南方城市黑臭水體綜合治理
——以南寧市竹排江e段(那考河)為例

李斌，劉東，劉瑞霞*，韋干杰，秦德全，萬成仁

1.中國環境科學研究院流域水環境污染綜合治理研究中心 2.南寧市水環境綜合治理工作指揮部 3.北京排水集團

2015年4月國務院印發的《水污染防治行動計劃》[1](簡稱“水十條”)中，正式提出城市黑臭水體治理任務，該任務是“水十條”眾多目標任務中難度較大的任務之一[2]。2015年8月，住房和城鄉建設部聯合原環境保護部等部門聯合發布了《城市黑臭水體整治工作指南》[3](簡稱“指南”)。根據“指南”提出的要求，全國各地相繼開展了城市黑臭水體識別，編制了整治方案，啟動了城市黑臭水體治理的相關工作。但在治理的初期階段，部分城市將治理的重心放在黑臭水體本身，即在未有效控源截污的前提下，開展河道曝氣、菌劑投撒、調水沖污等措施，未能達到好的治理效果。自2018年5月以來，生態環境部與住房和城鄉建設部聯合開展了城市黑臭水體整治環境保護專項行動，督促引導各地在城市黑臭水體治理方面達成了“問題在水體、根源在岸上、關鍵在排口、核心在管網”的共識[4-5]，明確了城市黑臭水體治理的難點和重點在于提升城市水環境基礎設施，尤其是完善污水收集與處理體系。但在實際治理中，部分城市未從“排清水、堵河水、騰管容、收污水、提濃度”方面下功夫，而是盲目采取新建、擴建污水處理廠的方式進行治理。很多城市普遍存在污水處理廠進水BOD5偏低問題[6-7]，這主要是由于管網破損造成清水入滲，河道水位過高使河水通過排口倒灌，管網中的污水流速慢使顆粒物在管網中沉積[8-10]造成的。同時，由于污水處理廠處理能力不足，超過處理能力的污水溢流入河；分流制管網存在污水管網和雨水管網混接、錯接問題，污水通過雨水管網排入河道；加上管網建設未跟上城市發展的步伐，存在管網空白區，導致旱天污水排放入河，對河流水質造成污染[10-12]。全國黑臭水體整治任務仍然艱巨。

隨著城市黑臭水體治理工作的推進，全國涌現出一批黑臭水體治理的樣板。筆者以南寧市竹排江e段(那考河)為例，介紹了該河段治理前存在的主要問題、治理所采取的有針對性的工程措施和管理措施及治理后取得的生態環境效益、經濟效益和社會效益，以期為全國其他城市和縣級城市黑臭水體治理提供借鑒。

1 河流概況與污染特征

1.1 竹排江e段(那考河)概況

竹排江位于南寧市城區東北部，是南寧市18條內河之一，發源于南寧市東北郊的高峰嶺，流域面積為117 km2，主河道長35.9 km。竹排江擔負著排洪、景觀等多種功能，是南寧市“中國水城”建設的重要組成部分。竹排江有東西兩源，于廣西茅橋中心醫院附近匯合形成竹排江干流，東源為那考河(圖1)，西源為沙江河。那考河主要匯水有金橋支流，河水由北流向南。那考河需整治河道長約7 km，治理前河流水環境質量較差，水質為GB 3838—2002《地表水環境質量標準》劣V類，存在氨氮(NH3-N)超標嚴重、面源污染突出、河道自然植被衰退、水生生物多樣性銳減等問題。

1#—金橋支流；2#—二塘高速入口；3#—金橋支流入口；4#—長堽路鐵路橋。圖1 竹排江e段(那考河)水系及采樣點位置Fig.1 Water system of the Zhupai River e section (Nakao River) and location of monitoring sites

1.2 水質現狀

自20世紀90年代初以來，隨著那考河上游養殖業的興起，那考河成為納污河流，水質污染嚴重。根據2014年5月的采樣分析結果，對照《城市黑臭水體整治工作指南》[3]中城市黑臭水體污染程度分級標準，1#(金橋支流)、4#(長堽路鐵路橋)采樣點水質均屬于重度黑臭(表1)。

表1 那考河水質檢測結果及與重度黑臭限值對比Table 1 Comparison of water quality of Nakao River monitored with water quality index of severe black-odorous water

1.3 污染來源

根據對流域狀況的綜合分析可知，那考河的主要污染來源為畜禽養殖污水，其后依次為生活污染、農業面源污染和工業污染；此外，河道兩岸建筑小區、道路、公園綠地等外排雨水造成雨水徑流污染。由于污水和雨水常年直排入河，加上建筑垃圾隨意傾倒，私搭亂建等擠占了河床，使河道斷面過流能力差。

通過現場調查和相關資料分析，那考河共有44個排水口，其中10個為分流制污水直排排水口，27個為合流制直排排水口，7個為分流制雨污混接雨水直排排水口。合流制直排排水口因未建設截流溢流設施，旱季實為污水直排口，雨季則為混合污水排水口；分流制雨污混接雨水直排排水口因存在源頭雨污水管網混接問題，雨水口也有污水排出。

那考河上游匯水區約有100個畜禽養殖場，多年來養殖廢水直排入河，導致上游來水水質污染嚴重。2#(二塘高速入口)、3#(金橋支流入口)采樣點的化學需氧量(CODCr)分別高達503、498 mg/L，NH3-N濃度分別高達49.8、109.0 mg/L。與重度黑臭限值[3]相比，NH3-N濃度分別超標2.3倍和6.3倍。

那考河兩岸片區內初期雨水總氮(TN)、NH3-N、總磷(TP)濃度和CODCr均較高，平均分別為4.60、3.16、0.47和64.93 mg/L。由于傳統開發建設模式未考慮對初期雨水棄流和雨水徑流的凈化處理，導致大量污染物隨雨水直接進入雨水管網和合流制管網中，最終被沖刷入河，成為那考河的又一污染源。

另外，由于多年的外源污染、垃圾傾倒和顆粒物沉積，導致那考河河道淤積嚴重，平均淤泥深度為0.8～1.0 m。淤泥成分復雜，包括泥沙、生物廢屑、生活垃圾和建筑垃圾等，河道底泥污染嚴重。現場調研表明，那考河平均水深為0.2～0.3 m，最淺水深僅為0.1 m，由于泥沙淤積，最窄處河面寬度不足1 m，在植物園內支流匯合處下游150 m處，河床淤積的泥沙深達1 m，在河流穿過昆侖大道處、金橋客運站段，多處河面形成了沙洲。

2 治理方案和措施

2.1 治理思路與目標

堅持系統化、專業化、整體化和地域特色化原則，采用政府和社會資本合作(PPP)+按效付費的建設模式，對那考河實施全流域綜合整治，將流域源頭減排、過程控制以及河道系統治理有機聯系起來統籌考慮，以實現河道水質主要指標達到Ⅳ類水質標準，在河道防洪方面滿足50年一遇防洪標準，在岸線修復方面生態駁岸長度占比達90%以上，從根本上恢復河流流域自然生態，還城市以山水林田湖草應有的空間和質量。

2.2 控源截污

2.2.1污水處理廠建設

在那考河上游新建一座處理量為5.0萬m3/d的膜生物反應器(MBR)污水處理廠(南寧北排水環境發展有限公司那考河再生水廠)，通過截污管道收集河道兩岸及周邊片區污水，設計出水優于GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，尾水經生態凈化后排入河道作為補水水源，主要污染物指標達到Ⅳ類水質標準。

2.2.2截污納管

對那考河河道兩岸現存排水口和初期雨水進行全面截污，截流的污水通過截污管輸送至上游新建污水處理廠進行處理。那考河沿岸截污管服務范圍主要包括金橋組團和東溝嶺組團部分居住區域，面積為76萬m2，截流管道截流倍數采用2.0。為避免污水管全線重力流敷設時管道覆土深、施工難度大且進度慢、費用過高的情況，采用重力流與壓力流相結合的方式敷設管道。以昆侖大道為界，截流管道工程具體分為2個部分：1)昆侖大道以北段污水管根據污水處理廠位置，由兩端往污水處理廠匯集處理；2)昆侖大道以南段污水管由兩端往中間匯集，再通過一體化預制埋地污水提升泵站提升至污水壓力管，最終進入上游新建污水廠處理。污水重力管管徑(D)為300～1 200 mm，管長約8.0 km；污水壓力管管徑為630 mm，管長約2.6 km。那考河污水處理系統布置、截污管與截留井照片見圖2。

圖2 那考河污水處理系統布置示意、截污管與截流井照片Fig.2 Layout of Nakao River sewage disposal system and photographs of intercepting pipe and well

2.2.3尾水濕地凈化

以河道水質達到Ⅳ類水質標準的考核目標為導向，設計和構建人工濕地，將那考河新建污水處理廠尾水經人工濕地凈化后補入河道。綜合考慮那考河水體保護要求及河道沿線用地情況，將人工濕地設置在污水處理廠西北側，選用占地面積小且具有較好凈化效果[13-14]的垂直流潛流濕地。潛流濕地占地面積為50 000 m2，分為36個潛流濕地單元，包括18個下行流潛流濕地單元和18個上行流潛流濕地單元，每個單元面積為1 400～1 500 m2。根據水深及待去除污染物特性，潛流濕地內種植的水生植物選擇蘆葦、美人蕉等挺水植物。潛流濕地主要設計參數：處理水量為50 000 m3/d，表面水力負荷為1 m3/(m2·d)，水力停留時間為10 h。那考河污水處理廠尾水凈化濕地建設實景如圖3所示。

圖3 那考河污水處理廠尾水凈化濕地位置與建設實景Fig.3 Location and actual picture of purification wetland for tail water from Nakao River wastewater treatment plant

2.2.4溢流口出水凈化

那考河兩岸沿線排水口的截流原則為“現況排水口尺寸低于500 mm的全部截流，排水口尺寸大于500 mm的部分截流”，對超出截污管轉輸能力的部分溢流污水，通過因地制宜地設置各類海綿設施，蓄、滯、凈化溢流污水。綜合考慮排水口類型、排水口與河道常水位間的高差、排水口周邊用地條件等多方面因素，將城市紅線范圍內排水口分為5種類型，采取“一口一策”思路，因地制宜地設置不同的排水口調蓄凈化設施，盡量減少排水口溢流污染。

2.3 內源清理

在現場勘測的基礎上，采用正、反鏟挖掘機對那考河河道污染底泥進行清淤，清理淤積污泥共計24萬m3，清淤時保留部分底泥，以保障清淤后的河道生態系統快速恢復。為防止挖出的淤泥污染環境，及時將其外運并處理處置。對于不具備放坡開挖條件的區域，根據現場實際情況進行臨時支護以確保施工安全，清淤完成后，按照河道填方要求分層碾壓回填。

2.4 活水保質

那考河流域降水分布不均勻，枯水期降水量少，河流流量小。由于竹排江主河道及支流在豐水年、平水年及枯水年基本無法單獨通過運行提升式閘壩下泄蓄水來保證河道生態需水量，因此，設計對那考河進行補水，統籌滿足河道生態流量和景觀需水的要求。采用水文比擬法[15]計算那考河徑流，并進行水量平衡分析。那考河主河道的生態需水量為河道平水年(保證率50%)的平均徑流量(約0.67 m3/s)，加上蒸發和滲漏損失(各按5%考慮)，則多年平均徑流量60%的補水量約為3.85萬m3/d。因此采用污水處理廠5萬m3/d尾水作為補水水源，尾水經潛流濕地處理后排入那考河主河道。那考河支流生態需水量為河道平水年(保證率50%)的平均徑流量(約0.36 m3/s)，加上蒸發和滲漏損失(各按5%考慮)，則多年平均徑流量60%的補水量約為2.03萬m3/d。因此在支流、干流交匯處將2萬m3/d河道內的水提升后補水至支流河道起點處，流經支流最終匯入主河道。補水點分布見圖4。

圖4 那考河補水工程示意Fig.4 Sketch of water rehydration works of Nakao River

為了鞏固和優化河勢，改善水流，增加植被生長面積，根據那考河兩岸的地形地貌特征，因勢利導地拓寬河道。通過水文資料計算最小過水斷面，結果表明，那考河主河道最小行洪斷面為25 m，支流最小行洪斷面為10 m。對原有河道進行拓寬，部分河段拓寬至79 m。根據河道設計縱坡、下游茅橋湖規劃常水位及該常水位回水至河道上游保持0.5 m水深處位置、河道的設計常水位面景觀效果等因素確定并設置壅水構筑物，以實現河道景觀壅水及防洪排澇功能。

2.5 生態修復

在那考河沿線開展生態修復，對河道護岸堤防進行生態改造，構建河道型濕地、濕地公園，從生物多樣性、自然景觀等方面考慮，配置栽種適合不同水深的多種植物，在達到對那考河主河道和支流水質、水量監測要求的同時，實現水清岸綠、循環暢通、生態健康、人水和諧的河道生態環境。

2.5.1駁岸改造

由于那考河主河道及支流發生設計洪水時河段流速為0.4～4.4 m/s，流速變化較大，因此，根據不同流速并結合流域地形條件，采用多種組合護坡形式達到岸坡防沖刷的目的。對于平緩邊坡采用自然土質岸坡，進行植物防護，構建岸邊濕地；在急流陡坡處，采用鋼絲網石籠防護，由于石籠式擋墻屬于柔性防洪墻，地基適應性較好，表面空隙填充泥土后為植物生長提供條件，通常在轉彎河道臨水面采用鋼絲網石籠防護，背水面采用木樁防護，保證堤防的安全和岸線的穩定性；也可結合景觀長廊或親水平臺，游步道至洪水位以上0.5 m采用三維植被網護坡(圖5)，不僅滿足工程使用要求，還能營造出各種不同的親水景觀效果，具有良好的景觀價值。

圖5 河道邊坡改造為三維植被網護坡實景Fig.5 Actual picture of river bank slope transformation into 3D vegetation net slope

2.5.2植被恢復

依據那考河的生態水文及水質特征，從植物多樣性角度出發，對不同區域的綠化空間進行經濟合理、自然美觀、符合生態規律的設計與布置，恢復和重建河岸水生植被群落，在凈化水體的同時，營造多層次的水生植物景觀。不同區域植物配置如表2所示。

表2 河道斷面不同區域植物配置Table 2 Plants configuration for different areas of river sections

2.6 按效付費管理模式

那考河治理采用PPP+按效付費的建設模式。通過招投標引入的優勢公司，與政府代表單位組成項目公司，在建設期，項目公司完成那考河治理各項工程的建設任務；在運營期，采用按效付費，即政府根據流域考核斷面的水質、水量、防洪三大指標體系達標情況，按若干考核細則條款打分，根據打分的高低對項目公司支付河道運營服務費。總分達90～100分時，支付比例為100%；總分達80～90分時，支付比例為90%；總分達70～80分時，支付比例為80%；總分達70～80分時，支付比例為70%；總分小于60分時，當期可以不予支付，待下一期考評總分超過60分后一并支付，上期未支付部分的支付比例為65%。

在那考河干流及支流設置了4個監控斷面(圖6)，政府方和項目公司共同委托具有資質的第三方對4個監控斷面每月抽檢2次，以2次各項指標的平均值作為水質考核結果，以監控斷面取樣的水質考核河道治理效果及污水處理廠運行狀況并作為按效付費的依據。4個監控斷面的CODCr、BOD5、TP、NH3-N、DO等指標需達到Ⅳ類水質標準，SS需達到GB/T 18921—2002《城市污水再生利用 景觀環境用水水質》水景類要求，水體透明度(SD)需達到0.5 m，TN濃度≤10 mg/L；為保障河道生態基流量，監控斷面2、3、4最小流量不得低于同點位、同水文期多年平均徑流量的60%。同時，在那考河干流及支流設置了4個監控點(圖6)，監測結果作為考核時監控點水質處理效果或遇突發事件時免責(部分免責)的佐證材料。

圖6 水質監控斷面和監控點分布Fig.6 Distribution map of water quality monitoring sections and monitoring points

3 典型治理技術

3.1 技術設計與工藝流程

基于用地狹長、岸坡陡的城市內河典型特征，發揚廣西龍勝龍脊傳統農耕文明自然智慧，提出了“凈水梯田”的概念。在高邊坡上分級砌筑片石擋墻，基底從下往上依次鋪設35～45 cm厚的礫石層、防滲濾材料層(防滲土工布結構，鋪設量為150～200 g/m2)及30～50 cm厚的砂壤土層(沙和土質量比6∶4)；在砂壤層進水口處鋪設60～80 mm粒徑的卵石，以防止砂壤土被沖走，在砂壤土層上栽植耐澇植物。引廣場及道路部分雨水(含初期雨水)進入梯田，利用填料過濾截留水中雜質，利用植物根系和填料中的微生物降解截流的有機物，達到凈化初期雨水的目的，同時實現雨水存蓄、邊坡加穩、水土保持、景觀美化的目的。其具體工藝流程：在入河排水口處，優先利用現有污水處理設施收集處理污水和初期雨水，溢流出水首先進入一級梯田，經填料攔截、吸附等物理作用，植物吸收以及填料植物根系等載體上微生物的凈化等作用下，大部分污染物得到去除；出水再逐級進入下一級梯田凈化處理，凈化后的污水最終排入河道補充水源(圖7)。“凈水梯田”生態護岸技術主要依靠生物自然生長消納污染物，梯田內水流受填料和植物生長情況影響，不需人工干預，降水量超過“凈水梯田”容蓄能力時，溢流進入水體。該技術可對溢流或徑流雨水進行多級凈化，起到保護岸坡、防止沖刷的作用。

圖7 “凈水梯田”生態護岸技術示意 Fig.7 Diagram for ecological revetment technology of “water purification terrace”

3.2 技術特點、適用范圍與創新點

“凈水梯田”生態護岸技術有效利用了邊坡高差，解決了高邊坡排水口截流困難的難題，可在一定程度上減少雨季雨污合流污水對水體的污染，豐富河道景觀效果。該技術特點如下：1)多層滲濾、有效去污。“凈水梯田”結合了多層滲濾技術，能有效地去除污水中的懸浮物、TP、TN和NH3-N。2)根據地形、靈活安置。“凈水梯田”可根據地形、地勢、面積將不同濕地單元在不同地塊上分級建設。3)工藝簡單、管護容易。凈水梯田工藝簡單，構建成本低廉，管護容易，能耗低。4)結構安全，有利于水土保持。由于采用梯級的形式，塊石擋墻能夠有效地起到邊坡防護的作用，并且減緩雨水沖刷，使水土得以保持。5)生態建設、美化環境。凈水梯田在處理生活污水同時，將城鎮建設和生態建設相結合。

“凈水梯田”生態護岸技術突破了高邊坡處理設施結構安全、高邊坡防止綠植水土流失的技術難題，解決了那考河河道邊坡高、紅線窄的問題。該技術適用于具有一定坡度的污水排水口處，可用于初期雨水的凈化，對于雨污合流的排水口可在布水渠內將旱時污水截流，雨時可在一定程度上減少污染物排放。

4 治理成效

那考河黑臭水體治理項目是國內首個實施并投入商業運營的城市水環境流域綜合治理PPP項目，被財政部評為全國水務行業PPP示范項目，也是住房和城鄉建設部全國海綿城市試點示范項目，榮獲2017年度中國人居環境范例獎。該項目綜合考慮、統籌解決那考河水安全、水生態和水污染防治等問題，從整體設計到組織實施(2015—2017年)都充分體現了海綿城市建設和全流域治理的系統性理念。那考河治理后成為南寧市開展紅色教育、踐行綠色發展的教育基地以及群眾休閑游玩的熱門場所。據不完全統計，那考河濕地公園向公眾開放以來，已接待各省(區、市)和外國參觀考察團850多批次共28 500余人，接待游客量突破211萬人，最高日接待量達到4.2萬人，成為國內外知名的生態文明建設示范樣板。

4.1 生態效益

堅持“立足生態、體現自然，兼顧功能、突出主題”的原則，在流域治理過程中，共栽植了喬木、灌木、挺水植物165種，初步打造了“萬米桂花溪谷，千株朱瑾水岸”景觀，提供了其他物種生長繁殖的基本環境，整個生態系統不斷發展和平衡。其中，水生動物新增了水蛭、蛙類、螺類、河蟹、魚類、河蝦等6類16種；飛禽等鳥類新增了白鷺、水鴨、翠鳥、紅毛雞、鷓鴣、鵪鶉等6種；植物新增了金錢草、野慈姑、香茅草、蒲公英等11種。

4.2 環境效益

通過整治，那考河原有的狹窄、臟亂、黑臭的河段實現了清水綠岸、魚翔淺底的景象，為周邊百姓休閑提供了鳥語花香的場所，顯著提高了河流沿線的生態環境質量，構筑起“山水相依、城水相融、人水相親”的美好生態環境。同時也促進了下游水質斷面的改善，提高了河道行洪能力，防洪等級達50年一遇標準，有效解決流域洪澇問題。那考河經過綜合整治后，大大削減了入河污染負荷量，有效提高了河流水體水環境容量，河水水質達到Ⅳ類水質標準。那考河整治前后對比見圖8。

圖8 那考河整治前后對比Fig.8 Comparison chart of Nakao River before and after river treatment

4.3 經濟效益

污水處理廠尾水經濕地凈化后，進入河道生態補水，補水率、回用率超過污水處理量的85%，保證了河道生態基流量，實現了節能減排。隨著那考河流域水環境與水景觀的改善，帶動了周邊水經濟的快速發展，使其成為市民休閑健身、游客旅游觀光和發展綠色經濟之道，每年吸引幾十萬人次的市民游人前往游玩，借助水經濟，帶旺水生意，有效帶動了周邊服務業的快速發展。那考河流域治理后，那考河濕地公園與廣西藥用植物園已成為周邊中海國際、恒大華府、盛天東郡等高中檔樓盤的后花園，帶動了周邊房產增值和土地升值。以緊臨那考河的中海國際小區為例，2015年5月啟動建設時月度銷售均價為6 115元/m2，借助那考河流域治理項目的媒體宣傳效應和項目治理成效，2016年9月該樓盤月度銷售均價為7 178元/m2，升值比例為17.4%，而南寧市同期房價增長比例為11%；隨著那考河濕地公園知名度的不斷提高，2019年12月，該樓盤月度銷售均價為12 916元/m2，升值比例為111.2%，高于同期南寧市83.9%的房價漲幅。那考河黑臭水體治理項目按照“治水、建城、為民”的工作主線，以治水為先，營造良好的生態宜居環境；同時，同步開展流域周邊土地收儲和開發利用，統籌推進水生態城鎮建設發展，實現了土地增值和商業開發增收，探索建立了治水投入與產出的良性互動，構建了以水養水的長效投入機制。

4.4 社會效益

通過開展流域海綿城市建設，不斷完善道路及排水設施；通過“灰綠結合”措施(與傳統的雨水管網結合，與自然的河湖水系連通，共同構建彈性的雨水基礎設施系統)，解決城市內澇問題，保障市民出行安全。那考河濕地公園的建設，提升了生態景觀環境，其現已成為南寧市市民出行的好去處，成為南寧市的一張新名片。作為明星治水典型，那考河黑臭水體治理項目為國內外水環境綜合治理提供了寶貴的經驗借鑒。

5 結語

黑臭水體治理要一手抓污染源控制，一手抓生態修復。污染源控制重點是要不斷強化城市污水收集處理體系，提高污水收集處理體系的效能，消除上游污染來源，削減溢流污染，整治城市非點源污染及河道底泥內源污染；生態修復重點要恢復和保護河道水生態環境系統，有條件的地方可以開展河岸緩沖帶構建工作。在治理技術方面，可因地制宜地開發河流所在流域適用的治理技術，如那考河流域治理中，發揚了當地農耕文明智慧，開發了“凈水梯田”系統，實現對城市初期雨水的高效凈化，有效減少了溢流污染。