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江南,刘翔教授 | 城市水环境综合整治工程原理与系统方法 作者：刘翔，等） 住房和城乡建设部海绵城市建设技术指导专家委员会委员，住房和城乡建设部科学技术委员会城镇水务专业委员会委员，住建部环境部城
时间：2024-02-26
焦点提醒：刘翔传授 | 城市水情况分析整治项目道理与系统方式 作者：刘翔，等） 住房和城乡扶植部海绵城市扶植手艺指点专家委员会委员，住房和城乡扶植部科学手艺委员会城镇水务专业委员会委员，住建部情况部城市黑臭水体整治专家库专家，中国情况学会泥土与地下水情况专业委员会理事、中河山木匠程学会水工业分会排水委员会委员、国度严重水专项城市主题专家组副组长，国度长江生态情况庇护修复结合研究中间整体专家组专家，环保部UNDP项目征询专家，环保部国度情况庇护工业污染场地和地下水修复项目手艺中间专家委员会委员，北京市情况保
时候：2019-11-21
来历：情况项目
作者：刘翔，等
）
住房和城乡扶植部海绵城市扶植手艺指点专家委员会委员，住房和城乡扶植部科学手艺委员会城镇水务专业委员会委员，住建部情况部城市黑臭水体整治专家库专家，中国情况学会泥土与地下水情况专业委员会理事、中河山木匠程学会水工业分会排水委员会委员、国度严重水专项城市主题专家组副组长，国度长江生态情况庇护修复结合研究中间整体专家组专家，环保部UNDP项目征询专家，环保部国度情况庇护工业污染场地和地下水修复项目手艺中间专家委员会委员，北京市情况庇护应急事务处置专家组参谋专家，江苏省环保财产手艺立异同盟手艺委员会委员等。首要研究标的目的城市水污染节制与水情况整治、再生水风险节制与平安操纵、泥土/地下水污染节制手艺与理论等。担任国度和省部级研究课题50余项，指点研究生和博士后60余人，颁发学术论文120余篇(此中SCI收录80余篇)，取得省部级以上科技嘉奖8项，取得国度授权发现专利20余项。
刘 翔清华年夜学情况学院 传授 博士生导师
研究布景
城市水情况分析整治是我国水情况庇护范畴的主要工作，也是很多城市道临的严重问题。我国2015年出台的《水污染防治步履打算》(“水十条”)就明白提出管理城市黑臭水体的方针，要求到2020年，地级和以上城市建成区黑臭水体节制在10%之内;到2030年，城市建成区黑臭水体整体获得消弭。习近平总书记在2018年全国生态情况庇护年夜会上强调：“要深切实行水污染防治步履打算，根基覆灭城市黑臭水体，还给老苍生清水绿岸、鱼翔浅底的气象”。为增进城市黑臭水体管理工作周全推动，2018年，生态情况和住房与城乡扶植部结合展开专项督察工作;财务部、住房与城乡扶植部、生态情况部共分三批肯定了60个城市为黑臭水体管理示范城市;同时，在推动我国海绵城市扶植的使命中，也明白提出了关在城市水情况整治的具体方针要求。上述步履都注解了我国展开城市水情况分析整治工作的火急性和主要性。
一般而言，城市水情况整治使命整体能够分为3类：污染管理、水质改良和生态恢复，三者各有偏重又相关联，也能够说是代表了城市水情况治理的3个阶段。污染管理首要是针对城市高强度、超负荷的污染排放引发的城市水体严峻污染问题，经由过程控源减排等项目办法实现减轻水体污染状态的目标，这类使命以城市黑臭水体管理为典型;水质改良是在展开污染管理的条件下，辅以水体净化、补水活水等手艺手段进一步改良水质，以期到达较好水情况质量的方针，这类使命今朝多以知足必然水情况质量尺度为特点;生态恢复则是在实现水情况质量改良的根本上，借助水生态修复和重构等分析方式，慢慢恢复水生态系统和晋升城市水情况的景不雅结果，实现城市水体的亲水、文娱功能，这类使命则以建立城市水生态文明为标记。
经由过程解析城市水体污染的缘由，摸索城市水情况整治的项目道理和手艺线路，梳理水情况整治手艺的适用性和有用性，进而提出城市水情况分析整治的系统方案编制方式和合用手艺系统，可为科学、公道、客不雅地编制城市水情况分析整治系统方案供给参考。
一 摘 要
经由过程对城市水情况分析整治方针与需求的梳理，从宏不雅标准上阐发了城市水情况整治的项目道理，提出领会决城市水情况整治的项目路子和手艺方式，按照各类管理手艺的对象和功能，建立了城市水情况整治手艺系统，为分歧合用手艺的选择供给了理论指点，并基在项目道理与处理路子提出了城市水情况分析整治系统性方案的编制方式。
二 城市水体污染管理项目道理
城市水体污染首要问题
城市水体作为城市生态空间的组成要素和城市水轮回系统的要害载体，也是城市污染物排放的首要受纳体。引发城市水体污染的首要问题有：
高密度的生齿聚居、高速度的城市成长、高强度的城市糊口与工业出产是发生高通量污染负荷的底子来历。
城市水情况根本举措措施的计划与扶植滞后在城市成长的需求，致使城市污水搜集与处置的能力不足，部门污水未经措置间接排放。
城市雨污水管网持久疏在保护治理，管网功能性和布局性缺点问题严峻，致使污水现实搜集效能远低在表不雅数据，同时也年夜年夜下降了污水处置举措措施的现实减负结果。
城市雨水径流排放缺少公道有用的组织和治理，未能充实阐扬绿色举措措施的减排感化，导致城市道源污染问题未获得有用节制。
城乡连系部和城中村的糊口污染问题未引发足够的正视，缺少有用的治理和措置而成为分离式污染源，并且负荷凡是都很高。
宽水面、洪流深的保守型城市河流整治和水景不雅扶植体例，致使水体活动性差、生态基流严峻不足，导致水体自净能力年夜幅削弱。
河床和堤岸软化和梯级闸坝阻挡阻断了水生和陆生生态系统的联系，致使水体生态功能严峻退化乃至损失。
水体活动缓慢乃至滞流，水动力前提极差，局部水域易发生污染累计，同时致使淤积问题严峻，是水体内源污染的来历。
上述问题在我国很多城市中是遍及具有的，也是搅扰城市水情况分析整治的困难。这些问题的交叉并存也决议了城市水污染节制和水情况整治工作的复杂性和持久性。
水体管理项目道理与处理路子
从素质上说，城市水体蒙受污染而引发水质恶化的底子缘由是域内进入水体的污染负荷总量跨越了水情况的近况承受能力，即残剩情况同化容量(residual water environmental assimilative capacity，本文中简称“情况余量”)，因此管理城市水体污染问题进而恢复良性水情况状态的项目道理则是包管输入水体的污染物负荷量不跨越水体的情况余量，从而使得水体的水质状况连结均衡，并保持健康而不变的水情况质量。那末，当输入的污染物负荷总量超越水体情况余量时就会致使水体的水质恶化，按照式(1)所提出的物资均衡道理，城市水体整治的实行的3种路子的均衡状况示企图见图1所示。
图1 城市水情况整治项目道理与处理路子示意
三 城市水情况整治合用手艺
按照城市水情况整治项目道理与实行路子阐发，合用在城市水体整治工作的手艺方式能够分为两类：可以或许削减污染物输入负荷量的控源减负手艺和能够晋升水体情况余量的提质增容手艺。
2015年8月，由住房城乡扶植部和生态情况部(原环保部)结合发布的《城市黑臭水体整治工作指南》中罗列了4年夜类12项合用手艺，此中的控源截污和内源管理2年夜类为控源减负手艺属性，而生态修复和其他(活水保质)2年夜类则为提质增容手艺属性。
控源减负手艺
输入城市水体的污染物能够按照其来历分为点源、面源和内源三类，而控源减负手艺削减水体污染物输入负荷的体例则能够分为在泉源节制污染物的发生和在进程中禁止污染物排放进入水体两种。针对污染物发生的来历和污染负荷削减的体例，城市水情况整治控源减负手艺汇总如表1所示。
表1 城市水情况整治控源减负手艺
提质增容手艺
水体情况同化容量的核算是一项复杂而坚苦的使命，遭到水体水文特点、水力学特征、水生态情况、地舆和蔼候身分、季候转变、人工干扰和水体节制方针设定等身分的影响，凡是会因某些身分的转变而产生转变;而情况余量是指水体针对某类污染物在近况浓度程度之上到达与方针节制浓度相均衡状况还可公道容纳过剩该类污染物输入的量值。
是以，提量增容手艺实现晋升水体情况余量能够有两种体例：1)经由过程水体净化、旁路处置、补水换水等办法下降近况本底浓度以增添静态余量;2)经由过程生态修复、曝气增氧、水动力改良等办法晋升水体自净能力以增添动态余量。城市水情况整治提质增容手艺汇总如表2所示。
表2 城市水情况整治提质增容手艺
城市水情况整治手艺系统
城市水体控源减负和提质增容两年夜属性的手艺类型组成了城市水情况整治的手艺支持系统，连系整治手艺利用的对象和实行功能进行分类，构成城市水情况整治手艺系统如图2所示。
图2 城市水情况整治手艺系统示意
四 城市水情况整治系统方案
城市水情况整治方案编制思绪
在《城市黑臭水体管理攻坚战实行方案》提出了“系统管理、有序推动，多元共治、构成协力，标本兼治、重在治标，大众满足、成效靠得住”的整治方案编制的根基准绳，较为周全地注释了城市水情况整治方案编制的方针、思绪、方式和实行体例。
经由过程阐发项目道理息争决路子，城市水情况整治的手艺路子有3种，但凡是都采取控源减负和提质增容协同感化的体例(即路子3)来实现城市水情况整治方针。若何肯定适合的均衡点作为水体整治方案的设想基准，就成为城市水情况分析整治系统方案编制的要害。
城市水情况整治方案系统筹谋
经由过程对城市水体污染物输入负荷与情况余量均衡状况的会商和处理路子的阐发，取得了城市水情况整治系统方案的编制方式，但在现实利用进程中仍有若干问题需要厘清。
起首是计较时候的拔取，很多案例在编制系统方案时，以年均值计较污染物输入负荷和情况余量，这类方式是不科学的。由于不管是污染物输入负荷、仍是水体情况余量都是显现季候性转变的，乃至在逐日都有波动。是以美国在《洁净水法》中采取最年夜日负荷总量(TMDLs，total maximum daily loads)法作为水体水质方针治理的方式，其焦点就是在知足水质尺度的前提下，水体可以或许接管的某种污染物的最年夜日负荷量，同时要斟酌平安临界值和季候性转变，采纳恰当的污染节制办法来包管方针水体逐日均能到达响应的水质尺度。今朝，我国的年夜大都城市在根本消息的把握、监测数据的堆集和设想参数的拔取等方面都难以撑持参照TMDLs的体例对城市水体做出按日计较污染输入负荷和情况余量，能够选择几种典型状态(例如旱季好天、旱季好天、旱季雨天等)代表时段(日)，采取情形设想的体例计较污染输入负荷和情况余量，并拔取最年夜差值情形(最晦气状态)作为系统方案设想的根据，如许能够包管水体在常态环境下全年知足水质方针要求，见图4a。
其次是节制断面简直定，水体(特别是河道性水域)节制断面的位置对污染输入负荷和情况余量的计较成果影响很年夜，若要包管全域水体知足水质方针要求，能够选择几类特点断面(例如水体流态最差点、距离节制办法最远端、最年夜污染负荷输入点等)别离计较污染输入负荷和情况余量，取最晦气位置作为设想根据。若水体过年夜太长、或是前提差别性过年夜，则招考虑分段计较和设想，再分析构成水体整治系统方案，见图4b。
图4 城市水情况整治方案动态转变示意
五 会商与瞻望
城市水体是一类遭到人类勾当强烈影响、乃至是完全人工化的水生态系统，同时又会对城市情况和人类勾当空间发生严重影响，是以城市水情况整治必定是一项复杂而艰难的持久使命，在实践进程中不但要遵守科学纪律，还要统筹社会影响，要对峙系统理念的兼顾和做好顶层设想的经营。在方针上做好水质治理和社会需求的统筹，在推动上做好消弭污染和长制久清的连系，在方案上做好系统筹谋和随机应变的同一，在方式上做好控源减负和提质增容的调和，在办法上做好项目管理和运维治理的跟尾，以保障城市水情况整治方案的系统性、科学性、针对性和可操作性。
城市水情况分析整治系统方案是城市水体污染管理工作的根据和根本，今朝对其科学编制方式还缺少足够的的手艺撑持，后续还应展开响应的根本性研究工作。
1)增强根本理论研究，规范情况余量计较方式。
情况余量的计较是水体整治系统方案设想的焦点和要害，今朝我国上贫乏响应的理论研究和方式撑持，也缺少相关情况前提影响的定量阐发和相干计较参数拔取与复核的方式，难以包管计较的靠得住性和正确性，也间接影响到系统方案的科学性和有用性。
2)增强根本消息的堆集，提高污染物输入负荷计较的正确性。
当前关在污染物发生和输入水体的负荷量计较体例繁多，随便性也较年夜，要害在在根本前提和数据消息的把握不敷系统周全和客不雅实在，计较方式不敷科学规范，计较参数年夜多采取经验数据，计较成果也缺少现实验证。应保举科学规范的计较方式，提出水质水量监测方式和数据获得的规范性要乞降质量包管办法，保举适合的参数获得方式和率定要求，力图水体输入负荷量计较的正确性;同时增强对现有整治项目案例的监测和绩效评估，审定典型项目办法削减输入负荷量与设想参数的相干关系，从而包管项目办法设想的公道性和靠得住性。
3)增强动态调剂的摸索，晋升系统方案设想的精准度和公道性。
阐发比力典型情形日输入负荷量和情况余量的转变特点，在拔取最晦气状态作为系统方案设想根据的根本上，针对几种典型环境提出全体系统方案的典型运转工况，在包管知足水质方针治理要求的条件下优化运转治理、下降运转本钱，以晋升城市水情况整治的精准度和公道性。
