海綿城市在黑臭水體治理中的應用

周 潔，胡鋼城

（中大設計集團有限公司，陜西 西安 710000）

1 研究背景

1.1 海綿城市

“在發展都市排水體系時要優先考量把有限的降雨留出來，選擇運用天然動力排放，建成自然蓄存、天然滲入、生態凈化的‘海綿城市’。”這是2013 年習近平總書記在中央城鎮化工作座談會上的重要講話。該講話的中心思想為：應從減少城市內澇、降低城市雨水徑流污染負荷、節省城市淡水資源、保障和促進城市生態環境健康的角度考慮，引進并運用低影響開發建設模式，優先使用城市天然排水，并建立城市生態排澇設施，以發揮城市水體、城市道路、綠地等對降雨的蓄滯、緩釋、吸納等功能。

1.2 黑臭水體

21 世紀以來，由于市場經濟日益發達，城市人口也日益增加，隨著社會活動的不斷增加，進入河水的污染物也隨之增多，使得河水環境自然變遷、生態分解等，導致城市河流逐漸變成了一個難以處理的主要污染源，這便是所謂的城市“黑臭水體”[1]。城市黑臭水體不但給民眾造成了極差的感官感受，而且直接危害著民眾的正常生產生活，同時也嚴重危害著當地的自然環境，導致城市生態系統結構質量嚴重下降甚至失效，區域內的水環境質量難以達到規劃要求。水污染治理已迫在眉睫。

2 建設要求及途徑

海綿城市建設要求以生態建設為優先原則，并將人工舉措和天然路徑相結合，來緩解城市中降雨調蓄、空氣凈化和生態建設使用等重大問題。

海綿城市的建設途徑大致有3 個方面：①對城市規劃內自然水域生態系統的有效保護，通過合理保護城市湖水、河流、濕地等天然水域進行降雨調蓄、徑流量預測管理以及應用自然形成大強度降雨[2]；②運用生態的手段恢復和補救已受到嚴重破壞的城市水體和其他自然環境；③采用低影響開發手段使用降雨資源，通過合理調控降雨徑流污染，最大限度地減少對城市原有水體和自然環境的破壞，從而提高對降雨的積累、滲透和凈化。

中國城市黑臭水體防治工作中，不僅要全方位解決黑臭問題，還要從多途徑科學地建立補水源頭，以改變都市水體的動力條件，并逐步恢復都市水體生態系統，增強水域的自我凈化能力，以達到都市水體環境不斷改善，并有效保護。在黑臭水體環境解決途徑中，通常需要采用內源處理、控源截污、活水循環、清水供給、水體凈化、生態恢復等綜合舉措來減少大中城市黑臭情況。

作為初期雨水污染物管理和監控室“控源截污”計劃中的主要內容之一，內源治理中水體底泥所含污染物是必須解決的重點問題。在當前水資源日趨短缺的形勢下，對于河涌清水補給將最優選擇并最大化地使用雨水資源。通過一定的管理手段對降雨進行有效凈化，用以補充河涌，并且輔助活水循環設備，對河涌水域在保持脫除工藝中黑臭水體后的長效性也非常關鍵。

人工濕地、生態堤岸是提高水體自凈能力的重要途徑之一。

3 共同建設需求

海綿城市建設和黑臭水體的整治，在設計理念和建設路徑上都有不少共同之處。

雨水徑流量管理是海綿城市的關鍵要素，一般采用自然地下水體、自然水域以及人工方法形成調蓄利用水池作為有效管理徑流量的主要手段[3]。使用凈化后的水體形成天然雨水調蓄池，有助于緩解海綿城市中的雨水調蓄設備占地問題。

若使黑臭水體在經過處理后能達到長效性，其必要措施就是充分發揮海綿城市工程的消能，提高都市中降雨徑流的滯蓄和凈化作用，補給自然水域，提高水域動能。

黑臭水體整治中引入人工濕地、生態堤岸等保護措施，也是中國海綿城市建設中生態修復和環境保護的一種方式[4]。

綜上所述，海綿城市工程與黑臭水體污染治理對降雨徑流污染防控、降雨調蓄運用、水體生態環境保護等方面有著共同的要求，所以在具體工程項目實施中，將二者有機融合，既能節省施工費用，也能夠最大限度地實現施工效果。

4 工程設計案例構想

4.1 項目概況

4.1.1 項目位置及現狀

石安河（東海）是石梁河水庫到安峰山水庫的一條人工開挖的平底河道，貫穿東海縣南北，全長55 km，河底寬度20～30 m，高程14～15 m，集水面積173 km2。石安河設計行洪流量為660 m3/s，防洪標準20 年，洪水位19.9 m，常水位18.0 m；設計排澇流量70 m3/s，排澇水位18.0 m。

近期，石安河已進行了綜合整治工作，河道的排澇、景觀等功能已得到明顯改善，但仍不能應對兩側農田開發強度增加、汛期水量過大等帶來的問題，河水的黑臭問題主要是由于污水直排，加之位于上游的桃林鎮、安峰鎮為主要流域性污染源輸入，石安河水源地自身供應能力不足，水域排污自凈能力嚴重受限，石安河水體質量遲遲無法獲得有效提升，且在雨季時城區的排澇功能受到了嚴重威脅。石安河區域位置圖如圖1 所示。

圖1 石安河區域位置圖

4.1.2 存在問題

上游屠宰場產生的污水對水體污染嚴重。位于石安河上游的村落并無排水系統，生活污水經常直排入河，尤其是在桃林鎮，由于全村以宰牛為生，屠宰廢水對石安河的污染更是嚴重。石安河上游污染情況如圖2 所示。

圖2 石安河上游污染情況

城區雨污合流體制。石安河北片區幸福路以東排水系統不完善、不正規，多為合流制，一般利用振興路、鋼鐵路附近的排口進入石安河。石安河城區段排放口污染情況如圖3 所示。

圖3 石安河城區段排放口污染情況

初期雨水污染。石安河淡水補水率較低，僅在灌水時節有少許補水或者在漲潮期引海水補水，所以在降雨時，會因為初期雨水徑流污染加重水域的環境污染。

4.2 總體思路

運用海綿城市工程理念，整合黑臭水體處理手段，把石安河建成具有修復生態水體、降雨調蓄滲透等功能的生態景觀河道。為達到上述效果，需建立雨水收集和初沉系統、濕地環境和生態自我修復系統、滲透調蓄系統和堤岸景觀系統。

4.3 工程方案

4.3.1 排水收集系統

對以上村鎮污水實施雨污分流，設置一體化污水處理設備，處理合格后排入河道。老城區內的雨水管渠，分區分期按重現期P=2～5 年改造；城市排澇標準按P=20 年設計。郊區段按10 年一遇拓寬清淤，建設南庵節制閘。城區在入海口新建強排站，近期規模為20 m3/s。改造老城區排口，增設拍門。

4.3.2 排水凈化系統

村內設置一體化污水處理設備，污水處理達標后排向石安河。村莊污水處理站如圖4 所示。

圖4 村莊污水處理站

雨水凈化系統是能解決雨水回用的較優辦法，在新區設置雨水凈化系統，同時還能實現石安河生態河道的目標，能夠去除水中常規指標，作為人工濕地的預處理設施。雨水凈化系統工藝流程如圖5 所示。

圖5 雨水凈化系統工藝流程

4.3.3 人工濕地處理系統和水生態修復系統

濕地處理系統。人工濕地布設在河流的最前端，是消除有機質和養分的重要單元，一般采取水表面流濕地與垂直潛流濕地相結合的方式。

水生態修復系統。利用栽植挺水植物、沉水植物、浮葉植物等給水中微生物提供生存空間，同時去除水中污染物或養分，保持水體環境生態系統和水體自然環境的均衡，即為水生態修復系統[5]。根據所在河段位置以及生態凈化功能的差異，可分為懸浮沉淀區、重金屬凈化區、富營養凈化區、水體平衡調控區等，一般的栽植植物有子午蓮、旱傘草、苦草、萍蓬草等。

4.3.4 雨水調蓄及滲透系統

河涌底泥清除。清淤工程主要經過清淤疏通、搬運、洗滌、回填等處理方法，以消除水域中的底泥、殘留動植物等固體廢物，以降低原有的內源污染物[6]。可在旱季時對石安河進行清淤。河道淤泥要針對泥質的不同情況選擇不同的處置方法，污染程度較重的污泥可采用殺菌或脫水處理的常規工藝后進行填埋處理；污染程度較輕的污泥可簡單處理后作為園林綠化用土，從而達到底泥的生態利用。

階梯式雨水調蓄。石安河經新城區時，將河道分段布設成臺階狀，即可起到降雨的調蓄效果，也可適應城市總體風貌的規劃要求。在梯級和斷面連接處設立疊石跌水景觀節點，為河道帶來生機活力，同時還可滿足水域的自然充氧，并為水域中的動植物、菌群的存活提供必要的自然環境條件。

生態堤岸構造。在石安河兩側堤岸設置生態護坡，增加河道的自凈能力。在滿足工程安全規范的情況下，使河道線性更加靈動、美觀，對河道堤岸做造型設計。駁岸在實際工程設計中，可選擇天然緩坡駁岸、天然塊石駁岸、梯級濕地駁岸、直立擋墻駁岸或兩兩結合等形式。

5 結語

海綿城市建設與黑臭水體綜合整治在降雨收集系統、凈化系統、雨水調蓄及滲透系統、濕地處理和水生態修復系統等方面都能找到共同需求及共同建設途徑，可共同實施，協同發揮效應，以達到施工經濟效益最優化和節約費用的目標。