郝 韶 楠， 龐 紅 璐， 許 莉 萍， 劉 碚 洪， 吳 付 華

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川省城市水環(huán)境治理工程技術研究中心，四川 成都 610072)

0 引 言

水環(huán)境系統(tǒng)治理方案基本框架包括水質問題診斷、目標確定與負荷分配、河流治理任務實施和實施效果評估4個基本部分[1]，其對各子項工程進行系統(tǒng)統(tǒng)籌及方案指導，能有效增強各子項工程之間的銜接性及后期落地性，因此科學合理地編制系統(tǒng)方案顯得尤為重要[2-4]。然而以往的系統(tǒng)方案研究多聚焦于“以問題為導向”，與新一輪國土空間規(guī)劃理念存在一定的差異[5]。因此選擇處于快速城市化階段的佛山市獅山鎮(zhèn)作為案例進行水環(huán)境系統(tǒng)治理方案研究，強調與新階段國土空間規(guī)劃相融合，在保護好生態(tài)本底的前提下，為產(chǎn)業(yè)及城市發(fā)展留出接口,以盡量避免產(chǎn)生因人口、下墊面、產(chǎn)業(yè)、給排水等結構性的時空不匹配帶來的水環(huán)境問題。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 流域概況

解放涌水系位于獅山鎮(zhèn)西面，集雨面積73.68 km2，流域內包括有解放涌、三江口涌、萬里長城涌、紅旗涌、流北涌及南塘涌等6條主支干河涌，還有獅中涌、陳洞涌等35條村管支涌。其中解放涌呈南北走向，南起北江大堤獅山竇，北至獅山圍解放閘匯入西南涌，全長10 974 m，平均寬度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。解放涌水系的外圍水系西南面為北江，西北面為西南涌，內河水系與外江相接處均有水閘控制。

1.2 水質現(xiàn)狀及目標

為系統(tǒng)地摸清解放涌流域河涌湖庫水質現(xiàn)狀，共布設88個水質采樣點并于2020年10月進行采樣并委托有資質水質檢測中心檢測。主要的水質監(jiān)測指標分別為化學需氧量、總磷和氨氮。其中化學需氧量測定以HJ 828-2017 《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》為依據(jù)，氨氮測定以HJ 535-2009 《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》為依據(jù)，總磷測定以GB 11893-89《水質 總磷測定 鉬酸銨分光光度法》為依據(jù)。經(jīng)過水質數(shù)據(jù)空間分析，解放涌主涌整體水質較好，但支毛涌水質較差，大多數(shù)支毛涌為劣五類水體，水庫總體水質較好。

依據(jù)上位規(guī)劃及相關文件，解放水系2025年水質目標要求：解放涌水質到達地表Ⅳ類，萬里長城涌和三江口涌水質達到地表Ⅴ類。

1.3 研究方法

1.3.1 流域綜合治理技術體系

解放流域水環(huán)境治理系統(tǒng)方案以現(xiàn)狀水系、管網(wǎng)摸排為基礎，科學劃分解放涌流域控制單元，分析現(xiàn)狀水質，核算現(xiàn)狀污染負荷解析并對規(guī)劃條件污染負荷，借助水環(huán)境容量計算等技術方法，圍繞排水防澇、河涌截污和片區(qū)管網(wǎng)工程建設、活水工程建設、生態(tài)修復等建設任務，通過工程與非工程措施相結合，形成水質目標達標工程體系，同時緊密耦合新一輪國土空間規(guī)劃，為快速城市化做好環(huán)境空間留白。

1.3.2 控制單元劃分

依據(jù)自然匯水、市政管網(wǎng)及遙感影像資料，將解放涌流域劃分為44個控制單元，解放涌流域控制單元見圖1。

圖1 解放涌流域控制單元

1.3.3 污染物總量控制

(1)污染負荷估算方法。從點源、面源、內源三個方面，對解放涌流域污染負荷進行估算。參照《全國水環(huán)境容量核定技術指南》以及相關文獻[6,7]，各類污染負荷估算方法見表1。

表1 各類污染負荷估算方法

(2)水環(huán)境容量計算方法。納污能力計算模型參數(shù)的選取參照《水域納污能力計算規(guī)程》《地表水資源保護規(guī)劃補充技術細則》。結合現(xiàn)有調查資料和水功能區(qū)內各河流在規(guī)劃條件下均為單向流的情況，該次使用的公式法可以滿足需求。

W=365×86.4×Qh[Cs×exp

(K×L/86 400u)-C0]

式中W為水環(huán)境容量，Qh是流量，m3/s；C0是初始斷面污染物濃度，mg/L；Cs是某水質要素的水質標準(水質目標)；u是河道斷面設計流量下的平均流速，m/s；K是各類污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

(3)污染負荷削減分配方法。基于項目落地性考慮，該方案設計從控源截污工程的控制效果為基礎，在收集率95%的前提下對污染負荷削減量進行分配，并對面源及水生態(tài)工程措施的效果進行削減量估算，在仍達不到水質目標的情況下，通過生態(tài)活水工程對水環(huán)境容量進行擴容補足。

2 流域污染物總量削減分配

2.1 污染源解析及預測

(1)現(xiàn)狀污染源解析。解放涌流域現(xiàn)狀各類污染源COD、氨氮和總磷入河總量分別為3 613.77 t/a、384.02 t/a和56.03 t/a?，F(xiàn)狀解放流域各類污染源入河總量見表2。其中生活污染源對流域COD、氨氮和總磷的貢獻率較高。

表2 現(xiàn)狀解放流域各類污染源入河總量

(2)污染源預測?；诂F(xiàn)狀治理水平不變的情境下，根據(jù)相關上位規(guī)劃，對2025年解放涌流域主要污染物入河量進行估算, 現(xiàn)狀治理水平下規(guī)劃年各類污染源下河總量見表3。規(guī)劃年解放涌流域各類污染源COD、氨氮和總磷的入河量分別為4 168.17 t、447.83 t和63.1 t。

表3 現(xiàn)狀治理水平下規(guī)劃年各類污染源下河總量

2.2 水環(huán)境容量確定

(1)設計流量及流速。參考《佛山市水功能區(qū)納污總量核定》關于設計流量參數(shù)概化的方法，該次計算將河涌分攤陸域產(chǎn)水量乘以1.1倍系數(shù)放大，同時根據(jù)各計算河道的實際資料情況采用合適的方法估算其設計流速，缺乏資料的河段，采取水文比擬等方法確定其水文條件。

有資料時，按下式計算：

V=Q/A

式中V為設計流速；Q為設計流量；A為過水斷面面積。

無資料時，采用經(jīng)驗公式計算斷面流速。

(2)初始濃度值Co和水質目標Cs的確定。水功能區(qū)初始斷面污染物濃度C0值和出口斷面水質目標值Cs，按照不同類別的水質指標確定，取值按照上一個水功能區(qū)的水質目標值Cs是下一個水功能區(qū)的初始濃度C0值的方法確定。水質目標Cs值為該功能區(qū)的水質目標值。不同水質目標類別的初始濃度值C0和水質目標濃度Cs值取值結果見表4。

表4 不同水質目標類別的初始濃度C0和水質目標Cs值取值結果 單位：ml/L

(3)綜合衰減系數(shù)K值。根據(jù)相關研究成果，計算中取河涌的衰減系數(shù)COD取值0.2 /d、氨氮取值0.1 /d，總磷取值為0.01 /d。

(4)水環(huán)境容量計算結果。經(jīng)過計算，各個控制單元對應的水環(huán)境容量見表5。

表5 各個控制單元對應的水環(huán)境容量

2.3 污染削減分配分析

以控制單元為基本控制單元，經(jīng)計算，2025年COD、氨氮和總磷的污染目標削減量為2 181.49 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

3 流域治理與可行性分析

3.1 系統(tǒng)方案工程方案

(1)點源控制。該方案中排水管網(wǎng)的完善按照由大到小、先主干后分支、逐步推進，本工程新建污水管網(wǎng)(干管及支管)約95 km，雨水管網(wǎng)約55.7 km，并結合管網(wǎng)運維單位對現(xiàn)狀管網(wǎng)的改造、修復，以及對污水源頭(自然村、工業(yè)區(qū))實施雨污分流工程及相關行政管理措施后，加上本工程實施后，污水收集率可達95%。

(2)面源控制。依據(jù)《海綿城市建設績效評價與考核辦法(試行)》等國家相關政策要求，同時參考南海區(qū)相關研究成果，確定解放水系流域范圍年徑流總量控制率目標值，2020年重點區(qū)域率先達到70%，遠期(2030年)整個區(qū)域達到67%。

(3)活水工程。解放水系8條支毛涌活水工程提水泵站規(guī)模分別為：萬里長城涌為3.0 m3/s；南塘涌為2.0 m3/s；金雞涌為1.0 m3/s；黃邊涌為1.0 m3/s；陳洞涌為0.8 m3/s；蟹口涌為0.5 m3/s；流北涌西坑渦毛涌為0.5 m3/s；文筆渦涌為0.4 m3/s。

(4)水生態(tài)修復措施。該方案對佛山市南海區(qū)解放水系流域主要河涌進行水生態(tài)修復工程，涉及到生態(tài)修復構建河涌總長度為39.48 km。

3.2 工程實施效果預估

根據(jù)解放涌流域水質目標考核要求，在規(guī)劃條件下，即截污工程不斷完善，內源整治、補水活水、生態(tài)修復等多項措施并舉的條件下，各項工程對COD、氨氮、總磷負荷削減量分別為2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，各類污染源COD、氨氮和總磷污染物入河量分別為2 511.98 t/a、260.62 t/a和42.24 t/a。綜合分析在項目順利完工后，解放涌流域可實現(xiàn)既定的水質目標。

4 銜接規(guī)劃

對現(xiàn)階段散排生活污水提出截污納管需求，并對下一步城市化發(fā)展產(chǎn)生的市政生活污水進行留白。解放水系流域范圍年徑流總量控制率目標值，2020年重點區(qū)域率先達到70%，遠期(2030年)整個區(qū)域達到67%。解放流域范圍內產(chǎn)業(yè)發(fā)達，需要進一步對同類及上下游產(chǎn)業(yè)進行優(yōu)化集中布局，并構建專門工業(yè)污水廠對工業(yè)污水進行處理。

5 結 語

基于控制單元劃分及污染物總量控制分析，建立了水環(huán)境綜合值技術體系，從水環(huán)境、水資源、水生態(tài)的角度出發(fā)制定流域水環(huán)境系統(tǒng)治理方案。

污染源解析及水環(huán)境容量計算結果表明，2025年解放流域COD、氨氮和總磷的污染目標削減量為218 149 t/a，287.59 t/a，38.84 t/a。

采用該系統(tǒng)方案，預期能實現(xiàn)對COD、氨氮、總磷負荷削減量分別為2 440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a，該工程方案系統(tǒng)設計合理可行，可供類似水環(huán)境綜合治理項目借鑒。

在快速城市化地區(qū)，從城市發(fā)展愿景出發(fā)，與新時期國土空間規(guī)劃緊密結合，形成“山-水-林-田-城-湖-草-沙”的生態(tài)城市體系。