某城市水环境生态修复环境水量需求分析

王 勇

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

引 言

城市作为人类生活的主要区域，受人类活动影响较大，因此城市生态和环境显得异常脆弱，水作为一种载体，在不影响水的正常用途的情况下，水体所能容纳的污染物的量或自身调节净化并保持自身生态平衡的能力，就是水环境容量，当污染物总量超出其本身的容纳能力或者调节净化能力时，将会引起水环境和水生态平衡的破坏，造成水质恶化。

本文通过对某城市水系污染负荷及水环境容量分析，综合考虑降雨、径流等要素，寻求一种生态水量需求的计算方法。

1 项目概况

某城市规划新区位于三面环江的“U”型区域，规划总用地面积28.25 km2。目前新区现状开发程度较低，内部现有河、湖、塘较多，分布零散，且内部水系相互比较独立，湖库及河道主要来自天然降水，无外水补给，部分河道堵塞断流，水系连通不畅，水质难以保障，水体缺乏活力。

通过规划水系连通形成该城市新区内部河道水网，通过引江水入城至高点水库，自流为各河道和湖泊补水，以达到活水和改善新区水环境的目的。

2 水环境现状及污染源统计预测

2.1 主要河湖现状

新区内无工业污染。主要受新区生活污水、城市径流和内源污染等多方面影响，现有河湖等呈现出不同程度的富营养化情况。

2.2 主要污染源统计及预测

新区内污染源主要包括生活污水、城市径流污染、农田面源污染，新区内无工业污染源。根据新区内河湖的连通情况和集雨范围，将新区划分为6个集雨片区。

1）生活污水。生活污水污染物浓度参考《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》，该地区划为三区4类，人均每天生活污水产生量0.15 t，COD、NH3-N和TP排放浓度分别为64 g/人·天、7.4 g/人·天、0.72 g/人·天。

根据《城市水环境控制单元污染物入河量估算方法》[1]，赣江流域城市生活源入河系数取值0.75，本文参照考虑。

规划年新区污水产生量和管网收集率根据该区的污水工程专项规划确定。新区规划年生活污水总量58 200 t/d，管网收集率95%，未被收集生活污水2 910 t/d，入河系数取值0.75。

2）城市径流。新区内城市径流污染主要由初期雨水、初期雨水后的雨水污染物贡献，不同的下垫面影响程度不同。下垫面为绿地或水面按照天然降雨污染源进行计算。

新区规划年的土地利用性质和面积参照当地土地利用总体规划，综合考虑交通设施（除水库水面）、商业区、工业区和居民区的比例，参考《南昌市城区降雨径流污染过程与防治措施研究》[2]表3.4中污染物的EMC值，计算后的COD、TP和NH3-N的值分别为209.08 mg/L、0.84 mg/L和1.67mg/L。初期雨水径流深参考《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）（2014年修改）中推荐深度4～8 mm，取不利情况8 mm进行计算。城市径流入河系数参考《城市水环境控制单元污染物入河量估算方法》[1]，取值0.35。初期雨水后的雨水污染物浓度值参考《雨水中污染物浓度分布规律研究》[3]，COD、TP和NH3-N的值分别为0.7 mg/L、0.11 mg/L和0.038 mg/L。

根据江西省人民政府《关于推进海绵城市建设的实施意见》（2016），规划年，14%的城市径流得到利用。

3）农业面源。规划年，新区不考虑农业面源污染。

4）污染源统计。通过对上述主要污染源分析计算，新区规划年污染源计算统计表见表1。

表1 新区规划年污染源统计表 t

3 环境需水分析计算

环境需水主要从满足新区水质角度分析，按规划水平年污染物排放总量收集率等指标，测算维持新区水系水质的最小稀释净化水量。

3.1 引水断面水质

选择引水的某河道干流临近省控监测断面（土桥断面）的化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP），取近5年逐月监测数据的平均值。

3.2 污染源

污染源分析预测见本文2.2节第4条。

3.3 模型计算及结果

采用零维湖泊完全混合模型，出水水质按照Ⅳ类考虑：

式中 C（t）——计算时间内污染物浓度；

m——污染物入湖速率；

C0——入湖污染浓度；

Ch——湖泊现状污染浓度；

QL——出湖流量；

V——湖容积；

K——降解系数（COD取0.05，NH3-N取0.04，TP取0.008）；

Cs——水质目标为《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的Ⅳ类（湖泊）要求，即COD≤30 mg/L，NH3-N≤1.5 mg/L，TP≤0.1 mg/L。

考虑了水体自身的净化能力，COD、NH3-N、TP按照0.05、0.04、0.008的降解系数，水体的自净能力无法满足出水水质的要求，引江水入城补水。按满足《地表水环境质量标准》Ⅳ类（湖泊）出水水质要求测算，补水量如下：规划水平年对应的各月最大引水流量为1.8m3/s，各水平年逐月计算成果见表2。

表2 规划水平年逐月平均最小稀释净化流量 m3/s

4 结论

城市水体作为城市生态的重要组成部分，受人类活动影响大。城市的基础设施开发建设，造成下垫面的改变，城市污水、地表径流等的汇入，都会对城市水体产生较大影响，影响城市水环境。

本文通过对城市污染源的分析预测，对城市水环境生态修复环境水量需求，采用一种基础模型计算方法并综合分析各方面因素。通过计算分析，采用生态补水，能满足规划年城市水环境容量的需求，河湖水质满足城市环境的要求。

城市水环境治理是近些年的热门问题，城市多年的无规划发展造成了目前的诟病。治水是根本，问题源头还是在岸上，因此城市水环境的治理，关键是要做好城市污水的收集，辅以生态补水、生态修复措施，达到标本兼治的目的，还城市一片绿水。