环境发展专报面向平原河网区城市水环境
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摘要
平原河网区城市地势低平、河网密布、河流水动力微弱。受城市化进程的影响，平原河网区面临水环境品质下降、地表径流污染物含量升高、水生态恶化加剧等生态环境问题，极大制约了区域经济社会高质量发展与高品质生活的创造。为提升平原河网区城市水环境品质，“十三五”水专项“苏州区域水质提升与水生态安全保障技术及综合示范项目”以苏州市中心区为试点区域，采取原型观测、模型试验与数值模拟相结合的方法，深入剖析其面临的主要水生态环境问题，通过自主研发的城市区域径流多维立体控制、河网补水和河道水体旁路净化、城市河网水动力优化调控、河流水生态构建与健康维系、水动力-水质联控联调等水环境提升技术，提高苏州水环境智慧化管理水平，促进苏州水环境质量持续提升。在此基础上，针对我国平原河网区水环境治理，研究提出了实施城市面源污染协同控制，削减入河污染负荷；加强推广全方位水体品质提升与水生态修复成套技术；开展水环境联防联治，细化治水责任，推动区域一体化协同治水等具体建议。
一
平原河网区城市水环境问题及根源解析
我国平原河网区主要集中在长江、淮河、海河、珠江的下游，涵盖长三角、京津冀、粤港澳大湾区三大国家级城市群及其他大部分城市群，平原河网区城市水环境问题十分突出，主要表现为三方面：一是城市河网水环境品质下降，水感官指标不理想；二是城区雨水径流污染物含量升高；三是城市河网水生态加剧恶化，水生态系统濒临崩溃。其产生的根源，主要有以下几方面：（一）城镇化率高，水污染负荷强，水环境不断恶化随着城镇化及工业化的加速发展，城市人口不断聚集，生产生活带来的点面源污染负荷持续增强，治理力度远赶不上污染速度，城市河网水环境不断恶化且逐渐丧失自净能力。例如苏州市城市污水收集率超过90％，但是雨季地表径流带来的面源污染仍十分严峻。针对苏州市新城区雨季排水系统污染负荷的研究表明，排入河道的面源污染物中60%～70%源于地表径流，30%～40%来自排水管道沉积物，主干路和商业区道路的地面径流污染负荷更高。（二）水系连通性差，水体流动性弱，水环境容量减小在工业化和城市化进程中，高强度的城市开发建设紧逼水环境承载力极限、人水争地现象打破了城市水环境空间均衡。城市河道被挤占、河道淤积现象严重，导致河网分割、水系畅通性差，使原本流动性较弱的平原河网区城市河道更加水流不畅。并且，为防御洪涝灾害，在城市建设众多水利工程，形成大小包围控制，河网水系被进一步阻断，水体流动性进一步减弱。（三）水生态系统部分缺失，生态结构不稳定，河网正常功能受损近年来，为保证城市河网的航运、景观、泄洪等功能，河道硬化且经常疏浚，水生态系统中河底部分损坏缺失，水生分解者及大型维管束植物的生境遭到破坏，导致生态位空场、食物链失衡，水生生态系统物质流、能量流紊乱，抗扰动能力下降。同时，由于分解者的缺失，水体中动植物的尸体、残枝不能有效分解，水体进一步变质发臭，影响河网的正常功能和水景观的呈现。（四）水利工程复杂，多目标调度困难，调度精度难以保证平原河网区城市闸泵工程众多、水系复杂，要兼顾防洪排涝、水环境、水生态等多目标需求，闸泵联合调度难度大，城市水环境改善的水动力调控阈值不明确，缺少城市水体感官愉悦度与生态健康评价技术指导文件，缺乏智能化、精准化的调度管理决策平台。目前平原河网区城市水环境调度主要依靠人工，凭借经验或采取试错的方式调控闸泵等水利工程，人为因素影响较大，调度响应时间一般为20分钟以上，水力调度精度难以保证，经常导致流速忽高忽低，水资源利用效率不高，水环境改善效果也不稳定。（五）市政基础设施运管粗放，运行效能偏低水处理设施目前未实现常态化数字化管理；雨污收集排放系统，未实现多时空尺度的入流入渗解析，存在过度占用管网输水能力和管网漫溢等问题。总体上看，各环节排水基础设施整体运行效能偏低，运行管理水平有待提升，包括定量诊断排水管网入流入渗、筛查修复高危区域、联动优化污水处理厂和排水管网以实现全系统雨季高效运行，一体化、集成化、数字化管理等存在相应的技术瓶颈。二
试点成果成效
为提升平原河网区城市水环境品质，“十三五”水专项“苏州区域水质提升与水生态安全保障技术及综合示范项目”以苏州中心区为试点区，从径流污染控制、水动力优化调控、水生态修复三方面开展研究，研发了城市区域径流多维立体控制、河网补水和河道水体旁路净化、城市河网水动力优化调控、河流水生态构建与健康维系、水动力-水质联控联调等技术，促进了苏州水环境质量持续提升。（一）雨水径流控源截污针对城镇化加速发展、城市人口聚集带来的面源污染负荷持续增强问题，以苏州为代表的具有“四高一低”（降雨量高、河网密度高、地下水位高、土地利用率高和土壤入渗率低）的区域特点为导向，提出城市区域径流污染多维立体控制技术，借助分散式海绵设施和地块内低影响设施建设，构建基于源头减排-过程优化-末端控制的径流控制体系。通过植草沟、植被缓冲带、透水路面、淹没式自排系统管道防沉积装置、软质外壁可膨胀式弹性滤池等措施削减径流污染负荷，实现全年COD、TN、TP污染负荷分别削减～吨、13.4～46.1吨、1.13～3.87吨，达到全方位全过程控制雨水径流污染的效果。（二）典型污染源快速净化针对高强度城市开发挤占城市河道空间、河道淤积严重、水系连通性差、水体浊度升高，藻华风险上升等问题，创新提出河网补水水源净化技术与河道水体旁路净化技术，降低补水水源悬浮物含量与藻密度、削弱底泥型和藻源型内源污染风险。在苏州平江片区的试点示范表明，可实现净化设施水力停留时间不超过40分钟，悬浮物去除率达60%以上，河道水体透明度可提升至1.5m以上。目前，示范区河道水体清澈，水草恢复，感官品质有了大幅提升，得到苏州市水务局和周边居民及游客的认可，环境效益明显。（三）河流水生态构建与健康维系针对城市河网水生态结构破坏严重、生态系统恢复力弱等问题，项目组研发了高效、稳定的水草生境构建技术及水生生物链构建技术，构建稳定的城市河网水生态结构。形成河网水生态长效维系机制，城区河流生态系统逐渐恢复，稳定生态结构逐步形成，河网沿岸形成优美的生态景观。示范区域河道大型水生植物覆盖率大幅提升，总体水生植物覆盖率可稳定维持在27%～32%之间，部分重点河道的重点断面水域大型水生植物覆盖率接近%。（四）城市河网水动力优化调控针对城区水利工程运行效能偏低、水环境调度粗放，多目标调度困难，调度精度难以保证等问题，提出城市河网水动力阈值确定方法，比如苏州和上海市典型河道水动力调控上限阈值为0.13～0.15m/s，下限阈值为0.03～0.04m/s。明确以水动力阈值为目标的河网水动力优化调控准则，研发了基于物联网、大数据和数值模型的智慧水管理云平台，对苏州城区河网闸、泵进行智慧管控，实现.8km2范围内近条河道的水位调控精度控制在5cm以内，水动力调度响应时间缩短至5分钟以内，破解了城市河网水动力精准调控的国际难题，助力苏州市城区水环境品质稳步提升。（五）水设施功能提升与全系统调控针对平原河网地区管网入流入渗严重、污水厂雨季运行效能差、污水无组织漫溢风险高、雨季水环境质量受冲击负荷影响等问题，通过水环境设施雨季协同调控，实现排水管网运行参数、泵站控制时序、污水厂进水负荷的同步优化，实现多年平均降雨条件下城区福星片区排入水环境的COD负荷削减11.7%，并通过水环境设施一体化管理平台，实现苏州中心区管网、泵站、污水厂等水设施的一体化协同管理，实现了设施效能评估和系统调控的智慧化管理。三
对策建议
水专项在苏州中心区开展的平原河网城市水设施效能提升与全系统调控试点示范，形成了具有区域特点的水环境质量提升与水生态安全保障技术体系，为长江、淮河、海河、珠江等下游平原河网区乃至全国的水行业运营与监管技术进步提供技术借鉴和支撑。（一）实施城市面源污染协同控制，削减入河污染负荷建议地方管理部门通过“绿灰蓝”设施耦合和布局，优化海绵设施空间布局规划，实现城市面源污染的协同控制。一是国土和建设部门要重视城市绿色基础设施的建设，充分利用绿地、广场、道路等生态空间格局，利用区域径流多维立体控制等低影响开发技术和方法，从源头提高径流污染削减率、控制入河污染物总量。二是城市水务部门要着眼于城市水设施的提质增效，提升排水管网、污水处理厂等灰色基础设施的全系统调控能力，实现面源污染的过程削减。三是水利及生态环境部门通过生态河道建设，实施末端控制，系统解决城市面源污染对水环境的冲击，提升水体自净能力。构建以分布式低影响开发设施和自然水系为主，“绿灰蓝”设施并重的生态雨水系统，将海绵城市建设理念融入城市建设各个关节，保留自然海绵，修复半人工海绵，修建人工海绵，构建智能化远程监测监控系统，实时监控海绵建设成效。（二）在平原河网区加强推广全方位水体品质提升与水生态修复成套技术一是推进“源头减排-过程优化-末端控制”全方位的河湖畅流，网-厂-河一体化协同调控技术。建议地方管理部门根据城市水系总体布局，发展水环境水设施智能监测网络，实现水量、水位、水质信息的实时采集记录，结合水动力-水质联控联调等技术措施，实现复杂水网区闸、泵、堰工程群的精准化、智能化联合调控，加强河、湖、荡水系连通。结合管网运行水位，优化污水管网输配水机制，加强污水厂之间的互联互通，构建水设施一体化管理系统平台，实现网-厂-河一体化协同调控，促进水设施提质增效。二是推广水生态系统构建与健康维系技术体系，提升水体感官。针对感官类典型污染物，建议推广应用河道水体悬浮物去除等特色技术进行靶向治理，提升水体感官。推广应用竖直坡岸的生态改造技术、硬质河底水生植物种植低成本实用技术、低风险快速生物控藻技术等基于生境营造的水生态修复技术，恢复和重构生物链，修复生态系统结构，改善生态系统功能，实现河流生态健康长效维系。（三）开展水环境联防联治，细化治水责任，推动区域一体化协同治水构建基于新一代信息采集和监控基础设施的水资源综合管理平台，提升生态环境、水务、住建、国土等部门间的协同与信息融合能力，以“数字化+信息化”监管压实治水各主体责任，实现城市涉水数据共享共用、集中解析、统一决策，建立交界区域水环境联防联治、跨行政区域协同治水机制，形成流域-区域-城市一体化治理格局。撰稿人：王素霞钱玲毕可徐成环境发展中心
撰稿人：贾海峰孙朝霞曾思育席劲瑛朱强
撰稿人：清华大学
撰稿人：吴时强谢忱柳杨丁瑞
撰稿人：水利部交通运输部国家能源局：
撰稿人：南京水利科学研究院
撰稿人：何圣兵上海交通大学
撰稿人：何培民上海海洋大学
撰稿人：陈嫣上海市政工程设计研究总院（集团）
有限公司
撰稿人：潘杨苏州科技大学
（科技中心供稿）
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