浅谈城市河湖治理工程设计中海绵城市理念

(上海汀滢环保科技有限公司，上海 201707)

2013年12月12日，习近平总书记在中央城镇化工作会议上明确指出：“在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的‘海绵城市’”。海绵城市理念是“渗、滞、蓄、净、用、排”的有机结合，协同规划、建筑、绿化、道路、水务5大专业，最大程度上减少城镇化发展建设给原自然水文特征和水生态环境带来的负面影响。

建设海绵城市就需要有“海绵体”，一般包括绿色、灰色、蓝色“三大海绵”，而城市里的河湖水系属于蓝色大海绵，是最大、最重要的“海绵体”。根据《上海市海绵城市专项规划》，海绵城市建设总体目标是至规划远期(2040年)，建设水环境质量优良、水生态与城市景观协调、水景观为市民提供亲水休憩空间的水和谐城市。

传统城市河湖治理工程设计主要围绕河湖的防洪、除涝和引调水进行，设计人员关注的重点往往是堤顶高程、河道断面、护岸形式等方面，而对于径流污染治理、水生态系统构建、河湖自净能力提升等方面考虑较少。不少城市化地区的河湖经过多轮整治后，污染源未得到有效控制，仍摆脱不了水质容易恶化，甚至黑臭的命运。在新的历史形势下，传统城市河湖治理工程设计思路亟需扩展和丰富，水环境改善不仅仅是传统意义上的引调水，而应该在设计方案中系统性地纳入海绵城市理念。本文以上海地区城市河湖治理工程特点为例，尝试阐述一些海绵城市理念与城市河湖治理工程设计的有机结合。

1 城市河湖径流污染现状

城市河湖污染主要分为内源污染和外源污染。内源污染主要是指底泥污染；外源污染可根据污染发生的类型，又分为点源污染和非点源污染。点源污染一般指固定位置排放的生活污水和工业废水。非点源污染涉及面比较广，是由于降雨、地表径流、渗透、排水、大气沉降等原因产生的，在较大范围内的污染物通过地表径流进入河湖，并在水体中富集而导致的水环境污染。城市化地区地表径流往往是通过雨水管道收集后(或通过市政雨水泵站抽排)入河，故而非点源污染常表现为点源污染形式。

城市地面中包含许多污染物质，有车辆排放物、固态废物碎屑、空气降尘、屋面沉积物及析出物等。随着城市化进程的加速，不透水路面比例增大，使得雨天产生大量的径流不能通过城市地表渗透到土壤中或者被植物截流，排放到河湖之后，对河湖水质造成明显的破坏。根据对我国各城市道路初期雨水径流污染物进行分析结果，SS、COD、BOD5、TN、TP等污染物平均浓度都超出国家地表水V类水标准，并且还存在重金属污染的风险。

上海市紧邻长江，内部水网丰富，但属于水质性缺水城市，根据相关要求，上海市将在2020年之前基本消除劣Ⅴ类水体。目前在上海城市化地区，降雨径流污染再加上混接的各类污水，导致大量污染物在市政雨水泵站和管道中聚集，当雨水泵站排水时，则对河道造成集中污染，导致雨水泵站附近河道常出现黑臭现象。根据统计，2017年上海城区130个市政雨水泵站累计排放量为3.80亿m3，污染物总量分别为：SS为4.56万t/a，COD为9.20万t/a，氨氮为0.49万t/a，TP为0.08万t/a。SS、COD、氨氮、TP总量分别为现状污水处理厂(处理总规模19.90亿m3/a )年进水污染物总量的13.18%、14.44%、8.80%、10.13%(污染物具体对照详见下图)。由此可见，大量非点源污染物和混接污水通过市政雨水管网进入受纳水体，造成较大污染。

上海城区2017年污染物总量对照图

2 海绵城市理念与城市河湖治理工程设计的融合

控制城镇降雨径流污染、提升河湖水质和完善水生态功能是海绵城市理念中与城市河湖治理工程设计密切相关的部分。根据《上海市海绵城市建设指标体系(试行)》，对于区域系统，年径流总量控制率(新建不小于80%，改建不小于75%)、年径流污染控制率(新建不小于80%，改建不小于75%)和河面率(不小于10.5%)为约束性指标；对于水务系统，河湖水系生态防护比例(不小于75%，即生态堤岸长度与堤岸总长度比例)为约束性指标。

上述指标对海绵城市建设提出了总体要求，而在实际城市河湖治理工程设计中，如何贯彻落实海绵城市理念，还需要进一步细化。

2.1 整体设计思路

要在城市河湖治理工程设计中纳入海绵城市理念，必须强调系统性和整体性，不能表面化、碎片化。ⓐ城市河湖治理工程中的海绵思路应与绿化、道路、建筑等其他专业相互协调，不能因为各类规划控制线而相互割裂，应根据实际的汇水区域，从陆域到滨水岸带，再到河道，整体考虑。具体来说，在进行城市河湖治理工程设计时，需通盘考量汇水区域内的海绵设施，尊重城市径流规律，不能局限在河道规划蓝线范围内；ⓑ城市河湖治理工程设计中需整体纳入“源头控制→中途阻断→终端净化”的海绵城市理念。提升河道水质，不应过度依赖终端净化，在河道内采取各类净化措施固然重要，但更应该将径流污染物留在岸上，这就要求设计人员重视对径流污染物源头的控制，重视对污染物在传输过程中的阻断与拦截。3大环节均不应缺失，需环环相扣形成整体，才能发挥最大作用。

2.2 前期调查

除了传统城市河湖治理工程设计前期调查需要掌握的水文、地质等基础资料外，还需增加的调查内容包括：河道水质、底泥污染情况、沿线污染源、区域人口数量、雨水排放口、市政雨污水管网、陆域下垫面等。由于海绵城市理念涉及生物滞留和生物净化，因此在前期调查中，还需对区域的生物多样性、本地动植物种类及优势品种等情况进行细致的了解。

2.3 河湖滨岸设置缓冲带

缓冲带是位于河湖滨岸水域和陆地之间的条带状过渡地带，是对径流污染物、洪水具有一定缓冲功能的水陆交错带，具有缓冲、拦截、吸附和水土保持的生态服务功能，有较强的氮磷降解能力，也是河湖生态系统中各种陆生和水生物种的重要栖息地。

河湖滨岸设置缓冲带必须具备一定的宽度，才能维持其生态系统的稳定和持续。根据相关研究，缓冲带的宽度与陆域面源污染物的截留效果正相关，而当坡度大于6%时，径流净化效果较差。根据李怀恩等[2]研究，草本植被的岸坡在坡度2%情况下，地表径流中污染物的削减主要发生在前10m。

上海河道两侧陆域控制带宽度一般为6m，距离缓冲带适宜生态宽度要求还有不小的差距。而上海地区用地紧张，河道边坡坡比一般为1∶2.5、1∶3，远陡于6%，如何充分发挥河湖滨岸缓冲带的作用，应重视以下几点：

a.对于有条件的区域，尽量放缓边坡，研究与河道陆域控制带以外区域的衔接方案，形成有机整体，扩大缓冲带宽度。

b.重视滨岸缓冲带的平面布置和竖向设计，除了满足边坡稳定、堤顶防汛高程外，设计内容还应包括控制径流流向，计算区域海绵体的蓄水能力、水力接触时间等，确保初期雨水经截留调蓄或生态净化后再排入河道。

c.重视河道沿线雨水排放口可能存在的污染影响，掌握雨水排放口的径流源头和传输过程，通过植草沟、雨水花园、透水路面、树池等海绵设施，削减初期雨水的污染。

d.结合实际情况，因地制宜，合理设置雨水调蓄装置，避免初期雨水直接进入河道，例如：利用城市天然洼地、池塘，新建雨水调蓄设施，还可以利用空箱挡墙。

e.不同的植物在滨岸缓冲带中的作用是不同的，应注重植物的选择和搭配，遵循土著物种优先、生物多样性原则。相关研究表明：在缓冲带中对径流污染物起主要作用的是草本植物，主要与其高盖度有关，草本根系较浅，能有效减少径流对土壤的冲刷，污染物去除效果明显，而灌木、乔木下方土壤裸露面积较大，去除效果不理想，但它们对中下层土壤有很好的保固作用。

f.了解当地动植物的生活、栖息、繁衍习性，有目的地营造适宜生境。

2.4 生态护岸建设

传统城市河湖治理工程护岸重视防洪、排涝、航运等基础性功能，生态护岸除考虑上述基本功能外，需兼顾生态、环保等因素，设计时应考虑整体的生态效应，考虑对象包括径流污染治理、生境营造、动物栖息、生物多样性等。现阶段对于生态护岸的评价指标体系尚未建立，因此，除了常见的植被盖度外，还需增加污染物削减率、生物多样性指数和土壤湿度变化等指标作为考核标准。

需要指出的是，生态护岸的挡墙稳定不能因为重视生态而被忽视。此外，生态是一个系统，孤立地评价一座挡墙是不是生态，并没有太大意义，而应该将它放到整体系统中加以考量。例如：邻近道路的护岸不能有效阻断路面污染物随降雨径流直接入河，挡墙即便采用透水透气的环保材料，也不能称之为生态护岸；相反，在某些条件下，滨河生态系统需要利用传统的硬质挡墙来抵御大的风浪。

2.5 水生态修复

在控源截污的前提下，水生态修复应以增强河湖自净能力为主线，水质提升为根本目的。在对河湖治理的初期，可采取人工措施进行强力干预，但是要长期维持河湖的健康稳定，减轻后期运行管理负担，就必须构筑长效、低维护的水生态系统，实现水体自然净化的良性循环。

水生态修复设计不是简单地布置浮床、人工曝气或者种植水草，而是要深刻理解水生态系统中各级生产者、消费者之间的竞争和共生关系；深刻理解水体中污染物的沉淀、稀释、混合、氧化还原、分解化合、吸附凝聚等物理、化学及生物化学过程。要做到水生态修复设计的系统化，需要重视以下几点：

a.详细计算污染负荷，全面评估河湖的纳污能力。

b.严格控制底泥营养盐释放。

c.恢复和保持河湖水系的自然连通，重塑健康自然的弯曲河岸线，恢复自然深潭、浅滩，实施生态修复，营造多样性生物生存环境。

d.增加河道水动力，配合曝气复氧、渗滤作用，提高氮、磷降解速率，增强水体自净能力。水生态修复需还河道本来应有的模样，人工净化措施是必要的，但是河面不应成为各类设备的展示台。

e.利用生态系统的自然循环再生和自我修复能力达到水体溶解氧的稳定。充分利用藻类与高等植物之间的竞争关系，引导“藻型”河湖向“草型”河湖转化。

3 结 语

如果把城市比作人的健康系统，那么海绵城市理念无疑是一种“健康生活理念”。诸多令城市管理者头痛的大问题往往来自于细微问题的日积月累，因此，应当树立“健康生活理念”，从源头开始控制，步步设防，层层化解。

海绵城市建设并非仅是传统意义上的工程项目，更是一种理念，需要各专业之间的相互协作和深入贯彻。在新的历史形势下，城市河湖治理工程设计正逐步从传统的防洪、除涝扩展到对整个河湖生态系统的构建，海绵城市理念将是非常重要的切入点，需要广大水利工作者进行更多的努力和探索。