海綿城市理念下流域協同治理策略思考與探索
摘要:近些年來,隨著流域治理目標從局部的工程達標向整體的水質達標的轉變,工程思維下治理模式面臨巨大的挑戰,無法可持續達標,究其原因在于忽略了工程性措施與非工程性措施之間的協同關系,如河道空間利用與保護的關系、污染物治理與利用的關系、工程建設與良性運維的關系、治理措施與機制體制的關系、治理需求與技術能力的關系。海綿城市試點建設為優化工程性措施與非工程性措施關系提供了寶貴的實踐場地,也取得了較好效果。鑒于此,總結了海綿城市理念下流域治理的經驗與教訓,提出海綿城市理念下流域協同治理的六大策略,包括河道生態緩沖空間的劃定與保護,流域節水、雨水利用、污染物資源化協同推進,治理工程提質增效和良性運維并重,跨行政區協調機制與體制完善,基于監測與模型的項目績效動態評估機制建立,流域信息共享與技術支撐能力提升。
0 1
傳統理念下流域治理面臨的問題
1.1河道空間保護與利用不協同
隨著城鎮化的快速發展,城市建設用地擠占流域生態空間的現象普遍存在,流域內河道水系密度顯著下降,許多河道支流變窄甚至消失,致使流域應對極端氣候條件下的外力沖擊時失去了“生態彈性”,集中體現在:河道的過流能力大幅下降,河道水位上升對排水系統頂托嚴重,內澇風險不斷加大;河道生態恢復的空間喪失;同時,由于河道兩側自然的生態緩沖區受到擠壓,生物棲息空間面積不足,直接導致河道生態系統多樣性的下降,河道生態功能不斷退化,流域的生態功能也隨之退化。
1.2資源節約與污染治理不協同
過去相當長的時間里,流域治理更多關注污染物的末端處理,很少從資源(水資源、物質)節約、雨水再利用協同和資源循環利用的角度思考污染物的去除問題。實際上,節水、雨水再利用與污染物協同性去除潛力巨大。通過分析,筆者發現,某流域城鎮綜合節水潛力占現狀污水處理量的27%,實施雨水再利用后,進入合流制管網的雨水削減量占污水廠處理量的26%,按照污水廠一級A標準排放,通過節水和雨水利用措施,該流域產生的污染物總磷的協同減排量將分別占其排入環境污染負荷的28%和10%。另外,對于流域來講,污染物本身也是放錯了地方的“資源”,該流域城市污水處理產生的氮和磷分別占同期農業氮肥和磷肥需求的86%和28%,如果可以將這些氮磷作為農業肥料進行循環利用,將極大減少化肥施用帶來的農業面源污染;反之,流域城市的營養物質不能回到農業生產,將導致流域內農業面源污染的輸入額外增加,破壞流域原有的營養物質循環,增大整個流域的外來污染輸入。
1.3工程施工與運行維護不協同
流域城市排水系統的施工建設及運營維護缺乏定期的維護,直接導致城市排水系統管網結構性和功能性缺陷嚴重,嚴重影響了城市排水系統效能的發揮。日常維護管理不到位帶來的污染物在管網內的累積,不但影響了其設計過流能力,而且在雨季沖刷下,常年累積的污染物一次性從溢流口排出,是造成有些河道治理項目“旱季見成效”和“雨季無成效”交替反彈的重要原因。同時,由于管網接口材料脫落、管網破裂,導致地下水埋深較淺的地區大量地下水、河水進入排水系統,生活污水處理廠進水COD、BOD 5濃度大幅下降,遠遠小于設計進水水質,嚴重影響了污水廠處理效率。由于流域治理重施工輕運維,存量排水系統長期處于病害和高水位運行狀態,導致規劃設計中常用面源控制率、截流倍數概念適用場景發生變化,LID設施工程、管網改造工程、初期雨水調蓄工程、CSO調蓄池工程、河湖底泥清淤工程的規劃、設計、建設的所遵循的常用規則需要因地制宜地進行調整,目前治理中往往忽略這些問題,導致投入較高而治理效率較低。
1.4管理體制與治理需求不協同
由于流域管理部門的職能設置缺乏流域水系統“產-匯-排-控-河-湖”的因果關系考量,涉水部門職能設置交叉與錯配,導致規劃目標和措施的協同性無法保障;各部門在規劃執行和項目設置時,往往出現“重復”或“真空地帶”。另一方面,水系統空間連續性被行政區空間隔斷,市-區-鄉鎮縱向層級制與流域-匯水區-控制單元流域空間上無法比配,治理目標在流域尺度空間分解不足,流域治理措施時間空間不同步。因此,無論從目前流域管理體制還是從流域治理的需求來看,建立跨部門、跨行政區的流域管理治理體制是必然選擇。從世界各國流域綜合治理歷程來看,也都經歷了部門各自治理向跨部門、跨地區綜合治理的轉變。現有水污染管理中,管理體制存在缺陷是水污染難以得到有效控制的重要原因。理想的水質管理機構是將水的自然單元作為整體,能夠統籌整個流域水質管理的各個要素,不受地方政府干擾,保障天然水體化學、物理和生物的完整性。
1.5局部管理與全程管控不協同
流域治理是一個長期、連續、協調、反饋與完善的系統工程,污染解析、治理目標、規劃措施、項目設計、建設運營彼此之間動態關聯、相互影響,這種動態性和關聯性客觀上需要動態的項目評估機制。但是,目前流域項目管理評估機制屬于局部靜態評估機制,僅關注項目財務執行和項目建設完成情況,并未考慮項目的動態性、與其他項目的關聯性以及對整個系統全局性治理的貢獻,缺乏對規劃設計、建設以及運營對流域治理效果影響的評估和動態調整機制。
1.6技術支撐與精準治理不協同
流域治理所需要的水資源、水環境、水安全和水生態方面的基礎數據往往分散于多個渉水部門,由于流域管理條塊分割,管理部門間缺乏有效的協調溝通機制,使得各個部門的數據信息資源分散,信息化程度和數據標準不同,造成信息利用率低、數據之間邏輯性較差等問題。流域基礎數據信息精度質量、模型等技術工具使用規范性與治理需求仍有差距,不支撐流域和城市雨水、污水、地下水、河水、管網污泥、水廠污泥以及河道淤泥“四水三泥”復雜關系的精細化解析,針對性強的系統性、綜合性流域治理方案缺乏數據與技術支撐。同時,由于數據精度和質量問題,設計施工過程中變更、洽商、簽證較多,往往帶來不必要的投資增加。隨著流域治理規劃、方案和設計文件的編制、實施和評估等工作對科學性、定量化和精細化要求日益提高,亟需與現實情況匹配度較高的流域水環境模型的支持。但是,目前缺少對流域水環境模型的適用范圍、選擇依據、模型校驗、精度評價等進行規范的行業標準或技術指南,導致水環境模型應用過程實際上一種“黑箱”模式,其精準度完全取決于模型使用者對于模型的認知和理解能力,對于模型不確定帶來的規劃設計的不確定估計不足,對于模型校驗缺乏客觀的評估,處于“自圓其說”狀態。
0 2
海綿城市理念下流域協同治理策略
2.1 劃定河道生態緩沖區空間,提高流域的生態彈性
河道作為流域生態功能的生命線,實施流域河道水系的保護將對流域生態功能保障具有總要意義,而河道水系兩側生態緩沖區的保護是河道水系保護的核心。流域需要更寬的生態空間來消除建設空間擴展對流域帶來的負面效應,擴大河道兩側生態緩沖區的保護空間,將有效增加流域空間的“生態彈性”。劃定河道生態緩沖區空間 將有效控制建設用地擴張過程中河流生態功能的退化,同時為流域生態功能恢復工程預留空間。對于水生態、水安全敏感的流域,建議將流域內河道最高水位線作為起始線,依據河道生態恢復的需要,合理劃定外擴的生態緩沖區空間;從根本上改變過去“取消、填埋、明變暗”的河道治理模式。
2.2節約用水、雨水再利用、資源再利用協同性推進
以海綿理念為指導,將治理重點從系統末端轉移到系統前端,優先推進節水與資源(污染元素)循環利用,將雨水、再生水利用作為流域第二水源,將污染物作為流域農業第二化肥來源。加快城市節水與雨水再利用工程協同推進;對于新建地區,確保開發后地塊外排徑流總量不增加;對于改造區域,確保改造后的綜合徑流系數不超過改造前,不能增加既有排水防澇設施的額外負擔。因地制宜優化治污體系;在新建公共建筑和新建居民小區排水系統強制實施源分離工程,并在源分離工程基礎上,實施氮磷資源再利用工程,將城市生活氮磷、污水廠無害化污泥以肥料的形式回用于農業。加大流域污染協同利用的力度,注重存量,提質增效;制定流域級“四水三泥”協同性治理方案,有效應對雨水、污水、地下水、河水、管道污泥、污水廠污泥以及河道淤泥的處理處置與協同治理。
2.3增量建設轉向存量工程提質增效和良性運維
開展排水系統普查,建立基于監測評估的排水系統運維機制。注重運維數據的收集,尋求最佳運維解決路徑;建立分類分級維護計劃,強化對關鍵排水設施的維護;增加排水系統檢查頻率,對排水設施進行預防性檢查和修復;建立快速響應機制,出現問題立即解決,延遲解決需要更多的成本。對于城市排水系統,優先存量修復工程,后增量優化。對于存量工程,必須建立“管道清淤-管道清洗-管道監測-管道監測評估-管道修復設計-管道施工”工程技術體系,維持排水系統處于設計標準狀態,減少地下水及河水的入流入滲,提高污水廠進水濃度。對于增量,重視截污工程施工材料的選擇,尤其沿河截污工程,建議采用球墨鑄鐵管代替原有管材,避免管道不出現滲漏的情況,有條件地區(排水系統存在一定冗余度)實施泵站、調蓄池、排水管網和污水廠聯合調度,將盡可能多的雨污混合污水進行有效收集和處理。在環境敏感區,根據受納水體的環境質量要求,確定城鎮污水處理廠的出水水質標準。
2.4推進與流域治理需求相協調的機制體制建設
行政區管理與流域管理相結合的管理體制是實施流域水環境管理必要且有效的方式。但是,目前流域治理管理存在諸多問題,體系內部機構數量過多、類型龐雜,體系外部缺乏協調,且地域性不強和編制周期與環境要素的自然規律周期不一致。因此,近期從保證流域治理技術邏輯合理性的角度,通過體制機制設計,協調流域規劃、設計、建設、運營等要素與流域供給產品利益分配模式之間的關系,保證流域目標可持續實現。近期,重點推進水環境敏感流域供水(包括雨水、再生水、自來水)、排水一體化經營,建立中長期流域治理供給產品價格(水價)與流域理成本聯動調節機制,形成流域治理目標可持續達標的“經濟閉環”。遠期,建立 行政區管理與流域治理相結合的實體機構——流域綜合管理委員會 (見圖1)。將流域管理委員會列為法定行政主體,列入行政序列。依據授權,統籌管理流域水、土和資源開發、空間布局等重大事宜,擁有與流域綜合管理事權相匹配的財權。由該行政區的最高行政長官兼任委員會主任,副主任由流域內下轄行政區縣最高行政長官兼任。
圖1 流域綜合管理委員會實體機構架構
流域綜合管理委員會下設各委員會的主要職責:①保證流域利益相關方充分參與決策;②流域空間布局、土地資源開發、水資源保護與利用等重大問題決策;③流域取水、節水、供水、排水、水處理標準制定,以及水價等政策制定;④流域內水資源開發、利用、節約、保護、治理項目決策。
不同委員會下設部門的具體工作如下:①流域規劃處,負責制定流域空間開發與土地利用規劃、水資源規劃、水環境保護規劃,協調城市總體規劃與各專項規劃。②流域技術信息處,負責流域內所有水信息收集、監測、統計及公開與通報,負責流域信息處理、挖掘、模擬與共享,管理流域模型信息庫。③項目管理處,負責流域內涉水項目立項、審批、評估、調整與監控工作。④執法與監督處,負責流域內水政、漁業、航政、土地、規劃、水環境保護、林政、排水管理等方面的行政處罰權。⑤水服務公司,負責流域節水、供水、排水與水處理項目實施、運行與管理。
2.5建立事前預測、事中監測、事后評估機制
① 建立流域治理動態評估流程
事前規劃設計方案評估:規劃設計動態評估是決定其合理性重要依據。規劃設計評估必須建立在滿足績效考核指標要求、落地可行性及最佳投效比基礎上,同時應結合工程技術、經濟、生態環境和社會各方面因素綜合評價,選定最佳方案。對于規劃方案來講,重點關注投資成本、管網水位、進廠濃度、出水水質和河道水質等問題。對于設計方案,重點關注道路之間、管網與河道之間、海綿設施之間的豎向控制問題。
事中建設實施方案評估:在流域治理過程中,加強項目涉及各部門之間的協作,共享項目建設過程中的變更、洽商、簽證、進度、質量、環境和社會影響、措施費等方面的信息,加強項目實時、動態、高效的事中管理。對可能形成偏差的關鍵性活動,及時作出判斷、發出預警,更早地發現項目實施中存在的困難和問題,及早采取調整措施,防止問題惡化,確保流域治理項目按照計劃目標和方向發展。
事后運行跟蹤評估:在流域治理項目建成投產或投入使用后的一定時期,對項目的運行進行全面評價,將項目決策初期效果與項目實施后的終期實際結果進行全面、科學、綜合的對比考核,對流域治理項目投資產生的生態、環境、社會和經濟等方面的效益與影響進行客觀、科學、公正的評估。
流域治理動態評估技術流程見圖2,流域治理項目評估管理流程見圖3。
圖2 流域治理動態評估技術流程圖
圖3 流域治理項目評估管理流程
②建立項目動態評估管理的多元協作機制
建立流域管理委員會與技術服務單位的協作機制。流域管理委員會委托獨立的第三方中介機構對流域治理方案開展評估工作,第三方中介機構應確保評估結論的獨立、客觀、公正,不得對評估工作施加傾向性影響。
建立技術服務單位與職能部門的協作機制。在相關職能部門關于流域治理規劃設計方案管理工作程序中,增加技術服務單位的會簽程序,未征得技術服務單位同意的,相關部門不予批準。
建立技術服務單位與項目建設單位協作機制。建立技術服務單位對流域治理方案實施效果進行的監督檢查和評估,評估結果對于項目建設單位應具有強制約束力。一方面,項目建設單位須無條件配合評估工作人員的工作,及時提交真實數據與材料;另一方面,通過評估與項目建設單位及時溝通,便于及時調整決策,并采取措施改進項目建設方案,促進項目建設管理水平的提高和考核目標的實現。
建立流域管理委員會與社會公眾的協作機制。公眾作為流域治理項目的利益相關方,應該全程參與方案的評估。流域管理委員會通過各種制度建設增加公眾參與渠道,健全并實行項目信息公開制度。建立項目公示和聽證制度,形成一套規范、可操作的公示和聽證程序,并使之成為項目決策程序的一個必要環節。
2.6流域精準治理信息管理與技術支撐能力提升
從過去流域信息分散隔離,走向未來流域信息共享,構建流域治理基礎數據庫與信息共享平臺。包括:基礎空間數據庫共享平臺、社會經濟數據庫共享平臺、環境監測數據庫共享平臺和模型參數數據庫共享平臺。流域治理基礎數據庫與信息共享平臺的各個數據庫部分在物理上分開,但在邏輯上緊密相關,尤其模型參數數據庫與環境監測數據庫在邏輯上進行有效關聯,以保持數據一致性。通過流域治理基礎數據庫與信息共享平臺建設實現全要素、多過程的綜合耦合模擬,為水問題診斷、措施優選以及效果評估提供支撐,是流域綜合治理定量綜合模擬技術的發展趨勢。同時,針對技術支撐工具規范使用,應加快模型的規范化、標準化制度建設,建立模型評估與管理專業機構、發布模型應用指南手冊和說明書。針對多種模型的模擬能力、適用性和適用范圍等進行了詳細的評估對比,指導具體流域規劃中模型的篩選和使用,通過第三方開展檢驗流域水環境模型的輸入數據質量,模型參數率定與校驗、精度評價工作,保證模型規范使用,提升支撐精細治理的能力。加強工業級離線水環境機理模型軟件研發與在線神經網絡算法支撐運行調度的技術模型研發。在城市尺度上,以“四水三泥”為主線,進行統一監測、采集、分析、管理和動態評估;同時,加強技術工具使用的規范性制定,提高流域項目治理效果模擬和預測的準確性,通過信息共享共治,建立流域“規劃、設計、施工與運維”全周期治理成本核算管理平臺,為流域治理決策提供必要支撐。
本文節選自《中國給水排水》2021年第2期,作者及其單位如下:
海綿城市理念下流域協同治理策略思考與探索
許申來1,2,周影烈3, 李王鋒1,4,韓志剛5,薛祥山1,4,趙軒1,4,曲直1,4,孟婷婷1
(1. 北京清控人居環境研究院有限公司,北京 100083;2. 長江生態環保集團有限公司,湖北武漢430062;3. 北京壹墨工程設計咨詢有限公司,北京101300;4. 北京清華同衡規劃設計研究院有限公司, 北京100085;5. 中國交通建設股份有限公司,北京100088)
許申來,周影烈, 李王鋒,等海綿城市理念下流域協同治理策略思考與探索[J].中國給水排水,2021,37(2):1-6.
XU Shenlai, ZHOU Yinglie, LI Wangfeng, et al. Exploration and thought on the strategy of basin coordinated management under the concept of sponge city[J]. China Water & Wastewater, 2021, 37(2): 1-6(in Chinese).
編輯: 李德強