吳 蕾，朱慧孌

(1．安徽省環(huán)境科學研究院，安徽省污水處理技術重點實驗室，安徽合肥230022;

2．中國科學院殼幔物質與環(huán)境重點實驗室，中國科學技術大學地球與空間科學學院，安徽合肥230026)

河流是城市的生命線，是城市生態(tài)系統(tǒng)中的亮點。然而隨著城市的快速發(fā)展和人口的迅猛擴張，很多城市河流的健康受到了極大威脅。因缺乏清潔水源而導致的河床干裸，因污水排放而導致的河道黑臭現(xiàn)象時有發(fā)生，使得很多城市河道基本失去了城市河流應有的功能。過去很長一段時間中，我國的城市河道綜合整治手段更多地局限于河道本身，缺乏從流域視角的考慮，城市河道治理也缺乏系統(tǒng)的理論指導［1－4］。而現(xiàn)代的河流治理已突破點、線而延展到了面，即由關注河道治理延展到了整個流域的管理和治理。

十五里河為巢湖一級入湖支流，位于合肥市區(qū)西南部，由西北向東南穿過高新區(qū)、政務區(qū)、包河區(qū)在同心橋處匯入巢湖，是合肥市重要涉水景觀。作為巢湖流域3條重污染入湖河流之一，十五里河綜合治理備受關注。該研究介紹了十五里河流域概況、水質、水量現(xiàn)狀和河道治理現(xiàn)狀，分析了河道污染源構成并進行了主要問題識別，最后以整個流域為尺度，列舉了十五里河水環(huán)境綜合治理措施，以期為十五里河水環(huán)境改善提供支撐。

1 十五里河現(xiàn)狀

1．1 流域概況 十五里河發(fā)源于合肥市大蜀山南麓，河道全長35 km，流域面積111 km2，河道平均坡降0．72‰，不能通航。在河道上游建有人工湖泊天鵝湖，從十五里河與匡河交叉處往上至大蜀山?jīng)]有明顯河道;天鵝湖下游采用溢流壩蓄水，自天鵝湖壩下至入巢湖口長約26 km，其中上游、中游、下游分別約5、10、11 km。十五里河共有4條入河支流，分別是位于河道中游的幸福渠、王年溝和位于河道下游的許小河、圩西河。4條支流流域面積總和約占十五里河總流域面積的1/3。2012年在另外一條巢湖入湖支流塘西河上游與十五里河中游之間，修建了2根長約1 470 m、直徑2．4 m的管道，用以轉輸塘西河上游的初期雨水，避免初期雨水進入濱湖新區(qū)。圖1為十五里河河道及支流示意圖。

1．2 水質狀況 十五里河從天鵝湖壩下至入湖口共設4個監(jiān)測斷面，上游設金寨路橋斷面、上游與中游交接處設繞城高速橋斷面、中游設京臺高速橋斷面、下游入湖口處設希望橋斷面(希望橋為國控斷面)，每月例行采樣監(jiān)測1次。

2014年十五里河沿程4個斷面COD、氨氮、TP年均值見表1。由表1可知，根據(jù)《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838－2002)，2014年十五里河總體水質狀況為劣Ⅴ類，主要污染因子為氨氮、TP，呈現(xiàn)出低碳高氮高磷的水質特點。圖2為2014年十五里河沿程4個斷面水質變化趨勢。由圖2可知，上游與中游交接處的繞城高速橋斷面水質最差，其次為上游的金寨路橋，再次為下游入湖口的希望橋斷面，中游的京臺高速橋斷面水質相對最好。

表1 2014年十五里河沿程水質

1．3 水量構成 十五里河水量來源主要有3種，分別是地表徑流、雨水排口晴天排污、污水廠尾水排放。根據(jù)合肥市1992年1月1日～2011年12月31日共20年的降雨資料，對十五里河多年平均條件下豐水期、平水期、枯水期的地表徑流量進行核算(其中包含塘西河上游轉輸?shù)某跗谟晁?，綜合徑流系數(shù)取0．29(已經(jīng)考慮了蒸散發(fā))，河道水面徑流系數(shù)取1。計算可得，多年平均條件下十五里河豐水期(6～9月)、平水期(3～5、10～11月)、枯水期(12月及次年1～2月)平均地表徑流量分別是14．13萬、7．96萬、4．89 萬 t/d。經(jīng)現(xiàn)場走河調查，十五里河沿岸排污口晴天排污總量現(xiàn)狀約3萬t/d;十五里河污水廠尾水排放量約10萬t/d。因此，十五里河多年平均條件下不同水期入湖水量見表2(排污口晴天排污水量和污水廠尾水排放水量忽略蒸散發(fā)量)。可見，目前在平水期和枯水期，十五里河河道水量約有一半來自于污水廠尾水。

表2 十五里河不同水期日均入湖水量 萬t/d

1．4 治理現(xiàn)狀 十五里河是合肥市西南部主要行洪通道之一，為雨源性河流。在對河道實施綜合治理前，河道彎曲，源短流急，洪枯水位變化大，水旱災害時有發(fā)生。天鵝湖以下河道由于生產(chǎn)生活污水排放和缺乏水源補給，水體流動性差，水體污染嚴重，河流生態(tài)環(huán)境較差。

在“十二五”之前，十五里河僅有少部分河段進行過整治，且主要針對防洪方面。在《巢湖流域“十二五”水污染防治規(guī)劃》中，十五里河希望橋斷面2015年底的水質目標為“75%保證率下，COD、氨氮、TP消除劣Ⅴ類”。為此，合肥市水務局組織編制完成《合肥市十五里河綜合治理工程初步設計》，并于2011年8月通過了合肥市發(fā)改委組織的技術審查，擬對十五里河進行綜合治理。設計范圍為自天鵝湖壩下～312國道～入湖口原長約24．74 km的河道干流段，工程按照100年一遇防洪標準設防。目前已經(jīng)完成312國道以下約14．2 km河段的整治工作，其他河段綜合整治正在進行。

2 污染源分析

從污染物來源分析。十五里河流域面積111 km2，城市建成區(qū)面積約占2/3，中上游基本為城市建成區(qū)，中下游為城市建設區(qū)，分布有一定面積的農(nóng)田和村莊。流域污染來源主要有生活源、工業(yè)源、農(nóng)田流失、畜禽養(yǎng)殖和城市徑流。經(jīng)調查分析，流域內(nèi)2014年底總人口約28萬人，城鎮(zhèn)人口占80%左右。在河道下游建有十五里河污水處理廠一座，一期、二期工程總處理能力為10萬t/d，出水標準為一級A，除接納本流域生活污水外，還接納了濱湖新區(qū)部分區(qū)域的生活污水，目前為滿負荷運行;流域工業(yè)企業(yè)主要位于中下游的包河工業(yè)園區(qū)，企業(yè)排放廢水均接管進入十五里河污水處理廠，工業(yè)廢水量僅占污水廠進水總量的4%左右;農(nóng)田和畜禽養(yǎng)殖主要分布在中下游的包河區(qū)，污染物在降雨期間隨地表徑流以面源形式入河;城市面源污染除本流域城市徑流外，在河道中游還承擔了塘西河上游轉輸?shù)募s30 km2的初期雨水污染［5］。經(jīng)計算，流域主要污染源為生活源，COD、氨氮、TP分別占入河總量的60%、80%、75%左右，其余則主要來自于城市面源。經(jīng)核算，在巢湖流域入湖污染負荷中，十五里河以約2%的水量貢獻了6%～7%的污染物。

從污染入河途徑分析。根據(jù)河道水量來源，流域污染物入河可以分為3個途徑，分別是沿河雨水排口旱季排污(包括支流排口旱季排污)、污水廠尾水排放、地表徑流。根據(jù)調查分析，污染物主要入河途徑為沿河排口旱季排污，其中COD約占總入河量的50%左右，TN、TP約占總入河量的70%左右。

3 問題識別

根據(jù)十五里河流域水質現(xiàn)狀及污染源分析，結合大量現(xiàn)場調查結果，總結十五里河流域環(huán)境現(xiàn)狀主要存在以下問題:

3．1 污水管網(wǎng)建設不夠完善 十五里河上游高新區(qū)、政務區(qū)排水體制建設標準為雨污分流，包河區(qū)新建城區(qū)為雨污分流，老城區(qū)部分區(qū)域依然為雨污合流。通過走河發(fā)現(xiàn)，即使是雨污分流的區(qū)域污水管網(wǎng)錯接、混接現(xiàn)象依然嚴重，晴天時沿河雨水排口有大量污水排出;且由于十五里河上、下游落差大，下游沿河截污干管管內(nèi)基本處于滿流狀態(tài)，較高的管道壓力導致進污水廠前干管破損現(xiàn)象嚴重，大量污水溢出直接進入十五里河。這是造成河道水質污染的主要原因。

3．2 現(xiàn)狀污水廠配置不甚合理 目前十五里河流域僅有下游的一座污水廠，一期設計規(guī)模5萬t/d，2009年投入運行，二期設計規(guī)模5萬t/d，2014年投入運行，出水標準均為一級A，尾水通過管道直接排入十五里河，距離入湖口約7．5 km。目前三期工程10萬t/d正在建設，預計2016年完工。根據(jù)相關規(guī)劃，十五里河污水廠遠期(2030年)設計規(guī)模將達到30萬t/d。而十五里河上、下游河道落差大，將上游污水全部收集到下游污水廠進行處理存在諸多弊端，一是增加管道投資，二是增加下游污水干管管道壓力，容易造成管道破損，三是未來30萬t/d甚至更大規(guī)模的尾水均直接排入下游河道，自凈時間短，不利于降低入湖污染負荷，四是污水廠尾水作為城市河道補水的一個重要來源，若尾水全部排放至下游，則河道上游完全截污后，旱季可能會出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。

3．3 城市面源污染日趨嚴重 城市面源是引起城市水體污染的主要污染源之一，具有突發(fā)性、高流量和重污染等特點［6］。城市面源污染主要由降雨徑流的淋浴和沖刷作用產(chǎn)生，通過排水系統(tǒng)排放，徑流污染初期作用十分明顯。特別是在暴雨初期，降雨徑流將地表的、沉積在下水管網(wǎng)的污染物在短時間內(nèi)突發(fā)性沖刷匯入受納水體造成水體污染，甚至一場短時暴雨之后，河道水質會下降一個級別。污染來源主要為屋面建筑材料、建筑工地、路面垃圾、城區(qū)雨水口的垃圾和污水、汽車產(chǎn)生的污染物、大氣干濕沉降等。主要污染物為有機物、SS、石油類和N、P等。十五里河流域城市土地利用、道路和小區(qū)等設施建設沒有充分考慮城市面源污染控制措施。隨著十五里河流域城市開發(fā)強度的進一步加大，城市建筑物、人口和車輛密度越來越大，城市面源污染形勢也越來越嚴峻。

根據(jù)對2014年汛期十五里河中上游雨水排口雨天出流的水質監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，在降雨較頻繁的汛期，雨污分流較徹底的中上游，雨水徑流COD、氨氮、TN、TP平均濃度約為40．5、1．6、3．1、0．26 mg/L?？梢姡诜茄雌跁r段的雨污合流及雨污混流區(qū)域，降雨徑流中污染物平均濃度會更高。

3．4 支流及入河溝渠污染嚴重 目前十五里河4條支流污染嚴重，水質均為劣Ⅴ類。幸福渠、王年溝、圩西河流域主要為農(nóng)村區(qū)域，主要污染源為農(nóng)村生活污水和農(nóng)業(yè)面源;許小河流域大部分為城市建成區(qū)，主要受沿岸生活污水污染。幸福渠、王年溝、圩西河3條溝渠尚未進行過系統(tǒng)治理，而許小河雖已在2014年完成河道綜合整治，但因治理范圍局限在河道及岸坡，且沿河截污不徹底，水質并未得到根本改善。

3．5 沿河綠化未考慮生態(tài)功能 在2013年對十五里河河道開始綜合整治之前，十五里河河道上游為硬質化岸坡，河道狹窄且比降較大;從中游至下游，河道比降趨緩，自然河道形態(tài)保留較好，岸坡植被覆蓋良好，但多樣性差，景觀雜亂，且沿岸亂建情況普遍，生態(tài)空間受到擠壓。在2013～2014年開展的中下游河道綜合整治工程中，雖然對河道進行了清淤、拓寬和岸坡整治，但對于河道岸坡的綠化設計卻并未充分考慮生態(tài)功能，部分河段岸坡至今地表裸露，河道內(nèi)部清淤過后也大多未重新配置相應的水生植物。因此，岸坡的污染截留功能及河道自凈功能并未得到充分發(fā)揮。

3．6 上游缺乏清潔水源補給 十五里河為典型的城市雨源型河流，流域面積小、匯流時間短，河道比降大，調蓄及保水能力差，汛期水位陡漲陡落，旱季則水量較少。且上游天鵝湖全年基本無下泄流量，缺乏清潔水源補給，旱季河道補水主要來自于沿河錯接、漏接的污水直排及下游的污水廠尾水排放，若上游生活污水完全截流至下游污水廠進行處理，則旱季上游可能會出現(xiàn)斷流。

4 治理措施

根據(jù)對十五里河環(huán)境現(xiàn)狀的問題識別，提出以源頭截污為核心，以過程攔截為輔助，以河道自凈為補充，輔以補給生態(tài)基流的治理策略，具體為以下幾條措施。

4．1 減少污水直排河道，優(yōu)化配置污水廠建設 治河先治污，源頭截污是城市河流水污染治理的核心。對因雨、污水管道錯接、漏接而導致的污水直排河道現(xiàn)象，以及違法侵占河道、傾倒垃圾、偷排污水等涉河違法行為，相關部門要聯(lián)動合作，加大排查力度，及時發(fā)現(xiàn)、及時整改;對新建工業(yè)排污項目要加強管理，外排廢水經(jīng)廠區(qū)預處理滿足納管標準后接入市政管網(wǎng)進入污水處理廠，杜絕新增排污口。另外，建議在十五里河中上游增設一座生活污水處理廠，收集處理十五里河上游高新區(qū)、政務區(qū)生活污水，減輕下游污水干管壓力。經(jīng)核算，建議設計規(guī)模8萬～12萬t/d，尾水就近入河補充中上游河道水量。

4．2 重視城市面源污染，應用城市低影響開發(fā)技術 城市面源污染控制主要針對初期雨水。十五里河上游區(qū)域為城市建成區(qū)，過去在城鎮(zhèn)化建設時，未兼顧城市面源污染控制問題，地面硬化率較高，徑流系數(shù)較大，人口密集，社會活動頻繁，使得初期雨水污染負荷較重。建議在上游區(qū)域按照“截流、調蓄、就地處理”相結合的思路，因地制宜建設初期雨水調蓄凈化設施，一方面可減少雨水排放對水環(huán)境質量產(chǎn)生的影響，另一方面也可降低河道行洪壓力。初期雨水具有隨機性、廣泛性、復雜性、時空性等特點，目前國家對初期雨水也沒有相關的控制標準，建議以溢流雨水的排放滿足區(qū)域水環(huán)境容量的容許值為參考標準來設計雨水調蓄處理設施。而十五里河中下游正在城鎮(zhèn)化建設過程中，尤其是下游還存有大量農(nóng)村區(qū)域，目前正處于快速發(fā)展期。建議在城鎮(zhèn)化建設中將城市規(guī)劃和環(huán)境規(guī)劃相結合［7］，在規(guī)劃整體用地布局時，劃定河道生態(tài)紅線，最大限度地保護原有生態(tài)系統(tǒng)，為河道保留足夠的生態(tài)空間，同時充分應用低影響開發(fā)建設模式，按照新型城鎮(zhèn)化建設要求，打造海綿城市，既能充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對雨水吸納、蓄滲和緩釋作用，有效緩解城市內(nèi)澇，又可以削減城市徑流污染負荷，節(jié)約水資源，保護和改善城市生態(tài)環(huán)境。

4．3 重視河道支流治理，建設生態(tài)清潔小流域 支流水質的好壞直接影響到干流水質。建議對幸福渠、王年溝這兩條以農(nóng)村生活污水和農(nóng)業(yè)面源為主要污染源的支流進行生態(tài)化治理。因這兩條支流流域內(nèi)村落近期保留，遠期將拆遷，因此，在不影響行洪的前提下可將其打造成具有景觀功效的生態(tài)處理系統(tǒng)，降低區(qū)域內(nèi)農(nóng)村生活污水對十五里河的污染負荷，遠期進行城鎮(zhèn)化建設后將污水納管處理。圩西河和許小河流域面積相對較大，需對其進行小流域綜合治理，對陸域污染源進行削減，對河道及岸坡進行生態(tài)化建設，打造生態(tài)清潔小流域。

4．4 加強河道生態(tài)建設，充分發(fā)揮生態(tài)凈化功能 沿河植被具有重要的生態(tài)功能，對維持河流生態(tài)系統(tǒng)的健康具有特殊意義［8］。河岸和河道邊坡通過截留、吸附、沉淀、過濾、凈化等作用來削減地表徑流中污染物，是降低地表徑流入河污染負荷的前兩道防線;河道內(nèi)部微生物、水生植物、水生動物共存，水生生態(tài)系統(tǒng)多樣，其自凈能力是凈化污染物的最后一道防線。建議對十五里河河岸、邊坡、河道結合景觀進行生態(tài)建設。十五里河上游處于城市建成區(qū)，因用地限制，沒有足夠條件建設大片生態(tài)濕地，可重點建設生態(tài)護岸和生態(tài)護坡;中下游河道逐漸寬敞，除河口以上3 km河道之外，其余河道均已完成綜合整治，建議對裸露邊坡進行綠化，采用覆土噴草或植草等方式恢復岸坡上的草本植物;下游3 km河道已有規(guī)劃方案，擬在原河道基礎上建設約66．7 hm2的大型濕地，既作為城市涉水景觀濕地公園，又可涵養(yǎng)水源，為河道蓄水保水，并作為十五里河入巢湖前的前置庫，進一步削減入湖污染負荷。

4．5 相機進行生態(tài)補水，確保河道生態(tài)基流 目前，十五里河上游水源在晴天時主要來自于尚未截掉的污、廢水。而隨著管網(wǎng)建設的逐步完善，晴天排污量將逐步減少，一旦上游完全截污，則上游在非汛期極可能出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。十五里河上游的天鵝湖與匡河相連，而匡河與淠河灌區(qū)的蜀山分干渠相連，淠河灌區(qū)的水源則來自于大別山區(qū)的佛子嶺水庫群。因此，在十五里河上游缺水時，可視情況從大別山調取優(yōu)質水源(地表水Ⅱ～Ⅲ類)補到天鵝湖，從天鵝湖壩下泄到十五里河干流。而為蓄水保水，正在開展的十五里河上游治理工程專門設置了5道攔水堰用以保持河道水位，既維持了河道生態(tài)用水，又可營造城市靈動水景，增加城市亮點。十五里河中游水源除上游來水外，還可利用未來新建的位于中上游的污水廠尾水及支流幸福渠和王年溝的來水。下游水源除中游來水外，最大的補水點則是十五里河污水廠尾水。另外還有支流許小河和圩西河來水。

由前述分析可知，現(xiàn)狀河道在非汛期最大的補給水源是污水廠尾水。而未來在完全截污的情況下，即使在汛期，河道水源也將有一半來自于污水廠尾水。十五里河污水廠現(xiàn)狀出水標準為一級A，水質仍然為劣Ⅴ類，離十五里河遠期Ⅲ類的水質目標相差甚遠。為加強巢湖流域水污染防治，改善地表水環(huán)境質量，經(jīng)合肥市政府原則同意，合肥市環(huán)保局于2014年提出在全市范圍內(nèi)進一步提高污水處理廠出水排放標準，縣(市)級污水廠出水在滿足一級A標準的基礎上，其中4項指標要嚴于一級A，具體是當進水中溶解性不可降解COD 值≤20 mg/L 時，COD 30 mg/L、氨氮 2．5 mg/L、TP 0．3 mg/L、TN 10 mg/L，該標準稱為準Ⅳ類標準。若污水廠執(zhí)行此標準，則尾水排入河道自凈后再流入下游擬建的濕地公園，經(jīng)濕地調蓄凈化后入湖，有望實現(xiàn)水質目標。

4．6 加強流域環(huán)境管理，開展水質自動監(jiān)測 需加強流域環(huán)境監(jiān)管，確保污水處理廠、工業(yè)企業(yè)等單位污、廢水達標排放;繼續(xù)實施老城區(qū)雨污分流改造，確保城區(qū)污水管網(wǎng)全覆蓋;繼續(xù)實施合肥市2013年推出的“河長制”水環(huán)境保護管理制度，落實各轄區(qū)行政首長負責制;除繼續(xù)實行現(xiàn)有節(jié)點斷面每月常規(guī)水質監(jiān)測外，建議在入湖口希望橋斷面建設水質自動監(jiān)測站，實時不間斷地監(jiān)測河道入湖水質情況，既可為流域環(huán)境治理提供詳實的水質數(shù)據(jù)，又可及時發(fā)現(xiàn)突發(fā)性水質異常，便于迅速開展水污染事故應急響應。

5 結語

城市河流是城市社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展必不可少的要素，隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，除水利方面的功能外，河流的自然生態(tài)屬性越來越受到社會關注?！八畻l”中指出，到2020年，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體需控制在10%以內(nèi)，這個目標對現(xiàn)狀城市河道治理來說是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。要根本解決城市河道污染問題，必須著眼于全流域，強調源頭控污，過程削減，并注重河道生態(tài)建設和自然屬性的恢復;需強化環(huán)境管理，對河道納污實施容量總量控制，管理措施與工程措施兩手齊抓，環(huán)保、水利、城建等多部門聯(lián)動合作，共同努力，為城市河道打造一個“河暢、水清、岸綠”的新景象。

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