武汉市北湖流域水环境综合治理规划研究

2021-12-28辛小康白凤朋

三峡生态环境监测 2021年4期

龙华，辛小康，王超，李建，白凤朋，林枭

（1.湖北省武汉市水文水资源勘测局，武汉 430070；2.长江水资源保护科学研究所，武汉 430051）

过去的20～30年，越来越严峻的环境污染问题严重制约了社会经济的可持续发展。党的十八以来，党中央把生态环境保护问题放到了前所未有的高度，将生态文明建设与经济建设、政治建设、文化建设、社会建设共同作为我国新时代特色社会主义建设五位一体总体布局。水环境治理与保护是生态文明建设的重要组成部分。与大气环境治理、土壤环境治理相比较，水的资源性、致灾性和流动性决定了水环境治理的复杂性。涉水部门围绕水环境质量的改善与提升开展了大量工作，如生态环境保护部牵头实施的《重点流域水污染防治规划（2016—2020年）》，建立了以水环境控制单元为基础的水质目标精细化管理体系[1]；水利部依据中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于全面推行河长制的意见》，提出了河长的六项重点任务及河长责任机制[2]；住房与城乡建设部牵头实施“城镇污水处理提质增效三年行动方案”，进一步完善城镇污水的收集、处理体系，确实发挥污水处理设施的效用[3]；各地也在探索水污染治理的成功经验和模式[4-5]。梳理现有的成功经验可知，河湖水环境保护工作中需要深刻理解习近平总书记提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，需要站在全流域的角度，做到水里岸上同步、上中下游统筹、左右岸域协调，同时实现水资源、水环境、水生态、水灾害“四水共治”。其中，做好流域水环境综合治理顶层设计十分重要。本文在总结流域水环境综合治理规划内涵的基础上，提出了流域水环境综合治理规划的总体思路和技术路线，通过武汉市北湖流域水环境综合治理规划的典型案例，介绍流域水环境综合治理规划的工作流程，以期为其他流域水环境综合治理规划提供参考。

1 北湖流域水环境特征和存在的问题

1.1 流域特征

北湖位于武汉市中心城区西北部，地处长江中游南岸，属青山（化工）区范围。北湖流域作为北湖大水系的主要入江通道，承泄本流域及周边流域的来水。湖泊水域面积1.92 km2，流域面积76.9 km2，湖泊补给系数约为40，分布有7港11支渠。流域内人口4.8万人，建设用地与非建设用地各占50%，其中建设用地以工业用地为主，且三类工业用地比重大。主导产业为钢铁和石化，工业污水处理有武钢、化工新城、乙烯厂区自建污水厂网，城镇生活污水处理有白玉山临时污水处理站。由于历史上将北湖定位为武钢及周边地区的纳污湖，其现状水质为劣V类，主要超标污染物包括化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）、氨氮、总磷和总氮。

图1 北湖流域水系及规划分区示意图Fig.1 Sketch diagram of Beihu basin water system and planning zoning

1.2 存在的水环境问题

根据水环境本底调查和综合评估，北湖流域存在如下水环境问题。

1）工业点源污染突出，面源污染、内源污染不容忽视。一是工业点源产污量大，污水处理能力不匹配。流域内工业企业密集，除武钢和化工园区较集中外，其他企业规模小而分散，污水直排问题严重；企业污水量22.3万t/天，实际处理能力为20.7万t/天，同时武钢和北湖港片区污水处理能力不足而化工园区由于企业入驻较少污水处理能力闲置。二是污水直接入湖，对湖渠水质构成威胁。北湖沿线共有排污口19处，18条港渠共有排污口118处，即使所有排污口达到一级A标准排放，入湖后对北湖水质仍构成威胁。三是城市面源污染严重，武钢等厂区内面源是主要来源，占比达70%。降雨径流产生的面源主要分布于北湖港片和白玉山明渠片。四是湖渠淤积物内源污染风险较大。北湖和入湖港渠底泥重金属、有机质、总氮、总磷含量高，存在底泥污染释放的风险。

2）区域排水体制不完善、管网系统问题突出。一是雨污分流不彻底，表现为武钢厂区、工业港局部地区未实施雨污分流。白玉山片区污水虽然得到临时处理，但城镇生活污水收集与处理系统尚未形成，外围干管欠缺，管网雨污分流不彻底，旱季污水收集方式为末端截流，雨季溢流问题仍较为突出。二是已建污水管网混错接严重，北湖流域内市政管线共有雨污混接点110处。三是已建污水管网功能性和结构性缺陷严重，排水管网共存在370处三级或四级功能性缺陷和161处三级或四级结构性缺陷。

3）局部地区内涝风险依然存在。近年来流域内扩建了北湖泵站，建成了北湖闸港泵站，使排江能力提升了4倍，有效降低了系统性渍水风险。主要港渠已基本满足排涝需求，但北部农排渠道排水标准偏低，同时有9处建设用地竖向偏低，存在较大渍涝风险。

4）水生态脆弱，水动力不足，水环境容量有限。一是北湖水域面积小、补给系数大，约40倍，水环境承载能力弱；二是湖渠水生植被覆盖率大幅下降，物种多样性低，水体自净能力弱；北湖水体功能定位为排污湖，生态岸线比重小，部分渠道“三面光”，污染缓冲能力弱。

5）流域水环境管控能力不足。一是治理主体不明确、治理空白与治理重复并存；二是监测能力薄弱、决策支撑能力不足；三是生态补偿机制、排污权交易机制、产业引导机制和市场准入机制缺失。

2 规划的总体思路和技术路线

2.1 流域水环境综合治理规划的内涵和特点

目前，流域水环境综合治理规划没有明确的定义。本文通过多个流域规划的实践和总结，提出流域水环境综合治理规划的内涵：规划是项层设计活动，后以流域为整体，在总结流域基本特征和现有水环境问题的基础上，基于河湖水体功能定位，合理设定治理期限及相应治理目标；围绕治理目标提出流域水资源节约配置、水环境治理保护、水生态管控修复、水灾害防御调度等方面工程措施和非工程措施体系。

随着国家进一步推动“多规合一”，我国的规划体系分为三种：一是经济社会发展规划[6]，二是国土空间规划[7-8]，三是专项规划[6]。流域水环境综合治理规划的总体定位属于专项规划，应该在流域内相关区域的发展规划、国土空间规划基础和框架内开展规划编制和实施工作。

流域水环境综合治理规划具有如下几方面的特点：

1）流域整体性。这是由水环境问题本身的属性决定的。任何水环境问题，表象在水体，根子在岸上。因此，水环境治理必须坚持水岸共治，流域统筹。

2）措施系统性。这是由水的多种属性决定的。水的资源属性、环境属性、致灾性等属性，决定了流域水环境综合治理规划必须涵盖水资源、水环境、水生态、水灾害，实现“四水同治”。

3）问题导向性。这是由专项规划的作用决定的。专项规划的作用就是发现问题、分析问题和解决问题。流域水环境综合治理规划，一定是问题导向，识别问题产生的原因，提出针对性的措施方案。

4）目标可达性。这是由规划的目的决定的。水环境综合治理规划的最终目的是改善流域水环境，因此，规划必须准确客观分析目标可达性。

2.2 总体思路

流域水环境综合治理规划遵循一般规划的工作流程，包括以下几个方面：

1）现状调研。对规划范围内的自然资源、建设用地、人口经济、农业生产、供水系统、防洪系统、排涝系统、污水系统、污染源、排污（水）口、地形高程、生态景观、岸线利用等开展现状调查。

2）综合评估。对规划流域按照水系特征和水域功能划分为若干个子流域或者汇水单元，对子单元内的水资源节约利用现状与潜力、水灾害发生情况及防涝能力、排水体制、管网结构与功能、地表水环境质量、污染源排放、生态系统完整性、生态景观状况等进行综合评估，识别流域在水资源利用、排水防涝、水环境保护、生态修复、景观布局、管理维护方面存在的主要问题。

3）污染负荷统计与预测。根据水环境现状调查，统计流域点源、面源、内源、降尘等污染源的种类及污染物负荷数量。同时结合流域内各区域的发展规划和空间规划，采用预测模型预测规划水平年各污染源的种类及污染物负荷数量。

4）确定水环境治理目标。根据流域生态功能定位，按照最严格水资源管理制度考核办法、水功能区划和水环境控制单元以及国家相关文件要求、地方上位规划要求，确定流域水环境治理总体目标和分阶段实施目标。

5）水环境容量核定与限制排污总量方案制订。水环境容量是确定流域污染物减排的主要依据，是确定限制排污总量方案的基准。基于流域水文特征和污染物背景特征，以不同水平年水质目标为约束，选择合适的模型开展水环境容量核定。根据水环境容量核定结果，提出不同类污染源污染负荷的削减需求。

6）规划方案。结合流域存在的问题，在节水减污、控源截污、排水防涝、生态修复、景观优化、管理提升方面提出针对性的措施和工程，形成各专业规划，注意工程措施与国土空间规划之间的协调性。

7）规划实施效果评估。采用城市雨洪模型、河网水质模型、水环境容量模型，结合各专业规划及各重点工程的减排、扩容效果，评估不同水平年限制排污总量、水环境质量目标的可达性。

8）投资估算和实施模式。估算各重点工程的规模及实施安排，估算总投资规模和分期投资规模，基于流域内区域财政承受能力和土地、生态等资源研究规划实施的筹融资模式。

2.3 技术路线

根据规划内容，需要综合应用资料收集、质量评价、模拟预测、技术对比等方面的技术手段，表1列出了规划所涉及的主要技术方法。流域水环境综合治理技术路线图见图2。

表1 流域水环境综合治理规划技术方法列表Table 1 Technical methods for comprehensive treatment planning of watershed water environment

（续表）

图2 流域水环境综合治理规划总体技术路线图Fig.2 Overall technical roadmap for comprehensive treatment planning

3 武汉市北湖流域水环境综合治理规划方案研究

3.1 总体规划布局

将北湖的功能定位由武钢的“纳污湖”转变成为青山区的城市景观湖。针对上述5个方面的生态环境问题，统筹水资源、水环境、水生态、水灾害“四水同治”。通过控源截污、提质增效、扩容提载、优化管理四大措施体系，改善北湖流域水生态环境，提升北湖生态示范区品位。考虑北湖本底调查资料情况，现状年为2018年。与住房与城乡建设部等三部委印发的《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021年）》《北湖产业生态新城空间发展规划（2019—2035）》相衔接，结合北湖水环境综合治理目标要求，近期规划水平年为2021年，中期规划水平年为2025年，远期规划水平年为2035年。到2021年，北湖和7条主要入湖港渠水质总体好转，COD、氨氮达到《武汉市水功能区划》中设定的北湖水质目标——地表水V类；到2025年，水质达到地表水V类标准；到2035年，水质优于V类水质标准，主要水质指标COD、氨氮、TP达到IV类标准。

3.2 规划方案

1）控源截污规划。一是对违法排污或不符合产业政策的小散企业，依法进行关停。对尾水不满足排放标准的企业关停整改，对直接排入北湖和主要入湖港渠的工业排污口实行截污后送北湖污水处理厂深度处理。二是工业企业（含餐饮、洗车个体经营）废污水全处理达标，有条件的应加大工业废污水回用力度，全面减少点源污染负荷。三是企业厂区内建设初雨截流池，对6～8 mm初期雨水进行收集、处理和资源化利用。四是减少八吉府片区基本农田化肥农药施用量及流失量，有条件的实施种养平衡。对农村生活污水采用分散污水处理设施处理或接入北湖污水处理厂集中处理。五是对北湖及污染严重的港渠底泥进行生态疏浚，治理内源污染。通过“点、面、内”三源齐控，减少污染物的入河（湖）量。

2）提质增效规划。一是对建成区全面实施雨污分流改造，补齐雨水、污水管网空白。雨水管网配合渠道、排水闸站，确保北湖流域排水防涝达到标准。污水管网实现生活污水全收集、全处理，污水收集率达到100%。二是对现有雨水、污水管网功能性、结构性缺陷进行全面整治，修复率达到80%以上；严格控制工业废水进入城镇污水处理厂的比例不高于污水处理规模的30%。三是严格监管城镇污水处理厂进水、出水浓度标准，确保进水BOD不小于100 mg/L，不高于《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962—2015）。结合北湖及主要港渠生态补水需求，按要求提高在建北湖污水处理厂尾水排放标准，使COD、氨氮的主要污染物达到地表水V类标准，即（COD≤40 mg/L，NH3-N≤2 mg/L），其他污染物指标满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，并研究经过白玉山湿地、北湖湿地净化后作为北湖流域生态补水水源。

3）扩容提载规划。一是研究长江、严西湖、北湖污水处理厂提标后尾水三个水源的北湖流域生态补水方案，增加水体流动性及水体自净能力。二是针对北湖水域面积小、补给系数大的问题，论证退渔还湖、退厂还湖的可行性，增加湖泊水环境承载能力。三是针对湖渠生态系统退化问题，规划北湖水生态修复、湖岸带生态缓冲带、重点港渠岸坡绿化带、北部长江森林缓冲带等生态修复和景观提升工程，增强陆源污染的缓冲能力。

4）优化管理规划。一是优化管理模式，建立协作高效的水环境综合管理模式，形成由区政府统一领导，环保、水务、住建、农业、园林、工信、发改等多部门协作，社会资本方共同参与的合力。二是优化管理机制，明确排污上限，建立最严格的限制排污总量控制制度；明确发展底线，建立最严格的工业企业负面清单制度；明确流域治理主线，实施最严格的绩效考核制度；明确监管责任，形成企、厂、网、口、河、湖、岸全要素统一监测监管机制。三是优化管理手段，充分依靠自动监测、智能决策、地理信息技术，建设排水防涝一张图、污水收集处理一张图、生态空间管控一张图、水环境监测预警一张图，形成智慧化水环境综合管理平台。规划总体布局见图3。

图3 北湖流域水环境综合治理规划总体布局图Fig.3 Overall layout of water environment comprehensive treatment planning in Beihu basin

3.3 目标可达性分析

3.3.1 污染物总量控制目标可达性

将各水平年规划措施可达到的污染负荷削减比例与污染物总量控制方案中提出的各类污染源负荷削减比例需求进行比较，分析污染物总量控制目标的可达性。以中期规划水平年2025年为例，北湖流域各类污染物的产生量与削减量、实际削减率见表2。可以看出，工业点源污染物削减比例为97.2%～99%，满足规划需求削减率95%的要求；城乡生活污染物削减比例为94.9%～95.3%，基本满足规划需求削减率95%的要求；城镇面源污染物削减比例为58.6%～78.9%，基本满足规划需求削减率60%的要求；农业面源污染物削减比例为86.7%～100%，高于规划需求削减率75%；内源污染物削减率基本达到60%，高于规划需求削减率50%的要求。

表2 远期规划水平年各减排措施污染负荷实际削减比例Table 2 Actual reduction ratio of pollution load for each emission reduction measure in the long-term planning level year

3.3.2 污染物浓度目标可达性

根据不同规划期限的规划工程，设置不同情景方案，采用DHI MIKE21水质数学模型对北湖及7条主要港渠污染物浓度分布进行预测分析，结果表明：按照规划提出的措施布局和污染负荷削减方案，中期规划水平年北湖湖区和入湖港渠可以达到Ⅴ类规划水质目标。远期规划水平年湖区TP不能满足Ⅳ类水水质，白玉山明渠部分河段仅达到Ⅴ类水质，需实施生态补水扩容，生态补水后远期规划水平年北湖湖区COD、NH3-N、TP在丰水期和枯水期均可以达到Ⅳ类规划水质目标。水安全目标可达性可用Infoworks、SWMM软件开展评价，本文不赘述。