吳青霞,陳 濤,李欲如,李 軍

(1.杭州市市區(qū)河道監(jiān)管中心，浙江杭州 310000；2.浙江保利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，浙江杭州 310000；3.浙江省環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310007；4.浙江工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，浙江杭州 310014)

1 引配水對(duì)水體改善的重要性

近幾十年，社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)占用、各類污染物排入、二次污染等問(wèn)題造成城區(qū)水體環(huán)境和生態(tài)不斷遭到破壞，死水、斷頭河、底泥淤積、水體污染、水質(zhì)惡化等現(xiàn)象突出，部分水體存在著黑臭趨勢(shì)，因此必須要對(duì)城區(qū)水體進(jìn)行整治。城區(qū)水體的長(zhǎng)效綜合治理需主要從控污、治污和活水等方面做到宣傳、制度、資金、技術(shù)等保障，控污在技術(shù)上主要為截污納管，治污主要運(yùn)用物理、化學(xué)及生物等方法去除水中的有毒有害物質(zhì)?；钏钪匾募夹g(shù)手段是引配水，引配水對(duì)城區(qū)水體水質(zhì)的改善、水力條件的提高、淤塞的降低等方面具有綜合功效，對(duì)城區(qū)水體生態(tài)恢復(fù)起到了重要作用[1-2]。

2 引配水案例分析

2.1 杭州市西湖引配水

西湖位于市中心西側(cè)，南北長(zhǎng)約3.3 km、東西寬約2.8 km、周長(zhǎng)約15 km，目前湖面積約6.39 km2，平均水深2.0 m。湖內(nèi)白堤和蘇堤把西湖分隔成外湖、北里湖、岳湖、西里湖、小南湖5個(gè)湖區(qū)。環(huán)湖有金沙澗、龍漢澗等4條溪流入湖，全年徑流量約600萬(wàn)m3左右，湖面年降水量為562.9萬(wàn)m3。西湖作為杭州城市名片，數(shù)十年來(lái)，杭州市政府對(duì)西湖進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的綜合整治，引配水作為其中一項(xiàng)重要技術(shù)手段已取得了較好的效果。

引水之前，西湖水力條件較差，湖內(nèi)污染物不能夠快速擴(kuò)散，多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)處于劣Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)，部分區(qū)域出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。西湖引錢塘江水一期工程，從1985年2月1日開始興建至1986年9月30日建成通水，日引水能力為30萬(wàn)t[3]，使西湖的水質(zhì)得到了明顯的改善。但由于未進(jìn)行預(yù)處理就將錢塘江水直接引入，錢塘江的潮汐和水質(zhì)對(duì)西湖有較大的影響，年實(shí)際引水天數(shù)不足100 d，水質(zhì)和水量仍無(wú)法滿足西湖引水的要求。根據(jù)《1998年杭州市環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，西湖污染仍較嚴(yán)重，水體基本維持在原國(guó)家景觀娛樂(lè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 12941—1991)C類。1999年底，杭州市開始實(shí)施“西湖水環(huán)境綜合保護(hù)工程”，投資6 000余萬(wàn)元的引水工程主體于2003年9月10日正式通水，取水口位于錢江大橋東側(cè)北岸錢塘江閘口段江岸，設(shè)置西湖引水泵站，日引水能力為40萬(wàn)t：其中，30萬(wàn)t引水經(jīng)玉皇山引水預(yù)處理場(chǎng)沉淀池的混凝沉淀預(yù)處理后經(jīng)小南湖、長(zhǎng)橋?yàn)?蓮花峰)進(jìn)水口入湖；另外，10萬(wàn)t引水通過(guò)赤山埠預(yù)處理廠脫磷降濁處理后從浴鵠灣、烏龜潭、茅家埠等進(jìn)水口進(jìn)入湖西水域，入湖水的濁度和總磷含量有了較大幅度下降。目前共有圣塘閘、五公園、一公園、大華飯店、涌金閘、涌金池(金牛池)、柳浪、岳湖和北里湖9個(gè)可調(diào)控出水口，其中岳湖泵站(10.8萬(wàn)t/d)和圣塘閘(20萬(wàn)t/d)是下游城市河道引配水的主要水源。西湖引水量按西湖庫(kù)容量計(jì)算，相當(dāng)于一月?lián)Q一次水，其引配水簡(jiǎn)圖如圖1所示。西湖通過(guò)引配水、截污納管、清淤、治理等重要措施的綜合整治后，水質(zhì)逐步得到了明顯的改善(表1)。2016年湖內(nèi)水質(zhì)狀況優(yōu)，平均透明度達(dá)1.6 m，水質(zhì)符合或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)。

圖1 西湖引配水簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic Diagram of Water Diversion and Distribution for Xihu Lake

年份水質(zhì)情況備注1998～2002西湖污染仍比較突出,處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),水質(zhì)基本在Ⅳ～Ⅴ類20039月起,西湖水質(zhì)達(dá)到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),富營(yíng)養(yǎng)程度有所減少,但全湖仍處于中富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),水質(zhì)指標(biāo)尤其是總磷和透明度有所提高9月引配水工程正式通水2004～2008西湖水質(zhì)總體提高,與上年相比,總磷、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和透明度等指標(biāo)均有明顯改善,透明度不斷提高;全湖由中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)向輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變;部分區(qū)域水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)已符合Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),溶解氧符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)西湖引水和綜合保護(hù)工程起到了開始起作用2009～2014西湖水質(zhì)由輕度富營(yíng)養(yǎng)向穩(wěn)定達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)Ⅳ類要求轉(zhuǎn)變,平均透明度提高到139 cm,溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮均已穩(wěn)定符合Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)西湖引水和綜合保護(hù)工程起到了很大作用2015～2016西湖水質(zhì)狀況優(yōu),最大平均透明度達(dá)1.6 m,水質(zhì)穩(wěn)定符合或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)

注：2000年1月1日之前執(zhí)行《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—1988)；2000年1月1日～2002年5月31日?qǐng)?zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GHZB1—1999)；2002年6月1日開始執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)；下同

2.2 杭州主城區(qū)引配水

杭州主城區(qū)內(nèi)河縱橫交錯(cuò)，根據(jù)《杭州市水域調(diào)查》顯示，杭州市區(qū)繞城公路內(nèi)共有河道461 條，總長(zhǎng)為1 026 km，河道水面積為22 km2，河網(wǎng)密度達(dá)1.1 km/km2。杭州市區(qū)河道水質(zhì)總體較差，大部分河道常年處于劣Ⅴ類。

杭州市對(duì)城區(qū)水體進(jìn)行整治開始于20世紀(jì)80年代，在2000年6月開始進(jìn)行城區(qū)水體引配水工程?！笆晃迤陂g”杭州重點(diǎn)實(shí)施“錢塘江(珊瑚沙)引水入城工程”，工程線路總長(zhǎng)約12 km，總投資為9.2億元，工程主體于2009年6月30日全線貫通。杭州市又相繼于2008年編制《杭州市區(qū)河道引配水規(guī)劃》、2010年編制《杭州市市區(qū)河道配水詳細(xì)規(guī)劃》，并于2016年根據(jù)浙江省“五水共治”和新的河道水環(huán)境要求對(duì)《杭州市市區(qū)河道配水詳細(xì)規(guī)劃》進(jìn)行了修編，以流域?yàn)閱挝粚⑹袇^(qū)河道劃分為運(yùn)河地區(qū)(220 km2)、上塘河地區(qū)(105 km2)、之江地區(qū)(147 km2)、下沙地區(qū)(105 km2)和江南地區(qū)(294 km2)5大地區(qū)及錢塘江水域(60 km2)，共計(jì)總面積930 km2，主要以配水干流為界，根據(jù)水體流動(dòng)的相對(duì)獨(dú)立性細(xì)分為22個(gè)分片區(qū)；同時(shí)，將現(xiàn)狀河道網(wǎng)絡(luò)劃分為19個(gè)水級(jí)，分級(jí)管理，形成市區(qū)河道引配水的整體框架[5]。

以現(xiàn)狀河道網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，杭州市引配水工程由外圍引排水設(shè)施和內(nèi)部配水設(shè)施組成，兼顧排澇：外圍引水設(shè)施是將區(qū)域外的清潔水引入本區(qū)塊的引水工程，分別為沿錢塘江和苕溪布置的引水工程，錢塘江是主城區(qū)城市河道配水的主要水源，包括引水管渠、引水處理廠、引配水閘站等引配水設(shè)施，共計(jì)約有42個(gè)；內(nèi)部配水設(shè)施是引導(dǎo)和控制區(qū)域河網(wǎng)內(nèi)部河道水流方向和流量的工程，主要為配水泵站、翻水泵站、河閘站等，根據(jù)各河道水位要求，5個(gè)分區(qū)共計(jì)約276個(gè)配水設(shè)施。片區(qū)之間引水、配水、排水互為補(bǔ)充。杭州市區(qū)引配水工程現(xiàn)狀工況下的年引配水量共計(jì)33億m3，最優(yōu)調(diào)配方案下的年引配水量可達(dá)到37億m3，規(guī)劃引配水量為51億m3。

引配水后，杭州城區(qū)河道水體水質(zhì)明顯改善，城西余杭塘河以南地區(qū)所有河道基本達(dá)到Ⅳ類水體的標(biāo)準(zhǔn)，西部“四港四河”摘掉了劣Ⅴ類水體帽子，中東河水質(zhì)明顯改善，部分河道(段)水體提升到Ⅳ類以上標(biāo)準(zhǔn)，具體水質(zhì)改善如表2所示。

表2 1998年～2016年杭州市環(huán)境公報(bào)對(duì)城區(qū)河道水體水質(zhì)的描述[4]

2.3 蘇州古城區(qū)引配水

蘇州市區(qū)西臨太湖，東有金雞湖、陽(yáng)澄湖，南有石湖、澹臺(tái)湖，京杭大運(yùn)河從西北向東南繞城而過(guò)，河道密布，是中國(guó)的水鄉(xiāng)名城之一。蘇州以平原地形為主，地勢(shì)平坦，主要河道常年流速較低，總體上水西進(jìn)東出、北進(jìn)南出，易受太湖水位及沿江閘門影響，出現(xiàn)水流倒流現(xiàn)象。古城區(qū)由環(huán)城河環(huán)繞，全長(zhǎng)約16 km，環(huán)城河上承大運(yùn)河、太湖補(bǔ)給來(lái)水，下泄出水入長(zhǎng)江，古城內(nèi)主要河道約有28條、總長(zhǎng)約33 km，流入環(huán)城河的河道有肯江、上塘河、山塘河、十字洋河和元和塘，流出環(huán)城河的河道有大龍港、葑門塘、婁江、外塘河和老運(yùn)河。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，古城河道水量減少，水體流動(dòng)性差，整體水質(zhì)差，大部分水體透明度不足25 cm，污染排入增加，水質(zhì)日益惡化[6]。

蘇州在2012年編制了《蘇州古城區(qū)“自流活水”工程可行性研究報(bào)告》和《蘇州古城區(qū)河網(wǎng)水力學(xué)特性原型觀測(cè)報(bào)告》，并出臺(tái)《蘇州古城區(qū)河道水質(zhì)提升行動(dòng)計(jì)劃》以大幅提升古城區(qū)河道水質(zhì)。2013年蘇州古城區(qū)河網(wǎng)引配水工程——“自流活水”工程開始實(shí)施并啟用，運(yùn)用“因勢(shì)利導(dǎo)、江湖共濟(jì)、雙源引水、三點(diǎn)配水、活水自流、惠及周邊”等方法措施[7]，引配水簡(jiǎn)圖如圖2所示，其主要內(nèi)容有以下三點(diǎn)。(1)水源工程。水源工程為兩條引水通道，西塘河引水線路為利用現(xiàn)有工程；外塘河引水將現(xiàn)有外塘河樞紐15 m3/s的引水泵站擴(kuò)建至40 m3/s。(2)配水工程。新建四處配水工程：婁門堰工程位于東環(huán)城河婁門橋北，包括一座活動(dòng)溢流堰和一座潛壩；閶門堰工程位于西環(huán)城河五龍橋附近，包括一座活動(dòng)溢流堰和一座潛壩；長(zhǎng)島工程位于東環(huán)城河相門橋南側(cè)，包括一座潛壩；婁東堰工程位于外塘河入婁江口北側(cè)，包括一座活動(dòng)溢流堰。(3)輔助工程。包括平四閘及邱家村泵站改建工程，校場(chǎng)橋、單家橋拓寬擴(kuò)建工程，滄浪亭聯(lián)通工程等。該項(xiàng)目總投資估算為12 994萬(wàn)元，其中水源工程費(fèi)用5 624萬(wàn)元、配水工程費(fèi)用為3 928萬(wàn)元、輔助工程費(fèi)用為1 282萬(wàn)元、調(diào)度控制系統(tǒng)費(fèi)用為2 000萬(wàn)元，其他費(fèi)用為160萬(wàn)元[8]。

“自流活水”工程建成通水后，蘇州古城區(qū)河道流動(dòng)性大幅提升、水體水質(zhì)得到了明顯改善，2013年9月～11月，古城區(qū)水體COD 平均濃度為Ⅲ類、氨氮平均濃度為Ⅲ類、總磷平均濃度為Ⅳ類、溶解氧平均濃度接近Ⅳ類[7]，城區(qū)黑臭河道基本消除[9]。

圖2 蘇州古城區(qū)河道引配水示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Water Diversion and Distribution in Old Town of Suzhou City

2.4 其他引配水案例

引配水作為改善城區(qū)水體水質(zhì)的重要技術(shù)手段，已在國(guó)內(nèi)外較多城市進(jìn)行了實(shí)施。在國(guó)外，20世紀(jì)60年代，日本東京政府開始利用引水改善城市河道水質(zhì)，從利根川和慌川引水以改善隅田川的水質(zhì)，引水秒流量為16.6 m3/s，引水后隅田川的水質(zhì)有了較大程度對(duì)改善，其后又對(duì)中川、歌川等河道也進(jìn)行了引水；美國(guó)環(huán)境保護(hù)署亦引哥倫比亞河水置換Moses湖、引密西西比河水入Pontchartrain湖；法國(guó)通過(guò)修建運(yùn)河，引萊茵河水來(lái)恢復(fù)塞奈何-諾曼底流域的水環(huán)境。在國(guó)內(nèi)其他城市，如20世紀(jì)90年代，福州就通過(guò)引閩江水入城，提高城區(qū)河道流速、一天一換，以清理內(nèi)河水；21世紀(jì)初，通過(guò)從長(zhǎng)江流域引調(diào)水改善太湖及區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)的“引江濟(jì)太”工程的實(shí)施取得了良好的水質(zhì)改善效果；南京秦淮河區(qū)域亦通過(guò)引配水，將白鷺洲公園水系和秦淮河水系打通，改善了水系生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；嘉興市作為海綿城市建設(shè)全國(guó)試點(diǎn)城市，近年開展了“市區(qū)河道水動(dòng)力及防洪提升改造海綿城市工程”，改造杭州塘閘、平湖塘樞紐、三店塘樞紐、穆河溪樞紐、海鹽塘樞紐、改造海鹽塘、平湖塘樞紐啟閉機(jī)房，修正原有防洪設(shè)施，加強(qiáng)調(diào)度管理，增加市區(qū)河網(wǎng)水動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)河網(wǎng)水系有序流動(dòng)，提高河道水體水質(zhì)[10-11]。

3 城市引配水存在主要問(wèn)題

城市引配水雖然對(duì)城區(qū)水體水質(zhì)具有較好的改善作用，但實(shí)施過(guò)程中也存在著諸多問(wèn)題，主要有以下4點(diǎn)。(1)建設(shè)運(yùn)維成本高。以杭州市為例，2009年通水的“錢塘江(珊瑚沙)引水入城工程”總投資為9.2億元；市區(qū)河道配水詳細(xì)規(guī)劃修編實(shí)施工程總建設(shè)投資估算為11.3億元，年運(yùn)行費(fèi)用達(dá)5.9億元(2016年價(jià))。另外，外源水通常需要進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理才能滿足引水水質(zhì)要求，建設(shè)和維護(hù)預(yù)處理設(shè)施又需要大量的資金投入。降低建設(shè)運(yùn)維費(fèi)用已成為引配水重點(diǎn)，必須挖掘現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備潛能、合理利用地形地勢(shì)、增設(shè)連通河渠。(2)調(diào)度管理難度大。城區(qū)河道在起到引配水作用的同時(shí)，更要兼顧其防洪排澇的主要用途，而兩者在某些情況下可能是矛盾的。另外城市引配水往往需要大量的設(shè)施設(shè)備，如杭州城區(qū)外部引水設(shè)施有42個(gè)、內(nèi)部引配水設(shè)施有276個(gè)，如何有效合理的調(diào)度管理，關(guān)系到引配水效果、運(yùn)維費(fèi)用等。因此，需要在設(shè)計(jì)深入模擬各類調(diào)度方案、實(shí)施中根據(jù)現(xiàn)狀不斷優(yōu)化，利用VR、AI、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)手段來(lái)支持調(diào)度計(jì)算。(3)規(guī)劃模擬分析與實(shí)際情況差入較大。目前引配水主要運(yùn)用MIKE、RIBASIM、Delft3等各類水動(dòng)力及水質(zhì)模型，這些模型都有其條件性和適用性，不能普遍適用于各種河道實(shí)際情況；模型需要用的數(shù)據(jù)可能與實(shí)際情況有較大出入，導(dǎo)致建立的模型不準(zhǔn)確；另外，實(shí)際河道一些特殊情況無(wú)法數(shù)據(jù)化。因此，需要根據(jù)各模型軟件的特點(diǎn)和河道的實(shí)際情況，合理選擇，盡可能獲得準(zhǔn)確和足量的數(shù)據(jù)。(4)外來(lái)水源對(duì)本地生態(tài)的影響。引水水源往往來(lái)自域外，引水過(guò)程中往往不經(jīng)處理或簡(jiǎn)單預(yù)處理，其中的浮游生物、藻類、微生物，以及水源中的污染物質(zhì)等隨引水管渠進(jìn)入城區(qū)，對(duì)原有生態(tài)易造成影響，特別是部分源水氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較多、易造成河道出現(xiàn)水華現(xiàn)象；源水中攜帶的泥沙等對(duì)引配水設(shè)施造成破壞，一定程度上加大了城區(qū)河道的沉積和堵塞風(fēng)險(xiǎn)。因此，引水必須經(jīng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的處理，如混凝、沉淀、過(guò)濾等，以降低對(duì)城區(qū)河道生態(tài)的影響，有條件的城市可通過(guò)脫氮除磷工藝，經(jīng)人工生態(tài)系統(tǒng)緩沖引入。

4 引配水的展望

(1)加大污水再生利用。城市引配水需要穩(wěn)定并具有一定規(guī)模的水量，目前引水源主要是城市周邊的大湖大河，但這些水源由于其自身的徑流不穩(wěn)定性和水質(zhì)不穩(wěn)定性，對(duì)引入城區(qū)的水體亦造成了重大影響。污水處理廠出水作為城市第二水源，具有穩(wěn)定性、可靠性和充足性等特點(diǎn)。在技術(shù)上，城鎮(zhèn)污水再生處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，目前國(guó)家正在對(duì)全國(guó)污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，明確要求自2016年7月1日起新建污水處理廠和自2018年起敏感區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別省市如北京、天津、浙江等更是將地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高，向地表水Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)靠近，城鎮(zhèn)污水處理廠出水回用生態(tài)已無(wú)技術(shù)上障礙。在制度上，國(guó)家已在2002年和2007年分別發(fā)布了《城市污水再生利用》系列標(biāo)準(zhǔn)，允許污水再生利用于景觀環(huán)境。在總量上，2014年的城鎮(zhèn)污水處理能力已達(dá)1.57億m3/d，全國(guó)設(shè)市城市與縣城污水處理廠覆蓋率已近100%，這些污水處理廠出水可以穩(wěn)定地、大量地為城市引配水提供原水，為無(wú)外部引水水源的城市找到了另一個(gè)方案。目前，國(guó)內(nèi)外已有許多成功的先例，國(guó)內(nèi)也有許多城市如北京、深圳、包頭等，在城市污水再生利用方面均取得了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。

(2)加強(qiáng)雨水利用。雨水作為城市水體的重要補(bǔ)充，可作為城市引配水的重要水源。部分城市雨水資源豐富、年降雨量較大，但季節(jié)性、瞬時(shí)性較為明顯。目前，國(guó)家正在大力建設(shè)海綿城市，雨水利用是其中的重要內(nèi)容。部分城市為減少瞬時(shí)暴雨的危害，在城區(qū)建設(shè)了大容量雨水調(diào)蓄池，這可作為城區(qū)配水的重要水源和設(shè)施；另外，人工生態(tài)、城市景觀、微型水環(huán)境等城市海綿可以為城區(qū)河道提供微型配水和調(diào)蓄，并對(duì)雨水水質(zhì)進(jìn)行一定程度上的處理凈化。

5 結(jié)論

引配水作為活水的最重要技術(shù)手段，對(duì)改善城區(qū)水體水質(zhì)具有重要的作用，已被國(guó)內(nèi)外諸多城市所采用，并取得了較好效果。但引配水也存在著建設(shè)運(yùn)維成本高、調(diào)度管理難度大、規(guī)劃模擬與實(shí)際偏差大、對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)有一定影響等缺點(diǎn)，需因城施策，在宣傳、制度、資金、技術(shù)等方面做好保障，有效運(yùn)用現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施，合理規(guī)劃適時(shí)調(diào)整調(diào)度方案，盡可能收集相關(guān)模擬數(shù)據(jù)，運(yùn)用最新數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對(duì)引水進(jìn)行預(yù)處理甚至適度深度處理。展望城區(qū)引配水發(fā)展，需結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源情況、季節(jié)性特點(diǎn)等，具體情況具體分析，加大污水再生利用和加強(qiáng)雨水利用，以開拓引水水源、保障水源的穩(wěn)定和高質(zhì)量。

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