幾十年來，我國城市快速擴張、人口劇增、城鎮(zhèn)基礎建設滯后使部分城市河流淪為工業(yè)廢水、生活污水以及農(nóng)田退水等污廢水的主要通道。這類河流受納污染物數(shù)量巨大、空間分布集中、河流污徑比高、水體自凈能力弱，河流水體容易出現(xiàn)缺氧、富營養(yǎng)化甚至黑臭等現(xiàn)象。城市河流的水環(huán)境問題是世界上大部分國家發(fā)展工業(yè)化、城市化和集約化形成的“伴隨產(chǎn)物”。為了解決這些問題，許多國家和地區(qū)對水污染治理及管理進行不斷地嘗試和創(chuàng)新。如美國最大日負荷總量(total maximum daily loads, TMDLs)計劃、歐盟水框架指令(European water framework directive, WFD)以及日本流域總量控制計劃等。這些技術或措施均以水質目標為導向，以水生態(tài)系統(tǒng)完整性保護為目標，實現(xiàn)了從污染物控制向流域水生態(tài)管理的戰(zhàn)略轉型，獲得了良好的治理效果。根據(jù)我國河流的實際問題，我國河流的水污染控制與管理在不同時期進行了不同的調整和革新：在“六五”到“八五”期間，我國主要實施了“濃度控制”，但該方法無法排除污染源以稀釋手段降低排放濃度的缺陷;在“九五”到“十五”期間，“目標總量控制”得到實施應用，但該措施也并未充分考慮水環(huán)境容量和水生態(tài)承載力，污染負荷削減分配缺乏有效依據(jù);自“十一五”開始，我國開始進行“水質目標管理”初步探索，即根據(jù)河流所在流域或區(qū)域的環(huán)境自凈能力，將污染物負荷總量控制在承載能力范圍之內(nèi)的水環(huán)境管理技術體系。該體系將水污染控制管理目標與水質目標聯(lián)合起來，從而實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)健康的最終目標。在遼河、海河、太湖等重點流域開展的一些應用也顯示，基于水質目標管理的水污染控制與水質改善是解決重點河流、湖泊水污染、水生態(tài)退化等水環(huán)境問題的有效手段。
重慶市地處我國長江中上游，以長江和嘉陵江為主干的河流水系網(wǎng)絡極其龐大，次級河流是重慶市以及三峽庫區(qū)重要的補給水系，其水環(huán)境質量直接影響三峽庫區(qū)整體的水環(huán)境質量與水生態(tài)安全。近年來，由于城市迅猛發(fā)展和土地開發(fā)力度的加大，重慶市主城區(qū)中的次級河流大多已成為城市的排污溝，次級河流污染已成為制約重慶市乃至三峽庫區(qū)經(jīng)濟社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部審定的《重慶市創(chuàng)建國家環(huán)境保護模范城市規(guī)劃(2010—2013年)》，重慶主城區(qū)有22條城市河流納入創(chuàng)建國家環(huán)境保護模范城市考核(圖1)。然而，2011年重慶市環(huán)境統(tǒng)計公報顯示，重慶市主城區(qū)仍有14條次級河流水域功能未達標(劣V類)，這些次級河流的干流總長度440 km，總流域面積達2 063 km2。
圖1 伏牛溪流域所在區(qū)位及其治理單元的劃分
重慶市曾對梁灘河、桃花溪、盤溪河、清水溪等部分次級河流或河段進行污染治理和管理對策的探討。但多數(shù)治理未實現(xiàn)預期的目標，其原因可能是沒有從流域整體統(tǒng)籌角度考慮，未在河流水質目標基礎上對河流開展水污染削減和控制工作。重慶伏牛溪是重污染次級河流的典型代表，當前河流也面臨著水質惡化、水動力學弱化、河流生態(tài)結構破壞嚴重等諸多問題。本研究從流域角度上對重慶市伏牛溪開展河流水環(huán)境問題系統(tǒng)分析和診斷，確定污染主要來源和重點區(qū)域，結合治理單元特點，提出切實可行的水污染控制與水質改善方案，并結合示范工程建設開展實施方案效果評估，從而為我國山地城市重污染河流的水環(huán)境治理提供模式借鑒和參考。
1 基本概況
1
山地城市河流一般具有3個基本特征。1) 山地城市地勢起伏較大，河流坡降變化明顯、橫斷面狹窄，山地河谷一般為下切，形成V型谷，側蝕形成U型谷;河流形態(tài)蜿蜒多變、河槽不規(guī)則，且周邊城鎮(zhèn)發(fā)展會對河道進行裁彎取直改造。2) 山地城市大坡降導致河流水量變化明顯，枯水期和豐水期水質差異較大。豐水期河流徑流量大、污染物濃度較低，但由于雨季對河流沖刷作用明顯，水中懸浮顆粒物高、透明度低;枯水期河流徑流量小，污染物濃度相對較高，水生生物種類和數(shù)量也會隨之減少。3) 河岸植被群落單一，以矮小灌木為主;河岸帶生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，河流受到全部或局部填平，造成河流破碎，沿岸水生生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴重。
重慶市伏牛溪發(fā)源于八橋鎮(zhèn)紅領巾水庫，經(jīng)口袋溝水庫流經(jīng)公民村和鳳陽村，在建勝鎮(zhèn)的雙叉河匯集進入雙叉河水庫，下游流經(jīng)建勝鎮(zhèn)群勝村、民勝村、四民村和跳蹬鎮(zhèn)鰲山村后，于伏牛溪火車站處注入長江。伏牛溪是重慶市主城區(qū)主要次級河流之一，位于大渡口區(qū)中南部，為區(qū)內(nèi)最長的河流(圖1)。伏牛溪流域總面積為16.0 km2，主河道長為6.5 km，河道平均坡降16.8‰，河流多年平均流量為0.245 m3·s-1。河流所在大渡口區(qū)地處重慶主城區(qū)西南部，是主城區(qū)12個中心組團之一，被全部納入重慶市規(guī)劃600 km2主城核心區(qū)。該區(qū)是以裝備制造、冶金建材、食品醫(yī)藥、電子信息、新型材料等為主的現(xiàn)代工業(yè)城區(qū)和物流基地。伏牛溪在治理前主要用于農(nóng)業(yè)灌溉及一般景觀用水，由于受到沿河城鎮(zhèn)生活、工業(yè)等廢污水排放的影響，河流水質污染較為嚴重。根據(jù)《重慶市環(huán)境保護局關于調整重慶市部分地表水域適用功能類別的通知》(渝府發(fā)[2007]15號)，伏牛溪已調整了其原有的水域功能類別。而根據(jù)《重慶市人民政府關于大渡口區(qū)分區(qū)規(guī)劃的批復》(渝府[2005]119號)，力爭在2020年前將該區(qū)建設成為產(chǎn)業(yè)協(xié)調發(fā)展、功能設施完善、人居環(huán)境優(yōu)美、富有山水園林特色的現(xiàn)代都市區(qū)。伏牛溪的水環(huán)境將很大程度上影響該區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，其河流治理方案的制定，對指導形成伏牛溪水質保持以及山地城市次級河流水污染控制的科學決策具有重要意義。
2012年8月—2013年5月，重慶大學對伏牛溪開展了常規(guī)水質監(jiān)測和河流排污口調查，結合收集的資料，形成了伏牛溪的主要水環(huán)境問題的診斷。1)河流缺乏水源，面臨斷流。由于城市道路硬化比例增加以及排水系統(tǒng)的完善，導致補充河水的下滲雨水減少，只有少量周邊卷帶垃圾的雨水以及廠礦居住區(qū)的工業(yè)、生活廢污水匯入河流，已經(jīng)出現(xiàn)了季節(jié)性斷流。2)河流主要超標污染物為TN、NH3-N、TP和COD。所有監(jiān)測斷面TN均超過V類限值，河流下游NH3-N最高超過V類限值15倍以上，TP超標主要集中在河流下游且超過V類限值2倍以上，中上游部分點位COD略高于V類限值。3)流域點、面源污染嚴重。主要排污口排放NH3-N、TN負荷分別為50.5 t·a-1和68.2 t·a-1，是面源負荷的2 ~ 4倍;點源排放TP負荷為13.9 t·a-1，是面源負荷的3倍以上;COD面源污染負荷(875 t·a-1)是排污口排放負荷的2倍。4)河流水生態(tài)破壞、景觀喪失，河流自凈能力低。沿河小城鎮(zhèn)在建設過程中侵占河流岸線土地，破壞岸線生態(tài)與景觀。另外，多級水庫、閘壩等水利設施的不合理建設以及非城市建設區(qū)的過度近岸耕種(自然植被破壞，水土流失嚴重)都嚴重破壞了河流生態(tài)景觀。
2 基于水質目標管理的河流水污染控制與水質改善方案
2
重污染河流水環(huán)境問題通常表現(xiàn)為COD和NH3-N等耗氧污染物負荷高、水中溶解氧不足、河流生態(tài)系統(tǒng)退化。在以水質目標管理為指導思想的河流水污染治理方案編制過程中，首先要解析河流重污染問題的成因，綜合分析污染負荷來源，并確定水質改善目標;其次，根據(jù)水質目標建立減排方案，落實治理工程措施，通過納入地方規(guī)劃保證實施;最后通過監(jiān)測評估，完善治理效果的監(jiān)測和反饋機制。按照以上思路，形成河流水污染控制和水質改善治理方案的制定流程(圖2)，包括水環(huán)境問題診斷、容量核算與負荷削減、河流治理措施與任務布局，以及可達性分析與效果評估4大部分(圖2)。
圖2 基于水質目標管理的河流水污染控制與水質改善方案的編制基本流程
3 重慶市伏牛溪水污染控制與水質改善措施
3
3.1 治理目標
3.1
根據(jù)重慶市人民政府辦公廳《關于印發(fā)重慶市次級河流綜合整治工作考核暫行辦法》(渝辦發(fā)[2009]311號)和重慶市大渡口區(qū)人民政府《關于全區(qū)地表水域適用功能類別劃分調整方案的批復》(大渡口府函[2010]74號)，結合流域未來規(guī)劃定位，以水污染控制、水質改善與景觀功能提升為目標，將伏牛溪定位為景觀功能水體，使其整體水質達到《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838-2002) V類水質要求。設定其具體水質目標為COD 30 ~ 40 mg·L-1、NH3-N 1.5 ~ 2.0 mg·L-1、DO 3.0 ~ 5.0 mg·L-1、主要深水區(qū)水體透明度 0.5 ~ 1.0 m、全年達標率75%以上。 參考國內(nèi)外河流修復資料，設定其水生態(tài)治理指標為：河床及河岸穩(wěn)定、防洪安全度高、河岸植被多樣化、河流無斷流、旱季流量不低于開發(fā)前基流流量。
3.2 污染負荷分析
3.2
3.2.1 沿河排污口排放污染負荷輸入
3.2.1
對重慶市伏牛溪典型的排污口排放污染負荷(排污口廢水排放量與污染物濃度的乘積)進行估算，結果顯示，位于河流中游、下游的排污口貢獻較高的污染負荷，伏牛溪所有排污口排放的COD、NH3-N、TN和TP總污染負荷量分別為425、50、68和14 t·a-1(表1)。
表1 伏牛溪主要排污口排放的污染負荷
3.2.2 面源污染負荷
3.2.2
伏牛溪流域內(nèi)高程落差大，以耕地和工業(yè)用地為主，有一定的水土流失。根據(jù)不同土地利用類型的徑流系數(shù)和產(chǎn)污能力，估算流域內(nèi)產(chǎn)生COD、TN、TP和NH3-N的面源污染負荷分別為875、35、4.3和11.6 t·a-1。就面源貢獻比例來看，NH3-N面源污染負荷主要來自工業(yè)(49%)、居住(18%)和道路交通(13%)等用地，其他土地類型貢獻比例小于10%。TN面源污染負荷與NH3-N有所差異，主要體現(xiàn)在耕地貢獻24%，僅次于工業(yè)(40%)，而居住和道路交通占10%以上。TP面源污染負荷主要來自于工業(yè)(47%)、耕地(19%)和道路交通(13%)。COD面源負荷貢獻結構與TP類似，工業(yè)、耕地和道路交通貢獻負荷比例分別為42%、25%和11%(圖3)。
圖3 伏牛溪流域面源污染負荷輸出結構特征
3.2.3 河流污染負荷衡算
3.2.3
伏牛溪多年的月平均徑流量為0.061 ~ 0.700 m3·s-1，其中流量主要分布在5—9月之間，最大流量出現(xiàn)在7月。伏牛溪多年的年平均徑流量為0.245 m3·s-1，結合多次水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，估算伏牛溪河道污染負荷(多年平均徑流量與污染物多次監(jiān)測均值的乘積)。由表2可知，伏牛溪輸出負荷COD、NH3-N、TN和TP分別為390、59.2、91.6 和8.02 t·a-1，對比點源和面源污染負荷計算結果，得到4種污染物的負荷削減量分別為910、2.87、11.5 和10.1 t·a-1。各污染物負荷自凈能力有較大差異，COD、TP自凈削減比例高達56%、70%，而TN、NH3-N僅為11%、4.6%，自凈能力相對較弱(表2)。
表2 伏牛溪污染負荷衡算
| 監(jiān)測指標 | 排污口排放負荷/ (t· |
面源輸出負荷/ (t· |
流域輸入污染負荷 / (t· |
河口平均濃度/ (mg· |
流域輸出負荷/ (t· |
自凈削減負荷/ (t· |
自凈負荷削減率/ % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N |
50.5 | 11.6 | 62.1 | 7.67 | 59.2 | 2.87 | 4.6 |
| TN | 68.2 | 35 | 103 | 11.9 | 91.6 | 11.5 | 11 |
| TP | 13.8 | 4.3 | 18.2 | 1.04 | 8.02 | 10 | 56 |
| COD | 425 | 875 | 1 300 | 50.5 | 390 | 910 | 70 |
注：實際監(jiān)測指標為CODMn，平均值為10.1 mg·L-1，COD值為CODMn乘以經(jīng)驗系數(shù)5而得。
3.3 水環(huán)境容量核算與污染負荷分配
3.3
3.3.1 治理單元劃分
3.3.1
治理單元劃分是根據(jù)流域污染源分布、產(chǎn)流匯流過程以及流域管理主體等綜合因素確定影響河段水質的區(qū)域。治理單元作為流域水環(huán)境管理的一個基本實施單位，以其為基礎開展水環(huán)境容量核算，對于科學制定治理單元容量總量分配具有重要意義。根據(jù)伏牛溪流域高程和河流水系狀況，利用ArcGIS水文分析工具，對伏牛溪流域進行劃分，得到集水區(qū)11個。以集水區(qū)為基礎劃定流域治理單元，其中上游治理單元由集水區(qū)1、2、3組成，中游治理單元由集水區(qū)4、5、6、7組成，下游治理單元由集水區(qū)8、9、10、11組成(圖1)。
3.3.2 水環(huán)境容量核算
3.3.2
伏牛溪COD、NH3-N、TN和TP水環(huán)境容量核算公式如下：
Li - Liri =31.5 CiQ (1 - p) (1)
式中：Li為污染物i的水環(huán)境容量，t·a-1;Ci為污染物i的目標濃度，mg·L-1;Q為年平均徑流量，此取0.245 m3·s-1;ri為污染物i的自凈削減率，參考表2中污染物自凈削減率結果;p為安全系數(shù)，一般取10%~ 20%，在此取20%;31.5為單位換算系數(shù)。
經(jīng)計算，得到NH3-N和TN水環(huán)境容量分別為13.0 t·a-1和13.9 t·a-1，TP和COD自凈能力相對較強，因此，水環(huán)境容量相對較大，分別為5.60 t·a-1和824 t·a-1。在水質目標一致的條件下，水環(huán)境容量與徑流量成正比，而徑流量主要取決于治理單元的集水面積。伏牛溪上、中、下游3個治理單元集水面積分別為6.9、5.4和8.7 km2，占流域總面積比分別為32.8%、25.6%和41.5%，由此計算各個治理單元水環(huán)境容量。
3.3.3 現(xiàn)狀條件下的負荷削減計算
3.3.3
結合伏牛溪流域點面源負荷估算結果，以各污染物水環(huán)境容量為依據(jù)，計算其入河污染負荷削減量。由于NH3-N和TN自凈能力較弱，同時超標程度較高，因此，入河負荷削減比例較大(近80%)，削減量分別為49.1 t·a-1和90 t·a-1;TP自凈能力較強，但由于TP超標嚴重，其入河負荷削減比例和削減量分別為69%和12.6 t·a-1;COD自凈能力較強且超標程度較低，其削減比例僅為37%，削減量為476 t·a-1(表3)。
表3 伏牛溪水環(huán)境容量現(xiàn)狀條件下的污染負荷削減量
3.3.4 預測規(guī)劃條件下的污染負荷削減量
3.3.4
根據(jù)《重慶市人民政府關于大渡口區(qū)分區(qū)規(guī)劃的批復》(渝府[2005]119號)，未來流域從以自然為主的耕地、林地、草地轉變?yōu)橐跃幼 ⒐I(yè)、商用為主的土地類型。由于流域自然的透水性地表將大幅度減少、人為活動的加強，會產(chǎn)生更多城市地表徑流污染，將對區(qū)域水文、生態(tài)過程產(chǎn)生重要影響。相比于現(xiàn)狀，未來城市化進程中COD、TN和TP面源污染負荷增加近2倍，其中最為顯著的是由透水性地表變?yōu)椴煌杆乇頌橹鞯牡缆方煌ㄅc居住用地占主導地位(圖3)。因此，在城市建設過程中，減少新增不透水地表徑流污染是保護城市開發(fā)對河流水環(huán)境影響的重要途徑。與此同時，負荷變化還產(chǎn)生于上游補水工程和流域土地利用變化。由于伏牛溪上游補水方案的實施，以城市污水廠退水為主的補給水源將給河流會帶來新的污染負荷。設計補水量為2×104 m3·d-1，補水將給河流增加負荷分別為292 t·a-1的COD、14.6 t·a-1的NH3-N(或TN)、2.92 t·a-1的TP。根據(jù)此預測結果，在未來，由于土地利用類型變化和上游補水工程的實施，伏牛溪受納COD、NH3-N、TN和TP污染負荷將分別增加674、27.4、36.5和5.12 t·a-1，負荷的增加將會對河流水質造成巨大沖擊，尤其是TN、TP，均超過水環(huán)境容量2倍以上(表4)。
表4 基于規(guī)劃用地及上游補水的伏牛溪污染負荷變化
| 監(jiān)測指標 | 規(guī)劃條件面源負荷/( t· |
補水水質/(mg· |
補水輸入負荷/(t· |
水環(huán)境容量/ (t· |
預計負荷總量/ (t· |
應削減負荷量/ (t· | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 上游 | 中游 | 下游 | 合計 | 上游 | 中游 | 下游 | 合計 | |||||
| N |
24.4 | 2 | 14.6 | 13 | 16.8 | 9.7 | 12.3 | 39 | 11.3 | 6.41 | 8.29 | 26 |
| TN | 56.9 | 2 | 14.6 | 13.9 | 29.3 | 18.2 | 24 | 71.5 | 23.6 | 14.6 | 19.4 | 57.6 |
| TP | 6.5 | 0.4 | 2.92 | 5.6 | 3.38 | 2.58 | 3.46 | 9.42 | 1.37 | 1.05 | 1.4 | 3.82 |
| COD | 1 257 | 40 | 292 | 824 | 564 | 420 | 565 | 1 549 | 264 | 196 | 264 | 724 |
注：點源全部截污。
3.4 治理措施與任務布局
3.4
3.4.1 總體策略及布局要求
3.4.1
以促進伏牛溪流域經(jīng)濟社會與環(huán)境協(xié)同發(fā)展為根本目標，貫徹基于水質目標管理的流域水環(huán)境全局調控理念，將流域污染治理和生態(tài)環(huán)境改善進行有機結合，解決伏牛溪流域主要水污染問題。提升流域水環(huán)境質量，塑造伏牛溪流域獨特的城市水體景觀。在工程設計中，污染源控制與生態(tài)修復應相互結合。根據(jù)河流水污染狀況、生態(tài)環(huán)境狀況、經(jīng)濟社會發(fā)展水平及未來規(guī)劃定位，確立修復河流生態(tài)系統(tǒng)可實現(xiàn)自我調節(jié)、水質達到景觀水體功能的總目標。同時，根據(jù)河流水文水力學條件、受污染或破壞程度、流域內(nèi)人口分布、經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等方面，結合河流上游、中游和下游具體水環(huán)境問題，整合河流水量補給、污染源控制(點源、面源、垃圾處理)、水體水質保持、生態(tài)河岸帶恢復重建、河流生態(tài)系統(tǒng)修復等幾方面內(nèi)容，提出了河流水污染控制與水質改善的具體措施。
治理工程布局的基本要求如下：1) 以規(guī)劃紅線范圍(河道兩側包含范圍)內(nèi)措施為主，以紅線范圍外措施為輔，根據(jù)伏牛溪土地利用開發(fā)規(guī)劃，重點在規(guī)劃紅線范圍內(nèi)開展工程措施布局;2) 開發(fā)措施和工程措施并舉，開發(fā)措施主要在流域尺度范圍內(nèi)實施，工程措施主要在河道兩側實施;3) 點源和面源污染分開控制。點源和面源控制措施技術途徑不一致，要分類進行;4) 上、中、下游分區(qū)、分階段治理。不同區(qū)域污染程度和負荷來源不同，治理措施要分區(qū)開展。根據(jù)實施任務重要程度結合區(qū)域情況，分階段開展治理工程的實施。
3.4.2 流域治理工程措施布局
3.4.2
伏牛溪流域目前正處于城市建設期，主要污染物為COD、氮和磷，主要來源為流域面源和沿河排污口輸入。針對伏牛溪缺乏水源、地表徑流不足、點面源污染并重、河道生態(tài)系統(tǒng)退化、景觀喪失等水環(huán)境問題，為達到核定的水質目標，必須從流域角度整體統(tǒng)籌考慮，綜合實施工程技術和管理措施，從水質改善和生態(tài)恢復2個方面徹底解決伏牛溪水環(huán)境惡化的問題。具體而言，水污染治理任務分為開發(fā)措施和工程措施2大類。開發(fā)措施主要在流域尺度范圍內(nèi)實施，即在開發(fā)過程中，遵循低影響開發(fā)的原則和策略，削減全流域面源污染負荷，并針對支流重點區(qū)域，進行具體的面源控制措施設計。工程措施主要在河道兩側實施，針對具體的河流水污染及修復問題，采用工程的形式加以解決，工程技術措施包括河道岸邊帶重建工程、河流水污染控制工程和生態(tài)補水工程等(圖4)。
圖4 伏牛溪流域水污染控制與水質改善工程任務布局
在編寫具體的水污染控制與水質改善方案時，應對各治理單元采取的治理工程措施選取的合理性和必要性進行詳細分析，并完善技術原理、工程位置、工程規(guī)模、項目造價、污染負荷削減效果等基本信息。同時依據(jù)治理單元治理措施和任務，對工程量和預計投入經(jīng)費進行概算，為整體項目實施的目標可達性分析提供數(shù)據(jù)基礎。
水污染控制和水質改善方案將諸多成熟技術應用于各治理單元中，通過查詢相關資料，分析了單元技術對不同污染物的去除率，再結合單元技術的負荷去除狀況，分析治理單元對于河流污染物削減是否滿足目標水質要求。
上游治理單元。根據(jù)污染物負荷核算及削減量計算的結果，在現(xiàn)狀條件下，為達到治理目標，上游治理單元需要削減負荷NH3-N 6.51 t·a-1、TN 12.9 t·a-1、TP 1.80 t·a-1、COD 140 t·a-1。在規(guī)劃條件下，排污口全部截污，補水工程增加部分污染負荷。為達到治理目標，應削減NH3-N 11.3 t·a-1、TN 23.6 t·a-1、TP 1.37 t·a-1、COD 264 t·a-1。主要治理措施包括在城市規(guī)劃、開發(fā)建設過程中可采用低影響開發(fā)措施，重點區(qū)域的面源控制，河流生態(tài)緩沖帶重建，污染源控制與水質維護，水量調控等。具體工程位置、類型、工程措施、工程規(guī)模及特點見表5。
中游治理單元。在現(xiàn)狀條件下，中游治理單元要達到治理目標需要削減NH3-N 15.8 t·a-1，TN負荷29.1 t·a-1、總磷負荷7.51 t·a-1、COD負荷150 t·a-1。在規(guī)劃條件下，排污口全部截污，應削減NH3-N 6.45 t·a-1、TN 14.6 t·a-1、TP 1.05 t·a-1、COD 196 t·a-1。主要的治理措施包括實施中游地區(qū)低影響開發(fā)措施，家壩、太陽灣、大后灣等重點區(qū)域面源控制，河流生態(tài)緩沖帶重建，以排污口截污和河道曝氣為主的污染源控制與水質維護，中游水量調控等(表6)。
表5 伏牛溪上游控制單元污染控制工程措施
| 工程類型 | 具體工程措施 | 工程規(guī)模及特點 |
|---|---|---|
| 低影響開發(fā)措施 | 透水性材料鋪裝 | 25 000 |
| 植被性減流促滲 | 68 000 | |
| 植草溝 | 54 000 | |
| 徑流處理設施 | 27 000 | |
| 上游支流重點區(qū)域(丁家?guī)r)面源控制措施 | 儲存塘 | 2個，20 000 |
| 生態(tài)洼地 | 1個，8 000 | |
| 自然濕地 | 1個，7 000 | |
| 荷塘 | 1個，2 000 | |
| 河流生態(tài)緩沖帶重建工程 | 純狗牙根 | 40 000 |
| 杜鵑+狗牙根 | 25 000 | |
| 竹柳+杜鵑+狗牙根 | 15 000 | |
| 濕生植物帶 | 900 | |
| 河流污染源控制與水質維護工程 | 排污口截污工程 | 污水支管(以現(xiàn)場勘測為準)、溢流井(1座) |
| 污水廠尾水深度處理技術示范工程 |
1)紅領巾多效能濾池工藝(處理規(guī)模16 000 2)黃桷堡高負荷人工濕地(規(guī)模2 000 3)口袋溝水庫高負荷人工濕地(規(guī)模2 000 | |
| 潭-鏈技術水質維護技術示范工程 |
1)紅領巾水庫-口袋溝水庫潭-鏈系統(tǒng)，6潭，占地1 528 2)黃桷堡-口袋溝水庫潭-鏈系統(tǒng)，9潭，占地面積3 596 3)口袋溝上游-下游水庫庫灣生態(tài)濕地區(qū)，庫灣近岸區(qū)種植旱傘草、香蒲、水蔥、蘆葦?shù)葷竦刂脖唬N植面積651 | |
| 水上人工濕地凈化工程 | 多個獨立的浮元經(jīng)連接件組合而成的種植載體，3個，紅領巾、黃桷堡、口袋溝水庫工程分別為面積160、90、160 | |
| 河源水庫植物凈化工程 |
1) 紅領巾水庫植物覆蓋總面積為13 919 2) 黃桷堡水庫植物覆蓋總面積為3 527 3) 口袋溝水庫栽植物總面積為21 149 | |
| 上游水庫噴泉復氧水質保障技術 | 紅領巾、黃桷堡、口袋溝水庫工程分別設置2座、2座和1座噴泉 | |
| 河流水量調控示范工程 | 水量調度 | 按滿足景觀需水量進行補水調度，大渡口區(qū)污水處理廠共設3臺補水泵，每臺功率為250 kW，設計流量為500 |
| 老城區(qū)垃圾場污染源治理工程 | 黏土+種植土封面的處理 | 垃圾治理面積44 787 |
下游治理單元。根據(jù)污染物負荷核算及削減量計算的結果，下游治理單元要達到治理目標，在現(xiàn)狀條件下，需要削減NH3-N負荷26.9 t·a-1、TN負荷47.3 t·a-1、TP負荷3.24 t·a-1、COD負荷186 t·a-1。在規(guī)劃條件下，排污口全部截污，并考慮補水作用帶來的負荷增量，為實現(xiàn)治理目標，應削減NH3-N 8.29 t·a-1、TN 19.4 t·a-1、TP 1.40 t·a-1、COD 264 t·a-1。主要的治理措施包括實施下游地區(qū)低影響開發(fā)措施，四民村和陡子溝等重點區(qū)域的面源控制，下游河段河流生態(tài)緩沖帶重建，以排污口截污和河道曝氣、以及老城區(qū)面源控制工程為主的污染源控制與水質維護等(表7)。
3.5 目標可達性分析
3.5
根據(jù)治理工程的負荷削減量，按照3種情景對負荷削減的目標可達性進行分析：情景1，僅實施紅線范圍內(nèi)工程;情景2，實施紅線范圍內(nèi)工程和流域重點區(qū)域面源治理工程;情景3，實施紅線范圍內(nèi)工程，包括流域重點區(qū)域面源治理工程和低影響開發(fā)措施。分析考慮現(xiàn)狀和規(guī)劃2種條件，其中規(guī)劃條件下排污口全部截污，排污口截污工程的負荷削減量不計入在內(nèi)。可以看到，在現(xiàn)狀條件下，僅實施紅線范圍內(nèi)工程(情景1)就可保證所有污染物削減目標的實現(xiàn);而在規(guī)劃條件下，COD負荷削減目標明顯增加，同時實施紅線范圍內(nèi)工程和流域重點區(qū)域面源治理工程(情景1和情景2)均不能保證COD削減目標的實現(xiàn)，只有情景3才能保證全部污染負荷的削減目標實現(xiàn)(圖5)。綜上分析，為保障流域水環(huán)境治理目標在現(xiàn)狀和規(guī)劃條件下都能順利實現(xiàn)，推薦按照情景3開展治理措施。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
表6 伏牛溪中游控制單元污染控制工程措施
Table 6 Projects of water pollution controlling for the middle control unit of Funiu stream basin
| 工程類型 | 具體工程措施 | 工程規(guī)模及特點 |
|---|---|---|
| 低影響開發(fā)措施 | 透水性材料鋪裝 | 18 000 |
| 植被性減流促滲 | 41 000 | |
| 植草溝 | 32 000 | |
| 徑流處理設施 | 30 000 | |
| 中游支流重點區(qū)域(李家壩)面源控制措施 | 儲存塘 | 6個，78 000 |
| 景觀塘/湖 | 5個，714 000 | |
| 濕地 | 4個，62 000 | |
| 河流生態(tài)緩沖帶重建工程 | 純狗牙根 | 40 000 |
| 杜鵑+狗牙根 | 25 000 | |
| 竹柳+杜鵑+狗牙根 | 15 000 | |
| 濕生植物帶 | 900 | |
| 河流污染源控制與水質維護工程 | 排污口截污工程 | 截污管道(以現(xiàn)場勘測為準)、溢流井(1座)、水上人工濕地(總面積達3 300 |
| 河道曝氣 |
1)噴泉復氧水質保障技術(噴泉設在河流中，離岸2 m，每隔2 m設1個噴頭) 2)河道多級復氧塘(岸邊挺水植物帶，200 |
表7 伏牛溪下游控制單元污染控制工程措施
| 工程類型 | 具體工程措施 | 工程規(guī)模及特點 |
|---|---|---|
| 已建老城區(qū)面源控制工程 | 伏牛溪正街城市面源污染中初期徑流污染控制 |
1) 合流制排水口面源控制：儲存塘(1個，220 2) 分流制排水口面源控制：儲存塘(1個，200 |
| 低影響開發(fā)措施 | 透水性材料鋪裝 | 14 000 |
| 植被性減流促滲 | 27 000 | |
| 植草溝 | 31 000 | |
| 徑流處理設施 | 30 000 | |
| 下游支流重點區(qū)域(四民村)面源控制措施 | 儲存塘 | 7個，41 400 |
| 植物塘 | 1個，5 500 | |
| 土地滲濾 | 1個，2 500 | |
| 河流生態(tài)緩沖帶重建工程 | 純狗牙根 | 10 000 |
| 杜鵑+狗牙根 | 6 000 | |
| 竹柳+杜鵑+狗牙根 | 4 000 | |
| 濕生植物帶 | 600 | |
| 河流污染源控制與水質維護工程 | 排污口截污工程 | 小型污水處理站(100 |
| 河道曝氣 |
1) 噴泉復氧水質保障技術(設2處噴泉，離岸2 m，每隔2 m設1個噴頭) 2) 水生植物群落水質保障技術(美人蕉，風車草，香蒲為1個種植單元，梭魚草，黃花鳶尾為1個種植單元，狐尾藻為1個種植單元，3個種植單元交錯種植。淺水區(qū)種植黑藻和金魚藻，深水區(qū)種植菹草和苦草，兩處種植面積1 400 |
圖5 污染負荷削減的可達性分析
3.6 實施效果評估
3.6
在伏牛溪水污染控制與水質改善綜合治理方案完成編制并通過專家論證后，課題組織單位按照編制方案中的“情景3”(實施紅線范圍內(nèi)工程，包括流域重點區(qū)域面源治理工程和低影響開發(fā)措施)推進和落實示范工程(含示范技術工程和地方配套工程)建設和運行。選取3個斷面作為考核斷面(上游1#紅領巾水庫、中游2#太陽灣斷面、下游3#河口斷面)來評估伏牛溪水污染控制與水質改善效果。由大渡口區(qū)環(huán)境監(jiān)測站對這3個斷面從2015年4月—2016年4月(每月1次)實施的第三方監(jiān)測結果顯示，伏牛溪的重點考核指標平均濃度及達標率均基本滿足相應的考核要求(表8)。
表8 伏牛溪考核斷面第三方監(jiān)測結果
| 考核斷面 | CO |
N |
溶解氧 | 透明度 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 范圍/(mg· |
年均值/(mg· |
年達標率/% | 范圍/(mg· |
年均值/ (mg· |
年達標率/ % | 范圍/(mg· |
年均值/(mg· |
年達標率/ % | 范圍/ m | 年均值/ m | 年達標率/% | |
| 上游 |
1.90 ~ 5.69 | 4.76 | 100 | 1.72 ~ 4.74 | 2.06 | 91.7 | 5.76 ~ 9.16 | 6.84 | 100 | 0.78 ~ 1.22 | 1.05 | 83.3 |
| 中游 |
1.89 ~ 7.36 | 5.43 | 100 | 1.70 ~ 5.12 | 2.14 | 91.7 | 6.01 ~ 7.79 | 6.67 | 91.7 | — | — | — |
| 下游 |
1.81 ~ 7.32 | 5.21 | 100 | 1.74 ~ 4.86 | 2.08 | 91.7 | 6.03 ~ 8.60 | 7.13 | 100 | — | — | — |
注：監(jiān)測斷面2#、3#河流水淺、清澈，未測透明度。
4 結論
4
1)伏牛溪主要超標污染物為TN、NH3-N、TP和COD，流域點、面源污染嚴重。主要排污口排放NH3-N、TN和TP的負荷分別為50.5、68.2 和13.9 t·a-1，是面源負荷的2 ~ 4倍，COD面源污染負荷(875 t·a-1)是排污口排放負荷的2倍。
2)經(jīng)計算，伏牛溪的水環(huán)境容量NH3-N、TN、TP和COD分別為13.0、13.9、5.60、824 t·a-1。
3)現(xiàn)狀條件下的負荷削減計算顯示，NH3-N、TN、TP需要削減的污染負荷量分別為49.1、90和12.6 t·a-1，削減比例高于70%;COD需要削減的污染負荷量為476 t·a-1，削減比例為37%。
4)從流域角度整體統(tǒng)籌考慮，對伏牛溪實施開發(fā)措施和工程措施。開發(fā)措施主要在流域尺度范圍內(nèi)實施，在開發(fā)過程中遵循低影響開發(fā)的原則和策略，削減全流域面源污染負荷，并針對支流重點區(qū)域，進行具體的面源控制措施設計。工程措施主要在河道兩側實施，采用包括河道岸邊帶重建工程、河流水污染控制工程和生態(tài)補水工程等工程技術措施。
5)經(jīng)過目標可達性分析計算，并按照編制的伏牛溪水污染控制與水質改善方案實施相應的治理工程，河流主要污染指標的平均濃度及達標率滿足考核要求。(來源：環(huán)境工程學報 作者：雷沛)
