劉翔教授 | 城市水環(huán)境綜合整治工程原理與系統(tǒng)方法

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部海綿城市建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)專家委員會委員，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)委員會城鎮(zhèn)水務(wù)專業(yè)委員會委員，住建部環(huán)境部城市黑臭水體整治專家?guī)鞂＜?，中國環(huán)境學(xué)會土壤與地下水環(huán)境專業(yè)委員會理事、中國土木工程學(xué)會水工業(yè)分會排水委員會委員、國家重大水專項城市主題專家組副組長，國家長江生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)聯(lián)合研究中心總體專家組專家，環(huán)保部UNDP項目咨詢專家，環(huán)保部國家環(huán)境保護工業(yè)污染場地及地下水修復(fù)工程技術(shù)中心專家委員會委員，北京市環(huán)境保護應(yīng)急事件處理專家組顧問專家，江蘇省環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟技術(shù)委員會委員等。主要研究方向城市水污染控制與水環(huán)境整治、再生水風(fēng)險控制與安全利用、土壤/地下水污染控制技術(shù)與理論等。負責(zé)國家及省部級研究課題50余項，指導(dǎo)研究生及博士后60余人，發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇(其中SCI收錄80余篇)，獲得省部級以上科技獎勵8項，獲得國家授權(quán)發(fā)明專利20余項。

劉 翔 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院 教授 博士生導(dǎo)師

研究背景

城市水環(huán)境綜合整治是我國水環(huán)境保護領(lǐng)域的重要工作，也是許多城市面臨的重大問題。我國2015年出臺的《水污染防治行動計劃》(“水十條”)就明確提出治理城市黑臭水體的目標，要求到2020年，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi);到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。習(xí)近平總書記在2018年全國生態(tài)環(huán)境保護大會上強調(diào)：“要深入實施水污染防治行動計劃，基本消滅城市黑臭水體，還給老百姓清水綠岸、魚翔淺底的景象”。為促進城市黑臭水體治理工作全面推進，2018年，生態(tài)環(huán)境和住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合開展專項督察工作;財政部、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部共分三批確定了60個城市為黑臭水體治理示范城市;同時，在推進我國海綿城市建設(shè)的任務(wù)中，也明確提出了關(guān)于城市水環(huán)境整治的具體目標要求。上述行動都表明了我國開展城市水環(huán)境綜合整治工作的迫切性和重要性。

一般而言，城市水環(huán)境整治任務(wù)總體可以分為3類：污染治理、水質(zhì)改善和生態(tài)恢復(fù)，三者各有側(cè)重又有關(guān)聯(lián)，也可以說是代表了城市水環(huán)境管理的3個階段。污染治理主要是針對城市高強度、超負荷的污染排放引起的城市水體嚴重污染問題，通過控源減排等工程措施實現(xiàn)減輕水體污染狀況的目的，這類任務(wù)以城市黑臭水體治理為典型;水質(zhì)改善是在開展污染治理的前提下，輔以水體凈化、補水活水等技術(shù)手段進一步改善水質(zhì)，以期達到較好水環(huán)境質(zhì)量的目標，這類任務(wù)目前多以滿足一定水環(huán)境質(zhì)量標準為特征;生態(tài)恢復(fù)則是在實現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量改善的基礎(chǔ)上，借助水生態(tài)修復(fù)和重構(gòu)等綜合方法，逐步恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)和提升城市水環(huán)境的景觀效果，實現(xiàn)城市水體的親水、娛樂功能，這類任務(wù)則以創(chuàng)建城市水生態(tài)文明為標志。

通過解析城市水體污染的原因，探索城市水環(huán)境整治的工程原理和技術(shù)路線，梳理水環(huán)境整治技術(shù)的實用性和有效性，進而提出城市水環(huán)境綜合整治的系統(tǒng)方案編制方法和適用技術(shù)體系，可為科學(xué)、合理、客觀地編制城市水環(huán)境綜合整治系統(tǒng)方案提供參考。

一 摘 要

通過對城市水環(huán)境綜合整治目標與需求的梳理，從宏觀尺度上分析了城市水環(huán)境整治的工程原理，提出了解決城市水環(huán)境整治的工程途徑和技術(shù)方法，根據(jù)各類治理技術(shù)的對象和功能，構(gòu)建了城市水環(huán)境整治技術(shù)體系，為不同適用技術(shù)的選擇提供了理論指導(dǎo)，并基于工程原理與解決途徑提出了城市水環(huán)境綜合整治系統(tǒng)性方案的編制方法。

二 城市水體污染治理工程原理

城市水體污染主要問題

城市水體作為城市生態(tài)空間的構(gòu)成要素和城市水循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵載體，也是城市污染物排放的主要受納體。引起城市水體污染的主要問題有：

高密度的人口聚居、高速度的城市發(fā)展、高強度的城市生活與工業(yè)生產(chǎn)是產(chǎn)生高通量污染負荷的根本來源。

城市水環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃與建設(shè)滯后于城市發(fā)展的需求，導(dǎo)致城市污水收集與處理的能力不足，部分污水未經(jīng)處置直接排放。

城市雨污水管網(wǎng)長期疏于維護管理，管網(wǎng)功能性和結(jié)構(gòu)性缺陷問題嚴重，導(dǎo)致污水實際收集效能遠低于表觀數(shù)據(jù)，同時也大大降低了污水處理設(shè)施的實際減負效果。

城市雨水徑流排放缺乏合理有效的組織和管理，未能充分發(fā)揮綠色設(shè)施的減排作用，致使城市面源污染問題未得到有效控制。

城鄉(xiāng)結(jié)合部和城中村的生活污染問題未引起足夠的重視，缺乏有效的管理和處置而成為分散式污染源，而且負荷通常都很高。

寬水面、大水深的傳統(tǒng)型城市河道整治和水景觀建設(shè)方式，導(dǎo)致水體流動性差、生態(tài)基流嚴重不足，致使水體自凈能力大幅減弱。

河床和堤岸硬化以及梯級閘壩攔截阻斷了水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系，導(dǎo)致水體生態(tài)功能嚴重退化甚至喪失。

水體流動遲緩甚至滯流，水動力條件極差，局部水域易產(chǎn)生污染累計，同時導(dǎo)致淤積問題嚴重，是水體內(nèi)源污染的來源。

上述問題在我國許多城市中是普遍存在的，也是困擾城市水環(huán)境綜合整治的難題。這些問題的交織并存也決定了城市水污染控制和水環(huán)境整治工作的復(fù)雜性和長期性。

水體治理工程原理與解決途徑

從本質(zhì)上說，城市水體遭受污染而引起水質(zhì)惡化的根本原因是域內(nèi)進入水體的污染負荷總量超過了水環(huán)境的現(xiàn)狀承受能力，即剩余環(huán)境同化容量(residual water environmental assimilative capacity，本文中簡稱“環(huán)境余量”)，因而治理城市水體污染問題進而恢復(fù)良性水環(huán)境狀況的工程原理則是保證輸入水體的污染物負荷量不超過水體的環(huán)境余量，從而使得水體的水質(zhì)狀態(tài)保持平衡，并維持健康而穩(wěn)定的水環(huán)境質(zhì)量。那么，當輸入的污染物負荷總量超出水體環(huán)境余量時就會導(dǎo)致水體的水質(zhì)惡化，根據(jù)式(1)所提出的物質(zhì)平衡原理，城市水體整治的實施的3種途徑的平衡狀態(tài)示意圖見圖1所示。

編輯：徐冰冰