01 平原河网区城市水环境的问题与挑战

 

　　随着中国城镇化的快速发展，城市水环境质量提升是生态文明建设的重要内容。当前，我国正处于城镇化高速发展阶段，城镇化水平从2000年的36.3%发展至2018年末的59.6%。作为承载国家战略的国家级的三大城市群——协同发展的京津冀、一体化发展的长三角以及粤港澳大湾区均位于平原河网区。但是平原河网区城市水环境的问题却十分突出，治理的难度较大。主要表现为：一是城市的高速发展造成的河道侵占以及入河污染负荷高的情况;二是水系分割严重、连通性较差、水动力弱;三是水体黑臭、富营养化问题突出，水功能区达标率低。这些问题已经成为城市可持续发展的重大瓶颈。

 

　　张建云院士认为，问题是一方面，同样我们也面临着新的机遇和挑战。

 

　　(1)国家颁布了最严格的水资源管理制度

 

　　国务院关于实行最严格水资源管理制度意见中提出，到2020年，重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到80%以上，城镇供水水源地水质全面达标。到2030年，主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上。都表明了国家对水资源管理的高度重视。

 

　　(2)国家对水生态文明建设的新要求

 

　　水利部“关于加快推进水生态文明建设工作的意见(水资源【2013】1号)”落实了最严格水资源管理制度;优化水资源配置;强化节约用水管理;严格水资源保护。相关要求也反映了国家对于建设青山绿水的决心和信心。围绕水生态文明建设要求，大范围的试点建设已经展开，现已有105个水生态文明试点城市针对各自水生态系统的功能退化、残缺和丧失情况，科学地确定建设任务，开展相应的工作，已取得显着的效果。

 

　　02 城市水环境综合治理目标与技术路径

 

　　张建云院士指出，区域水环境综合治理目标是统筹山水林田湖草系统治理，形成“水安全、水资源、水环境、水生态、水景观、水文化”的统筹协调，实现“水清岸绿、鱼虾洄游、环境优美”的景象。

 

　　在确保防洪排涝安全下，统筹流域-区域-城区水环境，兼顾航运、景观等，利用外围优质水源，综合运用已有水利工程，通过控源截污、清淤、畅流、活水、管理等综合措施，增大水动力、增加水环境容量、增强河道自净能力，实现水资源可持续高效利用与水环境生态系统改善的良性循环。

 

　　对于平原河网城市水环境综合治理思路，张建云院士认为需要有综合治理的措施，包括控源截污、河道整治、水系连通、动力调控、净化强化和生态修复。其中：

 

　　截污是前提——达标排放、纳污能力约束。清淤是基础——正本清源、污泥资源化利用。活水是灵魂——增强水动力、实现水流不腐。管理是保障——健全政策法规、规范行为。为了实现上述目标，张建云院士总结了几种平原河网城市环境提升的相关理论和技术：

 

　　(1)污染源解析与空间削减理论

 

　　采用双稳定同位素方法，揭示城市产流产污时空变化规律，解析入河负荷来源及分布。提出入河污染负荷动态优化调控方法，有效削减入河污染负荷。

 

　　(2)水动力调控基础理论

 

　　河网水动力对水质指标的作用机制。水动力指标与DO、NH3-N、透明度等水质指标间的响应关系，为水动力调控提供了理论基础。建立置换比与透明度关系，提出河道水体透明度模拟方法。

 

　　(3)畅流活水技术

 

　　针对优质水源，制定多元互补的引调方案，实现城区水源保障的时空适配性需求。多元互补原则包括因势利导、按需配水、精细调控、优质水源、有序引排等。

 

　　(4)环流净水-生态净化-分散布水的成套技术

 

　　利用环流净水-生态净化-分散布水的成套技术，实现高沙水、高藻水、污染水的高效利用。

 

　　(5)基于活动溢流堰的河网水位精准控制技术

 

　　活动溢流堰是一种新型的可调控溢流坝，可以直立挡水、卧倒防水，溢流时形成人工瀑布，具有一定的景观效果，适用于宽度10 m~100 m，水位差1 m~6 m的河道。实现远程控制，是平原河网水动力重构的重要工程措施。

 

　　(6)水系连通工程—断头浜连通治理新技术

 

　　断头浜原位隔离连通技术，采用隔墙+闸门，形成“活”断头浜。断头浜原位隔离与泵闸组合连通技术也得到了有效利用;断头浜改造浅隧技术，对于较难治理的断头浜，采用“河加隧”技术，即在河道中上部添加盖板，盖板上部为清水，满足景观水的要求，盖板下部实行雨污分流。

 

　　(7)水系连通工程—精细调控技术

 

　　分析水系格局与水量分配响应关系，科学计算动态需水量和换水周期及水量。科学评价河网连通度，优化控制节点水动力分配，指导区域河网连通工程的综合精细调控，实现河网水体有序流动。

 

　　(8)水源水质原位净化技术

 

　　通过G20峰会的实例可见，排放严格控制后，进入核心区仍不能达到目标要求的应急处理措施，主要是絮凝及沉淀。利用现有泵站和天然河道，可大幅降低工程成本，处理成本低于0.1元/方。处理后水体透明度不低于1m，主要水质指标氨氮、总磷、高锰酸盐指数、溶解氧满足地表水三类标准。

 

　　此外，张院士还介绍了一些污水处理材料和技术设备、黑臭河道清淤及脱水固化成套技术、水生态重建及修复成套技术以及水环境综合治理智能化平台集成等内容。

 

　　03 长三角地区水环境提升的实践思路

 

　　张建云院士认为，在目前状况下，城市水环境治理需要有新的理念。可以提炼为：

 

　　(1)因地制宜，一城一策

 

　　注重水系格局、污染源控制以及活水水源的差异。

 

　　(2)综合治理，多措并举

 

　　城市水环境治理是一项系统工程。单项技术难以实现治理效果长效保障。

 

　　由于各个城市、地区治理的要求不径相同，结合实践，认为部分长三角城市的治理思路可以参照：

 

　　(1)苏州古城——多源供水，自流活水

 

　　(2)常熟城区——兼顾防洪，畅流活水

 

　　(3)上海城区——分片引潮，深度改善

 

　　04 平原河网地区城市水环境提升的几点建议

 

　　(1)聚焦重点难点，实施精准化差别化防控

 

　　长三角区域水环境治理要突出源头防控，重治本、抓源头，保证好水与治污水并举;突出精准减排，聚焦关键污染物，提高治污有效性;突出分区管控，加强治理目标协调，明确防控重点;优化协作机制，提升一体化程度，提高共商共治共享水平。

 

　　(2)坚持标本兼治的系统治理理念

 

　　控源截污是前提，河道清淤是基础，畅流活水是灵魂，长效管理是保障。通过进博会水质提升的相关工作，张院士认为河道治理要标本兼治、系统治理，源头治理与末端治理相结合。系统治理包括控源截污、水动力提升、原位净化、生态修复协同作用，提升水质状况。通过闸泵原位循环净化与生态修复相结合稳步提升河道水质。清水循环与外围引清调水相辅相成，是持续维持进博会区域水质的根本措施。

 

　　(3)因地制宜制定城镇污水处理排放标准

 

　　对标国际，如欧盟，其城镇污水排放标准并非以单一的营养盐数值为限，指标的种类和数量非常丰富，并根据污水厂尾水排放后所进入的区域来选择不同的标准。而我国的排放标准和地表水标准相对统一，地表水划定了5个等级，每个等级都有固定的限值;污水处理厂排放则统一划分为一级A、一级B等级别。

 

　　鉴于目前我国污水排放标准过于“整齐划一”，张院士建议应科学制定，避免过度治理。针对不同的受纳水体，张院士提出了对应标准建议：

 

　　· 湖泊、海湾等脆弱水体：氮、磷排放执行更严格的排放标准

 

　　· 无富营养化之虞的水体：排放标准适当宽松

 

　　同时，不同区域应结合其地域、功能区划的不同，制定相应标准。

 

　　国际上的地表水标准：执行欧盟标准。

 

　　(4)推行先进的河道底泥疏浚技术

 

　　目前多采用挖掘机或高压水枪清淤，会损伤河床及河岸生物栖息地，他认为应发展原位生态修复。大力提升水体自净能力。城区河道狭窄，周边空间有限，需发明适用于城区河道的清淤疏浚技术，缩短清淤距离和周期，提高清淤效率。

 

　　(5)遏制破坏式的河道治理方式

 

　　避免盲目硬化河岸、过度追求人工景观：没有防洪要求的内河甚至村镇级河流也采用混凝土、浆砌块石等固化河岸，一味滥用“生态挡墙”，割裂水陆联系，破坏河流横向连续性。将景观与生态混为一谈，种草以及在“生态挡墙”外侧绿化河堤，大量投入用于面子工程和形象工程，不仅无法发挥生态功能，还造成面源污染，后续维护成本居高不下。

 

　　(6)加强初期雨水面源污染控制

 

　　初期20%(30%)径流中的污染负荷占整场降雨的80%。水中悬浮物质和泥沙含量较高，BOD/COD仅为0.05-0.2。他认为，对应的方法措施包括源头减量、就地处理，收集调蓄处理，加强维护管理。其中典型的技术包括絮凝沉淀、砂滤池、人工湿地等。

 

　　(7)山水林田湖草综合保护与修复

 

　　要深入落实“山水林田湖草是一个共同体”理念;加强生态保护修复工程顶层设计;以自然规律为准则开展保护修复，实现人与自然和谐共生。

 

　　(8)优化区域间协同政策与机制

 

　　水环境治理应打破片区、行政区限制，区域协调联动;加强长三角一体化水资源环境共治共保;建立源头预防、过程控制、责任追究一体化机制;落实基于生态环境服务功能价值的生态环境补偿机制和政策。

 

　　(9)发挥河湖长制的作用，建立河湖管护长效机制

 

　　张院士指出，河湖长制是问题导向的制度创新，不仅仅是责任分解，更要落到实处，需循序渐进、长效维护。

 

　　河湖治理是一个漫长的过程，需要系统成片治理，各行业、各部门的共同努力和协同。河湖治理并非只有在水中，包括岸线的农业面源污染控制、工业和生活污水处置、河湖中的水生生物链的维护、以及长效的监测、维护和管理等多措并举。

 

　　为了有效落实河湖长制，建议建立清晰明确的责任体系;建立务实高效管用的监管体系;实行严格的空间管控制度;推进河湖管理信息化;建立考核评估制度。