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

張 楓，張文君，楊 通

(長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

0 引 言

城區(qū)河道多屬于雨源型河流，其水源補給來自于本區(qū)域降雨，有雨則產(chǎn)流，無雨則基本斷流，且以小河溝居多。在區(qū)域經(jīng)濟和社會高速發(fā)展的背景下，城區(qū)河道承擔了過重的污染負荷，呈現(xiàn)出明顯的“微容量、重負荷”特征，往往面臨水質惡化、斷流甚至生態(tài)退化的多重威脅。據(jù)調查，中國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、匯流時間短，汛期洪水陡漲陡落，旱季水量極少，甚至河床干涸，導致調蓄能力差、環(huán)境容量小、自凈能力低，使其修復過程與普通河流相比難度更大[3-4]。國內外許多城市嘗試過很多方法，如：深圳坪山河采用原位水質凈化處理系統(tǒng)，在河道中間的天然灣畔構建具備沉砂、二級生化和沉淀以及深度凈化等功能的河灣水質凈化工程，雨季時優(yōu)先保證河道行洪安全，旱季時通過河灣水質凈化工程對河水進行深度凈化處理[1]。哈爾濱市何家溝以再生水和雨水為替代水源靈活補水，同時進行生態(tài)修復、河道疏浚、水體復氧等措施，達到改善水體生境、強化水體生態(tài)自凈功能[5-6]的目的。韓國清溪川通過實施河道拓寬、雨污分流，保證水質；旱季引漢江水補水，使其長年不斷流；同時進行多樣化的綠化和景觀設計，使清溪川成為首爾市中心的一個休憩地點，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，通過分析城區(qū)水系存在的問題及成因，遵循“源頭減排、過程控制、末端治理”的全過程治理思路，制定“控源截污、內源治理、生態(tài)修復、活水保質”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 項目背景

菏澤市地處地勢低平的黃河沖擊平原，歷史上為防范黃河洪水威脅，建成圓形的外護堤河和方形的護城河，形成 “天圓地方”的城市格局和“外圓內方”的水系風貌。為解決城市內澇問題，城區(qū)內建設有趙王河、洙水河、環(huán)城河、外護堤河和經(jīng)四溝等5條一級河流及多條雨水邊溝。隨著城鎮(zhèn)化的快速推進，菏澤城市水污染問題日益凸顯，嚴重影響著城市形象和人民群眾的生活品質。菏澤市于2018年10月24日通過由住建部組織的黑臭水體治理示范城市競爭性評審，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11 條黑臭水體，黑臭河道總長度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)混接錯接情況嚴重、管網(wǎng)功能性和結構性缺陷問題嚴重，導致污水實際收集效能遠低于表觀數(shù)據(jù)，同時也大大降低了污水處理設施的實際減負效果[8]。據(jù)管網(wǎng)摸排統(tǒng)計，11條黑臭水體沿線存在分流制污水直排口160個、分流制混錯接排口61個、沿河居民排口95個，導致大量污水直排入河，污水直排口分布詳見表2。

表2 菏澤市黑臭水體沿河污水排口統(tǒng)計

2.2 水體流動性差

菏澤城區(qū)地勢平坦，水體流動遲緩甚至滯流，水動力條件極差，局部水域易產(chǎn)生污染累積，同時導致淤積問題嚴重，是水體內源污染的來源[8]。取樣分析結果表明：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2.09 m。底泥污染釋放是水質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，徑流主要來源于本區(qū)域降雨，缺乏天然水源補給，形成了有雨即有流量、無雨則基本斷流的現(xiàn)象。由于缺少天然徑流，生態(tài)補水量不足，水環(huán)境容量非常有限，水環(huán)境質量對污染物排放量比較敏感，極易因排污形成黑臭的問題，治理過程復雜；加之區(qū)域地勢平坦、水體流動性差、水動力不足，水體自凈能力較差，可消納污染物的能力進一步減少，容易出現(xiàn)反復黑臭。

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，缺乏長效監(jiān)測、監(jiān)管機制和大數(shù)據(jù)平臺，管理方式落后不健全，缺少專業(yè)化運營維護管理團隊。

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按照“控源截污、內源治理，活水循環(huán)、清水補給，水質凈化、生態(tài)修復”的基本技術路線具體實施[9]。本文從控源截污、內源治理、生態(tài)修復、活水保質4方面進行系統(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，部分區(qū)域實施雨污分流制改造，但老城區(qū)大部分區(qū)域仍為合流制。根據(jù)菏澤市經(jīng)濟發(fā)展實際情況，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，不過分強求短期內完全雨污分流。

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

(1) 補齊污水處理設施短板，消除空白區(qū)。補齊城中村、老城區(qū)管網(wǎng)污水收集處理設施短板，消除生活污水收集處理設施空白區(qū)，實現(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) 對各類排水單元里建筑單體內部改造，實現(xiàn)源頭分流。通過對菏澤市城區(qū)各排水單元雨污分流情況的調研，對小區(qū)進行分類，對具有改造條件的老舊小區(qū)進行雨污分流管網(wǎng)改造及小區(qū)LID(低影響開發(fā))改造，實現(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) 混錯接改造，實現(xiàn)清污分流。通過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，實現(xiàn)雨水、污水“各行其道”和“清污分流”。通過實施混錯接改造，徹底根除雨水口旱天直排污水現(xiàn)象，真正實現(xiàn)分流制排水體制。

(4) 管網(wǎng)清淤修復，降低系統(tǒng)運行水位。管道沉積物是構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CJJ 68-2016《城鎮(zhèn)排水管渠與泵站運行、維護及安全技術規(guī)程》規(guī)定：管道允許積泥深度不得大于管徑的1/5。實施管網(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、治理、修復的前提，此外，管網(wǎng)清淤還可以改善污水輸送水力條件。通過CCTV(管道閉路電視)管網(wǎng)探測查明管網(wǎng)淤堵情況，優(yōu)先對3級及以上功能性缺陷管段進行清淤，總清淤長度約370.5 km。

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

(5) 新建調蓄設施，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題，是導致水環(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) 灰綠結合，削減初期雨水污染。針對初期雨水污染物濃度較高產(chǎn)生的徑流面源污染問題，通過布置水力旋流沉沙設施，結合生態(tài)修復工程建設的濱水海綿設施及生態(tài)浮島，灰色設施和綠色設施結合，有效攔截初期雨水入河污染物，削減初期雨水污染。

3.2 內源治理

清淤工程是解決內源污染、控制水體污染及富營養(yǎng)化的一項重要措施。通過清除污染底泥，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。根據(jù)各水體特點，采用環(huán)保絞吸船+管道運輸+土工管袋脫水、環(huán)保絞吸船+管道運輸+帶式壓濾機脫水、分段圍堰排水+水力沖挖機組+罐車輸送等環(huán)保清淤方式，可實現(xiàn)清淤過程的全封閉處理，保證施工過程無污染。脫水后底泥優(yōu)先用于坑塘復耕回填，不能滿足復耕條件的采用焚燒方式處理。

3.3 生態(tài)修復

在控源截污和內源治理工程實施的基礎上，以保護和修復水生態(tài)系統(tǒng)為核心，從河(湖)岸帶、濱水帶、河道(湖體)3個層面，提出濱水生態(tài)修復工程體系，建設內容包括生態(tài)護岸工程、生態(tài)凈化工程和濱水海綿設施工程。

3.3.1 生態(tài)護岸工程

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

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

3.3.2 濱水海綿設施工程

傳統(tǒng)藍綠線由不同的職能管理部門分管，藍線以內歸水利部門管理，藍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，藍綠割裂，導致濱水生態(tài)空間活力喪失、生態(tài)岸線缺失、岸線親水性差等問題[5]。本工程打破傳統(tǒng)藍綠線之間限制，將河道藍線與道路綠線有機結合，充分落實海綿城市、韌性城市的理念，統(tǒng)籌考慮布設濱水緩沖帶、透水步道等海綿設施，打造藍綠交織的濱水海綿帶，在不影響道路綠化功能的基礎上，有效削減入河徑流面源污染。

3.3.3 生態(tài)凈化工程

通過布設曝氣增氧設施提升水體溶解氧水平，加大水體流動性；通過布置生態(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)結構性缺失的問題。

3.4 活水保質

保證河道內生態(tài)基流和流動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)河道主要外源補水水源為黃河水，年生態(tài)補水量約260萬m3，隨著黃河流域水資源重新分配，利用黃河水對城區(qū)河道進行生態(tài)補水的保證率不斷降低，尋求非傳統(tǒng)補水水源勢在必行。在高效利用黃河水資源的基礎上，充分利用污水處理設施處理達標后中水為城區(qū)水系補水，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。第三污水處理廠設計規(guī)模為8萬t/d，設計出水水質標準為GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，滿足河道類景觀用水水質標準。新建一條中水回用管道，長度約5 km，將第三污水處理廠達標排放尾水增壓輸送至小黑河上游，為小黑河、外護堤河及環(huán)城河補充生態(tài)水量。由于該區(qū)域地勢平坦，水體自流流速較緩，分別在泰山路、貴陽路小學和渭河路設置3處補水點，分段補水，增加水動力；并新建2座節(jié)制閘，控制水流流向，保證中水可有效補給城區(qū)河道。

(2) 新建污水處理設施中水回用。新建2座污水處理廠(站)，總規(guī)模6 000 t/d，設計出水水質標準為準Ⅳ類，滿足景觀用水水質標準，處理達標后尾水為雙月湖、青年湖生態(tài)補水。

3.5 體制機制建設

黑臭水體治理不應是“一陣風”，必須走向常態(tài)化，要建立起長效管理的“全生命周期機制”，治理前、中、后均實施監(jiān)測，完工后需要進行長期動態(tài)監(jiān)測，并建立長效保護機制[10]。建立或委托專業(yè)化的城市水體養(yǎng)護單位，負責城市黑臭水體整治后的日常養(yǎng)護；制定城市水體黑臭有關指標監(jiān)測與評估方案，將城市水體水質監(jiān)測納入地方有關主管部門的監(jiān)督性監(jiān)測范圍，或委托有相關資質的第三方監(jiān)測機構進行監(jiān)測與評價。

黑臭水體治理具有多專業(yè)復合性的特點，規(guī)劃、水利、環(huán)保等部門的協(xié)調配合是實現(xiàn)治理目標的關鍵。

4 治理效果

通過實施控源截污、內源治理、生態(tài)修復、活水保質4項工程，并加強長效管理，菏澤城區(qū)河湖水質有明顯改善，11條黑臭水體實現(xiàn)消除黑臭水質目標，2021年9月菏澤市城區(qū)水質檢測結果如表3所示。同時，恢復了河道生態(tài)和景觀功能，取得較好的河道建設效果，實現(xiàn)了“水清岸綠、魚翔淺底”的最終治理目標。

表3 2021年9月菏澤市城區(qū)水質監(jiān)測數(shù)據(jù)

5 結 論

北方平原河網(wǎng)地區(qū)城市黑臭水體由于其生態(tài)補水量少、水動力條件差的特點，水環(huán)境容量非常有限，對污染物排放敏感，治理難度大。以菏澤市城區(qū)黑臭水體治理為例，堅持流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理、標本兼治的原則，遵循控源截污、內源治理、生態(tài)修復、活水保質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系統(tǒng)性、綜合性工程，堅持流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理、標本兼治的原則，囊括上下游、左右岸、干支流、水域陸域，堅持工程治理與長效管理協(xié)同推進，制定有針對性的系統(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程污染源治理措施體系，嚴格控制入河污染物。

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

(4) 監(jiān)管為保障。加強監(jiān)督與管理，完善長效保護機制，以保障治理水體的“長治久清”，最終實現(xiàn)水清岸綠、魚翔淺底的治理目標。