南方平原河網(wǎng)快速城市化地區(qū)水環(huán)境綜合治理方案

郝 韶 楠， 龐 紅 璐， 許 莉 萍， 劉 碚 洪， 吳 付 華

(1.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省城市水環(huán)境治理工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610072)

0 引 言

水環(huán)境系統(tǒng)治理方案基本框架包括水質(zhì)問(wèn)題診斷、目標(biāo)確定與負(fù)荷分配、河流治理任務(wù)實(shí)施和實(shí)施效果評(píng)估4個(gè)基本部分[1]，其對(duì)各子項(xiàng)工程進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)籌及方案指導(dǎo)，能有效增強(qiáng)各子項(xiàng)工程之間的銜接性及后期落地性，因此科學(xué)合理地編制系統(tǒng)方案顯得尤為重要[2-4]。然而以往的系統(tǒng)方案研究多聚焦于“以問(wèn)題為導(dǎo)向”，與新一輪國(guó)土空間規(guī)劃理念存在一定的差異[5]。因此選擇處于快速城市化階段的佛山市獅山鎮(zhèn)作為案例進(jìn)行水環(huán)境系統(tǒng)治理方案研究，強(qiáng)調(diào)與新階段國(guó)土空間規(guī)劃相融合，在保護(hù)好生態(tài)本底的前提下，為產(chǎn)業(yè)及城市發(fā)展留出接口,以盡量避免產(chǎn)生因人口、下墊面、產(chǎn)業(yè)、給排水等結(jié)構(gòu)性的時(shí)空不匹配帶來(lái)的水環(huán)境問(wèn)題。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 流域概況

解放涌水系位于獅山鎮(zhèn)西面，集雨面積73.68 km2，流域內(nèi)包括有解放涌、三江口涌、萬(wàn)里長(zhǎng)城涌、紅旗涌、流北涌及南塘涌等6條主支干河涌，還有獅中涌、陳洞涌等35條村管支涌。其中解放涌呈南北走向，南起北江大堤獅山竇，北至獅山圍解放閘匯入西南涌，全長(zhǎng)10 974 m，平均寬度20 m，涌底高程-0.256 m，常水位0.94～1.74 m，最高水位3.24～3.74 m。解放涌水系的外圍水系西南面為北江，西北面為西南涌，內(nèi)河水系與外江相接處均有水閘控制。

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀及目標(biāo)

為系統(tǒng)地摸清解放涌流域河涌湖庫(kù)水質(zhì)現(xiàn)狀，共布設(shè)88個(gè)水質(zhì)采樣點(diǎn)并于2020年10月進(jìn)行采樣并委托有資質(zhì)水質(zhì)檢測(cè)中心檢測(cè)。主要的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)分別為化學(xué)需氧量、總磷和氨氮。其中化學(xué)需氧量測(cè)定以HJ 828-2017 《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》為依據(jù)，氨氮測(cè)定以HJ 535-2009 《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》為依據(jù)，總磷測(cè)定以GB 11893-89《水質(zhì) 總磷測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》為依據(jù)。經(jīng)過(guò)水質(zhì)數(shù)據(jù)空間分析，解放涌主涌整體水質(zhì)較好，但支毛涌水質(zhì)較差，大多數(shù)支毛涌為劣五類(lèi)水體，水庫(kù)總體水質(zhì)較好。

依據(jù)上位規(guī)劃及相關(guān)文件，解放水系2025年水質(zhì)目標(biāo)要求：解放涌水質(zhì)到達(dá)地表Ⅳ類(lèi)，萬(wàn)里長(zhǎng)城涌和三江口涌水質(zhì)達(dá)到地表Ⅴ類(lèi)。

1.3 研究方法

1.3.1 流域綜合治理技術(shù)體系

解放流域水環(huán)境治理系統(tǒng)方案以現(xiàn)狀水系、管網(wǎng)摸排為基礎(chǔ)，科學(xué)劃分解放涌流域控制單元，分析現(xiàn)狀水質(zhì)，核算現(xiàn)狀污染負(fù)荷解析并對(duì)規(guī)劃條件污染負(fù)荷，借助水環(huán)境容量計(jì)算等技術(shù)方法，圍繞排水防澇、河涌截污和片區(qū)管網(wǎng)工程建設(shè)、活水工程建設(shè)、生態(tài)修復(fù)等建設(shè)任務(wù)，通過(guò)工程與非工程措施相結(jié)合，形成水質(zhì)目標(biāo)達(dá)標(biāo)工程體系，同時(shí)緊密耦合新一輪國(guó)土空間規(guī)劃，為快速城市化做好環(huán)境空間留白。

1.3.2 控制單元?jiǎng)澐?/p>

依據(jù)自然匯水、市政管網(wǎng)及遙感影像資料，將解放涌流域劃分為44個(gè)控制單元，解放涌流域控制單元見(jiàn)圖1。

圖1 解放涌流域控制單元

1.3.3 污染物總量控制

(1)污染負(fù)荷估算方法。從點(diǎn)源、面源、內(nèi)源三個(gè)方面，對(duì)解放涌流域污染負(fù)荷進(jìn)行估算。參照《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》以及相關(guān)文獻(xiàn)[6,7]，各類(lèi)污染負(fù)荷估算方法見(jiàn)表1。

表1 各類(lèi)污染負(fù)荷估算方法

(2)水環(huán)境容量計(jì)算方法。納污能力計(jì)算模型參數(shù)的選取參照《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》《地表水資源保護(hù)規(guī)劃補(bǔ)充技術(shù)細(xì)則》。結(jié)合現(xiàn)有調(diào)查資料和水功能區(qū)內(nèi)各河流在規(guī)劃條件下均為單向流的情況，該次使用的公式法可以滿(mǎn)足需求。

W=365×86.4×Qh[Cs×exp

(K×L/86 400u)-C0]

式中W為水環(huán)境容量，Qh是流量，m3/s；C0是初始斷面污染物濃度，mg/L；Cs是某水質(zhì)要素的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(水質(zhì)目標(biāo))；u是河道斷面設(shè)計(jì)流量下的平均流速，m/s；K是各類(lèi)污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

(3)污染負(fù)荷削減分配方法。基于項(xiàng)目落地性考慮，該方案設(shè)計(jì)從控源截污工程的控制效果為基礎(chǔ)，在收集率95%的前提下對(duì)污染負(fù)荷削減量進(jìn)行分配，并對(duì)面源及水生態(tài)工程措施的效果進(jìn)行削減量估算，在仍達(dá)不到水質(zhì)目標(biāo)的情況下，通過(guò)生態(tài)活水工程對(duì)水環(huán)境容量進(jìn)行擴(kuò)容補(bǔ)足。

2 流域污染物總量削減分配

2.1 污染源解析及預(yù)測(cè)

(1)現(xiàn)狀污染源解析。解放涌流域現(xiàn)狀各類(lèi)污染源COD、氨氮和總磷入河總量分別為3 613.77 t/a、384.02 t/a和56.03 t/a?，F(xiàn)狀解放流域各類(lèi)污染源入河總量見(jiàn)表2。其中生活污染源對(duì)流域COD、氨氮和總磷的貢獻(xiàn)率較高。

表2 現(xiàn)狀解放流域各類(lèi)污染源入河總量

(2)污染源預(yù)測(cè)。基于現(xiàn)狀治理水平不變的情境下，根據(jù)相關(guān)上位規(guī)劃，對(duì)2025年解放涌流域主要污染物入河量進(jìn)行估算, 現(xiàn)狀治理水平下規(guī)劃年各類(lèi)污染源下河總量見(jiàn)表3。規(guī)劃年解放涌流域各類(lèi)污染源COD、氨氮和總磷的入河量分別為4 168.17 t、447.83 t和63.1 t。

表3 現(xiàn)狀治理水平下規(guī)劃年各類(lèi)污染源下河總量

2.2 水環(huán)境容量確定

(1)設(shè)計(jì)流量及流速。參考《佛山市水功能區(qū)納污總量核定》關(guān)于設(shè)計(jì)流量參數(shù)概化的方法，該次計(jì)算將河涌分?jǐn)傟懹虍a(chǎn)水量乘以1.1倍系數(shù)放大，同時(shí)根據(jù)各計(jì)算河道的實(shí)際資料情況采用合適的方法估算其設(shè)計(jì)流速，缺乏資料的河段，采取水文比擬等方法確定其水文條件。

有資料時(shí)，按下式計(jì)算：

V=Q/A

式中V為設(shè)計(jì)流速；Q為設(shè)計(jì)流量；A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。

無(wú)資料時(shí)，采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算斷面流速。

(2)初始濃度值Co和水質(zhì)目標(biāo)Cs的確定。水功能區(qū)初始斷面污染物濃度C0值和出口斷面水質(zhì)目標(biāo)值Cs，按照不同類(lèi)別的水質(zhì)指標(biāo)確定，取值按照上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值Cs是下一個(gè)水功能區(qū)的初始濃度C0值的方法確定。水質(zhì)目標(biāo)Cs值為該功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值。不同水質(zhì)目標(biāo)類(lèi)別的初始濃度值C0和水質(zhì)目標(biāo)濃度Cs值取值結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同水質(zhì)目標(biāo)類(lèi)別的初始濃度C0和水質(zhì)目標(biāo)Cs值取值結(jié)果 單位：ml/L

(3)綜合衰減系數(shù)K值。根據(jù)相關(guān)研究成果，計(jì)算中取河涌的衰減系數(shù)COD取值0.2 /d、氨氮取值0.1 /d，總磷取值為0.01 /d。

(4)水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果。經(jīng)過(guò)計(jì)算，各個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)的水環(huán)境容量見(jiàn)表5。

表5 各個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)的水環(huán)境容量

2.3 污染削減分配分析

以控制單元為基本控制單元，經(jīng)計(jì)算，2025年COD、氨氮和總磷的污染目標(biāo)削減量為2 181.49 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

3 流域治理與可行性分析

3.1 系統(tǒng)方案工程方案

(1)點(diǎn)源控制。該方案中排水管網(wǎng)的完善按照由大到小、先主干后分支、逐步推進(jìn)，本工程新建污水管網(wǎng)(干管及支管)約95 km，雨水管網(wǎng)約55.7 km，并結(jié)合管網(wǎng)運(yùn)維單位對(duì)現(xiàn)狀管網(wǎng)的改造、修復(fù)，以及對(duì)污水源頭(自然村、工業(yè)區(qū))實(shí)施雨污分流工程及相關(guān)行政管理措施后，加上本工程實(shí)施后，污水收集率可達(dá)95%。

(2)面源控制。依據(jù)《海綿城市建設(shè)績(jī)效評(píng)價(jià)與考核辦法(試行)》等國(guó)家相關(guān)政策要求，同時(shí)參考南海區(qū)相關(guān)研究成果，確定解放水系流域范圍年徑流總量控制率目標(biāo)值，2020年重點(diǎn)區(qū)域率先達(dá)到70%，遠(yuǎn)期(2030年)整個(gè)區(qū)域達(dá)到67%。

(3)活水工程。解放水系8條支毛涌活水工程提水泵站規(guī)模分別為：萬(wàn)里長(zhǎng)城涌為3.0 m3/s；南塘涌為2.0 m3/s；金雞涌為1.0 m3/s；黃邊涌為1.0 m3/s；陳洞涌為0.8 m3/s；蟹口涌為0.5 m3/s；流北涌西坑渦毛涌為0.5 m3/s；文筆渦涌為0.4 m3/s。

(4)水生態(tài)修復(fù)措施。該方案對(duì)佛山市南海區(qū)解放水系流域主要河涌進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)工程，涉及到生態(tài)修復(fù)構(gòu)建河涌總長(zhǎng)度為39.48 km。

3.2 工程實(shí)施效果預(yù)估

根據(jù)解放涌流域水質(zhì)目標(biāo)考核要求，在規(guī)劃條件下，即截污工程不斷完善，內(nèi)源整治、補(bǔ)水活水、生態(tài)修復(fù)等多項(xiàng)措施并舉的條件下，各項(xiàng)工程對(duì)COD、氨氮、總磷負(fù)荷削減量分別為2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，各類(lèi)污染源COD、氨氮和總磷污染物入河量分別為2 511.98 t/a、260.62 t/a和42.24 t/a。綜合分析在項(xiàng)目順利完工后，解放涌流域可實(shí)現(xiàn)既定的水質(zhì)目標(biāo)。

4 銜接規(guī)劃

對(duì)現(xiàn)階段散排生活污水提出截污納管需求，并對(duì)下一步城市化發(fā)展產(chǎn)生的市政生活污水進(jìn)行留白。解放水系流域范圍年徑流總量控制率目標(biāo)值，2020年重點(diǎn)區(qū)域率先達(dá)到70%，遠(yuǎn)期(2030年)整個(gè)區(qū)域達(dá)到67%。解放流域范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，需要進(jìn)一步對(duì)同類(lèi)及上下游產(chǎn)業(yè)進(jìn)行優(yōu)化集中布局，并構(gòu)建專(zhuān)門(mén)工業(yè)污水廠對(duì)工業(yè)污水進(jìn)行處理。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于控制單元?jiǎng)澐旨拔廴疚锟偭靠刂品治?，建立了水環(huán)境綜合值技術(shù)體系，從水環(huán)境、水資源、水生態(tài)的角度出發(fā)制定流域水環(huán)境系統(tǒng)治理方案。

污染源解析及水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果表明，2025年解放流域COD、氨氮和總磷的污染目標(biāo)削減量為218 149 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

采用該系統(tǒng)方案，預(yù)期能實(shí)現(xiàn)對(duì)COD、氨氮、總磷負(fù)荷削減量分別為2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，該工程方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理可行，可供類(lèi)似水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目借鑒。

在快速城市化地區(qū)，從城市發(fā)展愿景出發(fā)，與新時(shí)期國(guó)土空間規(guī)劃緊密結(jié)合，形成“山-水-林-田-城-湖-草-沙”的生態(tài)城市體系。