原创论文城市河湖水体综合整治与品质提升技术研究及示范应用

摘要 ：城市河湖水体水质的下降、水体景观与生态功能的缺失，对城市水体生态功能和人居环境品质的提升造成了严重影响。在全面推进生态文明建设和美丽中国实现的新时代背景下，如何构建适合于我国城市河湖水体综合整治和功能品质提升的系统性解决方案迫在眉睫。随着国家水体污染控制与治理科技重大专项的实施，经过一系列城市河湖水体监测、评估、治理与修复技术的研发与示范应用，总结凝练出“城市水体监测评估—污染负荷控制—水体水质提升—生态功能恢复”的全链条技术体系，有效解决了我国城市河湖水环境监测评价、水污染控制、水环境整治、水生态恢复的技术问题。在天津、重庆、安徽等重点流域、区域的示范应用验证了水专项技术成果的系统性和实用性，促进了城市河湖水体整治技术的发展与规模化应用，为我国城市水环境工程相关科研、设计、建设、运维和监管人员提供了可参考借鉴的技术方案和工程经验。

郑兴灿

工学博士，教授级高级工程师，主要从事城市污水处理与资源化利用、城市水环境治理与海绵城市建设、绿色市政基础设施设计研究。

     

图 1   2006年—2020年我国城市水环境（国控断面）水质演变

由图 1可知，2006年—2008年地表水Ⅳ~劣Ⅴ类水的占比偏大，主要污染指标为COD、氨氮、总氮和总磷。2008年之后，国家水体污染控制与治理科技重大专项开始实施，与此同时，各地落地建设了一大批水污染治理和水环境整治工程项目。可以看出，城市水体国控断面的Ⅰ~Ⅲ类水占比逐年增加，由“十一五”初期的53%提升至“十三五”末期的80%，断面Ⅳ类水占比由9%提升至18%，Ⅴ类、劣Ⅴ类水占比大幅度降低到2%。表明我国城市水环境质量已呈现总体向好的趋势，城市水生态系统也开始得到改善。但需要特别提及的是，我国城市水体非国控断面的水环境质量远低于国控断面，城市建成区水生态环境质量明显低于流域水系的干流及主要支流。

2.2   主要问题分析

造成我国城市水环境问题的成因无疑是非常复杂的，但最主要的原因是城市面积和居住人口的快速膨胀，加上忽视城市水环境容量的有限性和生态承载的脆弱性，引发城市水污染负荷的严重超载、水生态环境的严重透支。归纳起来，构成我国城市河湖水体问题的关键原因主要包括以下几个方面：

①   城市污染负荷远超水环境承载力

我国城市建成区规模快速扩展，城市人口密度大，大量生活污水、工业废水、地表径流没有得到充分的污染物削减，不仅造成城市水体严重水环境问题，也对流域水环境构成威胁 。其一，生活污水量逐年增加，排水设施建设老旧，混错接和不配套现象普遍存在，污水直排问题仍然不同程度存在；管网破损致使外水入流入渗，处理设施进水流量增加、污染物浓度偏低；部分设施运行维护不到位；部分处理出水难以满足水体补水水质要求，影响城市河湖水体水质，甚至导致城市水体黑臭。其二，城市快速扩张导致洪涝频发和汛期流量及峰值增高，带来明显的面源污染和洪涝灾害；污水管网和处理厂的能力有限，降雨期存在污水漫溢现象；近年极端气候带来叠加效应，雨季污染加重、洪涝加剧。其三，我国城市工业发展迅速，同时排放出大量工业废水，是城市水环境的主要污染源之一，高度工业化的城市区域，污染负荷超过生活源。

②   城市水生态环境系统损伤严重

近 20多年来，城市建设规模的快速扩张，还带来一定程度的土地不合理开发利用，城市水系统被人为破坏和不合理改变，河湖水域岸线、生态缓冲带、水源涵养区、自然保护区等经常被侵占，围垦湖泊、填湖造地、河湖湿地退化萎缩等问题突出，森林、草原和湿地等自然生态用地面积不断减少，生态空间受到挤占，部分河道被水库、涵闸、泵站、漫水坝占据，水生态流量保障不足。加上水资源过度开发，大量工业废水及生活污水排放，导致城市水生态系统遭到不同程度的破坏，有的城市水生态系统甚至难以恢复。

③   城市水质型和资源型缺水突出

我国绝大部分城市存在水质型缺水或资源型缺水问题，其中，点源和面源污染物排放量大大超出城市水环境容量。由于普遍缺乏优质的补水水源，城市水源受到不同程度的污染，这是导致城市水质型缺水的主要原因。对水资源不合理的开发利用，再加上城市本身水资源的匮乏，是城市资源型缺水的重要原因。

④   城市存在多种类型的水安全隐患

一方面，部分城市的饮用水安全存在隐患，饮用水水源布局和结构存在重大风险。城市取水口和企业排污口在空间布局上交叉分布，部分饮用水源地保护区范围及保护区周围临近区域存在工业企业及排污口。城市水源结构存在风险，缺少备用水源，城市饮用水水源地水质风险较高。另一方面，由于城市密集的工业生产活动和较高的人口密度，大量新污染物在城市水体中被检出，构成潜在的生态安全与健康风险。

⑤   全面治理亟需法规与标准引领

城市污染源排查和解析不够全面，污染源控制与水质响应机理不够清晰，技术选择的连续性和持续性及适配度不够。城市河湖水体水质与功能的评价标准不健全，功能定位和水质水量要求不够准确，难以客观体现城市河湖水体的特征和目标要求，阻碍合理技术的选择与实施。城市河湖水体生态修复技术仍存在水质改善效果不佳、监管体系不完善、系统性不够强等问题，无法对城市水体修复提供科学、精准、系统的政策引领和技术指导，在技术方案制定、工程实施和运维管控过程中存在较多的认识误区与不正确行为。

图 2   城市河湖水体综合整治与品质提升技术体系框架

图 3   重庆园博园龙景湖水系鸟瞰图

图 4   重庆园博园龙景湖水系景观生态品质提升实景

4.2   中新天津生态城新型水系统构建与实施示范

中新天津生态城水系统建设与水专项实施相伴相随，从2008年新型水系统规划到当前全域推广，从最初8km ² 起步区水环境建设到目前120km ² 地域集成应用，涵盖了规划设计、建设实施、设施融合、运维提升、智慧管控的各个阶段，从污水再生处理高效利用、雨水资源梯级利用、水体治污溯源、湿地水面保持、水体环境品质提升到水系统联动防涝，通过顶层规划设计，构建了系统性技术解决方案，结合工程难点开展研发与集成应用，为生态城水环境建设和运维提供了全过程的技术支撑 。

通过构建中新天津生态城新型水环境系统，突破传统模式，统筹所有涉水设施，融入非常规水多源协同利用 和海绵城市建设措施 ，系统解决了水资源匮乏、环境本底差、建设标准高叠加影响下的规划建设复杂难题。实现常规与非常规水资源高效利用，满足多维时空水质水量动态均衡要求 ，创立涉水设施全覆盖、运行状态全监控、监测预警应急联动的水质水量时空保障和效能评估智能化管控方案与平台，形成新型水环境系统规划建设及运行管理模式，建立水量可调、水质可控、参数可视、信息化管理的新型水环境系统，建设了系列示范应用工程（见图 5、6），水体环境质量提前达到设定的高标准目标要求。

图 5   中新天津生态城非常规水多源多功能净化处理工程

图 6   中新天津生态城水环境综合治理与景观生态品质提升工程

图 7   中新天津生态城 ——繁荣宜居的绿色生态新城

图 8   枞阳县城区水环境综合治理项目实施范围