沙坪河全流域黑臭水體治理工程綜合評價研究

葛汝冰，周 建，孫燕博，石 磊,3，李 瑋

(1. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 國家環(huán)境模擬與污染控制聯(lián)合重點實驗室，北京 100084； 2. 北控水務(wù)(中國)投資有限公司，北京 100102； 3. 南昌大學(xué) 流域碳中和研究院，南昌 330031； 4. 中國長江三峽集團(tuán)有限公司 長江生態(tài)環(huán)境工程研究中心，北京 100038)

引 言

隨著我國改革開放以來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)張、城市發(fā)展的廣度和深度都達(dá)到一個前所未有的水平，無序發(fā)展引發(fā)的環(huán)境問題也日益凸顯。其中水環(huán)境問題成為繼霧霾之后最受社會關(guān)注的環(huán)境熱點問題。根據(jù)《2014年中國環(huán)境狀況公報》，全國范圍內(nèi)423條主要河流以及62座重點湖泊(水庫)的968個國控地表水監(jiān)測斷面(點位)中，超過Ⅲ類水質(zhì)斷面占36.9%，全國水體多處出現(xiàn)季節(jié)性或常年性黑臭現(xiàn)象[1]。2015年國務(wù)院頒布實施《水污染防治行動計劃》(“水十條”)，明確提出了到2020年以及2030年年底前，地級以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)以及基本消除的總體目標(biāo)[2]。經(jīng)過多年各級行政主管部門共同努力，目前黑臭水體問題已經(jīng)取得了較大改善，黑臭污水治理成效顯著，截至2020年底，全國地級及以上城市2914個黑臭水體消除比例達(dá)到98.2%[3]，但是由于黑臭水體問題本身的復(fù)雜性，治理任務(wù)依然艱巨[4]。

學(xué)界普遍認(rèn)為黑臭水體形成的根本原因是有機(jī)物污染，但城市黑臭水體形成背后有更為復(fù)雜的水動力學(xué)成因以及城市排污網(wǎng)絡(luò)設(shè)施不匹配、管理機(jī)制不完善等因素[5-6]。黑臭水體一旦形成，代表本地水生態(tài)管理存在深層次的系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性問題[7]，因此影響也更為持久，易反彈，治理難度大。目前黑臭水體治理使用最為廣泛的技術(shù)是生物、生態(tài)修復(fù)技術(shù)，其次還有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)等技術(shù)[8]，但由于黑臭水體成因復(fù)雜，不僅包括環(huán)境因素，還受城市發(fā)展更深層次的宏觀社會經(jīng)濟(jì)層面的因素影響，這決定其綜合治理呈現(xiàn)治理環(huán)節(jié)多，牽涉方眾多，流程復(fù)雜等特性。目前的治理方案都存在系統(tǒng)性差、科學(xué)性不足、治理手段單一等問題[9]，往往只從技術(shù)層面關(guān)注解決水體質(zhì)量問題本身，忽視引發(fā)黑臭水體出現(xiàn)背后深層次的社會經(jīng)濟(jì)問題以及如何使治理成效可持續(xù)的制度機(jī)制設(shè)計。這歸根結(jié)底是緣于治理評價體系缺乏系統(tǒng)性、科學(xué)性，現(xiàn)有評價方法多是從生態(tài)環(huán)境指標(biāo)層面來對治理工程效果進(jìn)行評價[10～13]，缺乏一套兼顧生態(tài)環(huán)境與治理工程社會經(jīng)濟(jì)效益與治理可持續(xù)性的黑臭水體治理的綜合評價指標(biāo)體系。基于此，本研究嘗試建立了包含治理效果評價、治理效益評價、可持續(xù)性評價的綜合評價體系，從環(huán)境技術(shù)層面為黑臭水體治理提供明確的判別標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，同時也從社會經(jīng)濟(jì)層面，評判治理項目的經(jīng)濟(jì)性以及可持續(xù)性。通過層次分析方法確定指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合專家打分的方法評價項目案例沙坪河黑臭水體治理成效。本研究所建立的指標(biāo)體系可以作為黑臭水體綜合治理項目的評價體系模板。

1 研究區(qū)概況

1.1 沙坪河項目概況

粵港澳大灣區(qū)地處我國沿海開放前沿，迅猛的經(jīng)濟(jì)發(fā)展為環(huán)境治理埋下諸多隱患。為響應(yīng)中央關(guān)于水環(huán)境治理的號召，廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳于2017年發(fā)布《廣東省城市黑臭水體整治技術(shù)指引》，次年聯(lián)同廣東省生態(tài)環(huán)境廳共同發(fā)布《廣東省城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)實施方案》，為黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)投入巨大精力，治理成效顯著。

圖1 廣東省鶴山市地理位置及沙坪河全流域水系圖Fig.1 Location of Heshan city in Guangdong province and the water system map of Shaping River watershed

鶴山市為廣東省江門市代管縣級市，地處江門市北部，珠江三角洲西江下游右岸，沙坪河位于鶴山市東北部，緊靠西江下游右岸，流域總面積390km2，全長37.6km，貫穿鶴山市中心城區(qū)(如圖1)。項目實施前通過實地調(diào)研方式發(fā)現(xiàn)沙坪河流域內(nèi)90km河段內(nèi)主要污染源來自355家工廠、59萬頭生豬養(yǎng)殖、155處村莊生活污水以及30萬人口的城鎮(zhèn)污水，主要河段出現(xiàn)黑臭水體、污染物嚴(yán)重超標(biāo)的現(xiàn)象。同時河流存在防洪不達(dá)標(biāo)、河道斷流、生態(tài)退化等多方面問題。沙坪河黑臭水體治理項目為適應(yīng)城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜環(huán)境治理需求，打破原有“九龍治水”的多方管理體制，實現(xiàn)了創(chuàng)新的供排水一體化、水務(wù)水環(huán)境一體化、城鄉(xiāng)水務(wù)一體化的變革舉措，綜合解決跨專業(yè)的水系統(tǒng)問題。沙坪河項目共分為兩期，一期工程項目起止時間為2016～2018年，二期項目2019年開工，目前仍在建設(shè)中，本研究主要針對已完工的一期工程項目治理成效展開評價。

1.2 項目工程治理措施及關(guān)鍵成果

項目施工單位北控水務(wù)提出了流域治理技術(shù)方案和融資方案，盤活政府存量水務(wù)資產(chǎn)，帶動14.76億元的增量項目，實現(xiàn)生態(tài)資產(chǎn)全面升級。項目共建設(shè)3座供水廠，供水能力33萬m3/d，服務(wù)人口超過45萬，實現(xiàn)區(qū)域飲用水安全，給水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率100%。建設(shè)1座污水處理廠，污水處理規(guī)模8萬m3/d，服務(wù)面積13.5km2，建設(shè)的農(nóng)村污水處理工程覆蓋912個自然村，管網(wǎng)長度166km，服務(wù)人口20.5萬，流域內(nèi)污染排放得到控制，城鄉(xiāng)污水排放量大輻降低，城鄉(xiāng)水環(huán)境質(zhì)量得以提升，農(nóng)村水環(huán)境得到極大改善。項目共整治流域面積329km2，主要景觀長度9km，沙坪河城市段生態(tài)恢復(fù)良好，黑臭現(xiàn)象基本消除，提高了周邊居民的生活品質(zhì)，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益(工程具體分布見圖2)。同時通過治理沙坪河，還保護(hù)了下游水源地，保障了佛山等城市的公眾健康，降低了環(huán)境外部性。

圖2 黑臭水體綜合治理工程項目示意圖Fig.2 The schematic diagram of comprehensive black-odorous water governance project

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究中研究區(qū)沙坪河全流域自然條件等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于2020年廣東省鶴山市水利局發(fā)布的《鶴山市沙坪河流域岸線保護(hù)與利用規(guī)劃報告》以及《鶴山市河長制水質(zhì)通報》(2015-2018年)，黑臭水體治理效果綜合評價所需數(shù)據(jù)主要由工程實施完成后通過現(xiàn)場采樣，實地調(diào)研的方法進(jìn)行獲取。

2.2 沙坪河項目后評價指標(biāo)篩選及指標(biāo)庫建立

建立綜合評價指標(biāo)庫，共包含三大類33項指標(biāo)(見表1)。其中效果評價指標(biāo)21項，包括水環(huán)境績效可達(dá)性3項、管網(wǎng)系統(tǒng)績效可達(dá)性6項、廠站系統(tǒng)績效可達(dá)性4項、生態(tài)修復(fù)效果8項；效益評價指標(biāo)7項，包括環(huán)境效益評價2項、社會效益評價3項、經(jīng)濟(jì)效益評價2項；可持續(xù)性評價指標(biāo)5項，包括戰(zhàn)略價值評價2項、財務(wù)效益評價3項。

表1 沙坪河工程項目評價指標(biāo)Tab.1 Table of evaluation indexes for Shaping River project

2.3 指標(biāo)權(quán)重確定方法

層次分析法層次分析法(AHP)是美國著名的運(yùn)籌學(xué)家Satty等在20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法，在工程項目評價中有著非常廣泛的應(yīng)用[14, 15]。本研究確定了33個評價指標(biāo)，利用定量的專家打分法結(jié)合AHP計算每個指標(biāo)的權(quán)重。

CI=(λmax-n)/(n-1)

CR=CI/RI

式中，λi是特征向量，n是矩陣階數(shù)，CR是一致性比率，RI是平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，λmax為最大特征向量。CI值越大，表明判斷矩陣偏離完全一致性的程度越大；CI值越小(接近于0)，表明判斷矩陣的一致性越好。CR結(jié)果用來驗證CI得出的一致性結(jié)果是否通過驗證，CR<0.1說明通過判斷矩陣一致性通過驗證。

2.4 評價方法

采用專家評分的方法，以A、B、C等級分別賦值5分、3分、1分，各評價指標(biāo)分值與其權(quán)重乘積，加和后得到各二級指標(biāo)評分，各二級指標(biāo)分值與其權(quán)重乘積，加和后得到效果綜合評分。

3 結(jié)果與分析

3.1 評價指標(biāo)權(quán)重確定

通過層次分析方法確定各級指標(biāo)權(quán)重如表2，沙坪河項目以效果評價為主，效益評價為輔，同時考慮項目的可持續(xù)性，三者的權(quán)重占比分別為0.5、0.3和0.2，環(huán)境治理效果>工程治理效益>工程可持續(xù)性(見圖3)。

圖3 一級評價指標(biāo)篩選及權(quán)重確定Fig.3 1st indexes screening and corresponding weights determination

整個項目的水環(huán)境指標(biāo)為消除黑臭水體，黑臭水體消除達(dá)標(biāo)率、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提升比例所占權(quán)重較大。效益評價方面，社會效益是項目主要關(guān)注的效益指標(biāo)，其次為經(jīng)濟(jì)效益，然后是環(huán)境效益?？沙掷m(xù)性評價方面，戰(zhàn)略價值和財務(wù)效益對項目的可持續(xù)性意義大致相同，因此權(quán)重相同。

表2 沙坪河項目效果評價指標(biāo)權(quán)重確定Tab.2 Weights determination for evaluation indexes of Shaping River project

續(xù)表2

3.2 黑臭水體治理評價結(jié)果

沙坪河全流域黑臭水體治理工程項目評價指標(biāo)數(shù)據(jù)見表3。

表3 評價指標(biāo)數(shù)據(jù)Tab.3 Data of evaluation indexes system

續(xù)表3

各項指標(biāo)得分與其權(quán)重乘積之和為指標(biāo)相應(yīng)得分，經(jīng)過計算得到項目綜合評分為4.49(見表4)，代表綜合治理效果好(綜合評價結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)參照表5)，完全達(dá)到項目的目標(biāo)要求。其中效果評價2.35分，表現(xiàn)為黑臭水體消除、水環(huán)境改善效果明顯；效益評價1.27分，表現(xiàn)為社會效益突出，工程效益較為明顯；可持續(xù)性評價0.87分，表現(xiàn)為投資回收期較長。

表4 沙坪河黑臭水體治理項目綜合評價結(jié)果Tab.4 Comprehensive evaluation results of Shaping River black-odorous water governance project

表5 效果綜合評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Comprehensive evaluation standard

工程項目環(huán)境治理效果完全滿足目標(biāo)要求，工程實施前，沙坪河及其支流水質(zhì)處于劣V類水平，距V類水的考核要求尚有很大差距，其中氨氮超標(biāo)倍數(shù)最高，最高時刻達(dá)到6～9倍(沙坪河主干下游氨氮可達(dá)19mg/L)，其次是TP，均值超標(biāo)4～5倍，COD超標(biāo)倍數(shù)在2～4倍左右。工程實施完成后通過現(xiàn)場調(diào)查的方法對效果進(jìn)行評價，沙坪河城市段恢復(fù)生態(tài)，河水COD濃度降低47%，總磷濃度降低38%(圖4)，黑臭現(xiàn)象消除，實現(xiàn)給水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率100%，為30萬鶴山人提供了安全可靠的飲用水。同時，沙坪河沿岸生態(tài)環(huán)境顯著改善，濕地生態(tài)棲息地恢復(fù)，候鳥種群規(guī)模增大，但整體生態(tài)修復(fù)效果未達(dá)到預(yù)期，這與工程完工時間較短有關(guān)，后續(xù)應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)生態(tài)功能修復(fù)與監(jiān)測。

圖4 沙坪河項目實施前后主要污染物濃度降低效果Fig.4 Decrease of main pollutants in Shaping River before and after the treatment project implementation

環(huán)境效益方面，沙坪河城市段恢復(fù)生態(tài)，水環(huán)境包括水質(zhì)、水景觀都得到明顯改善，黑臭水體消失，同時保護(hù)了下游水源地，環(huán)境效益收效顯著，但由于項目未考慮其他資源利用導(dǎo)致環(huán)境效益評價結(jié)果不佳。

社會效益方面，該項目獲批成為廣東省河長制示范點，獲評廣東省生態(tài)修復(fù)范例，采用政企合作的機(jī)制創(chuàng)新，無人機(jī)遙感、大數(shù)據(jù)智慧平臺等技術(shù)創(chuàng)新，系統(tǒng)集成的方法創(chuàng)新，具有良好的社會工程示范效益。項目建設(shè)有廣東省首個縣級治水主題展廳，展廳集“科普教育”及“治水成果展示”功能于一體，致力提高全民綠色環(huán)保意識，使項目具有良好的社會公眾參與效益。另外，項目也具有顯著的社會生活環(huán)境效益，通過將景觀公園設(shè)計與水質(zhì)凈化功能充分融合，成功解決原先治水構(gòu)筑物與城市化景觀格格不入的矛盾，減弱了環(huán)境治理項目的鄰避效益。

經(jīng)濟(jì)效益方面，鶴山沙坪河項目未包含經(jīng)營性工程內(nèi)容，直接經(jīng)濟(jì)效益欠佳，但創(chuàng)造了良好的間接經(jīng)濟(jì)效益，具體有以下幾個方面：(1)培養(yǎng)上千高素質(zhì)人才，促進(jìn)水務(wù)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展；(2)提升城市環(huán)境；(3)助力經(jīng)濟(jì)增長；(4)吸引高品質(zhì)文化建設(shè)項目。

戰(zhàn)略價值以及財務(wù)效益決定了項目的可持續(xù)性。鶴山沙坪河項目形成了以黑臭水體治理為核心的“城鄉(xiāng)水系” 全流域水環(huán)境綜合治理鶴山模式，發(fā)展模式契合國家、廣東省以及本企業(yè)近遠(yuǎn)期發(fā)展戰(zhàn)略，具有較高的戰(zhàn)略價值。本項目內(nèi)部收益率雖稍低于投資者期望值，但高于行業(yè)平均收益，且投資回收期較短，現(xiàn)金流穩(wěn)定。

4 討 論

4.1 環(huán)境治理項目首要的任務(wù)是解決環(huán)境污染問題，環(huán)境治理效果是最為重要的評價指標(biāo)。同時，可持續(xù)性決定了項目的未來的發(fā)展?fàn)顩r，因此，黑臭水體治理綜合評價指標(biāo)體系建立應(yīng)體現(xiàn)可持續(xù)思想。目前，環(huán)境-社會-經(jīng)濟(jì)是可持續(xù)性評價的三個基本維度[16]。

4.2 城市黑臭水體成因具有復(fù)雜性，其治理以及后期維護(hù)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，建立綜合整治效果的評價指標(biāo)體系應(yīng)從社會-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)三個維度，五個主要影響因素來考量，分別為內(nèi)生因素：水環(huán)境治理效果、生態(tài)修復(fù)水平，以及外生因素：城市污水處理基礎(chǔ)設(shè)施指標(biāo)、公眾參與性、經(jīng)濟(jì)財務(wù)指標(biāo)。

4.3 項目基于全流域的水污染問題解析，應(yīng)用創(chuàng)新監(jiān)測技術(shù)，為運(yùn)營管理創(chuàng)新提供了技術(shù)保障。高光譜遙感技術(shù)作為水質(zhì)監(jiān)測的技術(shù)非常成熟，但其廣泛推廣受制于成本影響[17]，本項目通過無人機(jī)載高光譜進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，大大降低了其應(yīng)用成本，同時結(jié)合水環(huán)境與水動力模型實現(xiàn)精準(zhǔn)治理，全局統(tǒng)籌形成系統(tǒng)性工程方案，以6000多個污染源管控和一河一策治理措施數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)建立大數(shù)據(jù)驅(qū)動的全流域智慧管理系統(tǒng)。

4.4 保證工程項目可持續(xù)性還應(yīng)考慮對于項目服務(wù)對象所應(yīng)盡的社會責(zé)任[18]，更多的讓民眾參與共治將更有利于服務(wù)對象表達(dá)環(huán)境訴求。本項目通過嘗試采用政府-企業(yè)-民眾三方協(xié)同合作的創(chuàng)新管理運(yùn)營模式，建立了多專業(yè)協(xié)同、跨部門全生命周期的長效運(yùn)營機(jī)制，實現(xiàn)了政府、企業(yè)、當(dāng)?shù)鼐用袢矫娴男б婢@著提升。

5 結(jié) 論

5.1 本研究建立了以可持續(xù)為目標(biāo)的黑臭水體治理項目綜合評價指標(biāo)庫，指標(biāo)庫共包含33項指標(biāo)，包括效果評價指標(biāo)21項、效益評價指標(biāo)7項、可持續(xù)性評價指標(biāo)5項。

5.2 通過層次分析方法確定黑臭水體治理綜合評價指標(biāo)體系各級指標(biāo)權(quán)重。

5.3 項目綜合評分為4.49分，完全達(dá)到項目的目標(biāo)要求。其中效果評價2.35分，表現(xiàn)為黑臭水體治理、水環(huán)境改善效果明顯，建議繼續(xù)開展生態(tài)修復(fù)類項目，促進(jìn)生態(tài)修復(fù)；效益評價1.38分，表現(xiàn)為社會效益突出，工程效益較為明顯；可持續(xù)性評價0.87分，表現(xiàn)為投資回收期較長。

5.4 項目采用的治理技術(shù)集成以及政府-企業(yè)-民眾綜合管理運(yùn)營模式可以作為類似項目參考借鑒的范例。