2019年7月3日的上海城投研究總院院士論壇上，南京水利科學研究院張建云院士分享了“平原河網(wǎng)地區(qū)城市水環(huán)境的提升和應用”的主題報告。
01 平原河網(wǎng)區(qū)城市水環(huán)境的問題與挑戰(zhàn)
隨著中國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城市水環(huán)境質量提升是生態(tài)文明建設的重要內容。當前，我國正處于城鎮(zhèn)化高速發(fā)展階段，城鎮(zhèn)化水平從2000年的36.3%發(fā)展至2018年末的59.6%。作為承載國家戰(zhàn)略的國家級的三大城市群——協(xié)同發(fā)展的京津冀、一體化發(fā)展的長三角以及粵港澳大灣區(qū)均位于平原河網(wǎng)區(qū)。但是平原河網(wǎng)區(qū)城市水環(huán)境的問題卻十分突出，治理的難度較大。主要表現(xiàn)為：一是城市的高速發(fā)展造成的河道侵占以及入河污染負荷高的情況;二是水系分割嚴重、連通性較差、水動力弱;三是水體黑臭、富營養(yǎng)化問題突出，水功能區(qū)達標率低。這些問題已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的重大瓶頸。
張建云院士認為，問題是一方面，同樣我們也面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。
(1)國家頒布了最嚴格的水資源管理制度
國務院關于實行最嚴格水資源管理制度意見中提出，到2020年，重要江河湖泊水功能區(qū)水質達標率提高到80%以上，城鎮(zhèn)供水水源地水質全面達標。到2030年，主要污染物入河湖總量控制在水功能區(qū)納污能力范圍之內，水功能區(qū)水質達標率提高到95%以上。都表明了國家對水資源管理的高度重視。
(2)國家對水生態(tài)文明建設的新要求
水利部“關于加快推進水生態(tài)文明建設工作的意見(水資源【2013】1號)”落實了最嚴格水資源管理制度;優(yōu)化水資源配置;強化節(jié)約用水管理;嚴格水資源保護。相關要求也反映了國家對于建設青山綠水的決心和信心。圍繞水生態(tài)文明建設要求，大范圍的試點建設已經(jīng)展開，現(xiàn)已有105個水生態(tài)文明試點城市針對各自水生態(tài)系統(tǒng)的功能退化、殘缺和喪失情況，科學地確定建設任務，開展相應的工作，已取得顯著的效果。
02 城市水環(huán)境綜合治理目標與技術路徑
張建云院士指出，區(qū)域水環(huán)境綜合治理目標是統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，形成“水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀、水文化”的統(tǒng)籌協(xié)調，實現(xiàn)“水清岸綠、魚蝦洄游、環(huán)境優(yōu)美”的景象。
在確保防洪排澇安全下，統(tǒng)籌流域-區(qū)域-城區(qū)水環(huán)境，兼顧航運、景觀等，利用外圍優(yōu)質水源，綜合運用已有水利工程，通過控源截污、清淤、暢流、活水、管理等綜合措施，增大水動力、增加水環(huán)境容量、增強河道自凈能力，實現(xiàn)水資源可持續(xù)高效利用與水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)改善的良性循環(huán)。
對于平原河網(wǎng)城市水環(huán)境綜合治理思路，張建云院士認為需要有綜合治理的措施，包括控源截污、河道整治、水系連通、動力調控、凈化強化和生態(tài)修復。其中：
截污是前提——達標排放、納污能力約束。清淤是基礎——正本清源、污泥資源化利用。活水是靈魂——增強水動力、實現(xiàn)水流不腐。管理是保障——健全政策法規(guī)、規(guī)范行為。為了實現(xiàn)上述目標，張建云院士總結了幾種平原河網(wǎng)城市環(huán)境提升的相關理論和技術：
(1)污染源解析與空間削減理論
采用雙穩(wěn)定同位素方法，揭示城市產(chǎn)流產(chǎn)污時空變化規(guī)律，解析入河負荷來源及分布。提出入河污染負荷動態(tài)優(yōu)化調控方法，有效削減入河污染負荷。
(2)水動力調控基礎理論
河網(wǎng)水動力對水質指標的作用機制。水動力指標與DO、NH3-N、透明度等水質指標間的響應關系，為水動力調控提供了理論基礎。建立置換比與透明度關系，提出河道水體透明度模擬方法。
(3)暢流活水技術
針對優(yōu)質水源，制定多元互補的引調方案，實現(xiàn)城區(qū)水源保障的時空適配性需求。多元互補原則包括因勢利導、按需配水、精細調控、優(yōu)質水源、有序引排等。
(4)環(huán)流凈水-生態(tài)凈化-分散布水的成套技術
利用環(huán)流凈水-生態(tài)凈化-分散布水的成套技術，實現(xiàn)高沙水、高藻水、污染水的高效利用。
(5)基于活動溢流堰的河網(wǎng)水位精準控制技術
活動溢流堰是一種新型的可調控溢流壩，可以直立擋水、臥倒防水，溢流時形成人工瀑布，具有一定的景觀效果，適用于寬度10 m~100 m，水位差1 m~6 m的河道。實現(xiàn)遠程控制，是平原河網(wǎng)水動力重構的重要工程措施。
(6)水系連通工程—斷頭浜連通治理新技術
斷頭浜原位隔離連通技術，采用隔墻+閘門，形成“活”斷頭浜。斷頭浜原位隔離與泵閘組合連通技術也得到了有效利用;斷頭浜改造淺隧技術，對于較難治理的斷頭浜，采用“河加隧”技術，即在河道中上部添加蓋板，蓋板上部為清水，滿足景觀水的要求，蓋板下部實行雨污分流。
(7)水系連通工程—精細調控技術
分析水系格局與水量分配響應關系，科學計算動態(tài)需水量和換水周期及水量?？茖W評價河網(wǎng)連通度，優(yōu)化控制節(jié)點水動力分配，指導區(qū)域河網(wǎng)連通工程的綜合精細調控，實現(xiàn)河網(wǎng)水體有序流動。
(8)水源水質原位凈化技術
通過G20峰會的實例可見，排放嚴格控制后，進入核心區(qū)仍不能達到目標要求的應急處理措施，主要是絮凝及沉淀。利用現(xiàn)有泵站和天然河道，可大幅降低工程成本，處理成本低于0.1元/方。處理后水體透明度不低于1m，主要水質指標氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧滿足地表水三類標準。
此外，張院士還介紹了一些污水處理材料和技術設備、黑臭河道清淤及脫水固化成套技術、水生態(tài)重建及修復成套技術以及水環(huán)境綜合治理智能化平臺集成等內容。
03 長三角地區(qū)水環(huán)境提升的實踐思路
張建云院士認為，在目前狀況下，城市水環(huán)境治理需要有新的理念。可以提煉為：
(1)因地制宜，一城一策
注重水系格局、污染源控制以及活水水源的差異。
(2)綜合治理，多措并舉
城市水環(huán)境治理是一項系統(tǒng)工程。單項技術難以實現(xiàn)治理效果長效保障。
由于各個城市、地區(qū)治理的要求不徑相同，結合實踐，認為部分長三角城市的治理思路可以參照：
(1)蘇州古城——多源供水，自流活水
(2)常熟城區(qū)——兼顧防洪，暢流活水
(3)上海城區(qū)——分片引潮，深度改善
04 平原河網(wǎng)地區(qū)城市水環(huán)境提升的幾點建議
(1)聚焦重點難點，實施精準化差別化防控
長三角區(qū)域水環(huán)境治理要突出源頭防控，重治本、抓源頭，保證好水與治污水并舉;突出精準減排，聚焦關鍵污染物，提高治污有效性;突出分區(qū)管控，加強治理目標協(xié)調，明確防控重點;優(yōu)化協(xié)作機制，提升一體化程度，提高共商共治共享水平。
(2)堅持標本兼治的系統(tǒng)治理理念
控源截污是前提，河道清淤是基礎，暢流活水是靈魂，長效管理是保障。通過進博會水質提升的相關工作，張院士認為河道治理要標本兼治、系統(tǒng)治理，源頭治理與末端治理相結合。系統(tǒng)治理包括控源截污、水動力提升、原位凈化、生態(tài)修復協(xié)同作用，提升水質狀況。通過閘泵原位循環(huán)凈化與生態(tài)修復相結合穩(wěn)步提升河道水質。清水循環(huán)與外圍引清調水相輔相成，是持續(xù)維持進博會區(qū)域水質的根本措施。
(3)因地制宜制定城鎮(zhèn)污水處理排放標準
對標國際，如歐盟，其城鎮(zhèn)污水排放標準并非以單一的營養(yǎng)鹽數(shù)值為限，指標的種類和數(shù)量非常豐富，并根據(jù)污水廠尾水排放后所進入的區(qū)域來選擇不同的標準。而我國的排放標準和地表水標準相對統(tǒng)一，地表水劃定了5個等級，每個等級都有固定的限值;污水處理廠排放則統(tǒng)一劃分為一級A、一級B等級別。
鑒于目前我國污水排放標準過于“整齊劃一”，張院士建議應科學制定，避免過度治理。針對不同的受納水體，張院士提出了對應標準建議：
· 湖泊、海灣等脆弱水體：氮、磷排放執(zhí)行更嚴格的排放標準
· 無富營養(yǎng)化之虞的水體：排放標準適當寬松
同時，不同區(qū)域應結合其地域、功能區(qū)劃的不同，制定相應標準。
國際上的地表水標準：執(zhí)行歐盟標準。
(4)推行先進的河道底泥疏浚技術
目前多采用挖掘機或高壓水槍清淤，會損傷河床及河岸生物棲息地，他認為應發(fā)展原位生態(tài)修復。大力提升水體自凈能力。城區(qū)河道狹窄，周邊空間有限，需發(fā)明適用于城區(qū)河道的清淤疏浚技術，縮短清淤距離和周期，提高清淤效率。
(5)遏制破壞式的河道治理方式
避免盲目硬化河岸、過度追求人工景觀：沒有防洪要求的內河甚至村鎮(zhèn)級河流也采用混凝土、漿砌塊石等固化河岸，一味濫用“生態(tài)擋墻”，割裂水陸聯(lián)系，破壞河流橫向連續(xù)性。將景觀與生態(tài)混為一談，種草以及在“生態(tài)擋墻”外側綠化河堤，大量投入用于面子工程和形象工程，不僅無法發(fā)揮生態(tài)功能，還造成面源污染，后續(xù)維護成本居高不下。
(6)加強初期雨水面源污染控制
初期20%(30%)徑流中的污染負荷占整場降雨的80%。水中懸浮物質和泥沙含量較高，BOD/COD僅為0.05-0.2。他認為，對應的方法措施包括源頭減量、就地處理，收集調蓄處理，加強維護管理。其中典型的技術包括絮凝沉淀、砂濾池、人工濕地等。
(7)山水林田湖草綜合保護與修復
要深入落實“山水林田湖草是一個共同體”理念;加強生態(tài)保護修復工程頂層設計;以自然規(guī)律為準則開展保護修復，實現(xiàn)人與自然和諧共生。
(8)優(yōu)化區(qū)域間協(xié)同政策與機制
水環(huán)境治理應打破片區(qū)、行政區(qū)限制，區(qū)域協(xié)調聯(lián)動;加強長三角一體化水資源環(huán)境共治共保;建立源頭預防、過程控制、責任追究一體化機制;落實基于生態(tài)環(huán)境服務功能價值的生態(tài)環(huán)境補償機制和政策。
(9)發(fā)揮河湖長制的作用，建立河湖管護長效機制
張院士指出，河湖長制是問題導向的制度創(chuàng)新，不僅僅是責任分解，更要落到實處，需循序漸進、長效維護。
河湖治理是一個漫長的過程，需要系統(tǒng)成片治理，各行業(yè)、各部門的共同努力和協(xié)同。河湖治理并非只有在水中，包括岸線的農(nóng)業(yè)面源污染控制、工業(yè)和生活污水處置、河湖中的水生生物鏈的維護、以及長效的監(jiān)測、維護和管理等多措并舉。
為了有效落實河湖長制，建議建立清晰明確的責任體系;建立務實高效管用的監(jiān)管體系;實行嚴格的空間管控制度;推進河湖管理信息化;建立考核評估制度。
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