季永興，韓非非，施震余，陸 揚

(1.華東建筑集團股份有限公司,上海 200041； 2.上海市水利工程設計研究院有限公司,上海 200061)

2018年11月，國家以上海青浦區(qū)、江蘇吳江區(qū)、浙江嘉善縣約2 400 km2的區(qū)域設立長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)(以下簡稱“示范區(qū)”)，其中先行啟動區(qū)約660 km2、協(xié)同區(qū)約450 km2(圖1)，并要求把保護和修復生態(tài)環(huán)境擺在優(yōu)先位置，打造“生態(tài)價值”“綠色創(chuàng)新發(fā)展”“綠色宜居”3個新高地，以“一河三湖”(即太浦河、汾湖、淀山湖、元蕩)為重點，加強生態(tài)環(huán)境綜合治理，構建優(yōu)美和諧生態(tài)空間，建設世界著名文化生態(tài)湖區(qū)。示范區(qū)位于典型的江南水鄉(xiāng)區(qū)域，河網(wǎng)縱橫、湖蕩密布，水資源極其豐富。受行政區(qū)劃影響，區(qū)域內(nèi)河湖水環(huán)境既受本地各類污染源排放影響，也受上游來水水質(zhì)影響。上海片區(qū)水環(huán)境既受上游太湖來水水質(zhì)影響，還受太浦河穿越江蘇吳江、浙江嘉興沿線匯水水質(zhì)影響[1-2]，也有來自江蘇昆山經(jīng)淀山湖下泄來水水質(zhì)影響[3-4]。雖然，近年青浦環(huán)城水系[5-6]、國家會展中心周邊水系[7]、新塘港、新誼河等河道經(jīng)過綜合整治，但都是局部零星治理，未形成整體系列治理，仍然存在河湖水環(huán)境面貌不佳和水質(zhì)狀況不穩(wěn)定等現(xiàn)象，與《長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)總體方案》提出的要求還有很大差距。為了盡快提升上海片區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，在示范區(qū)尚未完全形成一體化協(xié)作機制前，上海市有關部門希望先行研究示范區(qū)上海片區(qū)水生態(tài)環(huán)境綜合治理方案，梳理河湖水系資源，分析水環(huán)境狀況，提出水生態(tài)環(huán)境治理原則、目標、思路和措施，并明確近期重點任務。

圖1 長三角一體化示范區(qū)區(qū)域位置

1 水環(huán)境現(xiàn)狀及問題

1.1 河湖資源

長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)上海片區(qū)主要指上海市青浦區(qū)。青浦區(qū)總面積約668 km2，處于太湖流域下游，地勢低洼，易受洪、澇、潮多重災害威脅。區(qū)內(nèi)河湖水系密布，水資源稟賦豐富，共有湖泊24個，面積約57 km2；河道1 945條，長度約2 418 km，河湖連通，水面率約18.66%。區(qū)內(nèi)防洪除澇系統(tǒng)由流域骨干工程、區(qū)域骨干工程和圩區(qū)、城鎮(zhèn)雨水排水系統(tǒng)組成，依托水利片統(tǒng)一調(diào)度。規(guī)劃防洪標準為50年一遇，除澇標準為20年一遇，受多種因素制約，目前防洪除澇設施尚未按規(guī)劃全面建成。區(qū)域內(nèi)河湖大部分受人工調(diào)度控制，常水位一般控制在2.30～2.80 m，歷史實測最高水位(青浦南門站)為3.77 m，出現(xiàn)在1999年7月1日梅雨期間。

1.2 水環(huán)境現(xiàn)狀及問題

根據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)水質(zhì)總體還不穩(wěn)定，季節(jié)性變化較大，2019年4月全區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結果顯示(表1)，河網(wǎng)水質(zhì)總體逐漸提升，主要河流(湖泊)水質(zhì)集中在Ⅱ類和Ⅲ類，但劣Ⅴ類水未完全消除，與水功能區(qū)劃要求相比仍有一定差距。流域河道吳淞江、太浦河等水質(zhì)基本穩(wěn)定在Ⅲ類、Ⅳ類。重點湖區(qū)(淀山湖、元蕩)水質(zhì)仍不穩(wěn)定，總氮、總磷超標問題突出。另外，河湖水環(huán)境面貌雜亂，水體感官相對較差，金澤、朱家角先行啟動區(qū)水體透明度為30～70 cm，距高品質(zhì)水環(huán)境有差距，冬季水體透明度優(yōu)于夏季(圖2)。區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理率雖已超90%，基本達到了規(guī)劃目標，但城鎮(zhèn)集建區(qū)以外地區(qū)(包括195個零星工業(yè)區(qū)塊)尚有部分污水未集中收集，生活污水、工業(yè)廢水及初期雨水自排入河道，影響了水質(zhì)。另外，農(nóng)村生活污水排放標準偏低，分散處理設施功能性退化及早期處理工藝達不到排放標準的問題較為突出。

表1 2019年4月青浦區(qū)主干河湖水質(zhì)情況

圖2 2018年9月青浦區(qū)水體透明度分布

2 治理目標與思路

2.1 治理目標與范圍

《長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)總體方案》明確要“以太浦河、淀山湖、元蕩、汾湖‘一河三湖’為重點，大力推進周邊及沿岸地區(qū)工業(yè)點源污染治理、岸線綜合整治”，并明確“到2025年，主要水體功能區(qū)水質(zhì)達標率達到95%以上；太浦河水質(zhì)穩(wěn)定達到Ⅲ類，淀山湖水質(zhì)除總氮外所有指標達到Ⅳ類(總氮Ⅴ類)”。近期，上海片區(qū)水環(huán)境治理將以此為目標，以先行啟動區(qū)作為重點整治范圍，以青浦新城、西岑科創(chuàng)中心、西虹橋商務區(qū)為重點區(qū)域，以跨界河湖整治為先行示范，以一體化示范區(qū)及其周邊區(qū)域為研究范圍，恢復水環(huán)境至20世紀80年代“人可下河、魚可上桌”的水平。遠期，上海片區(qū)的水環(huán)境將與示范區(qū)一起全面形成健康穩(wěn)定可持續(xù)的水生態(tài)系統(tǒng)，全面建設成為示范引領長三角更高質(zhì)量一體化發(fā)展的標桿，實現(xiàn)“清水綠岸、魚翔淺底”目標。

2.2 治理思路與原則

上海片區(qū)的河湖既是示范區(qū)的生態(tài)綠色基底，也是上海重要的水源地，所以，水生態(tài)環(huán)境綜合治理需要按系統(tǒng)治理的思維和流域治理的思路，總體以促進人與自然和諧相處、維護河湖健康、保障水資源可持續(xù)利用為主線[8-9]，以保障水生態(tài)安全、防洪安全、供水安全為核心，統(tǒng)籌陸上、濱水、河湖及信息系統(tǒng)4個空間治理與管控，對標世界著名生態(tài)河湖群建設標準，通過雨污水源頭治理與管控、清潔小流域與河湖生態(tài)修復、清潔水源與管網(wǎng)互連互通、防汛安全與水動力提升、智慧水務一體化管理協(xié)同五大治理措施，逐步實現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境綜合治理目標(圖3)。同時，水環(huán)境治理堅持如下原則：

圖3 水生態(tài)環(huán)境綜合整治總體技術路線

a. 生態(tài)優(yōu)先，系統(tǒng)治理、水岸同治、城鎮(zhèn)村共治。牢固樹立生態(tài)優(yōu)先的理念，統(tǒng)籌洪澇災害防治、水資源利用、水生態(tài)環(huán)境保護，抓住影響區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量提升的主要因素，以問題為導向，堅持水岸同治、城鎮(zhèn)村共治等多措并舉的系統(tǒng)治理。

b. 區(qū)域協(xié)同，河湖連通，管網(wǎng)互通，集約高效。充分利用區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有河湖蕩水系及東太湖、太浦河等優(yōu)質(zhì)水資源，加強河湖水系連通，增強流域、區(qū)域及圩(片)區(qū)的水力聯(lián)系，完善雨水收集與處理，提高區(qū)域蓄泄調(diào)控和水資源利用能力；推進區(qū)域內(nèi)供水、排水互連互通，提高供水排水安全保障能力。

c. 高起點規(guī)劃，高標準建設，突出重點，分步推進。構建全區(qū)生態(tài)水網(wǎng)，高標準建設太浦河、淀山湖、元蕩等重要跨省河湖的多功能生態(tài)廊道和岸線的達標與貫通；建成量質(zhì)并重、節(jié)水優(yōu)先、安全高效的供排水體系，率先在西虹橋商務區(qū)、華為科研基地等重點區(qū)域實現(xiàn)高品質(zhì)供水，其他區(qū)域分步推進。

d. 科技創(chuàng)新，智慧管理，共建共享，綜合調(diào)度。建設功能復合的智慧水網(wǎng)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)示范區(qū)水情、雨情、工情、供排水廠及管網(wǎng)監(jiān)測信息的全覆蓋，逐步開展生態(tài)監(jiān)測，提升智能化水平，推進跨區(qū)、跨行業(yè)信息共享與一體化水環(huán)境綜合調(diào)度管理。

3 主要技術措施

3.1 雨污水源頭治理與管控

雨水方面，在青松大控制片、商榻片、太北片、太南片四大水利分片布局基礎上，堅持自排為主、強排為輔的排水模式，根據(jù)城市發(fā)展和排水設施建設情況，采用不同提標途徑，形成“一網(wǎng)、一城、多區(qū)”的規(guī)劃布局，并實施排水系統(tǒng)提標改造、雨水系統(tǒng)提質(zhì)增效、初期雨水治理、海綿示范工程及智聯(lián)化建設?！耙痪W(wǎng)”，即由市政排水管道及泵站組成的市政排水管網(wǎng)；“一城”，即主要服務于青浦新城地區(qū)的雨水排水系統(tǒng)；“多區(qū)”，即由服務于多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集建區(qū)組成的雨水排水系統(tǒng)。

污水方面，一方面改變零星處理模式，調(diào)整“七片十廠”格局為“三片、六廠”布局(圖4)；另一方面通過污水處理廠擴建、管網(wǎng)互連互通、總管及泵站提質(zhì)增效、污泥處理處置、農(nóng)村污水改造、重點項目配套建設等措施，提高污水處理率，提升出廠水質(zhì)。

圖4 規(guī)劃污水分區(qū)處理示意圖

3.2 清潔小流域與河湖生態(tài)修復

平原河網(wǎng)地區(qū)的河湖水系治理是一項復雜的系統(tǒng)工程。一方面是“污染在水里，根子在岸上”，另一方面是由于平原河網(wǎng)地區(qū)的河湖是連通的，單一的河道治理難以改善整體水環(huán)境，必須以系統(tǒng)治理的思維和流域治理的思路(在平原河網(wǎng)地區(qū)分片治理模式下，可稱為“圩區(qū)治理”)，通過“三道防線、五大措施”綜合治理(圖5)。“三道防線”，即生態(tài)修復、生態(tài)治理、生態(tài)保護；“五大措施”，即河湖水系治理、面源污染治理、水土流失綜合防治、生態(tài)修復及人居環(huán)境改善。以治水為核心，生態(tài)修復為重點，通過水質(zhì)的提升和生態(tài)系統(tǒng)的改善，打造環(huán)境優(yōu)美、人水和諧的人居環(huán)境。根據(jù)各河湖水系在示范區(qū)的重要性，擬定分4批實施，近期重點治理元蕩、淀山湖、太浦河、攔路港等省界河湖、生態(tài)綠廊以及虹橋商務區(qū)周邊水系(圖6)。

圖5 生態(tài)清潔小流域治理模式

圖6 清潔小流域治理分區(qū)及實施順序

3.3 清潔水源與管網(wǎng)互連互通

黃浦江上游自閔行區(qū)西界至青浦區(qū)淀峰45 km的黃浦江水域被劃為水源保護區(qū)，包括淀山湖與元蕩湖體，沿江湖兩岸縱深5 km陸域以及大泖港、園泄涇上溯10 km的水域。2016年底竣工蓄水的金澤水庫是黃浦江上游重要的水源地，受益人口達 670萬人。金澤水庫的水是通過泵站引東太湖經(jīng)太浦河下泄途徑的水，所以太浦河及周邊水系為一級水源保護區(qū)。元蕩、淀山湖及周邊水系是二級水源保護區(qū)。因此，示范區(qū)的河湖水系是整個區(qū)域的重要清潔水源。

青浦現(xiàn)有3座水廠，水源來自不同地方。東部徐涇水廠的原水來自青草沙水庫，中部第二水廠原水由太浦河取水泵站轉輸后供水，西部第三水廠原水來自金澤水庫。一方面3座水廠的規(guī)模不夠，另一方面3座水廠的管道尚未連通，供水安全保障不足，所以，為保障示范區(qū)供水安全和提高供水品質(zhì)，一是需要提升河湖水源水質(zhì)，二是要形成雙路供水管道，三是要是實現(xiàn)管網(wǎng)互連互通，還要研究建設直接由東太湖或其他水源供水的可行性，以及與嘉善、吳江、嘉定、松江、金山、市區(qū)相銜接的應急供水連通方案。

3.4 防汛安全與水動力提升

青浦區(qū)處于太湖下游，境內(nèi)有吳淞江、急水港、攔路港-泖河、太浦河、大蒸塘等流域行洪通道，太湖流域東排澇水經(jīng)本區(qū)境泄入黃浦江歸海。另一方面，青浦地勢總體低平，外圍除澇泵站建設速度相對滯后，片內(nèi)河道高水位高、持續(xù)時間長，除澇風險日益突出，所以，在防洪除澇方面要構建流域防洪、水利分區(qū)防洪除澇和圩區(qū)防洪除澇3個層次的防洪減災體系，妥善處理流域與區(qū)域、上游與下游、防洪與除澇的關系。根據(jù)《太湖流域防洪規(guī)劃》，流域防洪采用防御流域不同降雨典型100年一遇防洪標準；水利分片防洪采用防御區(qū)域50年一遇防洪標準；城鎮(zhèn)圩區(qū)除澇采用20年一遇最大24 h降雨1 d排出不受澇標準。在實施水環(huán)境治理的同時，開展河湖岸線堤防達標、水系連通、圩區(qū)優(yōu)化、排澇能力提升等。

平原河網(wǎng)地區(qū)的另一個重要特點是水體流動弱、流速慢、水體自凈能力低，所以需要通過增加人工動力，創(chuàng)造“流水不腐”的條件。對“引清調(diào)水”改善水環(huán)境的方式，許多學者做了研究和實踐。上海較早在蘇州河水系實施了綜合調(diào)水改善水環(huán)境，2002年底基本消除了蘇州河干流黑臭的現(xiàn)象[10-12]。其后，引清調(diào)度技術成為江蘇、浙江等平原河網(wǎng)地區(qū)水環(huán)境改善的研究熱點[13-16]。區(qū)域內(nèi)位于國家會展中心周邊水系的小淶港，通過增加水動力和其他生物凈化措施，讓其被評為了“長江經(jīng)濟帶最美河湖”，所以，在示范區(qū)既可以從流域、區(qū)域層面開展水動力提升建設和運行調(diào)度，也可以從水利分片和圩區(qū)層面開展水動力提升建設和運行調(diào)度。

3.5 智慧水務一體化管理協(xié)同

密布互連的河網(wǎng)水系、眾多的調(diào)控泵閘樞紐、互連互通的水廠和管網(wǎng)等均迫切需要從數(shù)據(jù)、計算、分析到智能決策一體化，同時也為物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興信息技術提供應用基礎，所以，示范區(qū)水環(huán)境治理應基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興信息技術，以“智慧驅動、精準治理”為理念，通過構建感知與仿真、決策與預警、調(diào)度與控制三大核心能力，實現(xiàn)感知全天候、業(yè)務全覆蓋、監(jiān)控全過程，建設功能復合的智慧水網(wǎng)。重點建設防汛排澇、水利水務工程運行管理和供排水監(jiān)管三大應用體系，在提升水務安全運行保障能力的同時，實現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境管理智慧調(diào)度。

4 關鍵問題討論

4.1 水資源調(diào)度的影響

雖然水資源調(diào)度可以達到改善水環(huán)境的目的，但有學者研究發(fā)現(xiàn)，在污染源未有效治理或存在河湖局部污染較重的情況下，引水將會使污染物發(fā)生二次遷移，對另一部分河湖水環(huán)境產(chǎn)生污染風險。DAI等[15]研究了引長江水入望虞河改善武澄錫虞區(qū)河網(wǎng)水質(zhì)的作用，發(fā)現(xiàn)總體上調(diào)水后的河網(wǎng)水質(zhì)優(yōu)于不實施調(diào)水情況的水質(zhì)，但是局部地區(qū)水質(zhì)出現(xiàn)了惡化。宋蘭蘭等[16-17]研究了太浦河泵閘聯(lián)合調(diào)度向下游供水對流域水環(huán)境產(chǎn)生的污染風險。YAO等[18]研究了引水對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的負面影響。

筆者建立了青松水利控制片一維耦合的河網(wǎng)水量水質(zhì)模型，以2018年3月作為典型月份，初步模擬計算了利用淀山湖、元蕩等西部較好水資源改善東部地區(qū)水環(huán)境的情況。結果顯示：在淀山湖、元蕩等省界河湖增設泵站引水，并在蘇州河、淀浦河、攔路港等位置增加排水泵站，可以有效促進河網(wǎng)水系的水體有序流動，改善東部地區(qū)水環(huán)境。但是，在淀山湖增設70 m3/s的引水泵站持續(xù)引水1個月后，湖內(nèi)水位下降約0.07 m，大部分湖區(qū)總磷(TP)和總氮(TN)濃度均有所增加，特別是新塘江閘和淀西閘出水口附近最大增加幅度分別為13%和15%，水體水質(zhì)類別未變。這結果與實測湖區(qū)富營養(yǎng)化程度分布基本一致[19]。

由上分析可得出，省界河湖是上海片區(qū)天然的水環(huán)境屏障，上游來水到達省界湖泊后流速減小，泥沙沉淀，水質(zhì)在大水體中得到生物凈化，然后再流向下游。在上游河湖引水水源水質(zhì)較好的情況下，通過增加水動力條件，可以改善局部水環(huán)境，但是在上游水質(zhì)尚未改善時應慎用水資源調(diào)度模式，否則會加劇省界河湖水環(huán)境的污染。

4.2 生態(tài)岸線貫通位置及標準

河湖水環(huán)境修復的一項重要內(nèi)容就是河湖濱水岸線生態(tài)修復，既要滿足濱水岸線生態(tài)修復要求，還要滿足一定的防洪要求和濱水空間營造要求。由于歷史的原因，淀山湖、元蕩的防洪以環(huán)湖第一條市政(交通)路為主，湖濱建設了墻頂高程約3.5～4.2 m的護岸，第一條市政(交通)路至護岸有寬度不等的空間，地面高程約為3.5～4.2 m，其間有企業(yè)、村莊、商品房、公共設施和農(nóng)田。根據(jù)淀峰水文站歷史資料分析，100年一遇洪水位為4.01 m，50年一遇洪水位為3.89 m，20年一遇洪水位為3.72 m，20年一遇洪水位為3.56 m，歷史最高水位為3.89 m。

如果考慮生態(tài)修復的濱水岸線與規(guī)劃的防洪堤防結合，則臨湖的岸線堤頂高程需結合防洪要求，根據(jù)GB 50201—2014《防洪標準》，按照100年一遇設防標準，考慮波浪爬高和安全超高后，堤頂高程約5.74 m。如果按此進行生態(tài)岸線修復和堤防建設，受臨湖空間限制因素較多，同時過高的堤防遮擋了臨湖視線，景觀效果極差；如果生態(tài)修復的濱水岸線不與規(guī)劃的防洪堤防結合，還是利用環(huán)湖第一條市政(交通)路防洪，則生態(tài)修復的濱水岸線只需滿足保護第一條市政(交通)路的設施和人口安全，按照GB 50201—2014《防洪標準》，防洪標準可以降低至10～20年一遇，則護岸頂高程還是可以采用 4.2 m。即使發(fā)生歷史最高水位3.89 m的情況，僅在發(fā)生大風大浪時有波浪越過護岸，但不會造成大面積洪水淹沒風險。筆者認為，環(huán)湖生態(tài)岸線貫通應綜合考慮防洪、護岸、環(huán)境、生態(tài)、交通、人行等綜合功能需求，采用分級防洪思路；總體防洪標準不降低，環(huán)湖防洪仍以第一條市政(交通)路為主，按照100年一遇防洪標準；生態(tài)岸線貫通臨湖實施(圖7)，護岸頂高程采用10～20年一遇防洪標準。生態(tài)岸線修復可結合慢行系統(tǒng)貫通實施，一方面貫通岸線，另一方面硬化的路面可防止越浪對土體的破壞。

圖7 元蕩防洪岸線及生態(tài)修復岸線位置示意圖

5 結 語

水是生態(tài)之基，示范區(qū)要構建人與自然和諧共生的生態(tài)格局，首要任務是以區(qū)域內(nèi)交錯密布的河湖水系的自然本底為生境建設基礎，強化濱水濕地恢復與保護，治理和提升水體水環(huán)境。示范區(qū)內(nèi)河湖水系具有平原河網(wǎng)水系顯著特點，也具有江南水鄉(xiāng)文化特色，所以水環(huán)境治理需要以系統(tǒng)治理的思維和流域治理的思路，統(tǒng)籌陸上、濱水、河湖及信息系統(tǒng)4個空間治理與管控，通過雨污水源頭治理與管控、清潔小流域與河湖生態(tài)修復、清潔水源與管網(wǎng)互連互通、防汛安全與水動力提升、智慧水務一體化管理協(xié)同五大治理措施，逐步實現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境綜合治理目標。

位于示范區(qū)內(nèi)的淀山湖、元蕩、雪落漾、汾湖等湖泊是河流上下游天然的水環(huán)境屏障，可以起到沉淀泥沙、凈化水質(zhì)、修復生態(tài)的作用，但是初步研究結果顯示，在上游水質(zhì)尚未改善時應慎用水資源調(diào)度模式，否則會加劇湖泊水體的污染。同時，在修復水環(huán)境時應將濱水岸線生態(tài)修復作為一項重要內(nèi)容，并考慮歷史原因、實際實施可行性和景觀效果等因素確定岸線貫通位置和標準。