幾十年來(lái)，我國(guó)城市快速擴(kuò)張、人口劇增、城鎮(zhèn)基礎(chǔ)建設(shè)滯后使部分城市河流淪為工業(yè)廢水、生活污水以及農(nóng)田退水等污廢水的主要通道。這類河流受納污染物數(shù)量巨大、空間分布集中、河流污徑比高、水體自凈能力弱，河流水體容易出現(xiàn)缺氧、富營(yíng)養(yǎng)化甚至黑臭等現(xiàn)象。城市河流的水環(huán)境問(wèn)題是世界上大部分國(guó)家發(fā)展工業(yè)化、城市化和集約化形成的“伴隨產(chǎn)物”。為了解決這些問(wèn)題，許多國(guó)家和地區(qū)對(duì)水污染治理及管理進(jìn)行不斷地嘗試和創(chuàng)新。如美國(guó)最大日負(fù)荷總量(total maximum daily loads, TMDLs)計(jì)劃、歐盟水框架指令(European water framework directive, WFD)以及日本流域總量控制計(jì)劃等。這些技術(shù)或措施均以水質(zhì)目標(biāo)為導(dǎo)向，以水生態(tài)系統(tǒng)完整性保護(hù)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了從污染物控制向流域水生態(tài)管理的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，獲得了良好的治理效果。根據(jù)我國(guó)河流的實(shí)際問(wèn)題，我國(guó)河流的水污染控制與管理在不同時(shí)期進(jìn)行了不同的調(diào)整和革新：在“六五”到“八五”期間，我國(guó)主要實(shí)施了“濃度控制”，但該方法無(wú)法排除污染源以稀釋手段降低排放濃度的缺陷;在“九五”到“十五”期間，“目標(biāo)總量控制”得到實(shí)施應(yīng)用，但該措施也并未充分考慮水環(huán)境容量和水生態(tài)承載力，污染負(fù)荷削減分配缺乏有效依據(jù);自“十一五”開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行“水質(zhì)目標(biāo)管理”初步探索，即根據(jù)河流所在流域或區(qū)域的環(huán)境自凈能力，將污染物負(fù)荷總量控制在承載能力范圍之內(nèi)的水環(huán)境管理技術(shù)體系。該體系將水污染控制管理目標(biāo)與水質(zhì)目標(biāo)聯(lián)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)健康的最終目標(biāo)。在遼河、海河、太湖等重點(diǎn)流域開(kāi)展的一些應(yīng)用也顯示，基于水質(zhì)目標(biāo)管理的水污染控制與水質(zhì)改善是解決重點(diǎn)河流、湖泊水污染、水生態(tài)退化等水環(huán)境問(wèn)題的有效手段。

　　重慶市地處我國(guó)長(zhǎng)江中上游，以長(zhǎng)江和嘉陵江為主干的河流水系網(wǎng)絡(luò)極其龐大，次級(jí)河流是重慶市以及三峽庫(kù)區(qū)重要的補(bǔ)給水系，其水環(huán)境質(zhì)量直接影響三峽庫(kù)區(qū)整體的水環(huán)境質(zhì)量與水生態(tài)安全。近年來(lái)，由于城市迅猛發(fā)展和土地開(kāi)發(fā)力度的加大，重慶市主城區(qū)中的次級(jí)河流大多已成為城市的排污溝，次級(jí)河流污染已成為制約重慶市乃至三峽庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部審定的《重慶市創(chuàng)建國(guó)家環(huán)境保護(hù)模范城市規(guī)劃(2010—2013年)》，重慶主城區(qū)有22條城市河流納入創(chuàng)建國(guó)家環(huán)境保護(hù)模范城市考核(圖1)。然而，2011年重慶市環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，重慶市主城區(qū)仍有14條次級(jí)河流水域功能未達(dá)標(biāo)(劣V類)，這些次級(jí)河流的干流總長(zhǎng)度440 km，總流域面積達(dá)2 063 km2。

　　圖1 伏牛溪流域所在區(qū)位及其治理單元的劃分

　　重慶市曾對(duì)梁灘河、桃花溪、盤溪河、清水溪等部分次級(jí)河流或河段進(jìn)行污染治理和管理對(duì)策的探討。但多數(shù)治理未實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，其原因可能是沒(méi)有從流域整體統(tǒng)籌角度考慮，未在河流水質(zhì)目標(biāo)基礎(chǔ)上對(duì)河流開(kāi)展水污染削減和控制工作。重慶伏牛溪是重污染次級(jí)河流的典型代表，當(dāng)前河流也面臨著水質(zhì)惡化、水動(dòng)力學(xué)弱化、河流生態(tài)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重等諸多問(wèn)題。本研究從流域角度上對(duì)重慶市伏牛溪開(kāi)展河流水環(huán)境問(wèn)題系統(tǒng)分析和診斷，確定污染主要來(lái)源和重點(diǎn)區(qū)域，結(jié)合治理單元特點(diǎn)，提出切實(shí)可行的水污染控制與水質(zhì)改善方案，并結(jié)合示范工程建設(shè)開(kāi)展實(shí)施方案效果評(píng)估，從而為我國(guó)山地城市重污染河流的水環(huán)境治理提供模式借鑒和參考。

　　1 基本概況

　　1

　　山地城市河流一般具有3個(gè)基本特征。1) 山地城市地勢(shì)起伏較大，河流坡降變化明顯、橫斷面狹窄，山地河谷一般為下切，形成V型谷，側(cè)蝕形成U型谷;河流形態(tài)蜿蜒多變、河槽不規(guī)則，且周邊城鎮(zhèn)發(fā)展會(huì)對(duì)河道進(jìn)行裁彎取直改造。2) 山地城市大坡降導(dǎo)致河流水量變化明顯，枯水期和豐水期水質(zhì)差異較大。豐水期河流徑流量大、污染物濃度較低，但由于雨季對(duì)河流沖刷作用明顯，水中懸浮顆粒物高、透明度低;枯水期河流徑流量小，污染物濃度相對(duì)較高，水生生物種類和數(shù)量也會(huì)隨之減少。3) 河岸植被群落單一，以矮小灌木為主;河岸帶生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)脆弱，河流受到全部或局部填平，造成河流破碎，沿岸水生生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重。

　　重慶市伏牛溪發(fā)源于八橋鎮(zhèn)紅領(lǐng)巾水庫(kù)，經(jīng)口袋溝水庫(kù)流經(jīng)公民村和鳳陽(yáng)村，在建勝鎮(zhèn)的雙叉河匯集進(jìn)入雙叉河水庫(kù)，下游流經(jīng)建勝鎮(zhèn)群勝村、民勝村、四民村和跳蹬鎮(zhèn)鰲山村后，于伏牛溪火車站處注入長(zhǎng)江。伏牛溪是重慶市主城區(qū)主要次級(jí)河流之一，位于大渡口區(qū)中南部，為區(qū)內(nèi)最長(zhǎng)的河流(圖1)。伏牛溪流域總面積為16.0 km2，主河道長(zhǎng)為6.5 km，河道平均坡降16.8‰，河流多年平均流量為0.245 m3·s-1。河流所在大渡口區(qū)地處重慶主城區(qū)西南部，是主城區(qū)12個(gè)中心組團(tuán)之一，被全部納入重慶市規(guī)劃600 km2主城核心區(qū)。該區(qū)是以裝備制造、冶金建材、食品醫(yī)藥、電子信息、新型材料等為主的現(xiàn)代工業(yè)城區(qū)和物流基地。伏牛溪在治理前主要用于農(nóng)業(yè)灌溉及一般景觀用水，由于受到沿河城鎮(zhèn)生活、工業(yè)等廢污水排放的影響，河流水質(zhì)污染較為嚴(yán)重。根據(jù)《重慶市環(huán)境保護(hù)局關(guān)于調(diào)整重慶市部分地表水域適用功能類別的通知》(渝府發(fā)[2007]15號(hào))，伏牛溪已調(diào)整了其原有的水域功能類別。而根據(jù)《重慶市人民政府關(guān)于大渡口區(qū)分區(qū)規(guī)劃的批復(fù)》(渝府[2005]119號(hào))，力爭(zhēng)在2020年前將該區(qū)建設(shè)成為產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展、功能設(shè)施完善、人居環(huán)境優(yōu)美、富有山水園林特色的現(xiàn)代都市區(qū)。伏牛溪的水環(huán)境將很大程度上影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，其河流治理方案的制定，對(duì)指導(dǎo)形成伏牛溪水質(zhì)保持以及山地城市次級(jí)河流水污染控制的科學(xué)決策具有重要意義。

　　2012年8月—2013年5月，重慶大學(xué)對(duì)伏牛溪開(kāi)展了常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)和河流排污口調(diào)查，結(jié)合收集的資料，形成了伏牛溪的主要水環(huán)境問(wèn)題的診斷。1)河流缺乏水源，面臨斷流。由于城市道路硬化比例增加以及排水系統(tǒng)的完善，導(dǎo)致補(bǔ)充河水的下滲雨水減少，只有少量周邊卷帶垃圾的雨水以及廠礦居住區(qū)的工業(yè)、生活廢污水匯入河流，已經(jīng)出現(xiàn)了季節(jié)性斷流。2)河流主要超標(biāo)污染物為TN、NH3-N、TP和COD。所有監(jiān)測(cè)斷面TN均超過(guò)V類限值，河流下游NH3-N最高超過(guò)V類限值15倍以上，TP超標(biāo)主要集中在河流下游且超過(guò)V類限值2倍以上，中上游部分點(diǎn)位COD略高于V類限值。3)流域點(diǎn)、面源污染嚴(yán)重。主要排污口排放NH3-N、TN負(fù)荷分別為50.5 t·a-1和68.2 t·a-1，是面源負(fù)荷的2 ~ 4倍;點(diǎn)源排放TP負(fù)荷為13.9 t·a-1，是面源負(fù)荷的3倍以上;COD面源污染負(fù)荷(875 t·a-1)是排污口排放負(fù)荷的2倍。4)河流水生態(tài)破壞、景觀喪失，河流自凈能力低。沿河小城鎮(zhèn)在建設(shè)過(guò)程中侵占河流岸線土地，破壞岸線生態(tài)與景觀。另外，多級(jí)水庫(kù)、閘壩等水利設(shè)施的不合理建設(shè)以及非城市建設(shè)區(qū)的過(guò)度近岸耕種(自然植被破壞，水土流失嚴(yán)重)都嚴(yán)重破壞了河流生態(tài)景觀。

　　2 基于水質(zhì)目標(biāo)管理的河流水污染控制與水質(zhì)改善方案

　　2

　　重污染河流水環(huán)境問(wèn)題通常表現(xiàn)為COD和NH3-N等耗氧污染物負(fù)荷高、水中溶解氧不足、河流生態(tài)系統(tǒng)退化。在以水質(zhì)目標(biāo)管理為指導(dǎo)思想的河流水污染治理方案編制過(guò)程中，首先要解析河流重污染問(wèn)題的成因，綜合分析污染負(fù)荷來(lái)源，并確定水質(zhì)改善目標(biāo);其次，根據(jù)水質(zhì)目標(biāo)建立減排方案，落實(shí)治理工程措施，通過(guò)納入地方規(guī)劃保證實(shí)施;最后通過(guò)監(jiān)測(cè)評(píng)估，完善治理效果的監(jiān)測(cè)和反饋機(jī)制。按照以上思路，形成河流水污染控制和水質(zhì)改善治理方案的制定流程(圖2)，包括水環(huán)境問(wèn)題診斷、容量核算與負(fù)荷削減、河流治理措施與任務(wù)布局，以及可達(dá)性分析與效果評(píng)估4大部分(圖2)。

　　圖2 基于水質(zhì)目標(biāo)管理的河流水污染控制與水質(zhì)改善方案的編制基本流程

　　3 重慶市伏牛溪水污染控制與水質(zhì)改善措施

　　3

　　3.1 治理目標(biāo)

　　3.1

　　根據(jù)重慶市人民政府辦公廳《關(guān)于印發(fā)重慶市次級(jí)河流綜合整治工作考核暫行辦法》(渝辦發(fā)[2009]311號(hào))和重慶市大渡口區(qū)人民政府《關(guān)于全區(qū)地表水域適用功能類別劃分調(diào)整方案的批復(fù)》(大渡口府函[2010]74號(hào))，結(jié)合流域未來(lái)規(guī)劃定位，以水污染控制、水質(zhì)改善與景觀功能提升為目標(biāo)，將伏牛溪定位為景觀功能水體，使其整體水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002) V類水質(zhì)要求。設(shè)定其具體水質(zhì)目標(biāo)為COD 30 ~ 40 mg·L-1、NH3-N 1.5 ~ 2.0 mg·L-1、DO 3.0 ~ 5.0 mg·L-1、主要深水區(qū)水體透明度 0.5 ~ 1.0 m、全年達(dá)標(biāo)率75%以上。 參考國(guó)內(nèi)外河流修復(fù)資料，設(shè)定其水生態(tài)治理指標(biāo)為：河床及河岸穩(wěn)定、防洪安全度高、河岸植被多樣化、河流無(wú)斷流、旱季流量不低于開(kāi)發(fā)前基流流量。

　　3.2 污染負(fù)荷分析

　　3.2

　　3.2.1 沿河排污口排放污染負(fù)荷輸入

　　3.2.1

　　對(duì)重慶市伏牛溪典型的排污口排放污染負(fù)荷(排污口廢水排放量與污染物濃度的乘積)進(jìn)行估算，結(jié)果顯示，位于河流中游、下游的排污口貢獻(xiàn)較高的污染負(fù)荷，伏牛溪所有排污口排放的COD、NH3-N、TN和TP總污染負(fù)荷量分別為425、50、68和14 t·a-1(表1)。

　　表1 伏牛溪主要排污口排放的污染負(fù)荷

 　　3.2.2 面源污染負(fù)荷

　　3.2.2

　　伏牛溪流域內(nèi)高程落差大，以耕地和工業(yè)用地為主，有一定的水土流失。根據(jù)不同土地利用類型的徑流系數(shù)和產(chǎn)污能力，估算流域內(nèi)產(chǎn)生COD、TN、TP和NH3-N的面源污染負(fù)荷分別為875、35、4.3和11.6 t·a-1。就面源貢獻(xiàn)比例來(lái)看，NH3-N面源污染負(fù)荷主要來(lái)自工業(yè)(49%)、居住(18%)和道路交通(13%)等用地，其他土地類型貢獻(xiàn)比例小于10%。TN面源污染負(fù)荷與NH3-N有所差異，主要體現(xiàn)在耕地貢獻(xiàn)24%，僅次于工業(yè)(40%)，而居住和道路交通占10%以上。TP面源污染負(fù)荷主要來(lái)自于工業(yè)(47%)、耕地(19%)和道路交通(13%)。COD面源負(fù)荷貢獻(xiàn)結(jié)構(gòu)與TP類似，工業(yè)、耕地和道路交通貢獻(xiàn)負(fù)荷比例分別為42%、25%和11%(圖3)。

　　圖3 伏牛溪流域面源污染負(fù)荷輸出結(jié)構(gòu)特征

　　3.2.3 河流污染負(fù)荷衡算

　　3.2.3

　　伏牛溪多年的月平均徑流量為0.061 ~ 0.700 m3·s-1，其中流量主要分布在5—9月之間，最大流量出現(xiàn)在7月。伏牛溪多年的年平均徑流量為0.245 m3·s-1，結(jié)合多次水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，估算伏牛溪河道污染負(fù)荷(多年平均徑流量與污染物多次監(jiān)測(cè)均值的乘積)。由表2可知，伏牛溪輸出負(fù)荷COD、NH3-N、TN和TP分別為390、59.2、91.6 和8.02 t·a-1，對(duì)比點(diǎn)源和面源污染負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，得到4種污染物的負(fù)荷削減量分別為910、2.87、11.5 和10.1 t·a-1。各污染物負(fù)荷自凈能力有較大差異，COD、TP自凈削減比例高達(dá)56%、70%，而TN、NH3-N僅為11%、4.6%，自凈能力相對(duì)較弱(表2)。

　　表2 伏牛溪污染負(fù)荷衡算

監(jiān)測(cè)指標(biāo)	排污口排放負(fù)荷/ (t·a-1)	面源輸出負(fù)荷/ (t·a-1)	流域輸入污染負(fù)荷 / (t·a-1)	河口平均濃度/ (mg·L-1)	流域輸出負(fù)荷/ (t·a-1)	自凈削減負(fù)荷/ (t·a-1)	自凈負(fù)荷削減率/ %
NH3-N	50.5	11.6	62.1	7.67	59.2	2.87	4.6
TN	68.2	35	103	11.9	91.6	11.5	11
TP	13.8	4.3	18.2	1.04	8.02	10	56
COD	425	875	1 300	50.5	390	910	70

　　注：實(shí)際監(jiān)測(cè)指標(biāo)為CODMn，平均值為10.1 mg·L-1，COD值為CODMn乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)5而得。

　　3.3 水環(huán)境容量核算與污染負(fù)荷分配

　　3.3

　　3.3.1 治理單元?jiǎng)澐?/P>

　　3.3.1

　　治理單元?jiǎng)澐质歉鶕?jù)流域污染源分布、產(chǎn)流匯流過(guò)程以及流域管理主體等綜合因素確定影響河段水質(zhì)的區(qū)域。治理單元作為流域水環(huán)境管理的一個(gè)基本實(shí)施單位，以其為基礎(chǔ)開(kāi)展水環(huán)境容量核算，對(duì)于科學(xué)制定治理單元容量總量分配具有重要意義。根據(jù)伏牛溪流域高程和河流水系狀況，利用ArcGIS水文分析工具，對(duì)伏牛溪流域進(jìn)行劃分，得到集水區(qū)11個(gè)。以集水區(qū)為基礎(chǔ)劃定流域治理單元，其中上游治理單元由集水區(qū)1、2、3組成，中游治理單元由集水區(qū)4、5、6、7組成，下游治理單元由集水區(qū)8、9、10、11組成(圖1)。

　　3.3.2 水環(huán)境容量核算

　　3.3.2

　　伏牛溪COD、NH3-N、TN和TP水環(huán)境容量核算公式如下：

　　Li - Liri =31.5 CiQ (1 - p) (1)

　　式中：Li為污染物i的水環(huán)境容量，t·a-1;Ci為污染物i的目標(biāo)濃度，mg·L-1;Q為年平均徑流量，此取0.245 m3·s-1;ri為污染物i的自凈削減率，參考表2中污染物自凈削減率結(jié)果;p為安全系數(shù)，一般取10%~ 20%，在此取20%;31.5為單位換算系數(shù)。

　　經(jīng)計(jì)算，得到NH3-N和TN水環(huán)境容量分別為13.0 t·a-1和13.9 t·a-1，TP和COD自凈能力相對(duì)較強(qiáng)，因此，水環(huán)境容量相對(duì)較大，分別為5.60 t·a-1和824 t·a-1。在水質(zhì)目標(biāo)一致的條件下，水環(huán)境容量與徑流量成正比，而徑流量主要取決于治理單元的集水面積。伏牛溪上、中、下游3個(gè)治理單元集水面積分別為6.9、5.4和8.7 km2，占流域總面積比分別為32.8%、25.6%和41.5%，由此計(jì)算各個(gè)治理單元水環(huán)境容量。

　　3.3.3 現(xiàn)狀條件下的負(fù)荷削減計(jì)算

　　3.3.3

　　結(jié)合伏牛溪流域點(diǎn)面源負(fù)荷估算結(jié)果，以各污染物水環(huán)境容量為依據(jù)，計(jì)算其入河污染負(fù)荷削減量。由于NH3-N和TN自凈能力較弱，同時(shí)超標(biāo)程度較高，因此，入河負(fù)荷削減比例較大(近80%)，削減量分別為49.1 t·a-1和90 t·a-1;TP自凈能力較強(qiáng)，但由于TP超標(biāo)嚴(yán)重，其入河負(fù)荷削減比例和削減量分別為69%和12.6 t·a-1;COD自凈能力較強(qiáng)且超標(biāo)程度較低，其削減比例僅為37%，削減量為476 t·a-1(表3)。

　　表3 伏牛溪水環(huán)境容量現(xiàn)狀條件下的污染負(fù)荷削減量

  　　3.3.4 預(yù)測(cè)規(guī)劃條件下的污染負(fù)荷削減量

　　3.3.4

　　根據(jù)《重慶市人民政府關(guān)于大渡口區(qū)分區(qū)規(guī)劃的批復(fù)》(渝府[2005]119號(hào))，未來(lái)流域從以自然為主的耕地、林地、草地轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃幼　⒐�業(yè)、商用為主的土地類型。由于流域自然的透水性地表將大幅度減少、人為活動(dòng)的加強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生更多城市地表徑流污染，將對(duì)區(qū)域水文、生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生重要影響。相比于現(xiàn)狀，未來(lái)城市化進(jìn)程中COD、TN和TP面源污染負(fù)荷增加近2倍，其中最為顯著的是由透水性地表變?yōu)椴煌杆�地表為主的道路交通與居住用地占主導(dǎo)地位(圖3)。因此，在城市建設(shè)過(guò)程中，減少新增不透水地表徑流污染是保護(hù)城市開(kāi)發(fā)對(duì)河流水環(huán)境影響的重要途徑。與此同時(shí)，負(fù)荷變化還產(chǎn)生于上游補(bǔ)水工程和流域土地利用變化。由于伏牛溪上游補(bǔ)水方案的實(shí)施，以城市污水廠退水為主的補(bǔ)給水源將給河流會(huì)帶來(lái)新的污染負(fù)荷。設(shè)計(jì)補(bǔ)水量為2×104 m3·d-1，補(bǔ)水將給河流增加負(fù)荷分別為292 t·a-1的COD、14.6 t·a-1的NH3-N(或TN)、2.92 t·a-1的TP。根據(jù)此預(yù)測(cè)結(jié)果，在未來(lái)，由于土地利用類型變化和上游補(bǔ)水工程的實(shí)施，伏牛溪受納COD、NH3-N、TN和TP污染負(fù)荷將分別增加674、27.4、36.5和5.12 t·a-1，負(fù)荷的增加將會(huì)對(duì)河流水質(zhì)造成巨大沖擊，尤其是TN、TP，均超過(guò)水環(huán)境容量2倍以上(表4)。

　　表4 基于規(guī)劃用地及上游補(bǔ)水的伏牛溪污染負(fù)荷變化

監(jiān)測(cè)指標(biāo)	規(guī)劃條件面源負(fù)荷/( t·a-1)	補(bǔ)水水質(zhì)/(mg·L-1)	補(bǔ)水輸入負(fù)荷/(t·a-1)	水環(huán)境容量/ (t·a-1)	預(yù)計(jì)負(fù)荷總量/ (t·a-1)				應(yīng)削減負(fù)荷量/ (t·a-1)
					上游	中游	下游	合計(jì)	上游	中游	下游	合計(jì)
NH3-N	24.4	2	14.6	13	16.8	9.7	12.3	39	11.3	6.41	8.29	26
TN	56.9	2	14.6	13.9	29.3	18.2	24	71.5	23.6	14.6	19.4	57.6
TP	6.5	0.4	2.92	5.6	3.38	2.58	3.46	9.42	1.37	1.05	1.4	3.82
COD	1 257	40	292	824	564	420	565	1 549	264	196	264	724

　　注：點(diǎn)源全部截污。

　　3.4 治理措施與任務(wù)布局

　　3.4

　　3.4.1 總體策略及布局要求

　　3.4.1

　　以促進(jìn)伏牛溪流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)與環(huán)境協(xié)同發(fā)展為根本目標(biāo)，貫徹基于水質(zhì)目標(biāo)管理的流域水環(huán)境全局調(diào)控理念，將流域污染治理和生態(tài)環(huán)境改善進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，解決伏牛溪流域主要水污染問(wèn)題。提升流域水環(huán)境質(zhì)量，塑造伏牛溪流域獨(dú)特的城市水體景觀。在工程設(shè)計(jì)中，污染源控制與生態(tài)修復(fù)應(yīng)相互結(jié)合。根據(jù)河流水污染狀況、生態(tài)環(huán)境狀況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平及未來(lái)規(guī)劃定位，確立修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)、水質(zhì)達(dá)到景觀水體功能的總目標(biāo)。同時(shí)，根據(jù)河流水文水力學(xué)條件、受污染或破壞程度、流域內(nèi)人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等方面，結(jié)合河流上游、中游和下游具體水環(huán)境問(wèn)題，整合河流水量補(bǔ)給、污染源控制(點(diǎn)源、面源、垃圾處理)、水體水質(zhì)保持、生態(tài)河岸帶恢復(fù)重建、河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等幾方面內(nèi)容，提出了河流水污染控制與水質(zhì)改善的具體措施。

　　治理工程布局的基本要求如下：1) 以規(guī)劃紅線范圍(河道兩側(cè)包含范圍)內(nèi)措施為主，以紅線范圍外措施為輔，根據(jù)伏牛溪土地利用開(kāi)發(fā)規(guī)劃，重點(diǎn)在規(guī)劃紅線范圍內(nèi)開(kāi)展工程措施布局;2) 開(kāi)發(fā)措施和工程措施并舉，開(kāi)發(fā)措施主要在流域尺度范圍內(nèi)實(shí)施，工程措施主要在河道兩側(cè)實(shí)施;3) 點(diǎn)源和面源污染分開(kāi)控制。點(diǎn)源和面源控制措施技術(shù)途徑不一致，要分類進(jìn)行;4) 上、中、下游分區(qū)、分階段治理。不同區(qū)域污染程度和負(fù)荷來(lái)源不同，治理措施要分區(qū)開(kāi)展。根據(jù)實(shí)施任務(wù)重要程度結(jié)合區(qū)域情況，分階段開(kāi)展治理工程的實(shí)施。

　　3.4.2 流域治理工程措施布局

　　3.4.2

　　伏牛溪流域目前正處于城市建設(shè)期，主要污染物為COD、氮和磷，主要來(lái)源為流域面源和沿河排污口輸入。針對(duì)伏牛溪缺乏水源、地表徑流不足、點(diǎn)面源污染并重、河道生態(tài)系統(tǒng)退化、景觀喪失等水環(huán)境問(wèn)題，為達(dá)到核定的水質(zhì)目標(biāo)，必須從流域角度整體統(tǒng)籌考慮，綜合實(shí)施工程技術(shù)和管理措施，從水質(zhì)改善和生態(tài)恢復(fù)2個(gè)方面徹底解決伏牛溪水環(huán)境惡化的問(wèn)題。具體而言，水污染治理任務(wù)分為開(kāi)發(fā)措施和工程措施2大類。開(kāi)發(fā)措施主要在流域尺度范圍內(nèi)實(shí)施，即在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，遵循低影響開(kāi)發(fā)的原則和策略，削減全流域面源污染負(fù)荷，并針對(duì)支流重點(diǎn)區(qū)域，進(jìn)行具體的面源控制措施設(shè)計(jì)。工程措施主要在河道兩側(cè)實(shí)施，針對(duì)具體的河流水污染及修復(fù)問(wèn)題，采用工程的形式加以解決，工程技術(shù)措施包括河道岸邊帶重建工程、河流水污染控制工程和生態(tài)補(bǔ)水工程等(圖4)。

　　圖4 伏牛溪流域水污染控制與水質(zhì)改善工程任務(wù)布局

　　在編寫具體的水污染控制與水質(zhì)改善方案時(shí)，應(yīng)對(duì)各治理單元采取的治理工程措施選取的合理性和必要性進(jìn)行詳細(xì)分析，并完善技術(shù)原理、工程位置、工程規(guī)模、項(xiàng)目造價(jià)、污染負(fù)荷削減效果等基本信息。同時(shí)依據(jù)治理單元治理措施和任務(wù)，對(duì)工程量和預(yù)計(jì)投入經(jīng)費(fèi)進(jìn)行概算，為整體項(xiàng)目實(shí)施的目標(biāo)可達(dá)性分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　水污染控制和水質(zhì)改善方案將諸多成熟技術(shù)應(yīng)用于各治理單元中，通過(guò)查詢相關(guān)資料，分析了單元技術(shù)對(duì)不同污染物的去除率，再結(jié)合單元技術(shù)的負(fù)荷去除狀況，分析治理單元對(duì)于河流污染物削減是否滿足目標(biāo)水質(zhì)要求。

　　上游治理單元。根據(jù)污染物負(fù)荷核算及削減量計(jì)算的結(jié)果，在現(xiàn)狀條件下，為達(dá)到治理目標(biāo)，上游治理單元需要削減負(fù)荷NH3-N 6.51 t·a-1、TN 12.9 t·a-1、TP 1.80 t·a-1、COD 140 t·a-1。在規(guī)劃條件下，排污口全部截污，補(bǔ)水工程增加部分污染負(fù)荷。為達(dá)到治理目標(biāo)，應(yīng)削減NH3-N 11.3 t·a-1、TN 23.6 t·a-1、TP 1.37 t·a-1、COD 264 t·a-1。主要治理措施包括在城市規(guī)劃、開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中可采用低影響開(kāi)發(fā)措施，重點(diǎn)區(qū)域的面源控制，河流生態(tài)緩沖帶重建，污染源控制與水質(zhì)維護(hù)，水量調(diào)控等。具體工程位置、類型、工程措施、工程規(guī)模及特點(diǎn)見(jiàn)表5。

　　中游治理單元。在現(xiàn)狀條件下，中游治理單元要達(dá)到治理目標(biāo)需要削減NH3-N 15.8 t·a-1，TN負(fù)荷29.1 t·a-1、總磷負(fù)荷7.51 t·a-1、COD負(fù)荷150 t·a-1。在規(guī)劃條件下，排污口全部截污，應(yīng)削減NH3-N 6.45 t·a-1、TN 14.6 t·a-1、TP 1.05 t·a-1、COD 196 t·a-1。主要的治理措施包括實(shí)施中游地區(qū)低影響開(kāi)發(fā)措施，家壩、太陽(yáng)灣、大后灣等重點(diǎn)區(qū)域面源控制，河流生態(tài)緩沖帶重建，以排污口截污和河道曝氣為主的污染源控制與水質(zhì)維護(hù)，中游水量調(diào)控等(表6)。

　　表5 伏牛溪上游控制單元污染控制工程措施

工程類型	具體工程措施	工程規(guī)模及特點(diǎn)
低影響開(kāi)發(fā)措施	透水性材料鋪裝	25 000 m2
	植被性減流促滲	68 000 m2
	植草溝	54 000 m2
	徑流處理設(shè)施	27 000 m2
上游支流重點(diǎn)區(qū)域(丁家?guī)r)面源控制措施	儲(chǔ)存塘	2個(gè)，20 000 m2
	生態(tài)洼地	1個(gè)，8 000 m2
	自然濕地	1個(gè)，7 000 m2
	荷塘	1個(gè)，2 000 m2
河流生態(tài)緩沖帶重建工程	純狗牙根	40 000 m2
	杜鵑+狗牙根	25 000 m2
	竹柳+杜鵑+狗牙根	15 000 m2
	濕生植物帶	900 m2
河流污染源控制與水質(zhì)維護(hù)工程	排污口截污工程	污水支管(以現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)為準(zhǔn))、溢流井(1座)
	污水廠尾水深度處理技術(shù)示范工程	1)紅領(lǐng)巾多效能濾池工藝(處理規(guī)模16 000 m3·d-1，占地1 020 m2) 2)黃桷堡高負(fù)荷人工濕地(規(guī)模2 000 m3·d-1，占地1 940 m2) 3)口袋溝水庫(kù)高負(fù)荷人工濕地(規(guī)模2 000 m3·d-1，占地1 980 m2)
	潭-鏈技術(shù)水質(zhì)維護(hù)技術(shù)示范工程	1)紅領(lǐng)巾水庫(kù)-口袋溝水庫(kù)潭-鏈系統(tǒng)，6潭，占地1 528 m2 2)黃桷堡-口袋溝水庫(kù)潭-鏈系統(tǒng)，9潭，占地面積3 596 m2 3)口袋溝上游-下游水庫(kù)庫(kù)灣生態(tài)濕地區(qū)，庫(kù)灣近岸區(qū)種植旱傘草、香蒲、水蔥、蘆葦?shù)葷竦刂脖唬�種植面積651 m2
	水上人工濕地凈化工程	多個(gè)獨(dú)立的浮元經(jīng)連接件組合而成的種植載體，3個(gè)，紅領(lǐng)巾、黃桷堡、口袋溝水庫(kù)工程分別為面積160、90、160 m2
	河源水庫(kù)植物凈化工程	1) 紅領(lǐng)巾水庫(kù)植物覆蓋總面積為13 919 m2，覆蓋率49.2% 2) 黃桷堡水庫(kù)植物覆蓋總面積為3 527 m2，覆蓋率36.6% 3) 口袋溝水庫(kù)栽植物總面積為21 149 m2，植物覆蓋率為37.9%
	上游水庫(kù)噴泉復(fù)氧水質(zhì)保障技術(shù)	紅領(lǐng)巾、黃桷堡、口袋溝水庫(kù)工程分別設(shè)置2座、2座和1座噴泉
河流水量調(diào)控示范工程	水量調(diào)度	按滿足景觀需水量進(jìn)行補(bǔ)水調(diào)度，大渡口區(qū)污水處理廠共設(shè)3臺(tái)補(bǔ)水泵，每臺(tái)功率為250 kW，設(shè)計(jì)流量為500 m3·h-1
老城區(qū)垃圾場(chǎng)污染源治理工程	黏土+種植土封面的處理	垃圾治理面積44 787 m2，用400 mm厚黏土將垃圾場(chǎng)表面封閉，上鋪設(shè)500 mm厚種植土，并種植植被以滿足景觀要求

　　下游治理單元。根據(jù)污染物負(fù)荷核算及削減量計(jì)算的結(jié)果，下游治理單元要達(dá)到治理目標(biāo)，在現(xiàn)狀條件下，需要削減NH3-N負(fù)荷26.9 t·a-1、TN負(fù)荷47.3 t·a-1、TP負(fù)荷3.24 t·a-1、COD負(fù)荷186 t·a-1。在規(guī)劃條件下，排污口全部截污，并考慮補(bǔ)水作用帶來(lái)的負(fù)荷增量，為實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)，應(yīng)削減NH3-N 8.29 t·a-1、TN 19.4 t·a-1、TP 1.40 t·a-1、COD 264 t·a-1。主要的治理措施包括實(shí)施下游地區(qū)低影響開(kāi)發(fā)措施，四民村和陡子溝等重點(diǎn)區(qū)域的面源控制，下游河段河流生態(tài)緩沖帶重建，以排污口截污和河道曝氣、以及老城區(qū)面源控制工程為主的污染源控制與水質(zhì)維護(hù)等(表7)。

　　3.5 目標(biāo)可達(dá)性分析

　　3.5

　　根據(jù)治理工程的負(fù)荷削減量，按照3種情景對(duì)負(fù)荷削減的目標(biāo)可達(dá)性進(jìn)行分析：情景1，僅實(shí)施紅線范圍內(nèi)工程;情景2，實(shí)施紅線范圍內(nèi)工程和流域重點(diǎn)區(qū)域面源治理工程;情景3，實(shí)施紅線范圍內(nèi)工程，包括流域重點(diǎn)區(qū)域面源治理工程和低影響開(kāi)發(fā)措施。分析考慮現(xiàn)狀和規(guī)劃2種條件，其中規(guī)劃條件下排污口全部截污，排污口截污工程的負(fù)荷削減量不計(jì)入在內(nèi)。可以看到，在現(xiàn)狀條件下，僅實(shí)施紅線范圍內(nèi)工程(情景1)就可保證所有污染物削減目標(biāo)的實(shí)現(xiàn);而在規(guī)劃條件下，COD負(fù)荷削減目標(biāo)明顯增加，同時(shí)實(shí)施紅線范圍內(nèi)工程和流域重點(diǎn)區(qū)域面源治理工程(情景1和情景2)均不能保證COD削減目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，只有情景3才能保證全部污染負(fù)荷的削減目標(biāo)實(shí)現(xiàn)(圖5)。綜上分析，為保障流域水環(huán)境治理目標(biāo)在現(xiàn)狀和規(guī)劃條件下都能順利實(shí)現(xiàn)，推薦按照情景3開(kāi)展治理措施。具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://www.jianfeilema.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　表6 伏牛溪中游控制單元污染控制工程措施

　　Table 6 Projects of water pollution controlling for the middle control unit of Funiu stream basin

工程類型	具體工程措施	工程規(guī)模及特點(diǎn)
低影響開(kāi)發(fā)措施	透水性材料鋪裝	18 000 m2
	植被性減流促滲	41 000 m2
	植草溝	32 000 m2
	徑流處理設(shè)施	30 000 m2
中游支流重點(diǎn)區(qū)域(李家壩)面源控制措施	儲(chǔ)存塘	6個(gè)，78 000 m2
	景觀塘/湖	5個(gè)，714 000 m2
	濕地	4個(gè)，62 000 m2
河流生態(tài)緩沖帶重建工程	純狗牙根	40 000 m2
	杜鵑+狗牙根	25 000 m2
	竹柳+杜鵑+狗牙根	15 000 m2
	濕生植物帶	900 m2
河流污染源控制與水質(zhì)維護(hù)工程	排污口截污工程	截污管道(以現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)為準(zhǔn))、溢流井(1座)、水上人工濕地(總面積達(dá)3 300 m2)
	河道曝氣	1)噴泉復(fù)氧水質(zhì)保障技術(shù)(噴泉設(shè)在河流中，離岸2 m，每隔2 m設(shè)1個(gè)噴頭) 2)河道多級(jí)復(fù)氧塘(岸邊挺水植物帶，200 m2；挺水植物塘，200 m2；挺水-沉水植物塘，120 m2；沉水植物塘，80 m2)

　　表7 伏牛溪下游控制單元污染控制工程措施

工程類型	具體工程措施	工程規(guī)模及特點(diǎn)
已建老城區(qū)面源控制工程	伏牛溪正街城市面源污染中初期徑流污染控制	1) 合流制排水口面源控制：儲(chǔ)存塘(1個(gè)，220 m2)、表流濕地(1個(gè)，350 m2)、潛流濕地(1個(gè)，300 m2)和植物塘(1個(gè)，400 m2) 2) 分流制排水口面源控制：儲(chǔ)存塘(1個(gè)，200 m2)、表流濕地(1個(gè)，260 m2)和潛流濕地(1個(gè)，250 m2)
低影響開(kāi)發(fā)措施	透水性材料鋪裝	14 000 m2
	植被性減流促滲	27 000 m2
	植草溝	31 000 m2
	徑流處理設(shè)施	30 000 m2
下游支流重點(diǎn)區(qū)域(四民村)面源控制措施	儲(chǔ)存塘	7個(gè)，41 400 m2
	植物塘	1個(gè)，5 500 m2
	土地滲濾	1個(gè)，2 500 m2
河流生態(tài)緩沖帶重建工程	純狗牙根	10 000 m2
	杜鵑+狗牙根	6 000 m2
	竹柳+杜鵑+狗牙根	4 000 m2
	濕生植物帶	600 m2
河流污染源控制與水質(zhì)維護(hù)工程	排污口截污工程	小型污水處理站(100 m3·d-1)、截污管道工程(以現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)為準(zhǔn))和水上人工濕地工程(總面積1 400 m2)
	河道曝氣	1) 噴泉復(fù)氧水質(zhì)保障技術(shù)(設(shè)2處噴泉，離岸2 m，每隔2 m設(shè)1個(gè)噴頭) 2) 水生植物群落水質(zhì)保障技術(shù)(美人蕉，風(fēng)車草，香蒲為1個(gè)種植單元，梭魚草，黃花鳶尾為1個(gè)種植單元，狐尾藻為1個(gè)種植單元，3個(gè)種植單元交錯(cuò)種植。淺水區(qū)種植黑藻和金魚藻，深水區(qū)種植菹草和苦草，兩處種植面積1 400 m2和600 m2)

 

　　

圖5 污染負(fù)荷削減的可達(dá)性分析

　　3.6 實(shí)施效果評(píng)估

　　3.6

　　在伏牛溪水污染控制與水質(zhì)改善綜合治理方案完成編制并通過(guò)專家論證后，課題組織單位按照編制方案中的“情景3”(實(shí)施紅線范圍內(nèi)工程，包括流域重點(diǎn)區(qū)域面源治理工程和低影響開(kāi)發(fā)措施)推進(jìn)和落實(shí)示范工程(含示范技術(shù)工程和地方配套工程)建設(shè)和運(yùn)行。選取3個(gè)斷面作為考核斷面(上游1#紅領(lǐng)巾水庫(kù)、中游2#太陽(yáng)灣斷面、下游3#河口斷面)來(lái)評(píng)估伏牛溪水污染控制與水質(zhì)改善效果。由大渡口區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)這3個(gè)斷面從2015年4月—2016年4月(每月1次)實(shí)施的第三方監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，伏牛溪的重點(diǎn)考核指標(biāo)平均濃度及達(dá)標(biāo)率均基本滿足相應(yīng)的考核要求(表8)。

　　表8 伏牛溪考核斷面第三方監(jiān)測(cè)結(jié)果

考核斷面	CODMn			NH3-N			溶解氧			透明度
	范圍/(mg·L-1)	年均值/(mg·L-1)	年達(dá)標(biāo)率/%	范圍/(mg·L-1)	年均值/ (mg·L-1)	年達(dá)標(biāo)率/ %	范圍/(mg·L-1)	年均值/(mg·L-1)	年達(dá)標(biāo)率/ %	范圍/ m	年均值/ m	年達(dá)標(biāo)率/%
上游1#紅領(lǐng)巾水庫(kù)	1.90 ~ 5.69	4.76	100	1.72 ~ 4.74	2.06	91.7	5.76 ~ 9.16	6.84	100	0.78 ~ 1.22	1.05	83.3
中游2#太陽(yáng)灣斷面	1.89 ~ 7.36	5.43	100	1.70 ~ 5.12	2.14	91.7	6.01 ~ 7.79	6.67	91.7	—	—	—
下游3#河口斷面	1.81 ~ 7.32	5.21	100	1.74 ~ 4.86	2.08	91.7	6.03 ~ 8.60	7.13	100	—	—	—

　　注：監(jiān)測(cè)斷面2#、3#河流水淺、清澈，未測(cè)透明度。

　　4 結(jié)論

　　4

　　1)伏牛溪主要超標(biāo)污染物為TN、NH3-N、TP和COD，流域點(diǎn)、面源污染嚴(yán)重。主要排污口排放NH3-N、TN和TP的負(fù)荷分別為50.5、68.2 和13.9 t·a-1，是面源負(fù)荷的2 ~ 4倍，COD面源污染負(fù)荷(875 t·a-1)是排污口排放負(fù)荷的2倍。

　　2)經(jīng)計(jì)算，伏牛溪的水環(huán)境容量NH3-N、TN、TP和COD分別為13.0、13.9、5.60、824 t·a-1。

　　3)現(xiàn)狀條件下的負(fù)荷削減計(jì)算顯示，NH3-N、TN、TP需要削減的污染負(fù)荷量分別為49.1、90和12.6 t·a-1，削減比例高于70%;COD需要削減的污染負(fù)荷量為476 t·a-1，削減比例為37%。

　　4)從流域角度整體統(tǒng)籌考慮，對(duì)伏牛溪實(shí)施開(kāi)發(fā)措施和工程措施。開(kāi)發(fā)措施主要在流域尺度范圍內(nèi)實(shí)施，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遵循低影響開(kāi)發(fā)的原則和策略，削減全流域面源污染負(fù)荷，并針對(duì)支流重點(diǎn)區(qū)域，進(jìn)行具體的面源控制措施設(shè)計(jì)。工程措施主要在河道兩側(cè)實(shí)施，采用包括河道岸邊帶重建工程、河流水污染控制工程和生態(tài)補(bǔ)水工程等工程技術(shù)措施。

　　5)經(jīng)過(guò)目標(biāo)可達(dá)性分析計(jì)算，并按照編制的伏牛溪水污染控制與水質(zhì)改善方案實(shí)施相應(yīng)的治理工程，河流主要污染指標(biāo)的平均濃度及達(dá)標(biāo)率滿足考核要求。(來(lái)源：環(huán)境工程學(xué)報(bào) 作者：雷沛)