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长江中下游流域城市的水安全与水环境治理探索
项目分类:
城市安全与基础设施类
项目简介

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周广宇

中国城市规划设计研究院城镇水务与工程研究分院


背景

长江中下游流域,是我国七大流域中,人口密度最高、经济最发达的区域,流域内城市治水工作起步较早,现在已经取得了一定成效。

十年前,长江流域仅有约100个国控断面、其中4个是劣V类,而到今天,长江国控断面数量达到了500个,劣V类断面却历史性消除。从“一百分之四”到“五百分之零”,数字的变化,足以证明长江流域治水成就之大。

显著的成就背后,是严格的水环境保护要求:从“长江保护修复攻坚战”,到“黑臭水体治理”,再到“长江经济带生态环境警示片披露问题整改”,对长江流域的治理,要求越来越明确、路径越来越清晰,同时流域内城市的水环境治理,已不仅关乎城市的里子、面子,还关乎主政领导的帽子。

此外,在长江中下游治水,还要有一个工作顺序,即“欲治污,则必先治涝”:2017年,住建部发布了60个近年来内涝严重的城市名单,长江中下游有32个城市上榜;2020年,长江流域再次发生严重洪涝灾害,众多城市“因洪致涝”,部分沿江城市,河水经雨水管道倒灌进入城市、有的城市“道路”变“水路”持续长达数周时间。


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2020年部分沿江城市发生严重内涝


以下按照治涝—治污的顺序介绍我院在长江中下游流域所做的一些工作。

一、构建现代化的城市排水防涝体系

自2013年起,水务院陆续开展并完成了沿江十余个特大、大型城市排水防涝规划工作,基于长期工作,对长江中、下游流域城市的排水防涝形势、特征分别进行了总结:

1. 长江下游地区

在长江下游地区,典型如太湖平原,在地理条件上,太湖平原西南高、东北低,流域地形虽普遍低平、但呈整体坡向东海、长江之势,所以,汛期排涝,可选择排海、排江、排太湖等多个方向(具体讲,就是这个地区的城市,只要保障大多数建成区地面略高于长江、太湖汛期高水位,就可以保障多数建成区,以重力自排形式实现快速退水)。

地理特征,决定了排涝特征。在太湖平原,最终形成一种可以称作“通道式排涝”的系统,即流域内城市,普遍在持续拓宽、建设大型通道(例如望虞河,它北连长江、南接太湖,南北两端各有一个枢纽,当长江洪峰过境时,为防止长江洪水倒灌进入流域,可将常熟枢纽常闭,区域主要向太湖方向排涝,待长江洪峰通过后,开启常熟枢纽,望虞河即可双向排涝),这类通道普遍贯穿南北、经长年累月疏浚其断面极大、再配合两端抽排能力极强的水利枢纽,就成为了流域退水的骨干,流域内的城市,只要充分利用此流域河网密布的特征、将各自城市的退水河、渠连接至上述通道,就基本可以实现快速退水。

小结一下,就是太湖流域的城市排涝系统是:城市向周边密集河网退水、河网向骨干通道退水、最终骨干通道将涝水因时而异地排至太湖、长江、东海,在这个流域,布局通道、保护好河网,城市不易产生严重内涝。


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流域排涝大通道与通道连接关系


2. 长江中游地区

在长江中游地区,典型案例是湖南、湖北相交处两湖平原(即江汉平原和洞庭湖平原),在地理上,这个平原几乎完全被大别山、罗宵山、雪峰山、巫山围合,形似“盆地”,而长江出三峡后,在此区域坡度骤减、泥沙沉积,逐渐形成“地上河”,此外,洞庭湖直接与长江相连,“江水高即湖水高”、无法如太湖样起流域调蓄功能(所以,这一地区,集中了长江流域全部40处蓄滞洪区的36处,其总面积相当于此区域总面积的20%、涉及总人口达640万人)。

对比太湖平原和两湖平原面临的形势,可以看到,两湖平原面对的是更不利的边界条件,必须同时建设强大江防、超强排江泵站、预留大面积蓄滞洪区,才可保障城市安全。

2020年汛期刚过,水务院就在长江中游某沿江城市开展了排水防涝规划工作,这一城市具有流域内城市的典型特征——“地处‘大锅底’,城市西、北、南三面是流域型江、湖,每到汛期水位持续数月高于建成区3-8米,若逢暴雨则‘上压、下顶、四面灌’”,针对上述问题,制订了三个方面措施:

第一,构建城市大包围,保护480平方公里城市规划区,主要措施是依托西侧现状百年江防、提高北侧湖泊防洪堤标准、新建“城东大包围(即城东河道及防洪堤工程)”;

第二,由于汛期时,包围外河、湖水位持续高于包围内建成区地面,因此新建、扩容一批骨干排涝泵站,所有泵站外排总能力达990万方/天,同时沿包围新建一批排涝涵闸,一旦具备自排条件即刻开闸排涝;

第三,入汛后,始终保持包围内的建成区内河、内湖处于低水位,利用河、湖低水位与控制最高水位之间的容量调蓄建成区内雨水,预计可实现调蓄总量达390万方。经计算评估,通过以上三种措施,可以在最不利边界条件下,满足480平方公里城市规划区在大到暴雨时不出现内涝问题。


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两湖平原、太湖平原地理条件

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长江流域蓄滞洪区分布

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长江中下游城市排水防涝系统示意


3. 流域内城市排水防涝体系构建方式总结

从长江中游、下游众多城市排水防涝体系建设的实践出发,我们已逐渐形成了一个完善的、针对这一流域城市特点的、统筹洪涝的城市排水防涝体系构建方法,它包括:

①可靠的外江/外海防御工程(确保外洪不入城、在城外保留充足蓄滞空间);

②强大的城市/流域排涝能力工程(强调城市应具备充足的涝水外排能力,主要依托内河、泵站等设施,有的地区也要利用过境河道);

③覆盖完整的雨水管/渠工程(即利用雨水管/渠收集建设用地雨水后,顺畅输送至城市/流域排涝工程体系)。


二、以收集率为核心的水污染防治工作

2021年的政府工作报告中,在讲到加强污染防治时,第一次提到了“要提高城镇生活污水收集能力”。与过去长期采用的“城市污水收集率”相比,这是一个全新的、完全不同意义的要求。

首先,“污水处理率”是指城市污水处理能力(即污水厂规模)与城市用水量(或供水厂规模)相匹配,在此概念下,如果一个城市有一座10万吨的自来水厂,那么配套一座10万吨的污水厂,就可以实现“污水处理率100%”。

但是,现实中常见的是,有的城市污水处理率早已超过100%,城市水环境仍不见好转,晴天仍可见污水从各处进入城市水体(例如污水通过管道缺陷处或雨污混错接点漏失流走、地下水/河水倒灌进入排水管网将管道内污水挤入河道等等),所以,在“十四五”阶段,我国已开始将城市水污染防治的重点,由提高处理能力转向注重污水收集效能(根据统计数据,“十三五”末,我国城市污水处理率已超过95%,而城市污水收集率指标显著低于处理率)。

(注:“高处理率、低收集率”现象在长江中下游流域城市相对普遍。由于流域内多为丰水城市、河道较密集,排水管道埋深普遍低于水面高程,污水漏失、外水侵入等问题均在水下发生,问题较隐蔽。甚至出现污水收集率与污水处理能力呈反比例关系现象。)

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污水收集系统问题

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沿江某省城市污水收集率与污水处理能力关系


面对上述治污新要求,下面我将通过3个项目,介绍3种应对措施。

1. 以“管网诊断”解决重点污水漏失

以2018年初在流域内某省会城市工作为例,项目组进场时,此城市污水厂日处理水量,已达到自来水厂供水量的1.5倍,然而,统计污水收集率仅不到10%,同时伴随城市内河严重污染,并面临严峻的环保督查压力。

针对这一情况,我院提出了基于管道水水质水量检测的工作方法,并命名为“城市排水管网诊断”,通过水样分析判断管道水的实际构成,根据管道沿线水样成分变化识别污水漏失重点位置,在重点位置处集中开展详细物理勘查并配合进行管道修复,从而在半年内识别92处污水漏失重点位置、找回漏失污水量达14.3万方/天,使城市污水收集率显著提高、水环境明显改善。


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2. 基于海绵理念实施“等效雨污分流”

随着城市水环境质量的要求愈发严格,在依靠“管网诊断”解决重点污水漏失问题后,仍有大量相对较小的、总量不可忽视的污水漏失问题需要解决,其根本途径,是雨污分流。

需要强调的是,雨污分流,是一项长期事业、不是一项短期工程,那么长期是多久?2019年,在沿江某大型城市开展水环境治理工作,经勘察单位详细勘测,城市建成区(含道路、小区、企事业单位)内,共排查发现雨污混错接点近30万处,若全部改造完成需要资金超过500亿元,按照政府财力,完成改造耗时将达30年。

在此情况下,为在近期(“十四五”时期)减少污水漏失问题,我们提出“以海绵理念实施等效雨污分流”的做法,具体是指,降雨时,尽量使雨水在地面汇集、转输、直接汇入水体,减少雨水进入混错接严重的地下排水管道而携污水排放的问题,主要措施包括,道路两侧广泛加建盖板边沟收集雨水、普遍抬高绿地外侧路缘石高度将雨水拦蓄于绿地内、在项目区域内新建小型河道便于地表雨水尽快汇入、调整道路竖向使地表雨水径流有组织排向自然水体。通过以上方式,目前,在某4.5平方公里区域内,发生暴雨以下降雨时,排水系统不出现溢流排水,全年排水系统溢流次数由34次减少至8次,雨天污水流失问题显著改善。


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地表雨水收集、输送、汇集体系

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“等效雨污分流”实施效果评估


3. 探索“生态强化”处理方式

在国家“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划中,提出到2025年,城市污水收集率原则达到70%或比2020年提高5个百分点,那么这意味着,污水收集率提升是一项长期工作,在未来较长时间内,需要有合适措施,应对未收集污水进入自然环境带来的污染问题。

以在某沿江城市开展的项目为例,通过充分利用城市水域空间,在城市内部水系中,自上游至下游,陆续选定10处大、中型城市内湖、1处城市湿地、3处城市广场,进行“生态强化”改造,以改善自然水体流经城市后的水质状况。其中某城市湿地,通过利用原鱼塘肌理,设置联组人工湿地处理单元1800组,每组湿地单元表面配置以吸附、降解水中目标污染物效率最高植物组合,湿地单元填料普遍附以除磷脱氮菌种,各处理单元均有配水、收水管道以确保水流与植物、填料充分接触,将此湿地建成为实际的“生态处理设施”以改善水质。


三、结语

由于时间所限,仅选择了几个典型案例,介绍了在长江中下游流域的治涝、治污探索,而更重要的是,自2015年开始,我国的城市治水工作,正明显地从“灰色工程”转向“工程建设与空间控制并重”,由规模增长转向效益提升,此时,在长江中下游地区,经过长期实践,总结形成的适应地域特点的“统筹防洪抗涝的完整的现代化城市排水防涝体系”和“以污水收集率为核心的灰绿结合的综合城市污染防治体系”,正是我们对城市治水工作如何匹配高质量发展所给出的答案。


致谢:中规院水务院荆州、苏州、湖州、无锡、合肥、武汉、岳阳、常德、拉萨等地项目组提供宝贵素材并共同完成报告!