海绵城市在黑臭水体治理中的应用

周 洁，胡钢城

（中大设计集团有限公司，陕西 西安 710000）

1 研究背景

1.1 海绵城市

“在发展都市排水体系时要优先考量把有限的降雨留出来，选择运用天然动力排放，建成自然蓄存、天然渗入、生态净化的‘海绵城市’。”这是2013 年习近平总书记在中央城镇化工作座谈会上的重要讲话。该讲话的中心思想为：应从减少城市内涝、降低城市雨水径流污染负荷、节省城市淡水资源、保障和促进城市生态环境健康的角度考虑，引进并运用低影响开发建设模式，优先使用城市天然排水，并建立城市生态排涝设施，以发挥城市水体、城市道路、绿地等对降雨的蓄滞、缓释、吸纳等功能。

1.2 黑臭水体

21 世纪以来，由于市场经济日益发达，城市人口也日益增加，随着社会活动的不断增加，进入河水的污染物也随之增多，使得河水环境自然变迁、生态分解等，导致城市河流逐渐变成了一个难以处理的主要污染源，这便是所谓的城市“黑臭水体”[1]。城市黑臭水体不但给民众造成了极差的感官感受，而且直接危害着民众的正常生产生活，同时也严重危害着当地的自然环境，导致城市生态系统结构质量严重下降甚至失效，区域内的水环境质量难以达到规划要求。水污染治理已迫在眉睫。

2 建设要求及途径

海绵城市建设要求以生态建设为优先原则，并将人工举措和天然路径相结合，来缓解城市中降雨调蓄、空气净化和生态建设使用等重大问题。

海绵城市的建设途径大致有3 个方面：①对城市规划内自然水域生态系统的有效保护，通过合理保护城市湖水、河流、湿地等天然水域进行降雨调蓄、径流量预测管理以及应用自然形成大强度降雨[2]；②运用生态的手段恢复和补救已受到严重破坏的城市水体和其他自然环境；③采用低影响开发手段使用降雨资源，通过合理调控降雨径流污染，最大限度地减少对城市原有水体和自然环境的破坏，从而提高对降雨的积累、渗透和净化。

中国城市黑臭水体防治工作中，不仅要全方位解决黑臭问题，还要从多途径科学地建立补水源头，以改变都市水体的动力条件，并逐步恢复都市水体生态系统，增强水域的自我净化能力，以达到都市水体环境不断改善，并有效保护。在黑臭水体环境解决途径中，通常需要采用内源处理、控源截污、活水循环、清水供给、水体净化、生态恢复等综合举措来减少大中城市黑臭情况。

作为初期雨水污染物管理和监控室“控源截污”计划中的主要内容之一，内源治理中水体底泥所含污染物是必须解决的重点问题。在当前水资源日趋短缺的形势下，对于河涌清水补给将最优选择并最大化地使用雨水资源。通过一定的管理手段对降雨进行有效净化，用以补充河涌，并且辅助活水循环设备，对河涌水域在保持脱除工艺中黑臭水体后的长效性也非常关键。

人工湿地、生态堤岸是提高水体自净能力的重要途径之一。

3 共同建设需求

海绵城市建设和黑臭水体的整治，在设计理念和建设路径上都有不少共同之处。

雨水径流量管理是海绵城市的关键要素，一般采用自然地下水体、自然水域以及人工方法形成调蓄利用水池作为有效管理径流量的主要手段[3]。使用净化后的水体形成天然雨水调蓄池，有助于缓解海绵城市中的雨水调蓄设备占地问题。

若使黑臭水体在经过处理后能达到长效性，其必要措施就是充分发挥海绵城市工程的消能，提高都市中降雨径流的滞蓄和净化作用，补给自然水域，提高水域动能。

黑臭水体整治中引入人工湿地、生态堤岸等保护措施，也是中国海绵城市建设中生态修复和环境保护的一种方式[4]。

综上所述，海绵城市工程与黑臭水体污染治理对降雨径流污染防控、降雨调蓄运用、水体生态环境保护等方面有着共同的要求，所以在具体工程项目实施中，将二者有机融合，既能节省施工费用，也能够最大限度地实现施工效果。

4 工程设计案例构想

4.1 项目概况

4.1.1 项目位置及现状

石安河（东海）是石梁河水库到安峰山水库的一条人工开挖的平底河道，贯穿东海县南北，全长55 km，河底宽度20～30 m，高程14～15 m，集水面积173 km2。石安河设计行洪流量为660 m3/s，防洪标准20 年，洪水位19.9 m，常水位18.0 m；设计排涝流量70 m3/s，排涝水位18.0 m。

近期，石安河已进行了综合整治工作，河道的排涝、景观等功能已得到明显改善，但仍不能应对两侧农田开发强度增加、汛期水量过大等带来的问题，河水的黑臭问题主要是由于污水直排，加之位于上游的桃林镇、安峰镇为主要流域性污染源输入，石安河水源地自身供应能力不足，水域排污自净能力严重受限，石安河水体质量迟迟无法获得有效提升，且在雨季时城区的排涝功能受到了严重威胁。石安河区域位置图如图1 所示。

图1 石安河区域位置图

4.1.2 存在问题

上游屠宰场产生的污水对水体污染严重。位于石安河上游的村落并无排水系统，生活污水经常直排入河，尤其是在桃林镇，由于全村以宰牛为生，屠宰废水对石安河的污染更是严重。石安河上游污染情况如图2 所示。

图2 石安河上游污染情况

城区雨污合流体制。石安河北片区幸福路以东排水系统不完善、不正规，多为合流制，一般利用振兴路、钢铁路附近的排口进入石安河。石安河城区段排放口污染情况如图3 所示。

图3 石安河城区段排放口污染情况

初期雨水污染。石安河淡水补水率较低，仅在灌水时节有少许补水或者在涨潮期引海水补水，所以在降雨时，会因为初期雨水径流污染加重水域的环境污染。

4.2 总体思路

运用海绵城市工程理念，整合黑臭水体处理手段，把石安河建成具有修复生态水体、降雨调蓄渗透等功能的生态景观河道。为达到上述效果，需建立雨水收集和初沉系统、湿地环境和生态自我修复系统、渗透调蓄系统和堤岸景观系统。

4.3 工程方案

4.3.1 排水收集系统

对以上村镇污水实施雨污分流，设置一体化污水处理设备，处理合格后排入河道。老城区内的雨水管渠，分区分期按重现期P=2～5 年改造；城市排涝标准按P=20 年设计。郊区段按10 年一遇拓宽清淤，建设南庵节制闸。城区在入海口新建强排站，近期规模为20 m3/s。改造老城区排口，增设拍门。

4.3.2 排水净化系统

村内设置一体化污水处理设备，污水处理达标后排向石安河。村庄污水处理站如图4 所示。

图4 村庄污水处理站

雨水净化系统是能解决雨水回用的较优办法，在新区设置雨水净化系统，同时还能实现石安河生态河道的目标，能够去除水中常规指标，作为人工湿地的预处理设施。雨水净化系统工艺流程如图5 所示。

图5 雨水净化系统工艺流程

4.3.3 人工湿地处理系统和水生态修复系统

湿地处理系统。人工湿地布设在河流的最前端，是消除有机质和养分的重要单元，一般采取水表面流湿地与垂直潜流湿地相结合的方式。

水生态修复系统。利用栽植挺水植物、沉水植物、浮叶植物等给水中微生物提供生存空间，同时去除水中污染物或养分，保持水体环境生态系统和水体自然环境的均衡，即为水生态修复系统[5]。根据所在河段位置以及生态净化功能的差异，可分为悬浮沉淀区、重金属净化区、富营养净化区、水体平衡调控区等，一般的栽植植物有子午莲、旱伞草、苦草、萍蓬草等。

4.3.4 雨水调蓄及渗透系统

河涌底泥清除。清淤工程主要经过清淤疏通、搬运、洗涤、回填等处理方法，以消除水域中的底泥、残留动植物等固体废物，以降低原有的内源污染物[6]。可在旱季时对石安河进行清淤。河道淤泥要针对泥质的不同情况选择不同的处置方法，污染程度较重的污泥可采用杀菌或脱水处理的常规工艺后进行填埋处理；污染程度较轻的污泥可简单处理后作为园林绿化用土，从而达到底泥的生态利用。

阶梯式雨水调蓄。石安河经新城区时，将河道分段布设成台阶状，即可起到降雨的调蓄效果，也可适应城市总体风貌的规划要求。在梯级和断面连接处设立叠石跌水景观节点，为河道带来生机活力，同时还可满足水域的自然充氧，并为水域中的动植物、菌群的存活提供必要的自然环境条件。

生态堤岸构造。在石安河两侧堤岸设置生态护坡，增加河道的自净能力。在满足工程安全规范的情况下，使河道线性更加灵动、美观，对河道堤岸做造型设计。驳岸在实际工程设计中，可选择天然缓坡驳岸、天然块石驳岸、梯级湿地驳岸、直立挡墙驳岸或两两结合等形式。

5 结语

海绵城市建设与黑臭水体综合整治在降雨收集系统、净化系统、雨水调蓄及渗透系统、湿地处理和水生态修复系统等方面都能找到共同需求及共同建设途径，可共同实施，协同发挥效应，以达到施工经济效益最优化和节约费用的目标。