南方平原河網快速城市化地區水環境綜合治理方案

郝 韶 楠， 龐 紅 璐， 許 莉 萍， 劉 碚 洪， 吳 付 華

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省城市水環境治理工程技術研究中心，四川 成都 610072)

0 引 言

水環境系統治理方案基本框架包括水質問題診斷、目標確定與負荷分配、河流治理任務實施和實施效果評估4個基本部分[1]，其對各子項工程進行系統統籌及方案指導，能有效增強各子項工程之間的銜接性及后期落地性，因此科學合理地編制系統方案顯得尤為重要[2-4]。然而以往的系統方案研究多聚焦于“以問題為導向”，與新一輪國土空間規劃理念存在一定的差異[5]。因此選擇處于快速城市化階段的佛山市獅山鎮作為案例進行水環境系統治理方案研究，強調與新階段國土空間規劃相融合，在保護好生態本底的前提下，為產業及城市發展留出接口,以盡量避免產生因人口、下墊面、產業、給排水等結構性的時空不匹配帶來的水環境問題。

1 研究區域及方法

1.1 流域概況

解放涌水系位于獅山鎮西面，集雨面積73.68 km2，流域內包括有解放涌、三江口涌、萬里長城涌、紅旗涌、流北涌及南塘涌等6條主支干河涌，還有獅中涌、陳洞涌等35條村管支涌。其中解放涌呈南北走向，南起北江大堤獅山竇，北至獅山圍解放閘匯入西南涌，全長10 974 m，平均寬度20 m，涌底高程-0.256 m，常水位0.94～1.74 m，最高水位3.24～3.74 m。解放涌水系的外圍水系西南面為北江，西北面為西南涌，內河水系與外江相接處均有水閘控制。

1.2 水質現狀及目標

為系統地摸清解放涌流域河涌湖庫水質現狀，共布設88個水質采樣點并于2020年10月進行采樣并委托有資質水質檢測中心檢測。主要的水質監測指標分別為化學需氧量、總磷和氨氮。其中化學需氧量測定以HJ 828-2017 《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》為依據，氨氮測定以HJ 535-2009 《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》為依據，總磷測定以GB 11893-89《水質 總磷測定 鉬酸銨分光光度法》為依據。經過水質數據空間分析，解放涌主涌整體水質較好，但支毛涌水質較差，大多數支毛涌為劣五類水體，水庫總體水質較好。

依據上位規劃及相關文件，解放水系2025年水質目標要求：解放涌水質到達地表Ⅳ類，萬里長城涌和三江口涌水質達到地表Ⅴ類。

1.3 研究方法

1.3.1 流域綜合治理技術體系

解放流域水環境治理系統方案以現狀水系、管網摸排為基礎，科學劃分解放涌流域控制單元，分析現狀水質，核算現狀污染負荷解析并對規劃條件污染負荷，借助水環境容量計算等技術方法，圍繞排水防澇、河涌截污和片區管網工程建設、活水工程建設、生態修復等建設任務，通過工程與非工程措施相結合，形成水質目標達標工程體系，同時緊密耦合新一輪國土空間規劃，為快速城市化做好環境空間留白。

1.3.2 控制單元劃分

依據自然匯水、市政管網及遙感影像資料，將解放涌流域劃分為44個控制單元，解放涌流域控制單元見圖1。

圖1 解放涌流域控制單元

1.3.3 污染物總量控制

(1)污染負荷估算方法。從點源、面源、內源三個方面，對解放涌流域污染負荷進行估算。參照《全國水環境容量核定技術指南》以及相關文獻[6,7]，各類污染負荷估算方法見表1。

表1 各類污染負荷估算方法

(2)水環境容量計算方法。納污能力計算模型參數的選取參照《水域納污能力計算規程》《地表水資源保護規劃補充技術細則》。結合現有調查資料和水功能區內各河流在規劃條件下均為單向流的情況，該次使用的公式法可以滿足需求。

W=365×86.4×Qh[Cs×exp

(K×L/86 400u)-C0]

式中W為水環境容量，Qh是流量，m3/s；C0是初始斷面污染物濃度，mg/L；Cs是某水質要素的水質標準(水質目標)；u是河道斷面設計流量下的平均流速，m/s；K是各類污染物綜合衰減系數，1/s。

(3)污染負荷削減分配方法。基于項目落地性考慮，該方案設計從控源截污工程的控制效果為基礎，在收集率95%的前提下對污染負荷削減量進行分配，并對面源及水生態工程措施的效果進行削減量估算，在仍達不到水質目標的情況下，通過生態活水工程對水環境容量進行擴容補足。

2 流域污染物總量削減分配

2.1 污染源解析及預測

(1)現狀污染源解析。解放涌流域現狀各類污染源COD、氨氮和總磷入河總量分別為3 613.77 t/a、384.02 t/a和56.03 t/a。現狀解放流域各類污染源入河總量見表2。其中生活污染源對流域COD、氨氮和總磷的貢獻率較高。

表2 現狀解放流域各類污染源入河總量

(2)污染源預測。基于現狀治理水平不變的情境下，根據相關上位規劃，對2025年解放涌流域主要污染物入河量進行估算, 現狀治理水平下規劃年各類污染源下河總量見表3。規劃年解放涌流域各類污染源COD、氨氮和總磷的入河量分別為4 168.17 t、447.83 t和63.1 t。

表3 現狀治理水平下規劃年各類污染源下河總量

2.2 水環境容量確定

(1)設計流量及流速。參考《佛山市水功能區納污總量核定》關于設計流量參數概化的方法，該次計算將河涌分攤陸域產水量乘以1.1倍系數放大，同時根據各計算河道的實際資料情況采用合適的方法估算其設計流速，缺乏資料的河段，采取水文比擬等方法確定其水文條件。

有資料時，按下式計算：

V=Q/A

式中V為設計流速；Q為設計流量；A為過水斷面面積。

無資料時，采用經驗公式計算斷面流速。

(2)初始濃度值Co和水質目標Cs的確定。水功能區初始斷面污染物濃度C0值和出口斷面水質目標值Cs，按照不同類別的水質指標確定，取值按照上一個水功能區的水質目標值Cs是下一個水功能區的初始濃度C0值的方法確定。水質目標Cs值為該功能區的水質目標值。不同水質目標類別的初始濃度值C0和水質目標濃度Cs值取值結果見表4。

表4 不同水質目標類別的初始濃度C0和水質目標Cs值取值結果 單位：ml/L

(3)綜合衰減系數K值。根據相關研究成果，計算中取河涌的衰減系數COD取值0.2 /d、氨氮取值0.1 /d，總磷取值為0.01 /d。

(4)水環境容量計算結果。經過計算，各個控制單元對應的水環境容量見表5。

表5 各個控制單元對應的水環境容量

2.3 污染削減分配分析

以控制單元為基本控制單元，經計算，2025年COD、氨氮和總磷的污染目標削減量為2 181.49 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

3 流域治理與可行性分析

3.1 系統方案工程方案

(1)點源控制。該方案中排水管網的完善按照由大到小、先主干后分支、逐步推進，本工程新建污水管網(干管及支管)約95 km，雨水管網約55.7 km，并結合管網運維單位對現狀管網的改造、修復，以及對污水源頭(自然村、工業區)實施雨污分流工程及相關行政管理措施后，加上本工程實施后，污水收集率可達95%。

(2)面源控制。依據《海綿城市建設績效評價與考核辦法(試行)》等國家相關政策要求，同時參考南海區相關研究成果，確定解放水系流域范圍年徑流總量控制率目標值，2020年重點區域率先達到70%，遠期(2030年)整個區域達到67%。

(3)活水工程。解放水系8條支毛涌活水工程提水泵站規模分別為：萬里長城涌為3.0 m3/s；南塘涌為2.0 m3/s；金雞涌為1.0 m3/s；黃邊涌為1.0 m3/s；陳洞涌為0.8 m3/s；蟹口涌為0.5 m3/s；流北涌西坑渦毛涌為0.5 m3/s；文筆渦涌為0.4 m3/s。

(4)水生態修復措施。該方案對佛山市南海區解放水系流域主要河涌進行水生態修復工程，涉及到生態修復構建河涌總長度為39.48 km。

3.2 工程實施效果預估

根據解放涌流域水質目標考核要求，在規劃條件下，即截污工程不斷完善，內源整治、補水活水、生態修復等多項措施并舉的條件下，各項工程對COD、氨氮、總磷負荷削減量分別為2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，各類污染源COD、氨氮和總磷污染物入河量分別為2 511.98 t/a、260.62 t/a和42.24 t/a。綜合分析在項目順利完工后，解放涌流域可實現既定的水質目標。

4 銜接規劃

對現階段散排生活污水提出截污納管需求，并對下一步城市化發展產生的市政生活污水進行留白。解放水系流域范圍年徑流總量控制率目標值，2020年重點區域率先達到70%，遠期(2030年)整個區域達到67%。解放流域范圍內產業發達，需要進一步對同類及上下游產業進行優化集中布局，并構建專門工業污水廠對工業污水進行處理。

5 結 語

基于控制單元劃分及污染物總量控制分析，建立了水環境綜合值技術體系，從水環境、水資源、水生態的角度出發制定流域水環境系統治理方案。

污染源解析及水環境容量計算結果表明，2025年解放流域COD、氨氮和總磷的污染目標削減量為218 149 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

采用該系統方案，預期能實現對COD、氨氮、總磷負荷削減量分別為2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，該工程方案系統設計合理可行，可供類似水環境綜合治理項目借鑒。

在快速城市化地區，從城市發展愿景出發，與新時期國土空間規劃緊密結合，形成“山-水-林-田-城-湖-草-沙”的生態城市體系。