38高密度建成区城市水环境治理系统化编制的探索张春洋2019年10月17日对外发布版

高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考---以武汉市黄孝河水环境综合治理为例中规院生态市政院生态环境所张春洋2019年10月高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考背景水环境问题严峻城市水环境问题普遍存在，严重制约人民生活水平的提高全国地级以上城市排查确认黑臭水体2869个截至2019年7月，全国259个地级城市1807个黑臭水体，消除比例72.1%城市水体黑臭问题突出，成为制约人民美好生活的重要因素，党和国家高度重视！党和国家高度重视习近平总书记：污染防治攻坚战国务院《水污染防治行动计划》“水十条”2017年底前，直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体；2020年底前，地级及以上城市建成区基本消除黑臭水体高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考背景系统复杂，问题成因多污水直排、雨污水混错接、合流制溢流污染内源污染、面源污染、管网中外来水合流制分布广，分流制改造难度大截止2016年，全国657个设市城市合流制长度11万公里，1537个县城5万公里河道空间狭窄，土地价值高，工程设施落地难城市发展过程中，河道空间逐渐被侵蚀，蓝绿空间少土地寸土寸金，协调难度大，工程设施落地难水环境治理中，高密度建成区的水体问题最突出，治理难度最大。高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考项目由来黄孝河历史上数次整治，效果不明显历史悠久，追溯到明末，黄陂到孝感的通航河道历史上5次大的整治，仍为黑臭水体1984年最大规模治理，“建泵站、盖河道”为武汉19条黑臭水体中的“三大名流”之一住建部、生态环境部重点督办的黑臭水体之一时任市长吴官正视察现场高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考项目由来武汉大力推进“四水共治”黄孝河治理为重点项目之一拟开展PPP综合治理缺少系统的顶层设计和综合治理方案黄孝河水环境综合治理系统化方案武汉市水务局委托，2017年初开始编制摸清现状，找准问题，制定系统化治理方案，顶层设计，指导建设；确定总体方案，带方案进行招社会资本，便于政府把控方向；统筹近远期，制定2017年消除黑臭方案高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考汉口基本情况汉口建筑密度高，人口集中，蓝绿空间缺少府河长江汉江汉口总面积约130平方公里，大部分为建成区，老城区人口密度大于2万人/km2京广铁路以南为老城区合流制；以北为分流制地区老城区合流制地区50平方公里分流制地区高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考汉口排水体制和黄孝河区位黄孝河是汉口最主要的排涝通道，和老城区污水传输通道汉口地区水系少，湖泊面积占比仅1.3%，以排为主•黄孝河是汉口地区两个排涝河道之一•旱季：自排进入府河•雨季：泵站强排至府河高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考汉口排水体制和黄孝河区位黄孝河是汉口最主要的排涝通道，和老城区污水传输通道暗渠部分：5.0公里，末端尺寸3孔6.8m×3m，老城区污水主干通道现状为主干道，现阶段无法实现揭盖明渠部分5.4公里，河道宽度30米左右，仅满足20年一遇规划河道红线宽度80米，两侧为建筑小区和高架快速路综合管廊除河道治理工程，西岸规划布置综合管廊综合管廊尺寸：BH=11.4m×5.1m高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考总体整治目标总体目标通过系统工程建设和管理，实现黄孝河安全之河：城区涝水行泄通道，保障城市安全；生态之河：改善水环境，恢复自净能力，营造水绿空间；文化之河：强化城市特色，注重百年历史文化的传承；活力之河：满足亲水需求，提高可达性。防涝目标黄孝河满足城区50年一遇排涝要求水生态环境目标2017年，基本实现不黑不臭到2021年，基本达到城市景观娱乐用水远期，逐步恢复河道自然生态系统，成为市民亲水乐水的生态廊道高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考综合治理方案主要内容1、黄孝河明渠扩宽工程，达到50年一遇排涝能力黄孝河扩宽效果图黄孝河拓宽方案拓宽长度：5公里断面拓宽：由26米，拓宽为34-92米泵站提升：后湖泵站二期重建，68立方米/秒调蓄：结合后湖公园三期建设调蓄空间，10万立方米高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考综合治理方案主要内容2、提高旱天截污处理能力14万吨/日，实现旱天污水不入河新建铁路桥地下净化厂功能：截污治污+就近补充河道水源处理规模：10万吨/日占地面积：2.9公顷建设方式：全地下，地上恢复公园新建塔子湖地区分布式污水处理站4万吨/日功能：截污+分担三金潭污水厂+塔子湖明渠补水区位：塔子湖片区规划公园绿地地下建设规模：2+2万吨/日建设方式：全地下，地上恢复公园绿地对黄孝河沿线排口深度截污工程雨污混错接改造管网检测修复高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考综合治理方案主要内容3、收集处理合流制溢流污染，溢流污染频次降低为10次/年，削减率80%以上上游箱涵段预留CSO调蓄池随着城中村拆迁预留多功能截污箱涵（低位箱涵）承担降雨条件下的合流制污染控制和涝水行泄截污箱涵末端提升泵站灵活调度，分别向三金潭、CSO设施和府河抽排CSO末端强化处理设施末端调蓄（25万立方米）+高效一级强化处理（6立方米/秒）溢流频次降低为10次/年高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考综合治理方案主要内容4、活水补给、生态修复，逐步恢复水体自净能力活水补给水源一：三金潭尾水补水水源二：铁路桥地下净化厂尾水10万吨/日水源三：塔子湖分散净化站4万吨/日河道流态调度旱季平均水深不超过0.5米，不设置闸坝平均流速：0.1米/秒左右建设生态驳岸杜绝“三面光”河道建设自然缓坡生态护岸，净化雨水径流合理搭配植被类型，兼顾景观和生态恢复水体生态系统恢复水生态平衡微生物、鱼类、水生植物、挺水植物高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考综合治理方案主要内容黄孝河博物馆黄孝河文化墙黄孝河雨水花园黄孝河滨水步道5、打造水景观，串联公园绿地，营造高品质亲水空间高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考综合治理方案主要内容黄孝河水上剧场黄孝河音乐广场黄孝河坡地景观黄孝河景观廊架5、打造水景观，串联公园绿地，营造高品质亲水空间高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考探索一：系统分析水环境问题深层次原因1、在箱涵和明渠交界地带，安装流量计，获取连续流量数据发现黄孝河明渠旱天污水排放量进入明渠超过20万吨/日全年黄孝河铁路桥箱涵出口流量46-65万吨/日既有污水截流泵站，运行规模40万吨/日日花费约大半年的时间，开展河道的水质水量监测和调研工作流量和水质监测点高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考合流制管网中的外来水地下水入渗：入渗速率1500m3/km·d，占总污水量的的15%基坑降水：黄孝河上游，平均施工排水量为11万m3/d左右，占总污水量的20%2015年和2016年汉口开工的深井降水的基坑约100多个探索一：系统分析水环境问题深层次原因2、委托地质等专业机构，调查合流制管网中外来水情况花费约大半年的时间，开展河道的水质水量监测和调研工作高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考探索一：系统分析水环境问题深层次原因3、雨天，溢流口水质的连续采样和污染物浓度检测花费约大半年的时间，开展河道的水质水量监测和调研工作溢流口的人工取样测量6月份一场20mm6个小时的降雨过程降雨开始10分钟间隔取样降雨期间COD在30~100mg/L氨氮在10~30mg/L之间总磷COD高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考探索一：系统分析水环境问题深层次原因合流制地区：四大原因，导致现有设施不能完全截流地下水位高，渗入合流制排水管---“清污不分”深基坑降水无出路，进入合流管---“清污不分”兼顾排涝，不同污水系统串接，---“分区不明”分流制地区雨污混接、餐饮废水、阳台废水---“排口常流水”成因1：旱天污水没有得到彻底截流流域污水体系成因2：雨天合流制溢流量大每逢降雨都会溢流，每年发生溢流110场现状全年溢流量可达2000万吨以上其他成因：内源污染自净能力面源污染高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考探索二：因地制宜，制定合流制溢流污染控制方案综合分析，确定铁路以南保持合流制；铁路以北，进行雨污混错接改造，完善分流制比选项目完全分流制改造合流制溢流污染控制目标彻底消除溢流污染控制一定程度的溢流频次工程量破路，改造管网80公里，新增干管12公里，调蓄池+截污管+CSO处理设施总投资45亿元8亿元社会影响大量道路需要封闭施工，对交通和居民生活影响过大影响较小建设周期长，随城市更新逐步改造2-3年优缺点彻底消除溢流污染，投资过大，建设时间长，实施难度大，社会影响大难以彻底消除，见效快，投资小，社会影响小高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考定义combinedseweroverflow(CSO)合流制排水管网系统在降雨时，由于大量雨水流入，流量超过污水收集系统设计能力时以溢流方式直接排入城市水体，称作合流制排水系统污水溢控制目标截流倍数：降雨时截留的雨水量与旱流污水量之比值溢流频次：一年之中，降雨时，向水体产生溢流的次数合流制分流制探索二：因地制宜，制定合流制溢流污染控制方案高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考国内：CSO控制处于起步阶段欧美城市：从70-80年代开始美国1100个城市有合流制管网，仅有18个城市提出过改为分流制的计划。溢流频次4次，或者80%的溢流污染削减城市CSO控制目标CSO控制实施期限对应溢流总量控制率美国环保署实证途径：水系达到环境标准推测途径：年均溢流次数不高于4~6次，或85%溢流总量削减1994年颁布控制政策85%密尔沃基平均溢流次数不高于6次或溢流污染削减率不低于85%1977-2002年80%波特兰冬季不高于4次，夏季3年一遇不溢流1993-2010年79%纽约1972-2011年72%西雅图平均未处理的年溢流次数不高于1次1980-2010年60%圣路易斯大都会溢流次数不高于4次1980-2009年55%费城削减80%的合流制溢流污染80%探索二：因地制宜，制定合流制溢流污染控制方案高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考合流制城市污水厂一级处理能力（万吨/日）二级处理能力（万吨/日）一级/二级SanFrancisco103731.4Washington4072801.5RougeRiverWatershed6433521.8Boston4812042.4Louisville132532.5Bremerton1234.3Wheeling942.5美国案例：CSO需要经过处理才能排放；进入污水处理厂，一级处理工艺处理CSO一级处理能力大于二级处理能力探索二：因地制宜，制定合流制溢流污染控制方案高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考三金潭污水处理厂规模：50万吨/日钢坝闸门规模：29.0m*5.0m铁路桥泵站规模：39万吨/日调蓄池规模：5万吨/日截污管道规模：4.5m*3.5m截污箱涵配套泵站规模：16m³/s地下式净化水厂规模：10万吨/日CSO净化设施1、上游cso调蓄池2、新建的翻版闸门3、多功能截污箱管道4、截污箱涵末端提升泵站5、CSO调蓄和强化处理设施探索二：因地制宜，制定合流制溢流污染控制方案高密度建成区城市水环境综合治理的探索与思考关于CSO处理设施的工艺和标准实践经验美国、欧洲较为成熟，几十年的实践经验国内尚处于起步阶段工艺问题间歇性，低浓度，雨季运行调蓄+过滤物理化学处理出水水质标准国内目前没有针对CSO设施出水标准探索：SS和TP一级A，其余二级SS：不高于10mg/LTP：不高于1mg/L与污水厂的关系实际上相当于扩大三金潭污水厂的一级处理规模未来污水厂的扩建，需要考虑CSO的处理问题探索二：因地制宜，制定合流制溢流污染控制方案高密度建成区城市水环境