海綿城市在黑臭水體治理中的應(yīng)用

周 潔，胡鋼城

（中大設(shè)計集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710000）

1 研究背景

1.1 海綿城市

“在發(fā)展都市排水體系時要優(yōu)先考量把有限的降雨留出來，選擇運(yùn)用天然動力排放，建成自然蓄存、天然滲入、生態(tài)凈化的‘海綿城市’?！边@是2013 年習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作座談會上的重要講話。該講話的中心思想為：應(yīng)從減少城市內(nèi)澇、降低城市雨水徑流污染負(fù)荷、節(jié)省城市淡水資源、保障和促進(jìn)城市生態(tài)環(huán)境健康的角度考慮，引進(jìn)并運(yùn)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，優(yōu)先使用城市天然排水，并建立城市生態(tài)排澇設(shè)施，以發(fā)揮城市水體、城市道路、綠地等對降雨的蓄滯、緩釋、吸納等功能。

1.2 黑臭水體

21 世紀(jì)以來，由于市場經(jīng)濟(jì)日益發(fā)達(dá)，城市人口也日益增加，隨著社會活動的不斷增加，進(jìn)入河水的污染物也隨之增多，使得河水環(huán)境自然變遷、生態(tài)分解等，導(dǎo)致城市河流逐漸變成了一個難以處理的主要污染源，這便是所謂的城市“黑臭水體”[1]。城市黑臭水體不但給民眾造成了極差的感官感受，而且直接危害著民眾的正常生產(chǎn)生活，同時也嚴(yán)重危害著當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，導(dǎo)致城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量嚴(yán)重下降甚至失效，區(qū)域內(nèi)的水環(huán)境質(zhì)量難以達(dá)到規(guī)劃要求。水污染治理已迫在眉睫。

2 建設(shè)要求及途徑

海綿城市建設(shè)要求以生態(tài)建設(shè)為優(yōu)先原則，并將人工舉措和天然路徑相結(jié)合，來緩解城市中降雨調(diào)蓄、空氣凈化和生態(tài)建設(shè)使用等重大問題。

海綿城市的建設(shè)途徑大致有3 個方面：①對城市規(guī)劃內(nèi)自然水域生態(tài)系統(tǒng)的有效保護(hù)，通過合理保護(hù)城市湖水、河流、濕地等天然水域進(jìn)行降雨調(diào)蓄、徑流量預(yù)測管理以及應(yīng)用自然形成大強(qiáng)度降雨[2]；②運(yùn)用生態(tài)的手段恢復(fù)和補(bǔ)救已受到嚴(yán)重破壞的城市水體和其他自然環(huán)境；③采用低影響開發(fā)手段使用降雨資源，通過合理調(diào)控降雨徑流污染，最大限度地減少對城市原有水體和自然環(huán)境的破壞，從而提高對降雨的積累、滲透和凈化。

中國城市黑臭水體防治工作中，不僅要全方位解決黑臭問題，還要從多途徑科學(xué)地建立補(bǔ)水源頭，以改變都市水體的動力條件，并逐步恢復(fù)都市水體生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)水域的自我凈化能力，以達(dá)到都市水體環(huán)境不斷改善，并有效保護(hù)。在黑臭水體環(huán)境解決途徑中，通常需要采用內(nèi)源處理、控源截污、活水循環(huán)、清水供給、水體凈化、生態(tài)恢復(fù)等綜合舉措來減少大中城市黑臭情況。

作為初期雨水污染物管理和監(jiān)控室“控源截污”計劃中的主要內(nèi)容之一，內(nèi)源治理中水體底泥所含污染物是必須解決的重點(diǎn)問題。在當(dāng)前水資源日趨短缺的形勢下，對于河涌清水補(bǔ)給將最優(yōu)選擇并最大化地使用雨水資源。通過一定的管理手段對降雨進(jìn)行有效凈化，用以補(bǔ)充河涌，并且輔助活水循環(huán)設(shè)備，對河涌水域在保持脫除工藝中黑臭水體后的長效性也非常關(guān)鍵。

人工濕地、生態(tài)堤岸是提高水體自凈能力的重要途徑之一。

3 共同建設(shè)需求

海綿城市建設(shè)和黑臭水體的整治，在設(shè)計理念和建設(shè)路徑上都有不少共同之處。

雨水徑流量管理是海綿城市的關(guān)鍵要素，一般采用自然地下水體、自然水域以及人工方法形成調(diào)蓄利用水池作為有效管理徑流量的主要手段[3]。使用凈化后的水體形成天然雨水調(diào)蓄池，有助于緩解海綿城市中的雨水調(diào)蓄設(shè)備占地問題。

若使黑臭水體在經(jīng)過處理后能達(dá)到長效性，其必要措施就是充分發(fā)揮海綿城市工程的消能，提高都市中降雨徑流的滯蓄和凈化作用，補(bǔ)給自然水域，提高水域動能。

黑臭水體整治中引入人工濕地、生態(tài)堤岸等保護(hù)措施，也是中國海綿城市建設(shè)中生態(tài)修復(fù)和環(huán)境保護(hù)的一種方式[4]。

綜上所述，海綿城市工程與黑臭水體污染治理對降雨徑流污染防控、降雨調(diào)蓄運(yùn)用、水體生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面有著共同的要求，所以在具體工程項(xiàng)目實(shí)施中，將二者有機(jī)融合，既能節(jié)省施工費(fèi)用，也能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)施工效果。

4 工程設(shè)計案例構(gòu)想

4.1 項(xiàng)目概況

4.1.1 項(xiàng)目位置及現(xiàn)狀

石安河（東海）是石梁河水庫到安峰山水庫的一條人工開挖的平底河道，貫穿東?？h南北，全長55 km，河底寬度20～30 m，高程14～15 m，集水面積173 km2。石安河設(shè)計行洪流量為660 m3/s，防洪標(biāo)準(zhǔn)20 年，洪水位19.9 m，常水位18.0 m；設(shè)計排澇流量70 m3/s，排澇水位18.0 m。

近期，石安河已進(jìn)行了綜合整治工作，河道的排澇、景觀等功能已得到明顯改善，但仍不能應(yīng)對兩側(cè)農(nóng)田開發(fā)強(qiáng)度增加、汛期水量過大等帶來的問題，河水的黑臭問題主要是由于污水直排，加之位于上游的桃林鎮(zhèn)、安峰鎮(zhèn)為主要流域性污染源輸入，石安河水源地自身供應(yīng)能力不足，水域排污自凈能力嚴(yán)重受限，石安河水體質(zhì)量遲遲無法獲得有效提升，且在雨季時城區(qū)的排澇功能受到了嚴(yán)重威脅。石安河區(qū)域位置圖如圖1 所示。

圖1 石安河區(qū)域位置圖

4.1.2 存在問題

上游屠宰場產(chǎn)生的污水對水體污染嚴(yán)重。位于石安河上游的村落并無排水系統(tǒng)，生活污水經(jīng)常直排入河，尤其是在桃林鎮(zhèn)，由于全村以宰牛為生，屠宰廢水對石安河的污染更是嚴(yán)重。石安河上游污染情況如圖2 所示。

圖2 石安河上游污染情況

城區(qū)雨污合流體制。石安河北片區(qū)幸福路以東排水系統(tǒng)不完善、不正規(guī)，多為合流制，一般利用振興路、鋼鐵路附近的排口進(jìn)入石安河。石安河城區(qū)段排放口污染情況如圖3 所示。

圖3 石安河城區(qū)段排放口污染情況

初期雨水污染。石安河淡水補(bǔ)水率較低，僅在灌水時節(jié)有少許補(bǔ)水或者在漲潮期引海水補(bǔ)水，所以在降雨時，會因?yàn)槌跗谟晁畯搅魑廴炯又厮虻沫h(huán)境污染。

4.2 總體思路

運(yùn)用海綿城市工程理念，整合黑臭水體處理手段，把石安河建成具有修復(fù)生態(tài)水體、降雨調(diào)蓄滲透等功能的生態(tài)景觀河道。為達(dá)到上述效果，需建立雨水收集和初沉系統(tǒng)、濕地環(huán)境和生態(tài)自我修復(fù)系統(tǒng)、滲透調(diào)蓄系統(tǒng)和堤岸景觀系統(tǒng)。

4.3 工程方案

4.3.1 排水收集系統(tǒng)

對以上村鎮(zhèn)污水實(shí)施雨污分流，設(shè)置一體化污水處理設(shè)備，處理合格后排入河道。老城區(qū)內(nèi)的雨水管渠，分區(qū)分期按重現(xiàn)期P=2～5 年改造；城市排澇標(biāo)準(zhǔn)按P=20 年設(shè)計。郊區(qū)段按10 年一遇拓寬清淤，建設(shè)南庵節(jié)制閘。城區(qū)在入?？谛陆◤?qiáng)排站，近期規(guī)模為20 m3/s。改造老城區(qū)排口，增設(shè)拍門。

4.3.2 排水凈化系統(tǒng)

村內(nèi)設(shè)置一體化污水處理設(shè)備，污水處理達(dá)標(biāo)后排向石安河。村莊污水處理站如圖4 所示。

圖4 村莊污水處理站

雨水凈化系統(tǒng)是能解決雨水回用的較優(yōu)辦法，在新區(qū)設(shè)置雨水凈化系統(tǒng)，同時還能實(shí)現(xiàn)石安河生態(tài)河道的目標(biāo)，能夠去除水中常規(guī)指標(biāo)，作為人工濕地的預(yù)處理設(shè)施。雨水凈化系統(tǒng)工藝流程如圖5 所示。

圖5 雨水凈化系統(tǒng)工藝流程

4.3.3 人工濕地處理系統(tǒng)和水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)

濕地處理系統(tǒng)。人工濕地布設(shè)在河流的最前端，是消除有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的重要單元，一般采取水表面流濕地與垂直潛流濕地相結(jié)合的方式。

水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。利用栽植挺水植物、沉水植物、浮葉植物等給水中微生物提供生存空間，同時去除水中污染物或養(yǎng)分，保持水體環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)和水體自然環(huán)境的均衡，即為水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)[5]。根據(jù)所在河段位置以及生態(tài)凈化功能的差異，可分為懸浮沉淀區(qū)、重金屬凈化區(qū)、富營養(yǎng)凈化區(qū)、水體平衡調(diào)控區(qū)等，一般的栽植植物有子午蓮、旱傘草、苦草、萍蓬草等。

4.3.4 雨水調(diào)蓄及滲透系統(tǒng)

河涌底泥清除。清淤工程主要經(jīng)過清淤疏通、搬運(yùn)、洗滌、回填等處理方法，以消除水域中的底泥、殘留動植物等固體廢物，以降低原有的內(nèi)源污染物[6]?？稍诤导緯r對石安河進(jìn)行清淤。河道淤泥要針對泥質(zhì)的不同情況選擇不同的處置方法，污染程度較重的污泥可采用殺菌或脫水處理的常規(guī)工藝后進(jìn)行填埋處理；污染程度較輕的污泥可簡單處理后作為園林綠化用土，從而達(dá)到底泥的生態(tài)利用。

階梯式雨水調(diào)蓄。石安河經(jīng)新城區(qū)時，將河道分段布設(shè)成臺階狀，即可起到降雨的調(diào)蓄效果，也可適應(yīng)城市總體風(fēng)貌的規(guī)劃要求。在梯級和斷面連接處設(shè)立疊石跌水景觀節(jié)點(diǎn)，為河道帶來生機(jī)活力，同時還可滿足水域的自然充氧，并為水域中的動植物、菌群的存活提供必要的自然環(huán)境條件。

生態(tài)堤岸構(gòu)造。在石安河兩側(cè)堤岸設(shè)置生態(tài)護(hù)坡，增加河道的自凈能力。在滿足工程安全規(guī)范的情況下，使河道線性更加靈動、美觀，對河道堤岸做造型設(shè)計。駁岸在實(shí)際工程設(shè)計中，可選擇天然緩坡駁岸、天然塊石駁岸、梯級濕地駁岸、直立擋墻駁岸或兩兩結(jié)合等形式。

5 結(jié)語

海綿城市建設(shè)與黑臭水體綜合整治在降雨收集系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、雨水調(diào)蓄及滲透系統(tǒng)、濕地處理和水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)等方面都能找到共同需求及共同建設(shè)途徑，可共同實(shí)施，協(xié)同發(fā)揮效應(yīng)，以達(dá)到施工經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化和節(jié)約費(fèi)用的目標(biāo)。