巢湖流域城市型重污染河流综合治理技术研究——以合肥市十五里河为例

吴 蕾，朱慧娈

(1．安徽省环境科学研究院，安徽省污水处理技术重点实验室，安徽合肥230022;

2．中国科学院壳幔物质与环境重点实验室，中国科学技术大学地球与空间科学学院，安徽合肥230026)

河流是城市的生命线，是城市生态系统中的亮点。然而随着城市的快速发展和人口的迅猛扩张，很多城市河流的健康受到了极大威胁。因缺乏清洁水源而导致的河床干裸，因污水排放而导致的河道黑臭现象时有发生，使得很多城市河道基本失去了城市河流应有的功能。过去很长一段时间中，我国的城市河道综合整治手段更多地局限于河道本身，缺乏从流域视角的考虑，城市河道治理也缺乏系统的理论指导［1－4］。而现代的河流治理已突破点、线而延展到了面，即由关注河道治理延展到了整个流域的管理和治理。

十五里河为巢湖一级入湖支流，位于合肥市区西南部，由西北向东南穿过高新区、政务区、包河区在同心桥处汇入巢湖，是合肥市重要涉水景观。作为巢湖流域3条重污染入湖河流之一，十五里河综合治理备受关注。该研究介绍了十五里河流域概况、水质、水量现状和河道治理现状，分析了河道污染源构成并进行了主要问题识别，最后以整个流域为尺度，列举了十五里河水环境综合治理措施，以期为十五里河水环境改善提供支撑。

1 十五里河现状

1．1 流域概况 十五里河发源于合肥市大蜀山南麓，河道全长35 km，流域面积111 km2，河道平均坡降0．72‰，不能通航。在河道上游建有人工湖泊天鹅湖，从十五里河与匡河交叉处往上至大蜀山没有明显河道;天鹅湖下游采用溢流坝蓄水，自天鹅湖坝下至入巢湖口长约26 km，其中上游、中游、下游分别约5、10、11 km。十五里河共有4条入河支流，分别是位于河道中游的幸福渠、王年沟和位于河道下游的许小河、圩西河。4条支流流域面积总和约占十五里河总流域面积的1/3。2012年在另外一条巢湖入湖支流塘西河上游与十五里河中游之间，修建了2根长约1 470 m、直径2．4 m的管道，用以转输塘西河上游的初期雨水，避免初期雨水进入滨湖新区。图1为十五里河河道及支流示意图。

1．2 水质状况 十五里河从天鹅湖坝下至入湖口共设4个监测断面，上游设金寨路桥断面、上游与中游交接处设绕城高速桥断面、中游设京台高速桥断面、下游入湖口处设希望桥断面(希望桥为国控断面)，每月例行采样监测1次。

2014年十五里河沿程4个断面COD、氨氮、TP年均值见表1。由表1可知，根据《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)，2014年十五里河总体水质状况为劣Ⅴ类，主要污染因子为氨氮、TP，呈现出低碳高氮高磷的水质特点。图2为2014年十五里河沿程4个断面水质变化趋势。由图2可知，上游与中游交接处的绕城高速桥断面水质最差，其次为上游的金寨路桥，再次为下游入湖口的希望桥断面，中游的京台高速桥断面水质相对最好。

表1 2014年十五里河沿程水质

1．3 水量构成 十五里河水量来源主要有3种，分别是地表径流、雨水排口晴天排污、污水厂尾水排放。根据合肥市1992年1月1日～2011年12月31日共20年的降雨资料，对十五里河多年平均条件下丰水期、平水期、枯水期的地表径流量进行核算(其中包含塘西河上游转输的初期雨水量)，综合径流系数取0．29(已经考虑了蒸散发)，河道水面径流系数取1。计算可得，多年平均条件下十五里河丰水期(6～9月)、平水期(3～5、10～11月)、枯水期(12月及次年1～2月)平均地表径流量分别是14．13万、7．96万、4．89 万 t/d。经现场走河调查，十五里河沿岸排污口晴天排污总量现状约3万t/d;十五里河污水厂尾水排放量约10万t/d。因此，十五里河多年平均条件下不同水期入湖水量见表2(排污口晴天排污水量和污水厂尾水排放水量忽略蒸散发量)。可见，目前在平水期和枯水期，十五里河河道水量约有一半来自于污水厂尾水。

表2 十五里河不同水期日均入湖水量 万t/d

1．4 治理现状 十五里河是合肥市西南部主要行洪通道之一，为雨源性河流。在对河道实施综合治理前，河道弯曲，源短流急，洪枯水位变化大，水旱灾害时有发生。天鹅湖以下河道由于生产生活污水排放和缺乏水源补给，水体流动性差，水体污染严重，河流生态环境较差。

在“十二五”之前，十五里河仅有少部分河段进行过整治，且主要针对防洪方面。在《巢湖流域“十二五”水污染防治规划》中，十五里河希望桥断面2015年底的水质目标为“75%保证率下，COD、氨氮、TP消除劣Ⅴ类”。为此，合肥市水务局组织编制完成《合肥市十五里河综合治理工程初步设计》，并于2011年8月通过了合肥市发改委组织的技术审查，拟对十五里河进行综合治理。设计范围为自天鹅湖坝下～312国道～入湖口原长约24．74 km的河道干流段，工程按照100年一遇防洪标准设防。目前已经完成312国道以下约14．2 km河段的整治工作，其他河段综合整治正在进行。

2 污染源分析

从污染物来源分析。十五里河流域面积111 km2，城市建成区面积约占2/3，中上游基本为城市建成区，中下游为城市建设区，分布有一定面积的农田和村庄。流域污染来源主要有生活源、工业源、农田流失、畜禽养殖和城市径流。经调查分析，流域内2014年底总人口约28万人，城镇人口占80%左右。在河道下游建有十五里河污水处理厂一座，一期、二期工程总处理能力为10万t/d，出水标准为一级A，除接纳本流域生活污水外，还接纳了滨湖新区部分区域的生活污水，目前为满负荷运行;流域工业企业主要位于中下游的包河工业园区，企业排放废水均接管进入十五里河污水处理厂，工业废水量仅占污水厂进水总量的4%左右;农田和畜禽养殖主要分布在中下游的包河区，污染物在降雨期间随地表径流以面源形式入河;城市面源污染除本流域城市径流外，在河道中游还承担了塘西河上游转输的约30 km2的初期雨水污染［5］。经计算，流域主要污染源为生活源，COD、氨氮、TP分别占入河总量的60%、80%、75%左右，其余则主要来自于城市面源。经核算，在巢湖流域入湖污染负荷中，十五里河以约2%的水量贡献了6%～7%的污染物。

从污染入河途径分析。根据河道水量来源，流域污染物入河可以分为3个途径，分别是沿河雨水排口旱季排污(包括支流排口旱季排污)、污水厂尾水排放、地表径流。根据调查分析，污染物主要入河途径为沿河排口旱季排污，其中COD约占总入河量的50%左右，TN、TP约占总入河量的70%左右。

3 问题识别

根据十五里河流域水质现状及污染源分析，结合大量现场调查结果，总结十五里河流域环境现状主要存在以下问题:

3．1 污水管网建设不够完善 十五里河上游高新区、政务区排水体制建设标准为雨污分流，包河区新建城区为雨污分流，老城区部分区域依然为雨污合流。通过走河发现，即使是雨污分流的区域污水管网错接、混接现象依然严重，晴天时沿河雨水排口有大量污水排出;且由于十五里河上、下游落差大，下游沿河截污干管管内基本处于满流状态，较高的管道压力导致进污水厂前干管破损现象严重，大量污水溢出直接进入十五里河。这是造成河道水质污染的主要原因。

3．2 现状污水厂配置不甚合理 目前十五里河流域仅有下游的一座污水厂，一期设计规模5万t/d，2009年投入运行，二期设计规模5万t/d，2014年投入运行，出水标准均为一级A，尾水通过管道直接排入十五里河，距离入湖口约7．5 km。目前三期工程10万t/d正在建设，预计2016年完工。根据相关规划，十五里河污水厂远期(2030年)设计规模将达到30万t/d。而十五里河上、下游河道落差大，将上游污水全部收集到下游污水厂进行处理存在诸多弊端，一是增加管道投资，二是增加下游污水干管管道压力，容易造成管道破损，三是未来30万t/d甚至更大规模的尾水均直接排入下游河道，自净时间短，不利于降低入湖污染负荷，四是污水厂尾水作为城市河道补水的一个重要来源，若尾水全部排放至下游，则河道上游完全截污后，旱季可能会出现断流现象。

3．3 城市面源污染日趋严重 城市面源是引起城市水体污染的主要污染源之一，具有突发性、高流量和重污染等特点［6］。城市面源污染主要由降雨径流的淋浴和冲刷作用产生，通过排水系统排放，径流污染初期作用十分明显。特别是在暴雨初期，降雨径流将地表的、沉积在下水管网的污染物在短时间内突发性冲刷汇入受纳水体造成水体污染，甚至一场短时暴雨之后，河道水质会下降一个级别。污染来源主要为屋面建筑材料、建筑工地、路面垃圾、城区雨水口的垃圾和污水、汽车产生的污染物、大气干湿沉降等。主要污染物为有机物、SS、石油类和N、P等。十五里河流域城市土地利用、道路和小区等设施建设没有充分考虑城市面源污染控制措施。随着十五里河流域城市开发强度的进一步加大，城市建筑物、人口和车辆密度越来越大，城市面源污染形势也越来越严峻。

根据对2014年汛期十五里河中上游雨水排口雨天出流的水质监测数据可知，在降雨较频繁的汛期，雨污分流较彻底的中上游，雨水径流COD、氨氮、TN、TP平均浓度约为40．5、1．6、3．1、0．26 mg/L。可见，在非汛期时段的雨污合流及雨污混流区域，降雨径流中污染物平均浓度会更高。

3．4 支流及入河沟渠污染严重 目前十五里河4条支流污染严重，水质均为劣Ⅴ类。幸福渠、王年沟、圩西河流域主要为农村区域，主要污染源为农村生活污水和农业面源;许小河流域大部分为城市建成区，主要受沿岸生活污水污染。幸福渠、王年沟、圩西河3条沟渠尚未进行过系统治理，而许小河虽已在2014年完成河道综合整治，但因治理范围局限在河道及岸坡，且沿河截污不彻底，水质并未得到根本改善。

3．5 沿河绿化未考虑生态功能 在2013年对十五里河河道开始综合整治之前，十五里河河道上游为硬质化岸坡，河道狭窄且比降较大;从中游至下游，河道比降趋缓，自然河道形态保留较好，岸坡植被覆盖良好，但多样性差，景观杂乱，且沿岸乱建情况普遍，生态空间受到挤压。在2013～2014年开展的中下游河道综合整治工程中，虽然对河道进行了清淤、拓宽和岸坡整治，但对于河道岸坡的绿化设计却并未充分考虑生态功能，部分河段岸坡至今地表裸露，河道内部清淤过后也大多未重新配置相应的水生植物。因此，岸坡的污染截留功能及河道自净功能并未得到充分发挥。

3．6 上游缺乏清洁水源补给 十五里河为典型的城市雨源型河流，流域面积小、汇流时间短，河道比降大，调蓄及保水能力差，汛期水位陡涨陡落，旱季则水量较少。且上游天鹅湖全年基本无下泄流量，缺乏清洁水源补给，旱季河道补水主要来自于沿河错接、漏接的污水直排及下游的污水厂尾水排放，若上游生活污水完全截流至下游污水厂进行处理，则旱季上游可能会出现断流。

4 治理措施

根据对十五里河环境现状的问题识别，提出以源头截污为核心，以过程拦截为辅助，以河道自净为补充，辅以补给生态基流的治理策略，具体为以下几条措施。

4．1 减少污水直排河道，优化配置污水厂建设 治河先治污，源头截污是城市河流水污染治理的核心。对因雨、污水管道错接、漏接而导致的污水直排河道现象，以及违法侵占河道、倾倒垃圾、偷排污水等涉河违法行为，相关部门要联动合作，加大排查力度，及时发现、及时整改;对新建工业排污项目要加强管理，外排废水经厂区预处理满足纳管标准后接入市政管网进入污水处理厂，杜绝新增排污口。另外，建议在十五里河中上游增设一座生活污水处理厂，收集处理十五里河上游高新区、政务区生活污水，减轻下游污水干管压力。经核算，建议设计规模8万～12万t/d，尾水就近入河补充中上游河道水量。

4．2 重视城市面源污染，应用城市低影响开发技术 城市面源污染控制主要针对初期雨水。十五里河上游区域为城市建成区，过去在城镇化建设时，未兼顾城市面源污染控制问题，地面硬化率较高，径流系数较大，人口密集，社会活动频繁，使得初期雨水污染负荷较重。建议在上游区域按照“截流、调蓄、就地处理”相结合的思路，因地制宜建设初期雨水调蓄净化设施，一方面可减少雨水排放对水环境质量产生的影响，另一方面也可降低河道行洪压力。初期雨水具有随机性、广泛性、复杂性、时空性等特点，目前国家对初期雨水也没有相关的控制标准，建议以溢流雨水的排放满足区域水环境容量的容许值为参考标准来设计雨水调蓄处理设施。而十五里河中下游正在城镇化建设过程中，尤其是下游还存有大量农村区域，目前正处于快速发展期。建议在城镇化建设中将城市规划和环境规划相结合［7］，在规划整体用地布局时，划定河道生态红线，最大限度地保护原有生态系统，为河道保留足够的生态空间，同时充分应用低影响开发建设模式，按照新型城镇化建设要求，打造海绵城市，既能充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水吸纳、蓄渗和缓释作用，有效缓解城市内涝，又可以削减城市径流污染负荷，节约水资源，保护和改善城市生态环境。

4．3 重视河道支流治理，建设生态清洁小流域 支流水质的好坏直接影响到干流水质。建议对幸福渠、王年沟这两条以农村生活污水和农业面源为主要污染源的支流进行生态化治理。因这两条支流流域内村落近期保留，远期将拆迁，因此，在不影响行洪的前提下可将其打造成具有景观功效的生态处理系统，降低区域内农村生活污水对十五里河的污染负荷，远期进行城镇化建设后将污水纳管处理。圩西河和许小河流域面积相对较大，需对其进行小流域综合治理，对陆域污染源进行削减，对河道及岸坡进行生态化建设，打造生态清洁小流域。

4．4 加强河道生态建设，充分发挥生态净化功能 沿河植被具有重要的生态功能，对维持河流生态系统的健康具有特殊意义［8］。河岸和河道边坡通过截留、吸附、沉淀、过滤、净化等作用来削减地表径流中污染物，是降低地表径流入河污染负荷的前两道防线;河道内部微生物、水生植物、水生动物共存，水生生态系统多样，其自净能力是净化污染物的最后一道防线。建议对十五里河河岸、边坡、河道结合景观进行生态建设。十五里河上游处于城市建成区，因用地限制，没有足够条件建设大片生态湿地，可重点建设生态护岸和生态护坡;中下游河道逐渐宽敞，除河口以上3 km河道之外，其余河道均已完成综合整治，建议对裸露边坡进行绿化，采用覆土喷草或植草等方式恢复岸坡上的草本植物;下游3 km河道已有规划方案，拟在原河道基础上建设约66．7 hm2的大型湿地，既作为城市涉水景观湿地公园，又可涵养水源，为河道蓄水保水，并作为十五里河入巢湖前的前置库，进一步削减入湖污染负荷。

4．5 相机进行生态补水，确保河道生态基流 目前，十五里河上游水源在晴天时主要来自于尚未截掉的污、废水。而随着管网建设的逐步完善，晴天排污量将逐步减少，一旦上游完全截污，则上游在非汛期极可能出现断流现象。十五里河上游的天鹅湖与匡河相连，而匡河与淠河灌区的蜀山分干渠相连，淠河灌区的水源则来自于大别山区的佛子岭水库群。因此，在十五里河上游缺水时，可视情况从大别山调取优质水源(地表水Ⅱ～Ⅲ类)补到天鹅湖，从天鹅湖坝下泄到十五里河干流。而为蓄水保水，正在开展的十五里河上游治理工程专门设置了5道拦水堰用以保持河道水位，既维持了河道生态用水，又可营造城市灵动水景，增加城市亮点。十五里河中游水源除上游来水外，还可利用未来新建的位于中上游的污水厂尾水及支流幸福渠和王年沟的来水。下游水源除中游来水外，最大的补水点则是十五里河污水厂尾水。另外还有支流许小河和圩西河来水。

由前述分析可知，现状河道在非汛期最大的补给水源是污水厂尾水。而未来在完全截污的情况下，即使在汛期，河道水源也将有一半来自于污水厂尾水。十五里河污水厂现状出水标准为一级A，水质仍然为劣Ⅴ类，离十五里河远期Ⅲ类的水质目标相差甚远。为加强巢湖流域水污染防治，改善地表水环境质量，经合肥市政府原则同意，合肥市环保局于2014年提出在全市范围内进一步提高污水处理厂出水排放标准，县(市)级污水厂出水在满足一级A标准的基础上，其中4项指标要严于一级A，具体是当进水中溶解性不可降解COD 值≤20 mg/L 时，COD 30 mg/L、氨氮 2．5 mg/L、TP 0．3 mg/L、TN 10 mg/L，该标准称为准Ⅳ类标准。若污水厂执行此标准，则尾水排入河道自净后再流入下游拟建的湿地公园，经湿地调蓄净化后入湖，有望实现水质目标。

4．6 加强流域环境管理，开展水质自动监测 需加强流域环境监管，确保污水处理厂、工业企业等单位污、废水达标排放;继续实施老城区雨污分流改造，确保城区污水管网全覆盖;继续实施合肥市2013年推出的“河长制”水环境保护管理制度，落实各辖区行政首长负责制;除继续实行现有节点断面每月常规水质监测外，建议在入湖口希望桥断面建设水质自动监测站，实时不间断地监测河道入湖水质情况，既可为流域环境治理提供详实的水质数据，又可及时发现突发性水质异常，便于迅速开展水污染事故应急响应。

5 结语

城市河流是城市社会经济可持续发展必不可少的要素，随着经济发展和社会进步，除水利方面的功能外，河流的自然生态属性越来越受到社会关注。“水十条”中指出，到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体需控制在10%以内，这个目标对现状城市河道治理来说是一个严峻的挑战。要根本解决城市河道污染问题，必须着眼于全流域，强调源头控污，过程削减，并注重河道生态建设和自然属性的恢复;需强化环境管理，对河道纳污实施容量总量控制，管理措施与工程措施两手齐抓，环保、水利、城建等多部门联动合作，共同努力，为城市河道打造一个“河畅、水清、岸绿”的新景象。

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