武汉市北湖流域水环境综合治理规划探讨

李彬?勾朝伟?郭柱?刘东

摘 要：本文立足武汉市北湖流域基础设施和水环境现状，按照控源截污、提质增效、扩容提载、优化管理的总体思路，提出了水环境、水安全、水生态、水管理等方面的控制指标，以流域限制排污总量方案和水质达标为目标导向，科学谋划近远期治理工程，达到北湖水环境规划目标。

关键词：控源截污;提质增效;水环境;水生态;水质达标

中图法分类号：X52                 文献标志码：A                DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2020.0209

2018年6月24日，中共中央國务院出台了《关于全面加强生态环境保护攻坚战的意见》，明确提出了2020年“长江流域基本消除劣Ⅴ类”水体的目标[1]。为贯彻落实党中央关于共抓大保护、打好水污染防治攻坚战的决策部署和省、市工作要求，全面提升武汉市水环境质量，切实推进全市河流、护坡、港渠的“清源”“清管”和“清流”，促进河湖水环境持续改善。2019年8月，武汉市政府发布包括北湖在内的“三湖三河”的水环境“三清”行动方案，旨在通过科学组织、超常推进，既达到流域管控的总体目标，又可形成一套满足武汉市、国家及行业标准规范等要求的高质量治理典范。

北湖流域位于武汉市青山区东部，北湖流域规划范围以北湖汇水区划定，东、北至武惠堤、西至工业港—武汉钢铁集团、南至青化路，规划总面积76.9km2。

北湖流域的变迁见证了武汉市的工业发展历程。前期北湖的功能定位为武钢及周边企业集中排污池，随着流域内工业企业的发展，湖泊水域面积不断萎缩，水环境质量呈现下降趋势。近几年水环境质量持续为劣Ⅴ类，部分入湖港渠为轻度黑臭，无法达到《武汉市水功能区划》中要求的Ⅴ类水质目标。北湖湖泊容积小、补给系数大，入湖水污染负荷远远超过了其自身净化能力，导致流域内水环境的不断恶化，与人民日益增长的美好生活向往需求相悖，对青山区城市品位构成了负面影响，其水环境综合治理工作迫在眉睫。

1 规划思路

北湖的功能定位为从武钢及周边地区的“纳污湖”转变为“城市公园湖泊”。

水环境目标为，近期到2021年，北湖和7条主要入湖港渠水质总体好转，稳定达到《武汉市水功能区划》中设定的北湖水质目标——地表水Ⅴ类;远期到2035年，北湖和7条主要港渠水质优于《武汉市水功能区划》设定的北湖水质目标，COD和氨氮等主要水质指标达到Ⅳ类标准规定的浓度限值。

在现状调研、现状综合评估的基础上，结合北湖流域特点，按照控源截污、提质增效、扩容提载、优化管理的总体布局，提出了水环境、水安全、水生态、水管理等方面的控制指标，以流域限制排污总量方案和水质达标为目标导向，科学谋划近远期治理工程。北湖流域综合治理规划主要包括现状评估、控源截污、防洪排涝、生态修复、智慧管理、目标可达性分析和实施模式等7个方面[2-5]。

2 规划方案

2.1 现状评估

（1）排水系统评估

排水防涝系统评估采用英国Wallingford公司的Infoworks ICM软件，对北湖流域排水系统进行模拟论证。构建大北湖水系（5个湖泊和20条河道）一维排水系统水力耦合模型、二维城市洪涝淹没水力耦合模型，用于模拟降雨、地表产汇流、港渠传输、湖泊调蓄及泵站运行情况（见图1）。通过模型对北湖水系排水系统进行了整体评估，主要存在以下问题，整体系统性抽排能力不足和整体地势较为平坦低洼，渍涝风险较大。

（2）污水系统评估

本次污水系统现状评估主要针对北湖流域范围内的工业、城镇生活和农村的污水收集与处理设施。北湖流域工业污水处理率为92%，工业污水处理率仍有待提高。城镇生活污水方面，雨污水管网混错接点较多，虽然旱季污水基本可以截流至临时污水处理站，但由于管网雨污分流不彻底，雨季溢流问题仍较为突出。农村生活污水处理率为零，农村生活污水治理缺失。

（3）水环境评估

最新调查数据显示，北湖水样中重金属（锌、砷、汞、铅、镉及六价铬）在《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值内。而COD、氨氮、TN、TP近两年出现超标。近10余年的监测数据显示，北湖水质整体呈现劣Ⅴ类的年份较多，主要超标因子是TN（根据生态环境保护部的要求，TN暂不考核），近两年COD、氨氮、TP也出现超标，通过监测COD、氨氮、TP和TN污染物浓度的变化趋势（见图2～图5），可以看出COD和TN总体呈现出降低趋势，氨氮呈现出微弱上升趋势，TP呈现出明显上升趋势。

（4）水生态评估

北湖及其主要入湖港渠水生植物在栖息地丧失、水文情势改变和水质恶化等多重威胁下正在逐渐退化，尤其是北湖主湖，水生植物种类少、盖度低，远低于健康湖泊生态系统对水生植被盖度的需求。北湖及其入湖港渠水体已经处于富营养化状态。而其中螺旋浮丝藻是水华优势藻，假鱼腥藻是水体富营养化的指示性物种，因此，在一定条件下，北湖及其入湖港渠有形成大面积蓝藻水华的风险。北湖港及其入湖口各水质指标严重超标，水质污染较为严重，且主要污水来源为工业污水，属于黑臭水体。

2.2 控源截污

（1）北湖入湖（渠）污染负荷预测

北湖入湖污染物主要来自点源污染、面源污染、降尘污染和内源污染。点源污染主要为工业污染，面源污染主要为城镇地表径流产生的面源污染、城乡生活污染和农业面源生产污染，降尘污染主要为大气干湿降尘，内源污染主要为湖泊底泥污染等。根据土地利用、人口规模、产业发展规划等，对远期2035年北湖流域的污染物产生量进行预测，并分析污染源结构和空间分布特征。

根据对点源、面源、内源和降尘源污染负荷分析，北湖流域规划水平年2035年污染负荷及各污染源贡献率（见表1）。规划水平年2035年北湖流域COD、氨氮、总氮和总磷负荷产生量分别为14518.72t/a、1308.74t/a、1973.75t/a、128.53t/a。工业废水和城镇面源污染是北湖污染物的主要来源，占污染物总量的61～74%，如图6所示。

（2）水环境容量计算和限制排污总量方案

在水环境容量计算方面，根据《水域纳污能力计算规程》，选取湖（库）均匀混合模型对北湖COD、氨氮、总氮和总磷进行容量计算。

根据北湖流域COD、氨氮、总磷、总磷入湖和出湖关系，以及综合衰减系数、滞留系数等，计算出北湖不同规划水平年的水环境容量。近期水平年水质目标为Ⅴ类时，COD、氨氮、总氮、总磷水环境容量分别为892.43t/a、50.10t/a、108.10t/a和9.94t/a。远期规划水平年COD和氨氮目标为Ⅳ类，总氮、总磷目标为Ⅴ类，其水环境容量分别为669.32t/a、37.58t/a、108.10t/a和9.94t/a。

在污染物削减量分配方案方面，北湖流域污染物的削减量分配思路为：优先考虑工业点源污染负荷削减，其次为降尘和内源污染负荷的削减，剩余待削减的污染负荷全部由面源污染措施承担，最后面源污染负荷的削减量按照城镇面源、城乡生活和农业面源负荷的排放比例进行再次分配。

工业点源方面，近期将完成工业企业排污口截污全覆盖，实现截污比例100%，近期新增的工业点源污染负荷全部截流至污水处理厂;降尘方面，根据《武汉市十三五环境保护规划纲要》，到2020年，武汉市可吸入颗粒物和细颗粒物年平均浓度下降40%左右，2035年大气降尘污染负荷与现状年相比再下降20%;内源方面，污染削减量按照近期削减60%，远期2035年削减80%;面源方面，近期规划年面源污染负荷削减比例分别为COD削减71.28%，氨氮削减40.07%，总氮削减38.07%，总磷削减41.39%。远期规划年重点削减氨氮和总氮两项指标，分别削减51.94%和21.91%。

（3）控源截污规划

北湖流域污水管网规划从点源、面源和内源治理三个方面，近期以北湖流域范围内38家重点工业企业和200余家小散企业污染治理为重点，强化武钢集团、中韩乙烯和化工新城的污水处理能力和效力，确保工业污染负荷削减率达到95%，完善厂区内地表径流污染处理设施，截留处理15mm初期雨水。结合北湖污水处理厂建成完工，完善污水收集管网，修复现有雨污管网，使白玉山片区、北湖港片区城镇生活污水得到有效处理，使城镇生活污水收集处理率达到90%。建设白玉山湿地和长江北湖湿地，雨季净化城市径流，旱季净化北湖污水处理厂尾水作为北湖补水水源。远期结合北湖产业生态新城建设，坚定不移地推行雨污分流，强化产业引导，高标准建设企业污水处理设施，扩建北湖污水处理厂处理能力至100万t/d，实现城乡生活污水全收集全处理[6]。

2.3 防洪排涝

北湖流域雨水管网规划近期以提升北湖泵站、北湖閘泵站、武惠闸排水能力和重点港渠行洪能力为主，提高骨干水系排涝能力至50年一遇，远期完善支渠和重点渍水区的排水能力建设，使北湖流域整体排涝能力达到50年一遇，不出现明显渍水点。

2.4 生态修复

北湖流域生态修复规划近期重点围绕强化北湖和7条主要港渠的水空间管控，在水质改善的前提下重点布局北湖水生态修复工程，建设环湖生态净化带。远期着眼打造“七星伴月”的生态景观格局，实现北湖城市景观湖泊的生态服务功能。并立足“长江大保护”，缓解长江青山段的纳污压力，深入挖掘北湖流域湿地生态系统对北湖污水处理厂尾水的净化能力，同时结合长江岸线生态功能定位，在武惠堤以外长江南岸建设长江森林系统，对排江污水深度净化后再排入长江。

2.5 智慧管控

北湖流域智慧水务系统框架建立北湖流域限制排污总量控制制度，建立排污权交易机制和生态补偿机制，为北湖产业生态新城提供产业引导和市场准入负面清单。为实现北湖的长治久清，跟踪规划项目的减排扩容效益，建设北湖流域“智慧管控平台”。通过智慧感知系统实现数据自动采集，通过智慧业务支撑系统和应用系统辅助决策，提高管理效率和水平。开展北湖流域厂、网、河、湖、岸一体化流域治理，建立以水质达标和公众满意为考核目标，以流域内污水处理厂、雨污管网、北湖及主要港渠、滨水生态空间统一调度为抓手的治理模式，达到高效提升北湖水环境质量的目的[7-8]。

2.6 目标可达性分析

（1）防洪排涝目标可达性

北湖泵站及北湖闸港泵站建成后，抽排能力提升了近3倍，抗灾能力明显增强。通过InfoWorks ICM水力模型分析得出，遭遇2016年6月30日至7月6日暴雨时，北湖洪水位超过最高控制水位18.8m，时间从72h缩短至20h，如图7所示。

（2）限制排污总量目标可达性

对于近期2021年水平年，按照各类污染源削减比例，氨氮和总氮指标可满足限制排污总量控制要求，但COD和氨氮不能满足要求。故需要提高北湖流域水环境容量，通过生态补水措施增加北湖流域水环境容量以后，可满足近期入湖渠污染物排放总量的需求。

对于远期2035年水平年，按照各类污染源削减比例，氨氮、总氮和总磷指标可满足限制排污总量控制要求，但COD指标不能满足要求。也需要通过补水提高北湖流域水环境容量，通过生态补水措施增加北湖流域水环境容量以后，可满足远期入湖渠污染物排放总量的需求。

（3）水质目标可达性

为建立北湖流域污染物排放与北湖水域水质之间的输入—响应关系，选用平面二维模型对北湖水动力和水质进行模拟预测。根据不同情景方案计算结果，按照目前的污染负荷削减方案，近期规划水平年北湖湖区可以达到Ⅴ类规划水质目标，白玉山明渠和北湖小港COD仍为劣Ⅴ类。远期规划水平年湖区COD和TP不能满足Ⅳ类水水质，白玉山明渠部分河段达到Ⅴ类水。建议进一步削减白玉山明渠和北湖小港片区城市径流面源和农业面源污染负荷，同时对对北湖进行生态补水，增加湖区水环境容量。

2.7 实施计划

采用近远期相结合的方式，近期（2021年前）重点控制工业点源和面源防治污染、港渠内源治理和雨水、污水管网混错接、功能性和结构性缺陷改造;远期（2035年前）重点完善管网系统、生态修复和智慧管控为主，并结合北湖产业生态新城建设，落实区域限排、实施生态补偿机制。

3 结语

开展北湖流域水环境综合治理工作是武汉市落实习近平总书记生态文明建设理念，贯彻落实党中央关于长江大保护、打好水污染防治攻坚战的决策部署的重要举措。随着武汉市逐步重视城市基础设施建设和整体环境提升，武钢地区新旧产能转换速度加快，青山区趁势打造北湖产业生态新城，助推青山区产业转型和生态升级，为北湖流域水环境综合治理提供了新时代的历史机遇。

本次规划立足北湖流域基础设施和水环境现状，高标准、高起点编制规划，按照近期2021年，北湖和7条主要入湖港渠水质稳定达地表水Ⅴ类标准，远期2035年，北湖和7条主要入湖港渠水质稳定达地准Ⅳ类标准的总体目标。分期实施控源截污、防洪排涝、生态修复、智慧管控等规划项目，实现初雨全截留，污水全收集、全处理，配套内源清淤、防洪排涝和生态修复建设，构建以厂网（河）湖配套一体化的流域智慧管理模式，坚持“流域统筹、系统治理”的运营管理总体思路，系统全面的从根本上解决北湖流域污染问题。

本规划为武汉地区首先以流域视角展开湖泊水环境治理的规划，不仅为以流域为治理单元的水环境治理规划提供了较为可行的技术体系，而且为全国水环境综合整治思路创新提供了可借鉴的案例。

参考文献：

[1]本报评论员.坚决打好长江大保护攻坚战[N].新华日报. 2019-04-26 （001）.

[2]邹朝望.长江大保护背景下中小河流系统治理策略探讨[N].人民长江报. 2019-09-14 （005）.

[3]王金南，寇江泽.以生态补偿推动共抓长江大保护[N].人民日报. 2018-09-17 （014）.

[4]陈谦.让蓝天一年比一年多起来[N].中国环境报. 2017-03-06 （001）.

[5]王凌.浅析沿江城市如何开展“长江大保护”[J].资源节约与环保. 2019（09）：7.

[6]孙建华.城市水污染治理控源截污工程规划设计研究[J].环境科学与管理. 2018（12）：191-194.

[7]北京慧怡科技有限责任公司.智慧水务信息化建设新思路[J].中国建设信息化. 2019（17）：46-48.

[8]王晓辉.信息化思维下深圳市智慧水务建设思考[J].水利信息化. 2019（04）：68-72.

Yangtze River Protection Series：Discussion on the comprehensive water environment management plan of Beihu lake basin in Wuhan

LI BIN  GOU Chaowei  GUO Zhu  LIU Dong

（Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China）

Abstract：Based on the current situation of infrastructure and water environment in Beihu lake basin，this paper puts forward the control indexes of water environment，water security，water ecology，water management，etc. according to the general idea of controlling source and intercepting pollution，improving quality and efficiency，expanding capacity and carrying capacity，and optimizing management. Taking the scheme of limiting total discharge in the basin and reaching the standard of water quality as the goal，it plans the near and long-term treatment projects scientifically and achieves the water environment planning goals of Beihu lake.

Keywords：controlling source and intercepting pollution;improving quality and efficiency;water environment;water ecology;reaching the standard of water quality

收稿日期：2019-11-01

作者簡介：李彬，男，高级工程师，主要从事长江大保护、水环境综合治理等相关工作。