本文为中国城市规划设计研究院城镇水务与工程研究分院胡小凤在“2023年度中规院学术交流会”上做的报告。感谢作者授权发布,感谢会议主办单位总工室等部门提供的资源支持!
演讲者 | 胡小凤
中国城市规划设计研究院城镇水务与工程研究分院
一 ►
政策与背景
党的十八大以来,我国生态文明建设上升到了前所未有的战略高度,水环境治理成效显著,人居环境明显提升。根据生态环境部公布数据,2022年Ⅰ类—Ⅲ类优良水体断面比例已提升至87.9%,295个地级以上城市的建成区基本消除了黑臭水体。
在取得较好成绩的同时,国内部分城市水环境治理方面还存在一些问题,治水之路任重道远。一是污水处理效能不及预期。部分污水处理厂进水污染物浓度偏低,为了维持正常运营,不得已需新加碳源,增加了污水处理厂治水成本。二是雨季返黑返臭依然存在。部分城市排水管网混错接严重,末端采取了大截流的排水方式,一到雨季,合流污水就会溢流排放进入河道,导致汛期污染严重,如2020年-2022年汛期,全国地表水优良断面比例比非汛期平均下降约13.5%。
从国家政策来看,2015年至今与水环境治理相关的政策制定相对密集,国内行业政策也在不断完善,治水思路逐渐清晰。2015年国务院发布的水十条拉开了我国最大的水环境治理序幕,在之后几年的探索期里,随着污染攻坚战的不断深入,过程中暴露出一些新的问题。2019年住建部、生态环境部、发改委三部委联合印发了城镇污水处理提质增效三年行动方案,明确提出了要实现“三个消除(消除污水直排口、消除管网空白区、消除黑臭水体),一个有效提升(显著提升城市生活污水集中收集效能)”。从该节点开始,污水提质增效成为巩固黑臭水体治理成效的重要手段,也成为满足人民美好生活需求的重要抓手。2022年,住建部、生态环境部、国家发改委、水利部等四部委印发《深入打好城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》,对“十四五”期间深入打好城市黑臭水体治理攻坚战工作做出部署安排,目的是通过“标本兼治”,确保黑臭水体治理效果要持续且稳定,不再返黑返臭(图1)。
图1 国内相关行业政策不断完善历程
以六盘水市为例,近些年水环境整治过程一直紧跟国家政策,项目团队结合地方实践进行了一些探索工作。2000年左右,由于城市化的快速推进,六盘水的母亲河水城河受到污染;2014年,当地政府启动了河道清淤、生态修复等点状治理工程。通过这些工程,河道的水质有所提升,但由于治理过程更多关注的是河道本身,并没有进行岸上岸下综合性的考虑,所以雨季返黑返臭的问题仍然比较突出(图2)。
图2 六盘水河道治理工程整治中及整治后实景照片
2019年六盘水成功入围第二批黑臭水体治理示范城市,地方政府的治水理念也发生了一些转变,对水的系统性认识也更加充分。通过两年相对系统的治理性工程,2021年经住建部认定,城市黑臭水体基本消除。但是,由于示范期工程期较短,过程中也存在一些问题,如污水处理厂浓度相对比较低,末端并没有实现精准截流等,亟需通过污水提质增效巩固黑臭水体治理成果,实现长治久清。
二 ►
特征与难点
六盘水地处我国最大的喀斯特地貌区,该地貌特征使得六盘水污水提质增效过程与一般城市相比具有一定的特殊性和复杂性。从地上特征来看,六盘水具有两山夹一河的城市肌理(图3),喀斯特的地貌特征使得大小峰丛嵌城,产生很多小的排水单元;从地下特征看,喀斯特地区地下土壤相对较少,岩石裂隙比较发达,降雨发生后,径流会顺着发达的岩石裂缝汇集到地下,在地下形成暗河或溶洞。地下水溶蚀性比较强,对地下工程的危害性较大。从目前中心城区污水排水系统来看,城区两侧的污水沿污水管网或是排洪沟进入到中间的截污箱涵,通过截污箱涵自西向东进入到末端的污水处理厂,东西跨度约25公里(图4)。
图3 六盘水两山夹一河城市格局
图4 城区污水收集系统(不含三级市政管网)
基于地上、地下地貌特征以及排水系统的特点,项目团队在提质增效过程中面临三大难点:
一是喀斯特地区地表水地下水转换频繁、过程复杂,给清污分流工作增加难度。在黑臭水体治理示范期间,六盘水实施了很多引清入河工程,如龙井美食街引清入河工程(图5),龙井路清水点的水量约是3000-5000立方米/天,实施引清入河工程半年后,管理部门发现水质达不到入河标准,溯源难以判断污染来源,不得已关闭闸阀,避免让清污混合水入河,继续通过排水沟接入南侧截污管道。
图5 龙井路清水点改造工程
二是排水管网短板较多,岩溶地质又会加速排水管网缺陷形成。由于经济相对比较落后,六盘水城市前期建设的有些管网工程质量不高,砖砌检查井比较普遍。项目团队在现场调研发现,由于大货车转弯时反复碾压某条道路上的砖砌检查井,造成该检查井破损污水外溢的问题(图6)。喀斯特地貌的岩溶地质会加速管网缺陷的形成,尤其是结构性缺陷的形成。团队对部分城市管网缺陷问题进行了对比(图7),与非喀斯特地区去相比,喀斯特地区破裂、渗漏和腐蚀等结构性缺陷的占比相对较大,这是造成外水入流入渗的一个重要因素。
图6 砖砌检查井被大货车反复碾压后破损
图7 不同城市管网缺陷问题对比
三是“盖”与“截”提高了管网隐蔽性,给清污分流工作增加难度。中心城区共有13条排洪沟,多数排洪沟为清、雨、污水排放通道,随着城市开发当地对排洪沟加盖盖板,增加了排水管网混错接的隐蔽性。之后当地政府采取了沿河大截排的治污策略,将污水口、雨水口、排洪沟全部截入污水箱涵。黑臭问题解决了,但污水处理厂进厂浓度低和雨水无法入河、雨季内涝的问题又变成了城市要解决的新问题。从数据上来看,沿河大截排后,当地污水处理厂浓度显著降低,由250mg/L降到了150mg/L。雨季时箱涵末端的液位大幅上涨,甚至会发生冒溢的情况,给城市的水安全带来了很大隐患(图8)。
图8 雨季箱涵存在冒溢风险
三 ►
实践与探索
针对以上的特征和难点,项目团队因地制宜地对六盘水污水提质增效工作开展了探索实践。
3.1 实施路径
实施路径上,项目重点通过源头三水分离-过程管网提升-末端疏通改造,系统性解决了六盘水在污水提质增效过程中遇到的难点。
首先,针对污水、清水、雨水“三水”混流问题,由面及点分析外水混流情况,将其从“三水合流”变为“各行其道”。实现手段主要采用水质水量监测分析,监测对象包括源头小区、市政管网、排洪沟和截污箱涵的各个重要节点。具体策略上是通过水质水量的监测,先从宏观尺度上确定外水入侵重点片区,再进行加密监测,详细分析晴雨天污水系统各个片区外水的汇入情况、管网的运行情况,过程中关注流量及水质异常管段、更精准的定位问题管段,进而确定外水入侵位置,整体上是一个由面及点的过程。通过水质水量监测数据,结合视频检测、现场踏勘,目前中心城区共计找到清水约为18300m³/d,施工降排水量约为21900m³/d,约占总理论外水量的60%。工程上主要采用清污分流工程、引清入河工程,管道和检查井缺陷修复工程以及河道防倒灌工程来实现三水分离。除了工程策略外,针对施工降排水和小散乱排水等,还应通过管理策略进行外水减量,结合六盘水实践通过对施工降排水即查即改后,整个末端污水处理厂浓度的提升效果明显。
第二,针对岩溶地质排水管网短板及缺陷问题,通过检测手段定位问题管段,修复管网缺陷,提高施工质量。六盘水管网排査主要采用管网物探、仪器检测(CCTV、QV)、现场校核相结合的方式,确定相应的混错接点位、管网逆坡点位和管道缺陷点位,并进行分类分项的改造。改造过程中六盘水结合城建计划,对于已列入城建计划的改造道路上的污水管网破损点,结合道路改造优先开展污水缺陷管道修复工程。改造过程中同时注重管材质量、施工质量、工程验收质量,尤其是新建工程,要严格按照住房和城乡建设部发布的《房屋建筑和市政基础设施工程勘察文件编制深度规定》(2020年版)要求进行落实。
第三,针对排洪沟和雨水口截流入污水系统问题,要结合相应点位的情况和条件,做到“巧改细截、宜放则放”。对于两侧具备施工条件的排洪沟,沿两侧岸边路面下敷设截污管,将居民生活污水截至水城河截污干管。排水沟仅做雨水、山泉水行泄通道,使排洪沟由目前的“清雨污混流沟”变成“单纯的排洪沟”(图9)。对于符合排放条件的雨水口,直接改接至河道;上游存在雨污雨错混接的排口,溯源确定错混接点的具体位置,结合市政排水管网混错接改造工程,在源头或者混接点位置对市政排水管网进行改造,消除错混接点,杜绝雨水通过污水管道进入箱涵,不能实现分流的则在末端设置溢流,使“雨水口粗暴截流”变成“巧改细截、宜放则放”(图10)。
图9 排洪沟改造示意图
图10 上游雨污混接雨水排口改造示意图
3.2 实施时序
在实施时序上要科学定片区、合理分步走。对于六盘水这类经济欠发达城市工作切忌反复,如何将系统的实施方案进行落地,如何科学地确定重点片区和近远期工程就显得非常重要,因此过程中一定要考虑改造条件相关的评估要素。
针对六盘水特征,项目团队根据是否涉铁、是否涉及征拆、基础管线资料是否缺失、老城区占比等方面,综合考虑改造条件,识别出各片区改造难易程度(图11)。最后再运用规划叠合的思维,将片区改造条件、雨水混入量和外水入侵量进行叠合,推演出目前较为紧迫且需要改造的片区,结合片区下的工程项目和成熟度,确定一期工程和二期工程。六盘水一期工程重点是要解决清污分流问题,实现清水减量。二期工程则重点通过各片区内雨污混错接的改造,实现雨水混入量的消除。
图11 改造条件评估
3.3 实施效果
通过一期工程和二期工程,再结合管理性政策的外水减量,进行污水提质增效目标可达性分析,预计项目期末(2025年)污水厂进水BOD浓度基本上可以提高20%的目标。根据实测数据,2023年污水厂进水污染物浓度比2022年提高了14%,从2022 年平均浓度74.5mg/L提高到2023年平均浓度85.63mg/L(图12)。
图12 实施效果分析图
四 ►
思考与体会
1. 对于六盘水这样的喀斯特山地城市,污水提质增效工作切忌急功近利,应为长久之功。水的问题一般是系统性、复杂性、综合性的问题,并不仅仅是单一要素的问题,尤其对于山水混流比较严重的喀斯特地区,污水提质增效工作推进的难度更大。每一届政府都有自己的治水理念和倾向性的前期工程,所以在任务推进的过程中,工程最大的目标是干一片成一片,这样才可以循序渐进,不断织密喀斯特山地城市的健康排水网络。
2. “系统方案+技术服务”的组合是解决落地问题的最有效模式。水务院服务六盘水工作近十年的过程中,从综合管廊、黑臭水体治理、海绵城市建设,再到污水提质增效,我们愈发认识到系统的方案可以帮助决策者科学地“定目标、定思路、定项目”,再通过伴随式技术咨询服务,扎根现场,承担治理工作“总工”角色,加上地方坚强有力的决心,才会让好的规划理念进行有效落地(图13)。
图13 六盘水污水提质增效工作组织模式
致谢
中国城市规划设计研究院水务院领导及总工:龚道孝、刘广奇、莫罹、郝天文
所内技术指导:周飞祥、王巍巍、司马文卉
项目组成员:胡小凤、马帅、凌云飞、刘曦、雷谱成、刘洋、张大尧、林家宝
报告整理:张园.