南方平原河网快速城市化地区水环境综合治理方案

郝 韶 楠， 庞 红 璐， 许 莉 萍， 刘 碚 洪， 吴 付 华

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省城市水环境治理工程技术研究中心，四川 成都 610072)

0 引 言

水环境系统治理方案基本框架包括水质问题诊断、目标确定与负荷分配、河流治理任务实施和实施效果评估4个基本部分[1]，其对各子项工程进行系统统筹及方案指导，能有效增强各子项工程之间的衔接性及后期落地性，因此科学合理地编制系统方案显得尤为重要[2-4]。然而以往的系统方案研究多聚焦于“以问题为导向”，与新一轮国土空间规划理念存在一定的差异[5]。因此选择处于快速城市化阶段的佛山市狮山镇作为案例进行水环境系统治理方案研究，强调与新阶段国土空间规划相融合，在保护好生态本底的前提下，为产业及城市发展留出接口,以尽量避免产生因人口、下垫面、产业、给排水等结构性的时空不匹配带来的水环境问题。

1 研究区域及方法

1.1 流域概况

解放涌水系位于狮山镇西面，集雨面积73.68 km2，流域内包括有解放涌、三江口涌、万里长城涌、红旗涌、流北涌及南塘涌等6条主支干河涌，还有狮中涌、陈洞涌等35条村管支涌。其中解放涌呈南北走向，南起北江大堤狮山窦，北至狮山围解放闸汇入西南涌，全长10 974 m，平均宽度20 m，涌底高程-0.256 m，常水位0.94～1.74 m，最高水位3.24～3.74 m。解放涌水系的外围水系西南面为北江，西北面为西南涌，内河水系与外江相接处均有水闸控制。

1.2 水质现状及目标

为系统地摸清解放涌流域河涌湖库水质现状，共布设88个水质采样点并于2020年10月进行采样并委托有资质水质检测中心检测。主要的水质监测指标分别为化学需氧量、总磷和氨氮。其中化学需氧量测定以HJ 828-2017 《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》为依据，氨氮测定以HJ 535-2009 《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》为依据，总磷测定以GB 11893-89《水质 总磷测定 钼酸铵分光光度法》为依据。经过水质数据空间分析，解放涌主涌整体水质较好，但支毛涌水质较差，大多数支毛涌为劣五类水体，水库总体水质较好。

依据上位规划及相关文件，解放水系2025年水质目标要求：解放涌水质到达地表Ⅳ类，万里长城涌和三江口涌水质达到地表Ⅴ类。

1.3 研究方法

1.3.1 流域综合治理技术体系

解放流域水环境治理系统方案以现状水系、管网摸排为基础，科学划分解放涌流域控制单元，分析现状水质，核算现状污染负荷解析并对规划条件污染负荷，借助水环境容量计算等技术方法，围绕排水防涝、河涌截污和片区管网工程建设、活水工程建设、生态修复等建设任务，通过工程与非工程措施相结合，形成水质目标达标工程体系，同时紧密耦合新一轮国土空间规划，为快速城市化做好环境空间留白。

1.3.2 控制单元划分

依据自然汇水、市政管网及遥感影像资料，将解放涌流域划分为44个控制单元，解放涌流域控制单元见图1。

图1 解放涌流域控制单元

1.3.3 污染物总量控制

(1)污染负荷估算方法。从点源、面源、内源三个方面，对解放涌流域污染负荷进行估算。参照《全国水环境容量核定技术指南》以及相关文献[6,7]，各类污染负荷估算方法见表1。

表1 各类污染负荷估算方法

(2)水环境容量计算方法。纳污能力计算模型参数的选取参照《水域纳污能力计算规程》《地表水资源保护规划补充技术细则》。结合现有调查资料和水功能区内各河流在规划条件下均为单向流的情况，该次使用的公式法可以满足需求。

W=365×86.4×Qh[Cs×exp

(K×L/86 400u)-C0]

式中W为水环境容量，Qh是流量，m3/s；C0是初始断面污染物浓度，mg/L；Cs是某水质要素的水质标准(水质目标)；u是河道断面设计流量下的平均流速，m/s；K是各类污染物综合衰减系数，1/s。

(3)污染负荷削减分配方法。基于项目落地性考虑，该方案设计从控源截污工程的控制效果为基础，在收集率95%的前提下对污染负荷削减量进行分配，并对面源及水生态工程措施的效果进行削减量估算，在仍达不到水质目标的情况下，通过生态活水工程对水环境容量进行扩容补足。

2 流域污染物总量削减分配

2.1 污染源解析及预测

(1)现状污染源解析。解放涌流域现状各类污染源COD、氨氮和总磷入河总量分别为3 613.77 t/a、384.02 t/a和56.03 t/a。现状解放流域各类污染源入河总量见表2。其中生活污染源对流域COD、氨氮和总磷的贡献率较高。

表2 现状解放流域各类污染源入河总量

(2)污染源预测。基于现状治理水平不变的情境下，根据相关上位规划，对2025年解放涌流域主要污染物入河量进行估算, 现状治理水平下规划年各类污染源下河总量见表3。规划年解放涌流域各类污染源COD、氨氮和总磷的入河量分别为4 168.17 t、447.83 t和63.1 t。

表3 现状治理水平下规划年各类污染源下河总量

2.2 水环境容量确定

(1)设计流量及流速。参考《佛山市水功能区纳污总量核定》关于设计流量参数概化的方法，该次计算将河涌分摊陆域产水量乘以1.1倍系数放大，同时根据各计算河道的实际资料情况采用合适的方法估算其设计流速，缺乏资料的河段，采取水文比拟等方法确定其水文条件。

有资料时，按下式计算：

V=Q/A

式中V为设计流速；Q为设计流量；A为过水断面面积。

无资料时，采用经验公式计算断面流速。

(2)初始浓度值Co和水质目标Cs的确定。水功能区初始断面污染物浓度C0值和出口断面水质目标值Cs，按照不同类别的水质指标确定，取值按照上一个水功能区的水质目标值Cs是下一个水功能区的初始浓度C0值的方法确定。水质目标Cs值为该功能区的水质目标值。不同水质目标类别的初始浓度值C0和水质目标浓度Cs值取值结果见表4。

表4 不同水质目标类别的初始浓度C0和水质目标Cs值取值结果 单位：ml/L

(3)综合衰减系数K值。根据相关研究成果，计算中取河涌的衰减系数COD取值0.2 /d、氨氮取值0.1 /d，总磷取值为0.01 /d。

(4)水环境容量计算结果。经过计算，各个控制单元对应的水环境容量见表5。

表5 各个控制单元对应的水环境容量

2.3 污染削减分配分析

以控制单元为基本控制单元，经计算，2025年COD、氨氮和总磷的污染目标削减量为2 181.49 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

3 流域治理与可行性分析

3.1 系统方案工程方案

(1)点源控制。该方案中排水管网的完善按照由大到小、先主干后分支、逐步推进，本工程新建污水管网(干管及支管)约95 km，雨水管网约55.7 km，并结合管网运维单位对现状管网的改造、修复，以及对污水源头(自然村、工业区)实施雨污分流工程及相关行政管理措施后，加上本工程实施后，污水收集率可达95%。

(2)面源控制。依据《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》等国家相关政策要求，同时参考南海区相关研究成果，确定解放水系流域范围年径流总量控制率目标值，2020年重点区域率先达到70%，远期(2030年)整个区域达到67%。

(3)活水工程。解放水系8条支毛涌活水工程提水泵站规模分别为：万里长城涌为3.0 m3/s；南塘涌为2.0 m3/s；金鸡涌为1.0 m3/s；黄边涌为1.0 m3/s；陈洞涌为0.8 m3/s；蟹口涌为0.5 m3/s；流北涌西坑涡毛涌为0.5 m3/s；文笔涡涌为0.4 m3/s。

(4)水生态修复措施。该方案对佛山市南海区解放水系流域主要河涌进行水生态修复工程，涉及到生态修复构建河涌总长度为39.48 km。

3.2 工程实施效果预估

根据解放涌流域水质目标考核要求，在规划条件下，即截污工程不断完善，内源整治、补水活水、生态修复等多项措施并举的条件下，各项工程对COD、氨氮、总磷负荷削减量分别为2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，各类污染源COD、氨氮和总磷污染物入河量分别为2 511.98 t/a、260.62 t/a和42.24 t/a。综合分析在项目顺利完工后，解放涌流域可实现既定的水质目标。

4 衔接规划

对现阶段散排生活污水提出截污纳管需求，并对下一步城市化发展产生的市政生活污水进行留白。解放水系流域范围年径流总量控制率目标值，2020年重点区域率先达到70%，远期(2030年)整个区域达到67%。解放流域范围内产业发达，需要进一步对同类及上下游产业进行优化集中布局，并构建专门工业污水厂对工业污水进行处理。

5 结 语

基于控制单元划分及污染物总量控制分析，建立了水环境综合值技术体系，从水环境、水资源、水生态的角度出发制定流域水环境系统治理方案。

污染源解析及水环境容量计算结果表明，2025年解放流域COD、氨氮和总磷的污染目标削减量为218 149 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

采用该系统方案，预期能实现对COD、氨氮、总磷负荷削减量分别为2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，该工程方案系统设计合理可行，可供类似水环境综合治理项目借鉴。

在快速城市化地区，从城市发展愿景出发，与新时期国土空间规划紧密结合，形成“山-水-林-田-城-湖-草-沙”的生态城市体系。