淺談城市河湖治理工程設計中海綿城市理念

(上海汀瀅環保科技有限公司，上海 201707)

2013年12月12日，習近平總書記在中央城鎮化工作會議上明確指出：“在提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮利用自然力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’”。海綿城市理念是“滲、滯、蓄、凈、用、排”的有機結合，協同規劃、建筑、綠化、道路、水務5大專業，最大程度上減少城鎮化發展建設給原自然水文特征和水生態環境帶來的負面影響。

建設海綿城市就需要有“海綿體”，一般包括綠色、灰色、藍色“三大海綿”，而城市里的河湖水系屬于藍色大海綿，是最大、最重要的“海綿體”。根據《上海市海綿城市專項規劃》，海綿城市建設總體目標是至規劃遠期(2040年)，建設水環境質量優良、水生態與城市景觀協調、水景觀為市民提供親水休憩空間的水和諧城市。

傳統城市河湖治理工程設計主要圍繞河湖的防洪、除澇和引調水進行，設計人員關注的重點往往是堤頂高程、河道斷面、護岸形式等方面，而對于徑流污染治理、水生態系統構建、河湖自凈能力提升等方面考慮較少。不少城市化地區的河湖經過多輪整治后，污染源未得到有效控制，仍擺脫不了水質容易惡化，甚至黑臭的命運。在新的歷史形勢下，傳統城市河湖治理工程設計思路亟需擴展和豐富，水環境改善不僅僅是傳統意義上的引調水，而應該在設計方案中系統性地納入海綿城市理念。本文以上海地區城市河湖治理工程特點為例，嘗試闡述一些海綿城市理念與城市河湖治理工程設計的有機結合。

1 城市河湖徑流污染現狀

城市河湖污染主要分為內源污染和外源污染。內源污染主要是指底泥污染；外源污染可根據污染發生的類型，又分為點源污染和非點源污染。點源污染一般指固定位置排放的生活污水和工業廢水。非點源污染涉及面比較廣，是由于降雨、地表徑流、滲透、排水、大氣沉降等原因產生的，在較大范圍內的污染物通過地表徑流進入河湖，并在水體中富集而導致的水環境污染。城市化地區地表徑流往往是通過雨水管道收集后(或通過市政雨水泵站抽排)入河，故而非點源污染常表現為點源污染形式。

城市地面中包含許多污染物質，有車輛排放物、固態廢物碎屑、空氣降塵、屋面沉積物及析出物等。隨著城市化進程的加速，不透水路面比例增大，使得雨天產生大量的徑流不能通過城市地表滲透到土壤中或者被植物截流，排放到河湖之后，對河湖水質造成明顯的破壞。根據對我國各城市道路初期雨水徑流污染物進行分析結果，SS、COD、BOD5、TN、TP等污染物平均濃度都超出國家地表水V類水標準，并且還存在重金屬污染的風險。

上海市緊鄰長江，內部水網豐富，但屬于水質性缺水城市，根據相關要求，上海市將在2020年之前基本消除劣Ⅴ類水體。目前在上海城市化地區，降雨徑流污染再加上混接的各類污水，導致大量污染物在市政雨水泵站和管道中聚集，當雨水泵站排水時，則對河道造成集中污染，導致雨水泵站附近河道常出現黑臭現象。根據統計，2017年上海城區130個市政雨水泵站累計排放量為3.80億m3，污染物總量分別為：SS為4.56萬t/a，COD為9.20萬t/a，氨氮為0.49萬t/a，TP為0.08萬t/a。SS、COD、氨氮、TP總量分別為現狀污水處理廠(處理總規模19.90億m3/a )年進水污染物總量的13.18%、14.44%、8.80%、10.13%(污染物具體對照詳見下圖)。由此可見，大量非點源污染物和混接污水通過市政雨水管網進入受納水體，造成較大污染。

上海城區2017年污染物總量對照圖

2 海綿城市理念與城市河湖治理工程設計的融合

控制城鎮降雨徑流污染、提升河湖水質和完善水生態功能是海綿城市理念中與城市河湖治理工程設計密切相關的部分。根據《上海市海綿城市建設指標體系(試行)》，對于區域系統，年徑流總量控制率(新建不小于80%，改建不小于75%)、年徑流污染控制率(新建不小于80%，改建不小于75%)和河面率(不小于10.5%)為約束性指標；對于水務系統，河湖水系生態防護比例(不小于75%，即生態堤岸長度與堤岸總長度比例)為約束性指標。

上述指標對海綿城市建設提出了總體要求，而在實際城市河湖治理工程設計中，如何貫徹落實海綿城市理念，還需要進一步細化。

2.1 整體設計思路

要在城市河湖治理工程設計中納入海綿城市理念，必須強調系統性和整體性，不能表面化、碎片化。?城市河湖治理工程中的海綿思路應與綠化、道路、建筑等其他專業相互協調，不能因為各類規劃控制線而相互割裂，應根據實際的匯水區域，從陸域到濱水岸帶，再到河道，整體考慮。具體來說，在進行城市河湖治理工程設計時，需通盤考量匯水區域內的海綿設施，尊重城市徑流規律，不能局限在河道規劃藍線范圍內；?城市河湖治理工程設計中需整體納入“源頭控制→中途阻斷→終端凈化”的海綿城市理念。提升河道水質，不應過度依賴終端凈化，在河道內采取各類凈化措施固然重要，但更應該將徑流污染物留在岸上，這就要求設計人員重視對徑流污染物源頭的控制，重視對污染物在傳輸過程中的阻斷與攔截。3大環節均不應缺失，需環環相扣形成整體，才能發揮最大作用。

2.2 前期調查

除了傳統城市河湖治理工程設計前期調查需要掌握的水文、地質等基礎資料外，還需增加的調查內容包括：河道水質、底泥污染情況、沿線污染源、區域人口數量、雨水排放口、市政雨污水管網、陸域下墊面等。由于海綿城市理念涉及生物滯留和生物凈化，因此在前期調查中，還需對區域的生物多樣性、本地動植物種類及優勢品種等情況進行細致的了解。

2.3 河湖濱岸設置緩沖帶

緩沖帶是位于河湖濱岸水域和陸地之間的條帶狀過渡地帶，是對徑流污染物、洪水具有一定緩沖功能的水陸交錯帶，具有緩沖、攔截、吸附和水土保持的生態服務功能，有較強的氮磷降解能力，也是河湖生態系統中各種陸生和水生物種的重要棲息地。

河湖濱岸設置緩沖帶必須具備一定的寬度，才能維持其生態系統的穩定和持續。根據相關研究，緩沖帶的寬度與陸域面源污染物的截留效果正相關，而當坡度大于6%時，徑流凈化效果較差。根據李懷恩等[2]研究，草本植被的岸坡在坡度2%情況下，地表徑流中污染物的削減主要發生在前10m。

上海河道兩側陸域控制帶寬度一般為6m，距離緩沖帶適宜生態寬度要求還有不小的差距。而上海地區用地緊張，河道邊坡坡比一般為1∶2.5、1∶3，遠陡于6%，如何充分發揮河湖濱岸緩沖帶的作用，應重視以下幾點：

a.對于有條件的區域，盡量放緩邊坡，研究與河道陸域控制帶以外區域的銜接方案，形成有機整體，擴大緩沖帶寬度。

b.重視濱岸緩沖帶的平面布置和豎向設計，除了滿足邊坡穩定、堤頂防汛高程外，設計內容還應包括控制徑流流向，計算區域海綿體的蓄水能力、水力接觸時間等，確保初期雨水經截留調蓄或生態凈化后再排入河道。

c.重視河道沿線雨水排放口可能存在的污染影響，掌握雨水排放口的徑流源頭和傳輸過程，通過植草溝、雨水花園、透水路面、樹池等海綿設施，削減初期雨水的污染。

d.結合實際情況，因地制宜，合理設置雨水調蓄裝置，避免初期雨水直接進入河道，例如：利用城市天然洼地、池塘，新建雨水調蓄設施，還可以利用空箱擋墻。

e.不同的植物在濱岸緩沖帶中的作用是不同的，應注重植物的選擇和搭配，遵循土著物種優先、生物多樣性原則。相關研究表明：在緩沖帶中對徑流污染物起主要作用的是草本植物，主要與其高蓋度有關，草本根系較淺，能有效減少徑流對土壤的沖刷，污染物去除效果明顯，而灌木、喬木下方土壤裸露面積較大，去除效果不理想，但它們對中下層土壤有很好的保固作用。

f.了解當地動植物的生活、棲息、繁衍習性，有目的地營造適宜生境。

2.4 生態護岸建設

傳統城市河湖治理工程護岸重視防洪、排澇、航運等基礎性功能，生態護岸除考慮上述基本功能外，需兼顧生態、環保等因素，設計時應考慮整體的生態效應，考慮對象包括徑流污染治理、生境營造、動物棲息、生物多樣性等。現階段對于生態護岸的評價指標體系尚未建立，因此，除了常見的植被蓋度外，還需增加污染物削減率、生物多樣性指數和土壤濕度變化等指標作為考核標準。

需要指出的是，生態護岸的擋墻穩定不能因為重視生態而被忽視。此外，生態是一個系統，孤立地評價一座擋墻是不是生態，并沒有太大意義，而應該將它放到整體系統中加以考量。例如：鄰近道路的護岸不能有效阻斷路面污染物隨降雨徑流直接入河，擋墻即便采用透水透氣的環保材料，也不能稱之為生態護岸；相反，在某些條件下，濱河生態系統需要利用傳統的硬質擋墻來抵御大的風浪。

2.5 水生態修復

在控源截污的前提下，水生態修復應以增強河湖自凈能力為主線，水質提升為根本目的。在對河湖治理的初期，可采取人工措施進行強力干預，但是要長期維持河湖的健康穩定，減輕后期運行管理負擔，就必須構筑長效、低維護的水生態系統，實現水體自然凈化的良性循環。

水生態修復設計不是簡單地布置浮床、人工曝氣或者種植水草，而是要深刻理解水生態系統中各級生產者、消費者之間的競爭和共生關系；深刻理解水體中污染物的沉淀、稀釋、混合、氧化還原、分解化合、吸附凝聚等物理、化學及生物化學過程。要做到水生態修復設計的系統化，需要重視以下幾點：

a.詳細計算污染負荷，全面評估河湖的納污能力。

b.嚴格控制底泥營養鹽釋放。

c.恢復和保持河湖水系的自然連通，重塑健康自然的彎曲河岸線，恢復自然深潭、淺灘，實施生態修復，營造多樣性生物生存環境。

d.增加河道水動力，配合曝氣復氧、滲濾作用，提高氮、磷降解速率，增強水體自凈能力。水生態修復需還河道本來應有的模樣，人工凈化措施是必要的，但是河面不應成為各類設備的展示臺。

e.利用生態系統的自然循環再生和自我修復能力達到水體溶解氧的穩定。充分利用藻類與高等植物之間的競爭關系，引導“藻型”河湖向“草型”河湖轉化。

3 結 語

如果把城市比作人的健康系統，那么海綿城市理念無疑是一種“健康生活理念”。諸多令城市管理者頭痛的大問題往往來自于細微問題的日積月累，因此，應當樹立“健康生活理念”，從源頭開始控制，步步設防，層層化解。

海綿城市建設并非僅是傳統意義上的工程項目，更是一種理念，需要各專業之間的相互協作和深入貫徹。在新的歷史形勢下，城市河湖治理工程設計正逐步從傳統的防洪、除澇擴展到對整個河湖生態系統的構建，海綿城市理念將是非常重要的切入點，需要廣大水利工作者進行更多的努力和探索。