復(fù)雜；加之區(qū)域地勢(shì)平坦、水體流動(dòng)性差、水動(dòng)力不足，水體自凈能力較差，可消納污染物的能力進(jìn)一步減少，容易出現(xiàn)反復(fù)黑臭。

2.4 管理體制有待完善

企業(yè)排污、排水許可證管理制度尚不完善，缺乏長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)、監(jiān)管機(jī)制和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，管理方式落后不健全，缺少專業(yè)化運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理團(tuán)隊(duì)。

3 治理方案

根據(jù)2015年8月住建部、環(huán)保部聯(lián)合印發(fā)的《城市黑臭水體整治工作指南》要求，城市黑臭水體治理應(yīng)按照“控源截污、內(nèi)源治理，活水循環(huán)、清水補(bǔ)給，水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”的基本技術(shù)路線具體實(shí)施[9]。本文從控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水保質(zhì)4方面進(jìn)行系統(tǒng)治理。

3.1 控源截污

菏澤市城區(qū)原排水系統(tǒng)均為雨污合流制，近年來(lái)，部分區(qū)域?qū)嵤┯晡鄯至髦聘脑欤铣菂^(qū)大部分區(qū)域仍為合流制。根據(jù)菏澤市經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際情況，采用截流式合流制和雨污分流制兼容的排水體制，以污染物削減量作為考核目標(biāo)，不過(guò)分強(qiáng)求短期內(nèi)完全雨污分流。

“黑臭在水里，根源在岸上，關(guān)鍵在排口，核心在管網(wǎng)”，通過(guò)對(duì)菏澤市城區(qū)1 206 km雨污水管網(wǎng)進(jìn)行全面排查，并對(duì)沿河排口進(jìn)行系統(tǒng)溯源、分類梳理，采取“源頭減排、過(guò)程阻斷、末端治理”的治理思路，以排口為出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)布置控源截污措施體系。

(1) 補(bǔ)齊污水處理設(shè)施短板，消除空白區(qū)。補(bǔ)齊城中村、老城區(qū)管網(wǎng)污水收集處理設(shè)施短板，消除生活污水收集處理設(shè)施空白區(qū)，實(shí)現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理。新建生活污水處理廠(站)2座，總處理規(guī)模6 000 m3/d，完善配套污水管網(wǎng)700 m。

(2) 對(duì)各類排水單元里建筑單體內(nèi)部改造，實(shí)現(xiàn)源頭分流。通過(guò)對(duì)菏澤市城區(qū)各排水單元雨污分流情況的調(diào)研，對(duì)小區(qū)進(jìn)行分類，對(duì)具有改造條件的老舊小區(qū)進(jìn)行雨污分流管網(wǎng)改造及小區(qū)LID(低影響開(kāi)發(fā))改造，實(shí)現(xiàn)源頭雨污分流、削減源頭面源污染。本工程共改造老舊小區(qū)59座。

(3) 混錯(cuò)接改造，實(shí)現(xiàn)清污分流。通過(guò)全面排查市政道路排水管網(wǎng)布置及雨污混接情況，將混接在雨水管道中的污水改接到污水管道中、混接在污水管道中的雨水改接到雨水管道中，實(shí)現(xiàn)雨水、污水“各行其道”和“清污分流”。通過(guò)實(shí)施混錯(cuò)接改造，徹底根除雨水口旱天直排污水現(xiàn)象，真正實(shí)現(xiàn)分流制排水體制。

(4) 管網(wǎng)清淤修復(fù)，降低系統(tǒng)運(yùn)行水位。管道沉積物是構(gòu)成雨水排水口污染排放、合流排水口溢流污染最主要的組成部分，中國(guó)CJJ 68-2016《城鎮(zhèn)排水管渠與泵站運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：管道允許積泥深度不得大于管徑的1/5。實(shí)施管網(wǎng)清淤是削減雨水排口、合流排口溢流污染的重要措施，也是污水系統(tǒng)檢測(cè)、治理、修復(fù)的前提，此外，管網(wǎng)清淤還可以改善污水輸送水力條件。通過(guò)CCTV(管道閉路電視)管網(wǎng)探測(cè)查明管網(wǎng)淤堵情況，優(yōu)先對(duì)3級(jí)及以上功能性缺陷管段進(jìn)行清淤，總清淤長(zhǎng)度約370.5 km。

此外，通過(guò)CCTV管網(wǎng)探測(cè)查明主要問(wèn)題管段的破損、坍塌、滲漏情況。針對(duì)排水管道和檢查井破損、斷裂、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷，采取工程措施進(jìn)行治理，封堵地下水等外水入滲和污水外滲“通道”，降低污水系統(tǒng)運(yùn)行水位。

(5) 新建調(diào)蓄設(shè)施，控制溢流污染。菏澤市城區(qū)目前采用的是截流式合流排水體制，在完全實(shí)現(xiàn)分流制改造之前，合流制排水體制仍然存在。截流式合流制排水體制存在的雨季溢流污染問(wèn)題，是導(dǎo)致水環(huán)境惡化、城市黑臭水體形成的重要原因之一。新建2座CSO(雨污混合溢流污水)調(diào)蓄池、總規(guī)模15 000 m3，有效控制合流區(qū)域雨天溢流污染。

(6) 灰綠結(jié)合，削減初期雨水污染。針對(duì)初期雨水污染物濃度較高產(chǎn)生的徑流面源污染問(wèn)題，通過(guò)布置水力旋流沉沙設(shè)施，結(jié)合生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)的濱水海綿設(shè)施及生態(tài)浮島，灰色設(shè)施和綠色設(shè)施結(jié)合，有效攔截初期雨水入河污染物，削減初期雨水污染。

3.2 內(nèi)源治理

清淤工程是解決內(nèi)源污染、控制水體污染及富營(yíng)養(yǎng)化的一項(xiàng)重要措施。通過(guò)清除污染底泥，清除沉積物中所含污染物，減少沉積物中污染物向水體的釋放，改善基底的污染程度，增加水體自凈能力，并為水生植物的重建提供適宜的底質(zhì)條件。

城區(qū)水系清淤存在施工作業(yè)面窄、環(huán)保要求高等難點(diǎn)。根據(jù)各水體特點(diǎn)，采用環(huán)保絞吸船+管道運(yùn)輸+土工管袋脫水、環(huán)保絞吸船+管道運(yùn)輸+帶式壓濾機(jī)脫水、分段圍堰排水+水力沖挖機(jī)組+罐車輸送等環(huán)保清淤方式，可實(shí)現(xiàn)清淤過(guò)程的全封閉處理，保證施工過(guò)程無(wú)污染。脫水后底泥優(yōu)先用于坑塘復(fù)耕回填，不能滿足復(fù)耕條件的采用焚燒方式處理。

3.3 生態(tài)修復(fù)

在控源截污和內(nèi)源治理工程實(shí)施的基礎(chǔ)上，以保護(hù)和修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)為核心，從河(湖)岸帶、濱水帶、河道(湖體)3個(gè)層面，提出濱水生態(tài)修復(fù)工程體系，建設(shè)內(nèi)容包括生態(tài)護(hù)岸工程、生態(tài)凈化工程和濱水海綿設(shè)施工程。

3.3.1 生態(tài)護(hù)岸工程

針對(duì)菏澤城區(qū)河道形態(tài)基本固定、兩側(cè)用地受限的特點(diǎn)，綜合考慮用地條件、地質(zhì)情況、工程造價(jià)、周邊環(huán)境以及居民需求，優(yōu)化傳統(tǒng)護(hù)岸形式，因地制宜地采用格賓石籠擋墻+水生植物生長(zhǎng)平臺(tái)護(hù)岸、雷諾護(hù)墊護(hù)坡+混凝土凈化槽護(hù)岸、階梯式松木樁護(hù)岸、半干砌石擋墻護(hù)岸等多種生態(tài)護(hù)岸形式，在保障水安全、改善水環(huán)境的基礎(chǔ)上提升河道生態(tài)和景觀功能，如圖2所示。

圖2 生態(tài)護(hù)岸典型斷面(尺寸單位：mm)Fig.2 Typical sections of ecological revetment

3.3.2 濱水海綿設(shè)施工程

傳統(tǒng)藍(lán)綠線由不同的職能管理部門分管，藍(lán)線以內(nèi)歸水利部門管理，藍(lán)線至綠線歸園林部門管理，因而兩道線之間缺乏聯(lián)系和互動(dòng)，藍(lán)綠割裂，導(dǎo)致濱水生態(tài)空間活力喪失、生態(tài)岸線缺失、岸線親水性差等問(wèn)題[5]。本工程打破傳統(tǒng)藍(lán)綠線之間限制，將河道藍(lán)線與道路綠線有機(jī)結(jié)合，充分落實(shí)海綿城市、韌性城市的理念，統(tǒng)籌考慮布設(shè)濱水緩沖帶、透水步道等海綿設(shè)施，打造藍(lán)綠交織的濱水海綿帶，在不影響道路綠化功能的基礎(chǔ)上，有效削減入河徑流面源污染。

3.3.3 生態(tài)凈化工程

通過(guò)布設(shè)曝氣增氧設(shè)施提升水體溶解氧水平，加大水體流動(dòng)性；通過(guò)布置生態(tài)浮島，為水體微生物提供良好的附著空間，有效改善水生態(tài)系統(tǒng)，配合水生植物、微生物快速構(gòu)建完整的生態(tài)系統(tǒng)，人工搭建食物鏈，提高水體自凈能力，并改善現(xiàn)狀水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性缺失的問(wèn)題。

3.4 活水保質(zhì)

保證河道內(nèi)生態(tài)基流和流動(dòng)性是提升北方雨源型河道水環(huán)境容量及自凈能力的主要措施，目前菏澤市城區(qū)河道主要外源補(bǔ)水水源為黃河水，年生態(tài)補(bǔ)水量約260萬(wàn)m3，隨著黃河流域水資源重新分配，利用黃河水對(duì)城區(qū)河道進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水的保證率不斷降低，尋求非傳統(tǒng)補(bǔ)水水源勢(shì)在必行。在高效利用黃河水資源的基礎(chǔ)上，充分利用污水處理設(shè)施處理達(dá)標(biāo)后中水為城區(qū)水系補(bǔ)水，增加河道生態(tài)基流，加快水體交換，改善河網(wǎng)水系的水動(dòng)力條件，提升水環(huán)境容量和水體自凈能力。

(1) 第三污水處理廠中水回用。第三污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬(wàn)t/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，滿足河道類景觀用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。新建一條中水回用管道，長(zhǎng)度約5 km，將第三污水處理廠達(dá)標(biāo)排放尾水增壓輸送至小黑河上游，為小黑河、外護(hù)堤河及環(huán)城河補(bǔ)充生態(tài)水量。由于該區(qū)域地勢(shì)平坦，水體自流流速較緩，分別在泰山路、貴陽(yáng)路小學(xué)和渭河路設(shè)置3處補(bǔ)水點(diǎn)，分段補(bǔ)水，增加水動(dòng)力；并新建2座節(jié)制閘，控制水流流向，保證中水可有效補(bǔ)給城區(qū)河道。

(2) 新建污水處理設(shè)施中水回用。新建2座污水處理廠(站)，總規(guī)模6 000 t/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)Ⅳ類，滿足景觀用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，處理達(dá)標(biāo)后尾水為雙月湖、青年湖生態(tài)補(bǔ)水。

3.5 體制機(jī)制建設(shè)

黑臭水體治理不應(yīng)是“一陣風(fēng)”，必須走向常態(tài)化，要建立起長(zhǎng)效管理的“全生命周期機(jī)制”，治理前、中、后均實(shí)施監(jiān)測(cè)，完工后需要進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并建立長(zhǎng)效保護(hù)機(jī)制[10]。建立或委托專業(yè)化的城市水體養(yǎng)護(hù)單位，負(fù)責(zé)城市黑臭水體整治后的日常養(yǎng)護(hù)；制定城市水體黑臭有關(guān)指標(biāo)監(jiān)測(cè)與評(píng)估方案，將城市水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)納入地方有關(guān)主管部門的監(jiān)督性監(jiān)測(cè)范圍，或委托有相關(guān)資質(zhì)的第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。

黑臭水體治理具有多專業(yè)復(fù)合性的特點(diǎn)，規(guī)劃、水利、環(huán)保等部門的協(xié)調(diào)配合是實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)的關(guān)鍵。

4 治理效果

通過(guò)實(shí)施控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水保質(zhì)4項(xiàng)工程，并加強(qiáng)長(zhǎng)效管理，菏澤城區(qū)河湖水質(zhì)有明顯改善，11條黑臭水體實(shí)現(xiàn)消除黑臭水質(zhì)目標(biāo)，2021年9月菏澤市城區(qū)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表3所示。同時(shí)，恢復(fù)了河道生態(tài)和景觀功能，取得較好的河道建設(shè)效果，實(shí)現(xiàn)了“水清岸綠、魚(yú)翔淺底”的最終治理目標(biāo)。

表3 2021年9月菏澤市城區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

北方平原河網(wǎng)地區(qū)城市黑臭水體由于其生態(tài)補(bǔ)水量少、水動(dòng)力條件差的特點(diǎn)，水環(huán)境容量非常有限，對(duì)污染物排放敏感，治理難度大。以菏澤市城區(qū)黑臭水體治理為例，堅(jiān)持流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理、標(biāo)本兼治的原則，遵循控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水保質(zhì)多措并舉的治理思路，提出了系統(tǒng)治理措施體系，為北方平原河網(wǎng)地區(qū)黑臭水體治理提供參考。

(1) 貫徹系統(tǒng)化治理。黑臭水體治理是一項(xiàng)系統(tǒng)性、綜合性工程，堅(jiān)持流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理、標(biāo)本兼治的原則，囊括上下游、左右岸、干支流、水域陸域，堅(jiān)持工程治理與長(zhǎng)效管理協(xié)同推進(jìn)，制定有針對(duì)性的系統(tǒng)方案。

(2) 控源截污是前提。雨源型河道水環(huán)境容量非常有限，采取源頭至末端的全過(guò)程污染源治理措施體系，嚴(yán)格控制入河污染物。

(3) 活水保質(zhì)是重點(diǎn)。探索多重補(bǔ)水途徑是缺水地區(qū)黑臭水體治理的重點(diǎn)，充分利用中水、雨水等再生水資源，形成穩(wěn)定有效的清水補(bǔ)給，恢復(fù)河道生態(tài)基流，輔以底泥疏浚和生態(tài)修復(fù)，有效為城區(qū)水系補(bǔ)水，提高水體自凈能力。

(4) 監(jiān)管為保障。加強(qiáng)監(jiān)督與管理，完善長(zhǎng)效保護(hù)機(jī)制，以保障治理水體的“長(zhǎng)治久清”，最終實(shí)現(xiàn)水清岸綠、魚(yú)翔淺底的治理目標(biāo)。