海綿城市建設(shè)規(guī)劃中水環(huán)境容量研究

龐潔 李特

摘 要：水環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)改善與達(dá)標(biāo)是建設(shè)海綿城市的一項(xiàng)重要目標(biāo)，其核心手段是將污染物總量控制在水環(huán)境容量允許的范圍之內(nèi)。本文以遷安市海綿城市建設(shè)為例，將水污染負(fù)荷削減至水環(huán)境容量之內(nèi)作為基本要求，計(jì)算出試點(diǎn)面源污染削減率的目標(biāo)，制定有針對性的海綿城市建設(shè)規(guī)劃措施，以實(shí)現(xiàn)各分區(qū)污染物減排和水質(zhì)達(dá)標(biāo)的目的。

關(guān)鍵詞：海綿城市;水環(huán)境容量;負(fù)荷削減;水質(zhì)

中圖分類號：X824文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）10-0114-03

Study on Water Environmental Capacity of Sponge City Construction Plan

PANG Jie LI Te

（Yangling Vocational and Technical College，Yangling Shaanxi 712100）

Abstract： The improvement and standard of water quality in the water environment functional area is an important goal of building sponge city. The core means is to control the total amount of pollutants within the allowable range of water environment capacity. Taking the sponge city construction of Qian'an city as an example， the paper took the water pollution load reduction to the water environment capacity as the basic requirement， calculated the target of the pilot non-point pollution reduction rate， and formulated the targeted sponge city construction planning measures to achieve the goal of pollutant emission reduction and water quality standard in each district.

Keywords： sponge city;water environment capacity;load reduction;water quality

海綿城市建設(shè)是城市發(fā)展理念和建設(shè)方式轉(zhuǎn)型的新途徑之一。2013年12月，習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上指出：“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市?！焙＞d城市，指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設(shè)遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在保障城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)是海綿城市建設(shè)的重要目的之一，控制入河污染物總量在水環(huán)境容量允許的范圍之內(nèi)是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要手段。水環(huán)境容量是在給定水域范圍和水文條件、規(guī)定排污方式和水質(zhì)目標(biāo)的前提下，單位時間內(nèi)該水域最大允許納污量[1]。污染物總量小于水環(huán)境容量限值是水環(huán)境質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)。

隨著水環(huán)境污染日益加重和城市蓄水量不斷增加，水質(zhì)污染及水資源緊缺成為制約城市發(fā)展的重要因素，對水環(huán)境容量和污染物削減的研究是水環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)問題。目前，相關(guān)研究主要集中在水環(huán)境容量測算分析方法上。韓龍喜等通過建立河網(wǎng)水量水質(zhì)模型，完成南通河網(wǎng)水環(huán)境容量的計(jì)算及該區(qū)域水質(zhì)模擬[2];彭嘉玉等基于動態(tài)水文條件水質(zhì)模型模擬，提出了河流水環(huán)境容量的非線性優(yōu)化算法[3];韓嬌基于同沙水庫南部進(jìn)水、北部出水兩個主要監(jiān)測斷面水質(zhì)分析了同沙水庫的水質(zhì)現(xiàn)狀及入庫污染負(fù)荷現(xiàn)狀[4]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以遷安市三里河流域?yàn)槔?，探討海綿城市建設(shè)規(guī)劃中的水環(huán)境容量。

1 三里河水體現(xiàn)狀分析

遷安市主要位于灤河與三里河之間，三里河流域面積為48.42 km2，多年平均徑流量為 0.12億m3，多年平均流量為0.38 m3/s。河道排洪能力不足，合流制加劇內(nèi)澇，三里河多處跨河路橋存在水沒橋洞的問題，嚴(yán)重阻礙行洪排水;設(shè)計(jì)洪水時，灤河水位較高造成三里河澇水不能順暢排出。三里河水環(huán)境存在的問題具體如下。

第一，河流水體污染嚴(yán)重，喪失使用功能。為全面了解三里河水環(huán)境質(zhì)量情況，在三里河設(shè)置人工采樣點(diǎn)。通過水質(zhì)監(jiān)測整體反映出三里河上、中、下游均為劣Ⅴ類水，主要超標(biāo)污染物為氨氮類。究其原因，部分地區(qū)沒有實(shí)現(xiàn)雨污分流，合流制管道溢流，造成雨季大量污染物入河;未有效控制區(qū)域內(nèi)的面源污染，部分沿河城市污水直接入河，導(dǎo)致面源的影響逐年加大，水質(zhì)進(jìn)一步惡化;內(nèi)源污染嚴(yán)重，河底淤積了大量沉積物，且其營養(yǎng)鹽濃度較高。

第二，河流水動力不足，不利于防洪排澇?，F(xiàn)有原始河道部分段流速較小，水動力嚴(yán)重不足，污染物質(zhì)量濃度不能隨水體的流動而稀釋，氨氮類污染物易引起水體富營養(yǎng)化，對削減水污染目標(biāo)不利。部分河道的河底高程過高造成過水?dāng)嗝娌蛔?，河道防洪排澇能力較差。

2 水環(huán)境容量和面源污染負(fù)荷

2.1 水環(huán)境容量

三里河中下游為自然河道，沿途村莊生活垃圾沿河堆放，河道變窄且擁堵，水生態(tài)系統(tǒng)脆弱。部分沿河城市污水直接入河，導(dǎo)致水質(zhì)進(jìn)一步惡化，合流制管道溢流，造成雨季大量污染物入河;工農(nóng)業(yè)污染嚴(yán)重，沿岸有養(yǎng)殖場、農(nóng)田、工廠、垃圾堆放場等，污水直接入河加劇河流水體污染;內(nèi)源污染嚴(yán)重，河底淤積了大量沉積物，且其營養(yǎng)鹽濃度較高，這些是三里河的主要污染源。

2.2 水環(huán)境容量和面源污染負(fù)荷計(jì)算

2.2.1 內(nèi)河納污能力計(jì)算模型。納污能力由自凈容量和稀釋容量兩部分組成，納污能力的計(jì)算公式[5]為：

[W=Q0Cs-C0+KVCs+qCs]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[W]表示內(nèi)河納污能力值，103 mg/s;[Q0]表示進(jìn)口斷面入流流量，m3/s;[C0]表示進(jìn)口斷面水質(zhì)濃度，mg/L;[q]表示旁側(cè)入流流量，m3/s;[Cs]表示水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度，mg/L;[V]表示水體體積，m3;[K]表示水質(zhì)降解指數(shù)，s-1。

2.2.2 污染物負(fù)荷計(jì)算。污染源負(fù)荷計(jì)算選用輸出系數(shù)法[5]，如式（2）所示：

[Lj=EjAαj]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：[Lj]為污染物[j]在流域內(nèi)總負(fù)荷量，kg/a;[Ej]為排污系數(shù)，kg/（km2·a）;[A]為土地面積，km2;[αj]為污染物入河系數(shù)。

2.2.3 面源分區(qū)削減率計(jì)算方法。以水環(huán)境容量為基礎(chǔ)，考慮面源污染負(fù)荷及水環(huán)境容量的面源污染排放限額，確定需要削減的污染負(fù)荷和目標(biāo)削減率：

[P面源削減=P面源負(fù)荷-P容量]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：[P面源削減]表示滿足水環(huán)境限額條件下，需要削減的面源污染負(fù)荷，t/a;[P面源負(fù)荷]表示各分區(qū)面源污染量，t/a;[P容量]表示扣除點(diǎn)源后的剩余水環(huán)境容量，t/a。

[f=P面源削減/P面源負(fù)荷]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：[f]表示面源污染削減率，%。

3 環(huán)境治理方案

通過系統(tǒng)的海綿城市工程體系建設(shè)，解決城區(qū)內(nèi)澇、水環(huán)境等核心問題，實(shí)現(xiàn)“小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、水體不黑臭、熱島有緩解”的海綿城市建設(shè)目標(biāo)和“水清、岸綠、景美”的河道整治目標(biāo)。三里河作為遷安市的主要排澇河道，下游水質(zhì)超標(biāo)、景觀效果不佳等問題嚴(yán)重制約了城市水系統(tǒng)的健康發(fā)展。通過對水環(huán)境容量的計(jì)算及污染物負(fù)荷的測算，設(shè)定削減工程實(shí)施后水污染削減目標(biāo)。削減措施如圖1所示。

三里河流域水環(huán)境容量有限，削減任務(wù)目標(biāo)很重。本研究在計(jì)算水環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，以河道化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮為指標(biāo)，分析河道污染物負(fù)荷情況，得出污染物削減目標(biāo)。通過一系列措施，解決河道流水不暢、水體富營養(yǎng)化等問題，有效實(shí)現(xiàn)削減目標(biāo)。

3.1 三里河生態(tài)需水量及水環(huán)境容量分析

鑒于三里河與海綿城市試點(diǎn)區(qū)的位置關(guān)系，為全面測算河道水質(zhì)情況，將河流劃分為源頭—試點(diǎn)區(qū)段、試點(diǎn)區(qū)段、試點(diǎn)區(qū)—B河段三個河段，如圖2所示。由于三里河枯水期少有污水和雨水徑流入河，故削減分析中僅基于豐水期環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算。分別計(jì)算各河段豐水期的水環(huán)境容量，結(jié)果見表1，為污染負(fù)荷削減工程的確定提供基礎(chǔ)。

3.2 源頭—試點(diǎn)區(qū)段污染負(fù)荷及削減量

經(jīng)計(jì)算，源頭—試點(diǎn)區(qū)段流入流域的污染物COD為52.35 t/a、氨氮為6.56 t/a。與表1對比可知，COD未超負(fù)荷，而氨氮超負(fù)荷，需要削減。按照控制斷面達(dá)標(biāo)確定本段河道外源需削減污染物目標(biāo)：氨氮削減量為3.68 t/a，削減率為56%。

3.3 試點(diǎn)區(qū)段污染負(fù)荷及削減分析

經(jīng)計(jì)算，試點(diǎn)區(qū)段流入流域的污染物COD為40.21 t/a、氨氮為1.16 t/a。與表1對比可知，氨氮污染負(fù)荷并未超過環(huán)境容量，不用削減，COD指標(biāo)超標(biāo)。本段河道外源需削減污染物目標(biāo)：COD削減量為14.02 t/a。分析本區(qū)域的污染負(fù)荷數(shù)據(jù)可知，城市面源污染是主要污染源，約占總污染負(fù)荷的98%（COD），是該區(qū)域需要重點(diǎn)控制的污染源。基于片區(qū)現(xiàn)狀，初步確定了面源污染控制工程和溢流污染控制工程的削減目標(biāo)，其中，城市面源污染COD削減率為35%，溢流污染COD削減率為10%。

3.4 試點(diǎn)區(qū)—B河區(qū)段污染負(fù)荷及削減分析

試點(diǎn)區(qū)—B河區(qū)段污染物COD為239.98 t/a、氨氮為16.95 t/a。與表1對比，按照控制斷面達(dá)標(biāo)法確定本段河道外源需要削減污染物目標(biāo)：COD削減量為135.64 t/a，氨氮削減量為10.52 t/a。本河段應(yīng)重點(diǎn)控制的污染源為農(nóng)村污染以及河道內(nèi)源，氨氮削減率目標(biāo)分別為57%、62%，其余通過控制城市面源污染和合流制溢流實(shí)現(xiàn)污染物的削減目標(biāo)，優(yōu)先進(jìn)行溢流污染控制，削減目標(biāo)為83%，最后考慮進(jìn)行城市源頭污染控制，削減目標(biāo)為48%。

3.5 河流污染負(fù)荷削減匯總

通過對各區(qū)域分段的分析可知，雨污分流后三里河流域入河的污染物COD為332.54 t/a、氨氮為25.27 t/a，對比河道水環(huán)境容量，需要削減污染物的量為：COD 140.94 t/a，氨氮 14.74 t/a。由此可知，流域內(nèi)的污染源主要包括城市面源污染、溢流污染、農(nóng)村污染以及河道內(nèi)源污染，其中，農(nóng)村污染負(fù)荷占比較大，約占污染物總量的72%（氨氮）。

根據(jù)上述分段污染源解析和削減分析，源頭—試點(diǎn)區(qū)段應(yīng)將氨氮作為重點(diǎn)控制污染物，對農(nóng)村污染進(jìn)行控制，污染物削減目標(biāo)為：氨氮56%;試點(diǎn)區(qū)段”COD超標(biāo)嚴(yán)重，應(yīng)以COD作為重點(diǎn)控制污染物，其中，城市面源削減目標(biāo)為35%，溢流污染削減目標(biāo)為10%;試點(diǎn)區(qū)—B河區(qū)段，COD和氨氮均超標(biāo)，農(nóng)村污染削減目標(biāo)為62%，河道內(nèi)源削減目標(biāo)為70%，溢流污染削減目標(biāo)為83%，城市面源控制目標(biāo)為50%。

4 水質(zhì)保障方案

為實(shí)現(xiàn)上述削減目標(biāo)，本文從該市實(shí)際情況出發(fā)，提出相應(yīng)的工程和非工程措施，主要包括農(nóng)村污水和垃圾收集處理工程、農(nóng)田面源污染處理工程以及畜禽養(yǎng)殖污染控制管理?？紤]采用透水鋪裝、植被過濾帶、植草溝、入滲溝、砂濾池和生物滯留池等源頭控制措施進(jìn)行削減。在本流域開展低影響開發(fā)建設(shè)，提高生態(tài)廊道對雨水的收集調(diào)蓄凈化能力。通過綠地改造，削減經(jīng)雨水徑流進(jìn)入本研究河流從B河引水處的污染負(fù)荷。

同時，從多角度著手，提升水質(zhì)凈化能力。通過新建污水處理廠和改造現(xiàn)行污水處理廠，提高整個城市的污水處理能力。完善城市供水系統(tǒng)，從根本上保障居民飲用水源。為提升海綿城市建設(shè)、監(jiān)管、評估能力，建設(shè)海綿城市一體化監(jiān)測平臺，實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)的達(dá)標(biāo)性和有效性，對海綿城市的建設(shè)效果進(jìn)行大數(shù)據(jù)監(jiān)測。

5 結(jié)語

水環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是海綿城市建設(shè)的重要目的之一，控制入河污染物總量在水環(huán)境容量允許的范圍內(nèi)是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要手段。將點(diǎn)源和面源污染物削減至水環(huán)境容量之內(nèi)是海綿城市的基本建設(shè)要求，同時能通過削減量準(zhǔn)確確定削減率目標(biāo)取值的科學(xué)性。因地制宜地結(jié)合各分區(qū)的特點(diǎn)制定有針對性的海綿城市建設(shè)規(guī)劃措施，可以實(shí)現(xiàn)各分區(qū)污染物減排和水質(zhì)達(dá)標(biāo)的目的。

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