武漢市青山北湖水質(zhì)提升規(guī)劃方案

胡 晗，高 艷，萬(wàn) 帆

(武漢市規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430014)

1 引言

黨的“十九大”提出加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)的要求，并部署了推進(jìn)綠色發(fā)展、著力解決突出環(huán)境問(wèn)題、加大生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度和改革生態(tài)環(huán)境監(jiān)管體制等4項(xiàng)改革措施。為貫徹落實(shí)黨中央的重大戰(zhàn)略決策，改善水環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)和修復(fù)水生態(tài)，切實(shí)把武漢水優(yōu)勢(shì)變?yōu)榘l(fā)展優(yōu)勢(shì)、競(jìng)爭(zhēng)勝勢(shì)，武漢市四水共治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室印發(fā)了《武漢市全面開(kāi)展水質(zhì)提升的工作意見(jiàn)》，按照工作意見(jiàn)要求，各區(qū)政府應(yīng)確保到2021年，基本消除劣Ⅴ類(lèi)水體。北湖是武漢市青山區(qū)需要重點(diǎn)實(shí)施水質(zhì)提升的水體，其對(duì)青山區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展和武漢東部地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

2 北湖概況

2.1 基本情況

北湖位于武漢市青山區(qū)東部，東臨繞城高速公路，西接八吉府路，南靠青化路，北連湖園路。北湖藍(lán)線面積為191 hm2，湖泊匯水區(qū)面積76.9 km2，湖泊補(bǔ)給系數(shù)為40。北湖最大湖長(zhǎng)2.5 km，最大湖寬1 km，最大水深2.8 m，平均水深約2 m。

2.2 空間特征

北湖匯水區(qū)現(xiàn)狀建設(shè)用地與非建設(shè)用地各占50%。從北湖匯水區(qū)的用地特征來(lái)看，其建設(shè)用地以污染較重的三類(lèi)工業(yè)用地為主，且布局較為分散；非建設(shè)用地主要為農(nóng)業(yè)用地，以農(nóng)業(yè)面源較重的耕地為主。北湖位于流域中心位置，周邊排水基本都往北湖匯集，周邊用地帶來(lái)的污染將會(huì)直接對(duì)北湖產(chǎn)生不利影響。

2.3 水系分布

北湖匯水區(qū)內(nèi)水網(wǎng)豐富，主要港渠數(shù)量達(dá)到17條。白玉山明渠、北湖港、八吉府渠、北湖小港、紅旗渠、北湖大港、北湖閘港等7條港渠與北湖直接連通。此外，北湖南港、張家灣渠、焦沙渠、建設(shè)鄉(xiāng)渠、新村渠、林場(chǎng)渠、建設(shè)一渠、建設(shè)二渠、北湖支渠、乙烯渠等10條支渠匯入到主要港渠后，間接進(jìn)入北湖中。

2.4 水質(zhì)現(xiàn)狀

北湖水質(zhì)近幾年來(lái)一直為劣V類(lèi)，處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，主要超標(biāo)污染物為氮和磷。與北湖直接連通的7條港渠也大多為劣V類(lèi)水體，部分港渠甚至出現(xiàn)黑臭。

3 現(xiàn)狀評(píng)估

3.1 污染源結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)北湖入湖污染物的特性，將北湖匯水范圍的主要污染來(lái)源分為工業(yè)企業(yè)污染、城鄉(xiāng)生活污染、地表徑流污染、農(nóng)業(yè)面源污染、北湖降塵污染以及底泥內(nèi)源污染。其中工業(yè)企業(yè)污染占比最大，達(dá)52%～82%；其次為地表徑流污染，占比8%～40%(圖1)。

3.2 污染源空間分析

為探究北湖多種污染物在空間上的分布特征，結(jié)合北湖匯水范圍內(nèi)的地形地貌特點(diǎn)和流域水系特點(diǎn)，將北湖匯水范圍分為7大片區(qū)，包含白玉山片、北湖港片、八吉府片、小港片、閘港片、大港片以及直排區(qū)。北湖入湖污染主要來(lái)源于北湖港片區(qū)和白玉山片區(qū)，其次為八吉府片區(qū)和大港片區(qū)，閘港片區(qū)、小港片區(qū)、直排區(qū)等的污染貢獻(xiàn)率相對(duì)較小(圖2)。

圖1 北湖污染源結(jié)構(gòu)分析

圖2 北湖污染源空間分析

3.3 問(wèn)題分析

北湖匯水區(qū)存在的突出問(wèn)題一是北湖匯水區(qū)內(nèi)點(diǎn)源及面源污染較為嚴(yán)重，工業(yè)污染、城鄉(xiāng)生活污染和地表徑流污染均較為突出，造成湖泊水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，總氮總磷超標(biāo)問(wèn)題突出，進(jìn)而引發(fā)湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化；二是湖泊水生態(tài)嚴(yán)重失衡，水生態(tài)系統(tǒng)需要重建；三是湖泊管理尚不完善，湖泊管理保護(hù)執(zhí)法職責(zé)交叉、湖泊管理保護(hù)執(zhí)法能力不足等。

4 規(guī)劃目標(biāo)及策略

根據(jù)《武漢市地表水環(huán)境功能區(qū)類(lèi)別和集中式地表水飲用水水源保護(hù)區(qū)劃級(jí)別規(guī)定》，北湖水質(zhì)管理目標(biāo)為Ⅴ類(lèi)。但隨著“長(zhǎng)江大保護(hù)”對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，以及青山未來(lái)轉(zhuǎn)型發(fā)展必將對(duì)北湖水環(huán)境及功能提出更高的要求。因此確定北湖近期(2021年)水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到Ⅴ類(lèi)，遠(yuǎn)期2030年水質(zhì)力爭(zhēng)達(dá)到Ⅳ類(lèi)。

根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》(GB25173-2010)中的湖(庫(kù))均勻混合模型，結(jié)合北湖水域的實(shí)際情況，分析得出北湖水域的納污能力，然后采取相關(guān)措施將入湖污染負(fù)荷控制到北湖的納污能力以下，從而使北湖水質(zhì)提達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)要求。規(guī)劃主要通過(guò)消除點(diǎn)源、控制面源、消減內(nèi)源、生態(tài)修復(fù)等措施，改善北湖水質(zhì)環(huán)境(表1)。

5 規(guī)劃方案

5.1 點(diǎn)源污染消除

加大水環(huán)境治理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度，是綜合整治水環(huán)境的重要措施[1]。要消除北湖的點(diǎn)源污染，就必須加強(qiáng)對(duì)工業(yè)企業(yè)、城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活污染的治理。

表1 北湖總磷削減方案

工業(yè)污染是北湖最主要的污染源，工業(yè)污染的治理最為關(guān)鍵。武鋼集團(tuán)和化工園區(qū)等工業(yè)企業(yè)污水應(yīng)單獨(dú)收集并處理，其尾水應(yīng)處理達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)后通過(guò)壓力管涵沿北湖閘港排往長(zhǎng)江。規(guī)劃根據(jù)武鋼生產(chǎn)線規(guī)劃及節(jié)水減排整體規(guī)劃的遠(yuǎn)期目標(biāo)及近期生產(chǎn)排水現(xiàn)狀，近遠(yuǎn)期相結(jié)合，構(gòu)建適宜經(jīng)濟(jì)可靠的雨污分流管網(wǎng)系統(tǒng)。雨污分流改造后，現(xiàn)有的合流制排水管網(wǎng)只收集雨水，生產(chǎn)廢水和生活污水不再接入現(xiàn)有排水方溝，而是各自單獨(dú)建設(shè)收集管網(wǎng)。武鋼應(yīng)進(jìn)行污染減排至武鋼污水處理站現(xiàn)狀處理能力以內(nèi)(或?qū)ξ鬯幚碚具M(jìn)行擴(kuò)建)，同時(shí)沿白玉山明渠新建d2000 mm截污管，旱季污水直接進(jìn)入污水站，避免旱季污水直接入渠?；@區(qū)污水統(tǒng)一送至化工新城污水處理廠(規(guī)劃規(guī)模9×104m3/d)處理。

對(duì)于城鎮(zhèn)生活污染治理，應(yīng)加快推進(jìn)北湖污水處理廠和北湖污水主干管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)污水全收集全處理打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。規(guī)劃沿焦沙渠、康寧路、北湖路布置d800-d1200 mm截污干管，污水送往北湖污水處理廠(近期規(guī)模80×104m3/d)。結(jié)合港渠整治推進(jìn)北湖和白玉山明渠等9條港渠沿線截污工程，實(shí)現(xiàn)旱季污水不入湖(渠)。

農(nóng)村生活污染的治理，應(yīng)針對(duì)不同的村落、村灣采用不同的生活污染治理方式。對(duì)于建設(shè)村、四新村等居住較為密集的村灣，可以集中收集采用組團(tuán)式污水處理模式。對(duì)于居住較為分散的村落，如吳橋村、聯(lián)合村、星火村，采用分戶處理方式進(jìn)行。同時(shí)可以利用豐富的溝渠水網(wǎng)系統(tǒng)，在重要支渠匯入節(jié)點(diǎn)建設(shè)人工凈化緩沖系統(tǒng)。

5.2 面源污染控制

根據(jù)北湖匯水區(qū)面源污染負(fù)荷分析，區(qū)域面源污染主要來(lái)源于工業(yè)區(qū)，生活區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)相對(duì)較少。結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，規(guī)劃采用分片施策，重點(diǎn)治理的策略。對(duì)于武鋼轉(zhuǎn)型示范區(qū)(白玉山片區(qū))和化工產(chǎn)業(yè)區(qū)等面源污染較為嚴(yán)重的工業(yè)區(qū)，要從源頭上實(shí)施雨污分流，加強(qiáng)堆場(chǎng)等面源管控，并在排水管涵末端獨(dú)立配建初雨調(diào)蓄處理設(shè)施，規(guī)劃在白玉山明渠、北湖港和北湖南港上游設(shè)置初期雨水調(diào)蓄池，調(diào)蓄池按照初期15 mm降雨量進(jìn)行截留，調(diào)蓄池規(guī)模分別為8×104m3、2×104m3、3×104m3。對(duì)于北湖綠城及濱湖藍(lán)城等面源污染相對(duì)較輕的生活區(qū)，要從源頭上加強(qiáng)海綿建設(shè)，實(shí)施雨污分流，并在入湖前設(shè)置凈化緩沖區(qū)，打造生態(tài)濕地，強(qiáng)化生態(tài)凈化能力。對(duì)于農(nóng)村面源，要重點(diǎn)加強(qiáng)農(nóng)村環(huán)境治理，大力推廣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化(圖3)。

圖3 北湖匯水區(qū)面源污染控制示意

5.3 內(nèi)源污染治理

北湖由于高負(fù)荷外源污染的持續(xù)輸入，導(dǎo)致高內(nèi)源污染負(fù)荷區(qū)域形成，其特征是底泥中具有很高的氮、磷蓄積量，通過(guò)底泥清淤可以有效削減內(nèi)源負(fù)荷。根據(jù)地形測(cè)量及污染源調(diào)查報(bào)告，北湖水域面積191 ha，淤泥層平均厚度為1.05 m，需要對(duì)全湖開(kāi)展底泥清淤，面積為191 ha，清淤厚度1 m，清淤工程量約為191×104m3。

5.4 生態(tài)植被修復(fù)

只有在水體中修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)，才能恢復(fù)水體自凈能力，保證水體水質(zhì)穩(wěn)定。水生生態(tài)系統(tǒng)主要由高等水生植物、浮游植物、浮游動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、底棲動(dòng)物和有益微生物等構(gòu)成。以上各部分構(gòu)成了水生生態(tài)系統(tǒng)生物鏈，并形成食物網(wǎng)，促進(jìn)物質(zhì)傳遞和能量流通，吸收轉(zhuǎn)化水體中有機(jī)物和其他物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)自我維持和自我更新。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，淺水湖泊大型水生植物的覆蓋面積達(dá)到湖泊面積的30%以上時(shí)，對(duì)凈化水質(zhì)和維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)較為有利。結(jié)合北湖水深、透明度和沉水植物生長(zhǎng)特性，規(guī)劃種植沉水植物總面積為75.5 hm2，占湖區(qū)總面積的39%。

北湖為城市湖泊，東、西、南三側(cè)基本被工業(yè)企業(yè)包圍，北側(cè)為溝塘。其南部岸線為擋墻護(hù)砌，不利于水草和其他植物生長(zhǎng)。其它為土質(zhì)岸坡，岸線整體生態(tài)和景觀效果較差。規(guī)劃擬對(duì)硬質(zhì)化邊坡進(jìn)行改造，回填少量客土軟化湖濱帶，種植挺水植物，促進(jìn)水陸交錯(cuò)區(qū)物質(zhì)循環(huán)，能量流通，最終增加水體自凈能力。后期濱湖帶植物群落形成，還能成為鳥(niǎo)類(lèi)覓食地，可為其提供很好的棲息地，同時(shí)作為良好的岸帶景觀。規(guī)劃在環(huán)湖線入湖5～10 m區(qū)域種植挺水植物，水深約0～0.5 m區(qū)域，在白玉山明渠入湖口可擴(kuò)大挺水植物種植區(qū)域，延伸至100 m左右，總面積約為4.5 hm2。

5.5 水系連通及補(bǔ)水

現(xiàn)狀北湖湖泊庫(kù)容較小，水環(huán)境容量有限，在采取截源控污等措施后，北湖仍需要引入活水加大水環(huán)境容量。通過(guò)構(gòu)建大東湖水網(wǎng)，對(duì)外實(shí)現(xiàn)與長(zhǎng)江的連通，對(duì)內(nèi)連通東沙湖水系和北湖水系，有效提高青山東部地區(qū)各湖泊的水源補(bǔ)給，同時(shí)可以減少各湖泊的水力停留時(shí)間，提高湖泊的環(huán)境容量。對(duì)于北湖北部的眾多農(nóng)排港渠，無(wú)法通過(guò)該水網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)水，規(guī)劃建議保留現(xiàn)狀其北部青山長(zhǎng)江大橋附近1.27 m3/s的農(nóng)排灌溉港渠，通過(guò)該泵站可以有效解決北湖流域北部農(nóng)排港渠的灌溉和生態(tài)補(bǔ)水問(wèn)題。

結(jié)合長(zhǎng)江大保護(hù)的國(guó)家戰(zhàn)略要求和北湖生態(tài)補(bǔ)水的需求，規(guī)劃建議加強(qiáng)北湖污水處理廠尾水資源利用。規(guī)劃將北湖污水處理廠部分尾水(20×104m3/d)經(jīng)規(guī)劃北湖濕地凈化到地表水準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)，再輸送至北湖及周邊渠道進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，既有利于北湖水系活水循環(huán)和水生態(tài)修復(fù)，也有利于長(zhǎng)江大保護(hù)，實(shí)現(xiàn)污染總量減排。

5.6 水質(zhì)提升管控

針對(duì)方案中提出的建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)由統(tǒng)籌考慮，結(jié)合“河湖長(zhǎng)制”建立統(tǒng)一的工程建設(shè)責(zé)任體系，便于項(xiàng)目建設(shè)管理與督查考核，并同步明確維護(hù)管理責(zé)任主體，由該責(zé)任主體統(tǒng)籌水體及工程設(shè)施的相關(guān)維護(hù)管理工作。

6 結(jié)語(yǔ)

本規(guī)劃為武漢工業(yè)區(qū)湖泊的水環(huán)境治理提供了較為可行的技術(shù)體系，具有較好的參考借鑒價(jià)值。湖泊水質(zhì)提升方案的制定必須系統(tǒng)全面，科學(xué)和準(zhǔn)確分析污染物來(lái)源與成因是北湖水質(zhì)提升工程方案制定的基礎(chǔ)，實(shí)施控源截污工程是北湖水質(zhì)提升成敗的關(guān)鍵，同時(shí)要充分發(fā)揮自然生態(tài)系統(tǒng)的自身修復(fù)能力，才能更加有效地提升工程治理措施的效率。