城市水环境运维难点问题及处理策略研究

城市水环境运维难点问题及处理策略研究

朱红生

中冶华天工程技术有限公司 江苏南京 210019

摘要：在“十三五”基本全面消除黑臭水体的基础上，城市水体已进入长效运维保障阶段。文章梳理了城市水体运维阶段外部和内部难点问题，分析其特点及形成原因，并探究明确了处理策略，以期为城市水环境长效运维保障提供技术和管理思路。

关键词：城市水体运维；难点；处理策略

0 引言

城市水体是城市生态系统的重要组成部分，也是社会、经济、生态发展的重要战略资源，具有排水防涝、生态塑景、物质循环、气候改善等多种综合效应。近年来，随着国家城镇化进程加快，排水管网、污水处理等基础设施建设进度较慢，城市雨水面源污染日趋严重，导致了城市水体质量急剧下降，城市水体黑臭现象多发，给城市环境质量、居民生活环境带来了严重的负面影响。

2015年4月，国务院发布《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），正式拉开了中国最大规模水环境综合治理行动的序幕。其中，“水十条”将城市建成区黑臭水体治理作为一项重要任务，要求到2020年，全国地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内，到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。“十三五”期间，全国各地大力推进城市黑臭水体治理，治理效果显著，截至2020年底，全国地级及以上城市黑臭水体消除比例达98%以上，基本实现了“水十条”的既定目标[1-2]。目前城市建成区大部分黑臭水体虽已消除黑臭，但因水体运维管理体系不明确、处理策略不清晰、整治措施不及时，导致已消除黑臭的城市水体时而出现返臭、返黑的现象。同时，因工程项目实施特点，在城市水体运维阶段配备的技术手段不足，从而导致反复施工、反复黑臭的问题经常发生。本文对城市水体运维阶段难点问题的特点、形成原因进行分析，探究处理策略，并介绍目前已应用的水体运维技术手段，以期为城市水环境长效运维保障提供技术和管理思路。

1 城市水体运维难点问题分析

城市水体作为城市市政排水系统的末端，运维阶段遇到的难点问题主要包括外部、内部问题。其中，外部问题包括：雨污分流区域混接截流排口、雨污合流区域截流排口、隐蔽性企业排口、雨污分流区域雨水排口等；内部问题包括：蓝藻爆发、透明度和溶解氧不足、水体生态位失衡等。

1.1雨污分流区域混接截流排口

我国城市排水管网以雨污分流排水体制为主，但因小区和市政管网混接、错接等导致沿河雨水排口在晴天有污水排入水体，从而恶化水体质量。为尽快消除黑臭水体、减少晴天雨水排口污水入河，工程实施过程中多采用末端截污进行污水截流，即采用末端截流堰、闸门、提升泵等形式将雨水管网中的晴天污水截流至污水管。

结合实际做法的雨污分流区域混接截流排口，虽然保证了沿河雨水排口在晴天无污水流出，但从实际运行效果看，雨污分流区域混接截流排口不仅影响城市排水安全，部分雨污分流区域混接截流排口还存在如下问题：

（1）在晴天运行工况下，因城市市政污水管网高液位运行，部分污水通过截流管回灌至雨水管的排口，尤其是采用截流堰形式截流的排口，导致末端排口污水液位过高，部分截流排口在晴天产生污水溢流；

（2）部分排口因上游管网混接量逐步增加，虽采取了末端截污的混接雨水排口，但因截流堰高度不足、截污泵能力不足，导致晴天仍会产生污水溢流；

（3）雨水排口末端截流导致雨水管网长期存有污水，且流速较慢，大量管道沉积物沉积雨水管网，雨天“零存整取”，整体溢流至水体，污染负荷较高。

（4）采用截流堰或截流管的末端截污形式，因雨天部分位置污水管液位较高，尤其下游污水管顶托的情况下，末端截污排口就会成为污水管“泄压”的主要排水位置，从而导致市政污水管管网中大量雨污合流污水通过截流排口溢流至水体。

1.2雨污合流区域截流排口

我国城市在大规模推行雨污分流排水体制，但在老城区、城中村等部分区域仍保留了雨污合流排水体制，为消除污水直排现象，一般在雨污合流区域敷设污水合流管、末端排口采用截污泵站等形式进行污水截流。因敷设的合流管的管径大、末端截污泵站流量高，一般情况下，雨污合流区域截流排口在晴天基本不会发生污水外溢的现象。然而，雨天情况下因雨污合流，雨污水量超过管网、截污泵站输送能力时，雨污合流区域截流排口会发生大量雨污水溢流，给位于老城区、城中村的水体形成了大量的冲击性污染负荷，从而影响水体观感、导致水体再次发生黑臭现象，对城市水体运维工作带来巨大挑战。更为严重的是，因雨污合流区域敷设污水合流管管径大，污水流速慢，大量管道沉积物沉积在合流管网中、雨天通过溢流口排至水体，严重降低水质。研究表明[3]，在雨污合流区域晴天沉积在合流管网中的管道沉积物已成为雨天溢流污染的主要污染来源。雨天通过溢流口排至水体的管道沉积物，虽在雨天沉降至河底，但晴天上浮至水面，漂浮的沉积物扩散范围大、不仅影响了水体的观感，而且加大了河道运维打捞漂浮物的工作量。

1.3隐蔽性企业排口和雨污分流区域雨水排口

在最严环保管理制度的要求下，我国中、大型企业虽在推行厂区雨污分流、零排放等绿色发展举措，也取得了明显进展、效果显著，但是部分企业尤其中、小企业排污现象时有发生，尤其是通过隐蔽性排污口进行排污现象屡禁不止。隐蔽性企业排口排污存在着突发性强、污染负荷高、危害高、溯源困难等特点，给城市水体长效运维带来了巨大挑战，同时污染责任不明确、索权赔偿等工作难以推进。

在区域实现全面雨污分流的基础上，雨污分流区域雨水排口晴天无污水入河，主要承担雨水排放功能，但初期雨水径流等面源污染仍会给城市水体带来一定的冲击污染负荷，尤其是面源污染的SS、COD等颗粒态污染物对运维水体的透明度、浊度等影响较大[4]。

1.4蓝藻水华爆发

流域氮磷营养盐过量摄入、气候条件、藻类过度增殖、生态系统退化并缺失是水体蓝藻水华爆发主要原因[5]。蓝藻大量繁殖会水体缺氧，破坏鱼类的生存环境，严重者引起鱼类大范围死亡。蓝藻大量繁殖时，产生大量毒素，影响水生生物的生存，挤占其他水生动、植物生态位，引起生态位失衡。蓝藻死亡后，分解过程中产生大量硫化氢、氨气等有害气体，影响水体的正常生态循环[6]。

夏季高温条件下，城市水体局部位置在气候、污染物、流态的综合作用下突发蓝藻水华，扩散快、控制难，其不仅会引起水体观感急剧下降、导致水生态进一步失衡，而且蓝藻产生的有毒物质，如微囊藻毒素、水华蓝藻毒素、蓝藻凝集素等，对运维人员、周边居民健康具有较大危害。

1.5透明度和溶解氧不足

水体透明度和溶解氧是判定城市水体是否黑臭的主要的两个指标。影响水体透明度主要因素包括：水中悬浮物质（含泥沙、藻类等）过多、溶解性物质（有机物、无机盐等）过多、光照不足、水体受到污染等；水体溶解氧偏低主要因素包括：水体中污染物偏高、水体富营养化导致大量藻类繁殖、水体温度升高等。

针对运维的城市水体而言，外部污染（溢流污染、隐蔽性排口污染、面源污染等）、水体富营养化、雨后浊度过高等会导致水体透明度和溶解氧急剧下降，虽采取局部增氧等技术措施，效果仍有限，尤其是对降雨后、生态位失衡的水体而言。

1.6水体生态位失衡

水体生态构建和修复是水环境治理过程中重要的技术手段，其相对截污、清淤、活水、曝气等工程措施，具有周期长、难度大。水体生态构建初期抗冲击负荷能力较弱，这个阶段以“养护”为主，随着水生态种群日趋丰富和演替，其抗冲击负荷能力逐渐增强，水生态的自净能力不断增强，水体水环境容量不断增加，最终达到稳定、平衡的水生态系统。

城市水体作为排水系统的末端，多承担排涝功能，工程实施时水生态构建难度较大，尤其是对于汛期流速高的水体，过多的水生态构建不仅影响排涝，而且水生动、植物难以存活。对于汛期相对低流速城市水体，工程实施时虽已成功构建水生态，但因溢流污染、面源污染、局部蓝藻水华爆发、透明度不足等因素，导致水体中动、植物难以存活，水体生态位逐步失衡、自净能力逐步减弱，其对运维水体水质达标带来了巨大挑战。

2 水体运维难点问题处理策略研究

2.1总体策略探讨

城市水体运维阶段难点问题的处理方式较建设阶段有所差异，具有长期性、复杂性、阶段性等特点。为处理运维阶段难点问题，应系统考虑形成各难点问题的内、外在因素，绘制水体汇水范围一张图、排口汇水范围一张图，努力促进运维难点问题处理的体系化、系统化与流域化。

城市水体运维难点问题处理的总体策略为：一是在处理外部难点问题上，要控隐蔽、分主流、削混接、降液位、重清疏；二是在处理内部难点问题上，要减扩散、多活动、增溶氧、补水生、强应急。

2.2外部难点问题要控、分、削、降、重

针对城市水体运维的外部难点问题，以最大程度地削减入河污染负荷为目标，在水体运维阶段要重点开展控隐蔽、分主流、削混接、降液位、重清疏等措施。

（1）控隐蔽：对隐蔽性企业、市政排口的入河污染要进行严格管控，做好隐蔽性排口的分级分类、排查、监测、溯源、整治、管理。在对疑似隐蔽排污的企业要做好水平衡的基础上，重点开展隐蔽性排口的检测工作，综合运用管道潜望镜（QV）、管道检测机器人（CCTV）、全地形爬行器、示踪剂、水下自主测量机器人等技术手段，经过全面分析、综合探测，查明了隐蔽性排口情况和污水来源，为后续溯源工作提供有力支撑。在完成隐蔽性排口溯源工作后，应明确排污责任主体、索赔或处罚机制，力促完善整改，构建入河隐蔽性排口闭环管理体系。

（2）分主流：在城中村、老城区等合流制排水区域，为控制排口溢流污染入河，须逐步推进主管网的雨污分流工作。考虑到原合流管管径过大，建议主管网分流以新建污水管为主，新建污水管不排入原有末端截污系统，采取此种方式主要优势：一是减少投资，新建污水管管径远小于新建雨水管管径，埋深更浅；二是新建污水管管径不纳入原有末端截污系统，避免前端分流-末端再合流的情况，分流效果更佳；三是末端截污系统仍将使用，具有分流过程中的“兜底”效应，避免压缩工期。

（3）削混接：在雨污分流区域虽采取了末端截流等形式对排口进行污水截流，实现了晴天污水不入河，但雨污分流区域混接截流排口溢流污染问题仍比较严重，对城市运维水体水环境质量带来巨大挑战。为减少溢流污染，根据排口汇水范围一张图，应分阶段、分片区对汇水范围内上游区域的居住小区、企事业单位、市政主管网进行混接改造。其中，优先对市政主管网进行混接改造。在排口汇水范围的混接逐步改造完成后，应根据排口末端晴天出水水量、水质情况逐步改造末端截流设施，并逐步取消末端截流设施。

（4）降液位：城市污水管网高液位运行已成为影响排口溢流的主要原因之一，其容易引起晴天污水外溢、雨天污水顶托“泄压”外溢，最终溢流至城市水体，给水环境运维带来巨大挑战。水环境运维过程中的污水管网降液位主要包括：晴天污水管网低液位运行、市政污水提升泵站低液位运行，以及雨天市政污水管网预见液位运行等，其要求末端污水处理厂要降低进水泵池运行液位、增强进水提升泵提升能力、增强污水处理厂规模（尤其是其调蓄处理规模）。

（5）重清疏：我国排水管网建设、运行存在着重建设、轻清疏的问题，导致大量本应被清掏的管道沉积物通过溢流排至城市水体，相关研究表明，管道沉积物是排口溢流污染的重要来源，从而对运维水体的水环境质量带来巨大挑战。城市水体运维阶段应加强对排水管网的清疏，其允许积泥深度、清疏频率不应低于《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》（CJJ68-2016）所列的要求，尤其要重点加大频率、提高清疏标准的做好如下工作：中、大雨前排水管网的清疏，混接雨水管网的清疏，易溢流、溢流污染高排口的溢流堰前或溢流井的清疏。

2.2内部难点问题要减、多、增、补、强

针对城市水体运维的内部难点问题，以控制污染扩散范围和提升水体净化能力为目标，在水体运维阶段要重点提升减扩散、多活动、增溶氧、补水生、强应急的能力。

（1）减扩散：城市水体运维阶段遇到的溢流污染、局部水质恶化、蓝藻爆发、初期雨水、漂浮物等问题难以避免，应采取充分的技术措施控制污染、蓝藻、漂浮物等扩散，避免对全域产生不良影响，如采用复合前置库、拦油索、漂浮湿地等形式可有效减少扩散，从而为后续处理处置预留时间、减少工作范围。

（2）多活动：静态、断头浜、无流动的水体更易产生蓝藻水华爆发，且溶解氧、透明度均会不足。在水体运维阶段应采取多种技术手段对水体进行扰动或增强水体流动性，如充分利用工程建设期间构建的活水循环、生态补水等措施，分季节、分时段地进行补水和活水，以提升水体流动性；如采用人工扰动的形式，尤其是在运维期间加强水体水面船体巡视，有利于水体扰动；如增设太阳能曝气机、旁路循环设备等，加强水体流动。

（3）增溶氧：水体溶解氧水平直接关系水生态健康水平，有助于提升水体自净能力。城市水体运维阶段应充分利用工程建设阶段在水中设置的曝气系统，分季节、分时段、分区域地充分补充水体溶解氧。对于溶解氧不足的区域，运维过程中增设太阳能曝气机等设备，提升水体溶氧水平。

（4）补水生：河道水生态是维持水体健康发展、提高水体自净能力的重要保障。对于前期已构建水体生态的运维水体，应根据运维阶段水体生态生长水平，按季度、时段、区域地补种或收割水生植物，适度进行捕捞或增殖水生动物，使得水体生态处于相对健康、稳定的水平；对于难以构建水体生态的高液位或高流速水体，运维阶段可增加部分浮叶植物、生态浮床、岸坡挺水植物等，适度增殖螺蛳、河蚌、鱼类等水生动物。

（5）强应急：城市运维水体在排口溢流水域、局部停滞水域易发生水体水质恶化、蓝藻水华爆发等情况，应加强运维应急保障力量，包括：运维打捞人员、应急抛撒菌剂、药剂等。其中，菌剂和药剂须见效快、成本低，且对水体生态无危害，以及没有衍生的二次污染等问题。

3 结语

自“十三五”全面开展黑臭水体治理以来，水体已基本实现消除黑臭，但因水体运维管理体系不明确、处理策略不清晰、整治措施不及时等因素，仍会导致水体出现水质恶化、返黑和返臭等现象，因此要科学分析研判城市水体运维面临的外部和内部难点问题，明确问题处理策略，以其实现城市水体运维效果长效保持。

参考文献

[1]韩璐，李庆龙，曾萍，等.长江流域典型城市河段黑臭水体生态整治案例分析[J].环境工程技术学报，2022，12(02):546.

[2]高文郑，熊文浩，陈超，等.城市河流黑臭水体形成原因与水质改善技术研究[J].工程技术研究，2023，8(14):225.

[3]李思远，管运涛，陈俊，等.苏南地区合流制管网溢流污水水质特征分析[J].给水排水，2015，51(S1)：344.

[4]操李琎，胡真虎.初期雨水污染特征及截流量分析[J].工业用水与废水，2023，54(03)：47.

[5]史小丽，杨瑾晟，陈开宁，等.湖泊蓝藻水华防控方法综述[J].湖泊科学，2022，34(02)：349.

[6]罗智宇，赵野，胡利华，等. 太湖蓝藻治理策略探讨[J].环境生态学，2019，1(04)：45.

作者简介

朱红生（1990.05-），男，江苏扬州人，硕士，工程师，主要从事流域水环境综合治理设计、技术研发工作。