城鄉(xiāng)水環(huán)境綜合管理策略探討

虞英杰 班玉龍 賈 劍

（昆山市水利水務工程質量與安全監(jiān)督站 江蘇蘇州 215000）

引言

在我國城鄉(xiāng)發(fā)展過程中，無論在新城建設、舊城改造、新農(nóng)村建設、景區(qū)開發(fā)的過程中，區(qū)域水網(wǎng)的構建都是必不可少的內(nèi)容。除常規(guī)的河道、湖泊等天然水域外，水網(wǎng)構建通常還包括自來水廠、污水處理站、管網(wǎng)、人工水體等其他給水/排水/雨水設施。如何科學的構建區(qū)域水環(huán)境體系是城市開發(fā)過程中尤其要注意的問題[1]。

給水方面，自1870 年我國城市供水（上海楊樹浦水廠）產(chǎn)生以來，城市供水體系逐步完善，自來水廠通過絮凝-沉淀-過濾-消毒等工藝確保供水安全。發(fā)展到現(xiàn)在，人們對于水源的保護、水廠水質的要求也在逐漸提高[2]。

排水方面，雨水和污水在城市建設中通常被連通考慮。從最初的雨污混排到目前的雨污分流制，人們對于污水的處理以及雨水資源利用的意識在逐漸提高，對于污水處理標準和雨污水利用技術的開發(fā)上也投入了較大精力，力求尋找一種生態(tài)、可持續(xù)的雨污利用方式。

在雨水的利用方面，以往在城市開發(fā)過程中，人們的關注點在于城市安全上，尤其重視城市水利設施的建設，對于雨水考慮以排為主。近十幾年來，城市建設中對于雨水的考慮出現(xiàn)了從單純的“防”（快排模式）到“防用”（用加排）相結合的轉變，新的雨洪管理思路被提出，特別是自“海綿城市”這一概念被提出以來，城市規(guī)劃中開始出現(xiàn)大面積的雨水利用設施[3]。

本文針對如何建立科學的區(qū)域水環(huán)境構建和管理的方案進行了探討。通過對雨水、污水、給水設施的合理部局并建立智能化的運維和管控系統(tǒng)，為區(qū)域提供合理的雨水、污水、給水方案，解決供水安全、排水污染、旱澇等問題，合理調度水資源，實現(xiàn)雨水的綜合利用、污水的處理利用、保證供水安全。

1 水環(huán)境綜合管理整體策略

圖1 水環(huán)境綜合管理目標

科學布局加全程管控是實現(xiàn)水環(huán)境綜合管理目標的途徑。水環(huán)境綜合管理系統(tǒng)以區(qū)域雨、污、供水設施的合理布局為基礎，搭建智慧水務平臺實現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。除起到對區(qū)域用水的合理調度外，水環(huán)境綜合管理系統(tǒng)作為環(huán)保、可持續(xù)的水資源調度與利用方式，對于城市開發(fā)特別是對于缺水地區(qū)的城市建設起示范作用。

設施布局主要包括雨水、污水、給水三部分，通過管網(wǎng)連通各個設施。

設計中雨水以綜合利用為重點，注重對于雨水的收集與利用。包括前端設施：屋頂花園收集建筑屋頂雨水、道路綠化收集道路周邊雨水、廣場鋪設透水鋪裝、綠地通過草溝收集雨水等；輸送設施：雨水管網(wǎng)或者雨水溝渠輸送雨水；匯水設施：地表徑流經(jīng)前端設施收集，后經(jīng)管網(wǎng)輸送進入水景、雨水花園、濕塘、蓄水池等蓄水設施，儲存、凈化并回用。

設計中污水以處理利用為重點，嚴格控制污水排放標準并考慮回用。包括前端處理設施：化糞池初步凈化生活污水；收集輸送設施：污水管網(wǎng)將化糞池出水輸送至污水處理站點；末端凈化設施：污水處理站點深度處理收集的生活污水，處理達標后污水可直接排入受納水體也可回用灌溉（參見農(nóng)用灌溉水標準）。

設計中給水以供水安全為重點。包括前端對于飲用水水源地的保護、自來水廠凈化來水并達到飲用水標準、通過給水管網(wǎng)將水廠出水供給居住區(qū)住戶、農(nóng)業(yè)區(qū)灌溉等。

運營和維護期間通過搭建智慧水務平臺實現(xiàn)對景區(qū)水環(huán)境的智能化管控。智慧水務系統(tǒng)以高效靈敏的傳感技術和云計算技術作為支持，將搭載傳感器的檢測設備置于環(huán)境中，實時傳輸水質數(shù)據(jù)并通過云計算系統(tǒng)分析和更新，于電腦客戶端界面及時更新和反饋區(qū)域水環(huán)境質量。

2 科學布局，合理調度水資源

水環(huán)境綜合管理統(tǒng)籌考慮雨水、污水、給水的設施布局。包括收集/供水設施（雨水收集/污水預處理及收集/水廠取水及處理）、輸送設施（雨/污/給水管）、處理/利用設施（雨水調蓄/污水處理回用/給水節(jié)約利用）。

2.1 雨水資源的綜合利用

雨水的綜合利用當遵循“面-線-點”逐級縮放的雨水收集策略，依托大面積的綠地、廣場等雨水收集面初步過濾和收集陸地降雨，繼而通過管渠輸送至雨水調蓄池、濕塘等蓄水設施內(nèi)，經(jīng)深度處理后考慮回用。

2.2 污水資源的處理回用

污水的處理回用遵循“分散到集中”的收集和處理策略。對于城鎮(zhèn)污水設施能夠覆蓋到的區(qū)域，應通過管網(wǎng)統(tǒng)一收集后今后污水處理廠處理后排放；而對于其他建設區(qū)域內(nèi)的污水，一般參考農(nóng)村生活污水處理方式，即前端較多采用化糞池等設施初步收集和處理生活污水，繼而通過污水管網(wǎng)統(tǒng)一輸送至污水處理站點集中處理，處理達標后的尾水可直接排入受納水體，也可考慮回用灌溉和道路清洗。

圖2 玻璃鋼化糞池

污水設施設計規(guī)模及設計標準參考 《建筑給水排水設計規(guī)范》（GB50015-2009）、《室外排水設計規(guī)范》（GB50014-2006）、《人工濕地污水處理工程技術規(guī)范》（HJ 2005-2010）等文件及規(guī)范。污水處理站出水需滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002），如尾水有回用要求，可增加《農(nóng)田灌溉水質標準》（GB 5084-2005）作為設計依據(jù)。

污水處理站是確保農(nóng)村生活污水處理達標回用的關鍵。污水處理站通常采用A/O，MBR，SBR 等污水處理工藝（通常組裝成為地埋式污水處理設備）處理管網(wǎng)輸送來的生活污水，并在末端采用人工濕地技術深度處理設備出水。

在地埋式污水處理設備常用工藝中，A/O 工藝技術成熟，發(fā)展穩(wěn)定，總投資費用和運行費用較低，一般出水水質可以穩(wěn)定在一級B 標準上，在水質不作嚴格要求時，應優(yōu)先考慮采用該主體工藝一體化處理設備；MBR 污水處理設備在出水水質及出水穩(wěn)定性略勝一籌，但投資和運營成本較高，管理方面更為復雜；SBR工藝流程簡單，但由于屬于間歇性活性污泥法，處理效率不高，常僅在水質水量變化較大的地區(qū)使用。農(nóng)村一體化生活污水處理設備的工藝選擇，應結合當水量的特點，出水水質要求，綜合多重因素考慮。

圖3 一體化生活污水處理設備

2.3 給水資源的供水安全

在區(qū)域給水的設計中，供水安全是首先要考慮的問題。給水工程的設計遵循“集中到分散”的處理和供水策略。前端需對水源地重點保護，自來水廠從水源地取水，處理達標后通過管網(wǎng)輸送給居住區(qū)住戶或是用于部分農(nóng)用區(qū)灌溉等。（1）水源保護及供水設施（集中）：飲用水水源地保護區(qū)、自來水廠。（2）給水輸送設施：給水管線。（3）用水設施（分散）：家用凈水機、其他用水電器、農(nóng)業(yè)滴灌設施。

3 全程監(jiān)管，搭建智慧水務平臺

運營維護期間，建設智慧水務管理平臺能夠實現(xiàn)多個水環(huán)境管理目標，全面反映區(qū)域水環(huán)境現(xiàn)狀、變化趨勢、污染來源，為水環(huán)境科學化管理提供支撐與依據(jù)[4]。（1）掌握現(xiàn)狀，全面區(qū)域水網(wǎng)信息。（2）提升管理，實現(xiàn)區(qū)域水管理智慧化。（3）輔助決策，提升水環(huán)境應急管理水平。（4）智慧管理，提升水環(huán)境管理水平。

智慧水務平臺的建設主要包括數(shù)據(jù)采集與對接、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、監(jiān)測系統(tǒng)平臺三部分內(nèi)容[5]。（1）數(shù)據(jù)采集與對接：通過網(wǎng)絡與氣象監(jiān)測站、各河道斷面水質監(jiān)測點、污水處理站監(jiān)測點、自來水廠檢測點等對接，實時上傳水溫、水質電導率、水質pH、水質溶解氧、水質濁度、水質氨氮、水質COD 等數(shù)據(jù)，至監(jiān)測系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)管。（2）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡：保證監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與對接網(wǎng)絡的穩(wěn)定通暢，并最大限度的降低網(wǎng)絡建設成本。（3）智慧水務平臺：打造標準化運營管理模式，對監(jiān)測數(shù)據(jù)實施更新、實時評價、實時管理及應急預警。平臺預留數(shù)據(jù)交換和共享接口，避免數(shù)據(jù)重復，為雨水、污水、給水系統(tǒng)的高效運行提供保證。

3.1 前端數(shù)據(jù)采集與傳輸

采取中心集中遠程監(jiān)測的模式。軟件布置在云機房服務器上，由安裝在前端現(xiàn)場設備箱的數(shù)據(jù)采集器采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測管理中心進行處理。

圖4 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡圖

數(shù)據(jù)采集（自動監(jiān)測系統(tǒng)）是以在線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代自動監(jiān)測技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡所組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)完全實現(xiàn)樣品的自動采集和預處理，氣象/水質分析儀器的連續(xù)自動運行，對監(jiān)測數(shù)據(jù)能自動采集和存儲，能提供遠程傳輸接口及控制接口[6]。

3.2 智慧水務系統(tǒng)平臺

圖5 智慧水務系統(tǒng)平臺

通過集成監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，依托GIS 地圖對水網(wǎng)實行網(wǎng)格劃分，明確各監(jiān)測站點分布、安裝時間、水質，形成監(jiān)測綜合數(shù)據(jù)庫，為打造區(qū)域水環(huán)境質量監(jiān)測“一張圖”，提供良好的數(shù)據(jù)支撐[7]。

通過地圖作為背景，將各個監(jiān)測站點標注在實際的地理位置上，并且將各監(jiān)測站點的實時數(shù)據(jù)也一并顯示在地圖上，隨著采集實時數(shù)據(jù)的變化，同步進行更新，讓用戶從全局的角度分析數(shù)據(jù)。另外，系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)查詢、更新、統(tǒng)計分析等功能，還可開發(fā)app 軟件作為輔助[8]。

結語

智能化的管理體系是未來工程運營管理的必然趨勢，而科學合理的工程布局則是實現(xiàn)智能化運營管理的基礎。對于城市水環(huán)境管理，應當將雨水、污水、給水連通考慮，合理構建城市水網(wǎng)，協(xié)調水安全與污染控制的關系，搭建數(shù)據(jù)平臺達到對城市水網(wǎng)的全程監(jiān)控，最終實現(xiàn)對城市水資源的科學管控。