城鄉水環境綜合管理策略探討

虞英杰 班玉龍 賈 劍

（昆山市水利水務工程質量與安全監督站 江蘇蘇州 215000）

引言

在我國城鄉發展過程中，無論在新城建設、舊城改造、新農村建設、景區開發的過程中，區域水網的構建都是必不可少的內容。除常規的河道、湖泊等天然水域外，水網構建通常還包括自來水廠、污水處理站、管網、人工水體等其他給水/排水/雨水設施。如何科學的構建區域水環境體系是城市開發過程中尤其要注意的問題[1]。

給水方面，自1870 年我國城市供水（上海楊樹浦水廠）產生以來，城市供水體系逐步完善，自來水廠通過絮凝-沉淀-過濾-消毒等工藝確保供水安全。發展到現在，人們對于水源的保護、水廠水質的要求也在逐漸提高[2]。

排水方面，雨水和污水在城市建設中通常被連通考慮。從最初的雨污混排到目前的雨污分流制，人們對于污水的處理以及雨水資源利用的意識在逐漸提高，對于污水處理標準和雨污水利用技術的開發上也投入了較大精力，力求尋找一種生態、可持續的雨污利用方式。

在雨水的利用方面，以往在城市開發過程中，人們的關注點在于城市安全上，尤其重視城市水利設施的建設，對于雨水考慮以排為主。近十幾年來，城市建設中對于雨水的考慮出現了從單純的“防”（快排模式）到“防用”（用加排）相結合的轉變，新的雨洪管理思路被提出，特別是自“海綿城市”這一概念被提出以來，城市規劃中開始出現大面積的雨水利用設施[3]。

本文針對如何建立科學的區域水環境構建和管理的方案進行了探討。通過對雨水、污水、給水設施的合理部局并建立智能化的運維和管控系統，為區域提供合理的雨水、污水、給水方案，解決供水安全、排水污染、旱澇等問題，合理調度水資源，實現雨水的綜合利用、污水的處理利用、保證供水安全。

1 水環境綜合管理整體策略

圖1 水環境綜合管理目標

科學布局加全程管控是實現水環境綜合管理目標的途徑。水環境綜合管理系統以區域雨、污、供水設施的合理布局為基礎，搭建智慧水務平臺實現整個系統的穩定運行。除起到對區域用水的合理調度外，水環境綜合管理系統作為環保、可持續的水資源調度與利用方式，對于城市開發特別是對于缺水地區的城市建設起示范作用。

設施布局主要包括雨水、污水、給水三部分，通過管網連通各個設施。

設計中雨水以綜合利用為重點，注重對于雨水的收集與利用。包括前端設施：屋頂花園收集建筑屋頂雨水、道路綠化收集道路周邊雨水、廣場鋪設透水鋪裝、綠地通過草溝收集雨水等；輸送設施：雨水管網或者雨水溝渠輸送雨水；匯水設施：地表徑流經前端設施收集，后經管網輸送進入水景、雨水花園、濕塘、蓄水池等蓄水設施，儲存、凈化并回用。

設計中污水以處理利用為重點，嚴格控制污水排放標準并考慮回用。包括前端處理設施：化糞池初步凈化生活污水；收集輸送設施：污水管網將化糞池出水輸送至污水處理站點；末端凈化設施：污水處理站點深度處理收集的生活污水，處理達標后污水可直接排入受納水體也可回用灌溉（參見農用灌溉水標準）。

設計中給水以供水安全為重點。包括前端對于飲用水水源地的保護、自來水廠凈化來水并達到飲用水標準、通過給水管網將水廠出水供給居住區住戶、農業區灌溉等。

運營和維護期間通過搭建智慧水務平臺實現對景區水環境的智能化管控。智慧水務系統以高效靈敏的傳感技術和云計算技術作為支持，將搭載傳感器的檢測設備置于環境中，實時傳輸水質數據并通過云計算系統分析和更新，于電腦客戶端界面及時更新和反饋區域水環境質量。

2 科學布局，合理調度水資源

水環境綜合管理統籌考慮雨水、污水、給水的設施布局。包括收集/供水設施（雨水收集/污水預處理及收集/水廠取水及處理）、輸送設施（雨/污/給水管）、處理/利用設施（雨水調蓄/污水處理回用/給水節約利用）。

2.1 雨水資源的綜合利用

雨水的綜合利用當遵循“面-線-點”逐級縮放的雨水收集策略，依托大面積的綠地、廣場等雨水收集面初步過濾和收集陸地降雨，繼而通過管渠輸送至雨水調蓄池、濕塘等蓄水設施內，經深度處理后考慮回用。

2.2 污水資源的處理回用

污水的處理回用遵循“分散到集中”的收集和處理策略。對于城鎮污水設施能夠覆蓋到的區域，應通過管網統一收集后今后污水處理廠處理后排放；而對于其他建設區域內的污水，一般參考農村生活污水處理方式，即前端較多采用化糞池等設施初步收集和處理生活污水，繼而通過污水管網統一輸送至污水處理站點集中處理，處理達標后的尾水可直接排入受納水體，也可考慮回用灌溉和道路清洗。

圖2 玻璃鋼化糞池

污水設施設計規模及設計標準參考 《建筑給水排水設計規范》（GB50015-2009）、《室外排水設計規范》（GB50014-2006）、《人工濕地污水處理工程技術規范》（HJ 2005-2010）等文件及規范。污水處理站出水需滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002），如尾水有回用要求，可增加《農田灌溉水質標準》（GB 5084-2005）作為設計依據。

污水處理站是確保農村生活污水處理達標回用的關鍵。污水處理站通常采用A/O，MBR，SBR 等污水處理工藝（通常組裝成為地埋式污水處理設備）處理管網輸送來的生活污水，并在末端采用人工濕地技術深度處理設備出水。

在地埋式污水處理設備常用工藝中，A/O 工藝技術成熟，發展穩定，總投資費用和運行費用較低，一般出水水質可以穩定在一級B 標準上，在水質不作嚴格要求時，應優先考慮采用該主體工藝一體化處理設備；MBR 污水處理設備在出水水質及出水穩定性略勝一籌，但投資和運營成本較高，管理方面更為復雜；SBR工藝流程簡單，但由于屬于間歇性活性污泥法，處理效率不高，常僅在水質水量變化較大的地區使用。農村一體化生活污水處理設備的工藝選擇，應結合當水量的特點，出水水質要求，綜合多重因素考慮。

圖3 一體化生活污水處理設備

2.3 給水資源的供水安全

在區域給水的設計中，供水安全是首先要考慮的問題。給水工程的設計遵循“集中到分散”的處理和供水策略。前端需對水源地重點保護，自來水廠從水源地取水，處理達標后通過管網輸送給居住區住戶或是用于部分農用區灌溉等。（1）水源保護及供水設施（集中）：飲用水水源地保護區、自來水廠。（2）給水輸送設施：給水管線。（3）用水設施（分散）：家用凈水機、其他用水電器、農業滴灌設施。

3 全程監管，搭建智慧水務平臺

運營維護期間，建設智慧水務管理平臺能夠實現多個水環境管理目標，全面反映區域水環境現狀、變化趨勢、污染來源，為水環境科學化管理提供支撐與依據[4]。（1）掌握現狀，全面區域水網信息。（2）提升管理，實現區域水管理智慧化。（3）輔助決策，提升水環境應急管理水平。（4）智慧管理，提升水環境管理水平。

智慧水務平臺的建設主要包括數據采集與對接、數據傳輸網絡、監測系統平臺三部分內容[5]。（1）數據采集與對接：通過網絡與氣象監測站、各河道斷面水質監測點、污水處理站監測點、自來水廠檢測點等對接，實時上傳水溫、水質電導率、水質pH、水質溶解氧、水質濁度、水質氨氮、水質COD 等數據，至監測系統進行統一監管。（2）數據傳輸網絡：保證監測數據采集與對接網絡的穩定通暢，并最大限度的降低網絡建設成本。（3）智慧水務平臺：打造標準化運營管理模式，對監測數據實施更新、實時評價、實時管理及應急預警。平臺預留數據交換和共享接口，避免數據重復，為雨水、污水、給水系統的高效運行提供保證。

3.1 前端數據采集與傳輸

采取中心集中遠程監測的模式。軟件布置在云機房服務器上，由安裝在前端現場設備箱的數據采集器采集監測數據，將數據傳輸至監測管理中心進行處理。

圖4 數據采集網絡圖

數據采集（自動監測系統）是以在線自動分析儀器為核心，運用現代自動監測技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測系統。系統完全實現樣品的自動采集和預處理，氣象/水質分析儀器的連續自動運行，對監測數據能自動采集和存儲，能提供遠程傳輸接口及控制接口[6]。

3.2 智慧水務系統平臺

圖5 智慧水務系統平臺

通過集成監測點的監測數據，依托GIS 地圖對水網實行網格劃分，明確各監測站點分布、安裝時間、水質，形成監測綜合數據庫，為打造區域水環境質量監測“一張圖”，提供良好的數據支撐[7]。

通過地圖作為背景，將各個監測站點標注在實際的地理位置上，并且將各監測站點的實時數據也一并顯示在地圖上，隨著采集實時數據的變化，同步進行更新，讓用戶從全局的角度分析數據。另外，系統還具有數據查詢、更新、統計分析等功能，還可開發app 軟件作為輔助[8]。

結語

智能化的管理體系是未來工程運營管理的必然趨勢，而科學合理的工程布局則是實現智能化運營管理的基礎。對于城市水環境管理，應當將雨水、污水、給水連通考慮，合理構建城市水網，協調水安全與污染控制的關系，搭建數據平臺達到對城市水網的全程監控，最終實現對城市水資源的科學管控。