案例分析：引配水改善城區水環境質量的思考
來源 ：北極星水處理網訊
引配水改善城區水環境質量
引配水改善城區水環境質量
吳青霞 陳 濤 李 欲如 李 軍
1引配水對水體改善的重要性
近幾十年，社會經濟高速發展，城鎮建設占用、各類污染物排入、二次污染等問題造成城區水體環境和生態不斷遭到破壞，死水、斷頭河、底泥淤積、水體污染、水質惡化等現象突出，部分水體存在著黑臭趨勢，因此必須要對城區水體進行整治。城區水體的長效綜合治理需主要從控污、治污和活水等方面做到宣傳、制度、資金、技術等保障，控污在技術上主要為截污納管，治污主要運用物理、化學及生物等方法去除水中的有毒有害物質。活水最重要的技術手段是引配水，引配水對城區水體水質的改善、水力條件的提高、淤塞的降低等方面具有綜合功效，對城區水體生態恢復起到了重要作用。
2引配水案例分析
2.1杭州市西湖引配水
西湖位于市中心西側，南北長約3.3 km、東西寬約2.8 km、周長約15 km，目前湖面積約6.39 km2，平均水深2.0 m。湖內白堤和蘇堤把西湖分隔成外湖、北里湖、岳湖、西里湖、小南湖5個湖區。環湖有金沙澗、龍漢澗等4條溪流入湖，全年徑流量約600萬m3左右，湖面年降水量為562.9萬m3。西湖作為杭州城市名片，數十年來，杭州市政府對西湖進行了長時間的綜合整治，引配水作為其中一項重要技術手段已取得了較好的效果。
引水之前，西湖水力條件較差，湖內污染物不能夠快速擴散，多項水質指標處于劣Ⅴ類水體標準，部分區域出現黑臭現象。西湖引錢塘江水一期工程，從1985年2月1日開始興建至1986年9月30日建成通水，日引水能力為30萬t，使西湖的水質得到了明顯的改善。但由于未進行預處理就將錢塘江水直接引入，錢塘江的潮汐和水質對西湖有較大的影響，年實際引水天數不足100 d，水質和水量仍無法滿足西湖引水的要求。根據《1998年杭州市環境狀況公報》顯示，西湖污染仍較嚴重，水體基本維持在原國家景觀娛樂用水水質標準(GB 12941—1991)C類。1999年底，杭州市開始實施“西湖水環境綜合保護工程”，投資6 000余萬元的引水工程主體于2003年9月10日正式通水，取水口位于錢江大橋東側北岸錢塘江閘口段江岸，設置西湖引水泵站，日引水能力為40萬t：其中，30萬t引水經玉皇山引水預處理場沉淀池的混凝沉淀預處理后經小南湖、長橋灣(蓮花峰)進水口入湖;另外，10萬t引水通過赤山埠預處理廠脫磷降濁處理后從浴鵠灣、烏龜潭、茅家埠等進水口進入湖西水域，入湖水的濁度和總磷含量有了較大幅度下降。目前共有圣塘閘、五公園、一公園、大華飯店、涌金閘、涌金池(金牛池)、柳浪、岳湖和北里湖9個可調控出水口，其中岳湖泵站(10.8萬t/d)和圣塘閘(20萬t/d)是下游城市河道引配水的主要水源。西湖引水量按西湖庫容量計算，相當于一月換一次水，其引配水簡圖如圖1所示。
西湖通過引配水、截污納管、清淤、治理等重要措施的綜合整治后，水質逐步得到了明顯的改善(表1)。2016年湖內水質狀況優，平均透明度達1.6 m，水質符合或優于Ⅲ類水質。
圖1 西湖引配水簡圖
表1 1998年~2016年杭州市環境公報對西湖水環境的描述
2.2杭州主城區引配水
杭州主城區內河縱橫交錯，根據《杭州市水域調查》顯示，杭州市區繞城公路內共有河道461 條，總長為1 026 km，河道水面積為22 km2，河網密度達1.1 km/km2。杭州市區河道水質總體較差，大部分河道常年處于劣Ⅴ類。
杭州市對城區水體進行整治開始于20世紀80年代，在2000年6月開始進行城區水體引配水工程。“十一五期間”杭州重點實施“錢塘江(珊瑚沙)引水入城工程”，工程線路總長約12 km，總投資為9.2億元，工程主體于2009年6月30日全線貫通。杭州市又相繼于2008年編制《杭州市區河道引配水規劃》、2010年編制《杭州市市區河道配水詳細規劃》，并于2016年根據浙江省“五水共治”和新的河道水環境要求對《杭州市市區河道配水詳細規劃》進行了修編，以流域為單位將市區河道劃分為運河地區(220 km2)、上塘河地區(105km2)、之江地區(147 km2)、下沙地區(105 km2)和江南地區(294 km2)5大地區及錢塘江水域(60 km2)，共計總面積930km2，主要以配水干流為界，根據水體流動的相對獨立性細分為22個分片區;同時，將現狀河道網絡劃分為19個水級，分級管理，形成市區河道引配水的整體框架。
以現狀河道網絡為基礎，杭州市引配水工程由外圍引排水設施和內部配水設施組成，兼顧排澇：外圍引水設施是將區域外的清潔水引入本區塊的引水工程，分別為沿錢塘江和苕溪布置的引水工程，錢塘江是主城區城市河道配水的主要水源，包括引水管渠、引水處理廠、引配水閘站等引配水設施，共計約有42個;內部配水設施是引導和控制區域河網內部河道水流方向和流量的工程，主要為配水泵站、翻水泵站、河閘站等，根據各河道水位要求，5個分區共計約276個配水設施。片區之間引水、配水、排水互為補充。杭州市區引配水工程現狀工況下的年引配水量共計33億m3，最優調配方案下的年引配水量可達到37億m3，規劃引配水量為51億m3。
引配水后，杭州城區河道水體水質明顯改善，城西余杭塘河以南地區所有河道基本達到Ⅳ類水體的標準，西部“四港四河”摘掉了劣Ⅴ類水體帽子，中東河水質明顯改善，部分河道(段)水體提升到Ⅳ類以上標準，具體水質改善如表2所示。
表2 1998年~2016年杭州市環境公報對城區河道水體水質的描述
2.3蘇州古城區引配水
蘇州市區西臨太湖，東有金雞湖、陽澄湖，南有石湖、澹臺湖，京杭大運河從西北向東南繞城而過，河道密布，是中國的水鄉名城之一。蘇州以平原地形為主，地勢平坦，主要河道常年流速較低，總體上水西進東出、北進南出，易受太湖水位及沿江閘門影響，出現水流倒流現象。古城區由環城河環繞，全長約16 km，環城河上承大運河、太湖補給來水，下泄出水入長江，古城內主要河道約有28條、總長約33 km，流入環城河的河道有肯江、上塘河、山塘河、十字洋河和元和塘，流出環城河的河道有大龍港、葑門塘、婁江、外塘河和老運河。隨著社會經濟的發展，古城河道水量減少，水體流動性差，整體水質差，大部分水體透明度不足25 cm，污染排入增加，水質日益惡化。
蘇州在2012年編制了《蘇州古城區“自流活水”工程可行性研究報告》和《蘇州古城區河網水力學特性原型觀測報告》，并出臺《蘇州古城區河道水質提升行動計劃》以大幅提升古城區河道水質。2013年蘇州古城區河網引配水工程——“自流活水”工程開始實施并啟用，運用“因勢利導、江湖共濟、雙源引水、三點配水、活水自流、惠及周邊”等方法措施，引配水簡圖如圖2所示，其主要內容有以下三點。(1)水源工程。水源工程為兩條引水通道，西塘河引水線路為利用現有工程;外塘河引水將現有外塘河樞紐15 m3/s的引水泵站擴建至40 m3/s。(2)配水工程。新建四處配水工程：婁門堰工程位于東環城河婁門橋北，包括一座活動溢流堰和一座潛壩;閶門堰工程位于西環城河五龍橋附近，包括一座活動溢流堰和一座潛壩;長島工程位于東環城河相門橋南側，包括一座潛壩;婁東堰工程位于外塘河入婁江口北側，包括一座活動溢流堰。(3)輔助工程。包括平四閘及邱家村泵站改建工程，校場橋、單家橋拓寬擴建工程，滄浪亭聯通工程等。該項目總投資估算為12 994萬元，其中水源工程費用5 624萬元、配水工程費用為3 928萬元、輔助工程費用為1 282萬元、調度控制系統費用為2 000萬元，其他費用為160萬元。
“自流活水”工程建成通水后，蘇州古城區河道流動性大幅提升、水體水質得到了明顯改善，2013年9月~11月，古城區水體COD 平均濃度為Ⅲ類、氨氮平均濃度為Ⅲ類、總磷平均濃度為Ⅳ類、溶解氧平均濃度接近Ⅳ類，城區黑臭河道基本消除。
圖2 蘇州古城區河道引配水示意圖
2.4其他引配水案例
引配水作為改善城區水體水質的重要技術手段，已在國內外較多城市進行了實施。在國外，20世紀60年代，日本東京政府開始利用引水改善城市河道水質，從利根川和慌川引水以改善隅田川的水質，引水秒流量為16.6 m3/s，引水后隅田川的水質有了較大程度對改善，其后又對中川、歌川等河道也進行了引水;美國環境保護署亦引哥倫比亞河水置換Moses湖、引密西西比河水入Ponttrain湖;法國通過修建運河，引萊茵河水來恢復塞奈何-諾曼底流域的水環境。在國內其他城市，如20世紀90年代，福州就通過引閩江水入城，提高城區河道流速、一天一換，以清理內河水;21世紀初，通過從長江流域引調水改善太湖及區域河網水質的“引江濟太”工程的實施取得了良好的水質改善效果;南京秦淮河區域亦通過引配水，將白鷺洲公園水系和秦淮河水系打通，改善了水系生態環境質量;嘉興市作為海綿城市建設全國試點城市，近年開展了“市區河道水動力及防洪提升改造海綿城市工程”，改造杭州塘閘、平湖塘樞紐、三店塘樞紐、穆河溪樞紐、海鹽塘樞紐、改造海鹽塘、平湖塘樞紐啟閉機房，修正原有防洪設施，加強調度管理，增加市區河網水動力，實現河網水系有序流動，提高河道水體水質。
3城市引配水存在主要問題
城市引配水雖然對城區水體水質具有較好的改善作用，但實施過程中也存在著諸多問題，主要有以下4點。
(1)建設運維成本高。以杭州市為例，2009年通水的“錢塘江(珊瑚沙)引水入城工程”總投資為9.2億元;市區河道配水詳細規劃修編實施工程總建設投資估算為11.3億元，年運行費用達5.9億元(2016年價)。另外，外源水通常需要進行適當預處理才能滿足引水水質要求，建設和維護預處理設施又需要大量的資金投入。降低建設運維費用已成為引配水重點，必須挖掘現有設施設備潛能、合理利用地形地勢、增設連通河渠。
(2)調度管理難度大。城區河道在起到引配水作用的同時，更要兼顧其防洪排澇的主要用途，而兩者在某些情況下可能是矛盾的。另外城市引配水往往需要大量的設施設備，如杭州城區外部引水設施有42個、內部引配水設施有276個，如何有效合理的調度管理，關系到引配水效果、運維費用等。因此，需要在設計深入模擬各類調度方案、實施中根據現狀不斷優化，利用VR、AI、大數據等新興技術手段來支持調度計算。
(3)規劃模擬分析與實際情況差入較大。目前引配水主要運用MIKE、RIBASIM、Delft3等各類水動力及水質模型，這些模型都有其條件性和適用性，不能普遍適用于各種河道實際情況;模型需要用的數據可能與實際情況有較大出入，導致建立的模型不準確;另外，實際河道一些特殊情況無法數據化。因此，需要根據各模型軟件的特點和河道的實際情況，合理選擇，盡可能獲得準確和足量的數據。
(4)外來水源對本地生態的影響。引水水源往往來自域外，引水過程中往往不經處理或簡單預處理，其中的浮游生物、藻類、微生物，以及水源中的污染物質等隨引水管渠進入城區，對原有生態易造成影響，特別是部分源水氮、磷等營養物質較多、易造成河道出現水華現象;源水中攜帶的泥沙等對引配水設施造成破壞，一定程度上加大了城區河道的沉積和堵塞風險。因此，引水必須經簡單、經濟的處理，如混凝、沉淀、過濾等，以降低對城區河道生態的影響，有條件的城市可通過脫氮除磷工藝，經人工生態系統緩沖引入。
4引配水的展望
(1)加大污水再生利用。城市引配水需要穩定并具有一定規模的水量，目前引水源主要是城市周邊的大湖大河，但這些水源由于其自身的徑流不穩定性和水質不穩定性，對引入城區的水體亦造成了重大影響。污水處理廠出水作為城市第二水源，具有穩定性、可靠性和充足性等特點。在技術上，城鎮污水再生處理技術已經比較成熟，目前國家正在對全國污水處理廠進行提標改造，明確要求自2016年7月1日起新建污水處理廠和自2018年起敏感區域內現有城鎮污水處理廠出水達到一級A標準，個別省市如北京、天津、浙江等更是將地方標準進一步提高，向地表水Ⅳ類水體標準靠近，城鎮污水處理廠出水回用生態已無技術上障礙。在制度上，國家已在2002年和2007年分別發布了《城市污水再生利用》系列標準，允許污水再生利用于景觀環境。在總量上，2014年的城鎮污水處理能力已達1.57億m3/d，全國設市城市與縣城污水處理廠覆蓋率已近100%，這些污水處理廠出水可以穩定地、大量地為城市引配水提供原水，為無外部引水水源的城市找到了另一個方案。目前，國內外已有許多成功的先例，國內也有許多城市如北京、深圳、包頭等，在城市污水再生利用方面均取得了很多成功的經驗。
(2)加強雨水利用。雨水作為城市水體的重要補充，可作為城市引配水的重要水源。部分城市雨水資源豐富、年降雨量較大，但季節性、瞬時性較為明顯。目前，國家正在大力建設海綿城市，雨水利用是其中的重要內容。部分城市為減少瞬時暴雨的危害，在城區建設了大容量雨水調蓄池，這可作為城區配水的重要水源和設施;另外，人工生態、城市景觀、微型水環境等城市海綿可以為城區河道提供微型配水和調蓄，并對雨水水質進行一定程度上的處理凈化。
5結論
引配水作為活水的最重要技術手段，對改善城區水體水質具有重要的作用，已被國內外諸多城市所采用，并取得了較好效果。但引配水也存在著建設運維成本高、調度管理難度大、規劃模擬與實際偏差大、對當地生態有一定影響等缺點，需因城施策，在宣傳、制度、資金、技術等方面做好保障，有效運用現有設備設施，合理規劃適時調整調度方案，盡可能收集相關模擬數據，運用最新數據處理技術，對引水進行預處理甚至適度深度處理。展望城區引配水發展，需結合當地水資源情況、季節性特點等，具體情況具體分析，加大污水再生利用和加強雨水利用，以開拓引水水源、保障水源的穩定和高質量。
原標題:引配水改善城區水環境質量
