城市河流是指发源于城区或流经城区的河段,包括人工开挖的、经多年演化已具有自然河流特点的运河、渠系。由于受人类活动干扰强烈,这部分河段的水文特性和生态环境变化较大[1]。随着陆域的快速城市化,资源消耗增大、污染物过量排放,河流污染越来越严重,河流生态系统遭到破坏,导致水生态环境退化。
本文从修复技术手段、治理效果评价系统、管理机制等方面,总结以英国、日本和韩国为代表的国外河流治理模式。分析总结当今国内城市污染河流治理工作的探索成果和存在的不足,探讨适合国内城市河流系统性治理的规划方法。
城市河流的治理最初的目标以防洪为主,随着城市河流的内涵和功能的不断丰富,逐渐发展为综合治理的系统工程,重视河流生态修复和滨水景观建设,最终实现生态、经济、环境、社会、文化的融合与可持续发展[2]。当前,我国水污染形势严峻,治理城市河流污染问题已成为城市发展的重要任务。
国外对城市河流治理的研究和实践已有相当长的历史。1938年德国首先提出近自然河溪治理的概念,反思工业时代所形成的渠化河道。20世纪80年代以来,英、日、美等发达国家对城市河流的治理开始转向综合治理与生态建设,现已进入生态工程治理和近自然河流治理阶段。
泰晤士河全长402km,流域面积1.3万k㎡,流经英国十多个城市,为伦敦提供2/3以上的饮用水和工业用水。19世纪以来,随着工业革命的兴起,大量的工业废水、生活污水未经处理直排入河,河流水质严重恶化。由于爆发多次严重的霍乱疫情,泰晤士河的污染问题引起社会的高度关注。

从1858年开始,英国政府为整治泰晤士河不断进行探索。1859年,伦敦启动污水管网建设,在南北两岸共修建7条支线管网并接入排污干渠,但并未进行处理,只是将污水转移到海洋。为了更有效地控源截污,将1936年后兴建的190多个小型污水处理厂合并成15个较大的处理厂,有效提高治污效果。
20世纪60年代初,政府通过立法对工业废水做出严格规定,工业废水必须达标排放,或纳入城市市政管网。1985年10月,在泰晤士河流域的沃尔登建造了第一批芦苇床系统,此后又陆续建造了23个系统,最大的系统占地1750㎡,日处理生活污水224m3[3]。泰晤士河治理广泛应用曝气复氧技术,如在泵站处充氧、向泰晤士河支流和污水处理厂的排水充氧等,提高水体溶解氧含量,促进微生物代谢,有利于污染物降解[4]。
1876年,英国制定世界上第一部水环境保护法规《河流污染防治法》,实施依法治污。20世纪60年代以来,政府出台一系列法律法规和治污标准,建立起以水体为中心的区域性污染防治体制,由分散管理走向流域水资源水环境综合管理。1973年,修订后的《水资源法》将全流域200多个涉水管理单位合并成泰晤士河水务管理局,统一管理水资源、水处理和防洪等工作,统筹流域规划与管理,提出相关法令与标准,并成立研究部门。1989年,水务局转变为泰晤士河水务公司,承担供水、排水职能,政府建立了专业化的监管体系,负责财务、水质监管等,实现了经营者和监管者的分离。

从1858年至今,泰晤士河治理费用超过380亿英镑,资金来源主要有供水收费、上升供水股票、市场融资和旅游娱乐业等[5]。仅1987-1988年,泰晤士管理局总收入就高达5.97亿英镑,总支出3.86亿英镑,上交盈利2.11亿英镑,不仅推动泰晤士河的治理,更促进了城市发展。
泰晤士河流域分区实行不同的环境质量目标,对水体中DO浓度提出不同的要求,要求水体水质不能危害包括鱼类在内的水生生物的生存。监测结果显示,1955-1980年总污染负荷减少了90%,枯水季节DO最低点依然保持在饱和状态的40%[4]。20世纪70年代,鱼类重新出现并逐渐增多,到80年代后期,无脊椎动物达到350多种,鱼类达到100多种,水质达到饮用水水源标准。目前,泰晤士河水质已完全恢复至工业化前的状态。
1.2 日本隅田川治理
流经日本东京市区的隅田川,发源于日本关东地区甲武信山脉,全长23.5km,流域面积690.3k㎡。二战后,日本经济高速增长,东京成为国际化大都市,但隅田川因大量生活生产污水排入而水质急速恶化。1960年代初期BOD浓度达到40mg/L,远高于日本《河川水质标准》规定的10mg/L,污水收集率仅为10%。

为改善隅田川的水质,东京市采取的主要措施为完善市政管网,配以清淤和调水的工程手段。经过20年的努力,隅田川流域的污水收集率达到77%,BOD浓度降到6mg/L左右,满足当时的水质标准。随着隅田川水质改善,河流内鱼类种类和数量逐渐增多,水生态系统逐渐恢复健康。
从1985年开始,东京成立了一些以保护隅田川为目标的市民组织,发布保护河流生态系统的《隅田川宣言》。人们的关注点已从河流的水质逐渐扩展到生态。缓坡型海塘的修建、防洪墙的拆除和亲水平台的修建等,都逐渐在有条件的地段实施。历经20年的时间,创造出丰富多彩的开放式滨水空间,将居住、休闲、工作相结合,打造一种新型的都市居住模式。
由于工程量大、工程历时较长,为保证资金充足以满足长期的景观更新需求,项目聚集了中央政府、地方政府以及民间三方的共同投资,在规划以及方案修正中始终有市民的积极参与[6]。隅田川的综合治理不仅提高了河流景观特色,还提升了流域地区的产业结构,改善沿河居民的生活环境和品质。

在整体对待河流的治理思路上,日本学术界对以环境、生态为目标的治水过程有三段论:物质、生命、心灵,即污染控制、生态修复、人与自然关系修复三个阶段,每个阶段采取针对特定目标的治理措施[7]。1990年,日本政府提出“多自然型河川”工法,旨在保护河流生态环境和物种多样性,标志着日本治理河流的历程从“物质”阶段进入到“生命”阶段。2006年,日本国土建设部提出“多自然河川”工程模式,从小规模的修复工程转向全生态系统的管理,从水利工程建设转向河川管理,从独立的水利工程转向河流治理与当地的生活、文化和历史相融合。
1.3 韩国清溪川生态修复
清溪川是一条由西向东流经韩国首尔市区的河流,最终汇入汉江。随着韩国经济的快速发展,大量的生活污水和工业废水排入河道,导致清溪川污染严重。首尔市曾多次对清溪川进行疏通清理和防洪建设,但未能阻止清溪川被进一步污染,反而破坏了河流的自然生态环境。
20世纪50年代,清溪川被水泥板全面覆盖,其上建成公路,到1971年,又在其上建设高架桥。随着社会的发展,韩国认识到河流生态修复的重要性,2003年,首尔市政府开始拆除高架桥,启动了清溪川的复原和综合整治工程。整治工程于2005年竣工,历时两年零三个月,总投资约3.1亿美元。为恢复清溪川的水体环境,在两岸建造了截流式合流制排水管道,将直排污水输送至污水处理厂,其雨水径流截流倍数n取值为2,在降雨时还能截流初期污染雨水。为保证0.4m左右的水深和1.0km/h的流速,清溪川实施补水工程,补水来源有三个途径:
一是从汉江抽取江水经过净化和消毒处理后输送到清溪川的上游;二是清溪川各段均设有地下水和雨水收集设施;三是中浪污水厂再生水,作为应急供水水源。为恢复生物多样性,在清溪川中构造湿地、浅滩和水潭等自然生态空间,建造鱼类通道、修建多孔质植被护岸、多段式跌水设施等,以恢复和保护鱼类鸟类的栖息地[9]。
清溪川的整治结合各河段的自然特征和区位特点,营造多样性生态环境和打造亲水设施,将整体河道分为三段:西部上游河段位于韩国政治和金融中心,景观设计上体现现代化的特点;中部河段穿过东大门地区,那里是韩国著名的日化商品市场,在设计上强调滨水空间的休闲特性:东部河段周边地区是普通市民居住的地方,景观设计上强调自然和生态的特点。

在清溪川整治过程中,建立了以政府为主导的公众参与制度,广泛征求居民和专家的意见,给予沿河居民充分的知情权、参与权和建议权[10]。首尔政府通过政策协议会、商人对策协议会等多种正式和非正式协商途径,处理不同利益群体之间的矛盾与纠纷。项目还与有关政府机构紧密合作,建立若干临时办公室,以利于加强与地方部门的联系,同时还有25个独立团体参加与市民的联系和人员培训等工作[11]。此外,NGO成为负责特定设施物的选址、组织和团结居民的重要团体,对政府计划实行监督和批评[12]。
清溪川河流改造项目以生态学和循环经济理论为指导,将城市住宅、交通、基础设施合理分布,提升河道的生态服务功能,为市民提供适宜的人居环境;提升城区建设水平,吸引投资,推动沿河流域的土地升值,带动沿河流域的服务业、商业和旅游业的发展[13]。由于清溪川整治工程是一项政治导向的景观工程,工期较短,整治后仍存在一定问题。在生态恢复方面,对于河流生态和长效经营等问题考虑不足,水深较浅、流速较慢,夏季时仍可能发臭,河床底部和两侧铺设防渗层,不利于生物的生长;清溪川80%的水均来自汉江的补水,而且设置较多的人造景观,后期维护管理成本较高;在历史文化挖掘方面,由于工期较短,对当地历史文化挖掘不够充分[14]。
我国对河流生态修复的认知始于20世纪90年代,一些城市将河流整治工程与防洪、治污结合,开始探索河流生态景观建设。2005年以来,我国河流生态修复工作进入了快速发展阶段,各城市陆续开展城市河流治理工程,对河流进行综合整治和管理。
深圳福田河是深圳河的支流,位于深圳市中心,北起梅林坳积水塘,南至深圳河入海口,干流全长6.8km,流域面积15.9k㎡。由于市政管网排水能力不足、错接乱排和管理不到位等原因,河流水体受到严重污染,河底河岸硬质化、河道生态功能缺失,防洪标准不足50年一遇。
福田河流域建成区已建成分流制排水系统,但错接乱排和管理不到位等问题导致雨污混流现象仍十分普遍。为改善福田河水环境质量,2005-2006年,政府对福田河流域完善截污和正本清源,基本实现了沿河点截污或总口截污,减少了入河污水量,但仍然存在市政污水管网排水能力不足和截污口淤积堵塞等问题。2009-2011年,深圳市政府开展福田河整治工程,起于北环箱涵出口处,止于福田河河口,干流整治长度3.9km,支流1.1km,总投资3.58亿元。
完善防洪排涝系统,在河道中上游增设滞洪区以削减洪峰,建设滞洪区与河道组合效应的防洪体系;沿河截污,设置截流管道或箱涵进行末端截流,保证旱季截污率达100%,敷设截污管涵6.78km,新建2.1万m3调蓄池,减少初期雨水污染;清淤疏浚,实施河段总长5.07km,淤泥量约为57000m3/d;建立补水系统,敷设补水管5.26km,补水量3.8万m3/d;河口建闸,截断顶托海水污染,增大河水交换;曝气充氧,利用人工曝气加速水体复氧,结合景观设施如跌水、瀑布、喷泉等来提高水体的氧含量;河岸改造,根据不同河段特点采用不同的护岸材料;建造人工湿地,在人工湖内种植多种水生植物,如芦苇、风车草、芦荻、纸莎草和美人蕉等,促进水体生态修复的效果[25]。
通过对生态景观的人性化设计,打造层次丰富的河流及沿岸风光。结合红荔路段防洪滞洪区建设,塑造疏林草地、高低错落、山水相间的沿河地形,增加了河流亲水性;沿河岸布置福田河绿道,北起笔架山北环路,南至滨河路,成为城市中心区的重要生态景观走廊[15-16]。经过综合整治,福田河水环境得到改善,防洪标准达到100年一遇;景观提升和绿道系统实现了河流和公园的有机融合,河流环境的改善激发了水岸空间的边际效应,经济效益显著,如位于中游河畔的田面村“设计之都”产业园,由于河流水环境改善,吸引了一大批国外知名公司的入驻。
刘雪朋等[17]研究表明,福田河治理后水质明显好转,但是氨氮和总磷均超过地表水V类标准;福田河有机污染综合指数呈现下降趋势,2005年河流为严重污染,2014年中游为中等污染,但下游仍为严重污染;福田河生态系统恢复较为缓慢,但已有正向演替的趋势。补水水质较差、河口水闸导致水力停留时间较长及感潮河段水动力不足是水环境难以彻底改善的主要原因。
东濠涌是珠江广州段的主要河涌之一,位于越秀区,北起麓湖、南入珠江,流域面积12.47k㎡,全长4.51km,其中麓湖-东风路段为2.62km暗渠段,东风路-珠江段为1.89km明涌。2001年,广州市政府进行麓湖截污工程以防止污水污染麓湖,湖区周边的生活生产污水改排汇入东濠涌,造成东濠涌水体发臭,涌底淤积,整体环境恶劣。为了整治河流污染问题,广州市政府自上世纪90年代开展整治工程,但效果一直欠佳。2007年,政府为迎接2010年亚运会,对东濠涌加大整治力度,耗资近10亿的东濠涌综合整治工程于2010年基本完成。
越秀区全面摸清辖内4条河涌沿岸193个排污口和428个污染源的情况,进行查处整治,后期开展了3次沿岸污染源复查行动,巩固整治效果[18]。实施东濠涌截污工程,中上游建造合流渠箱,下游进行明涌截污,用渠箱把污水运至东濠涌泵厂,再由东濠涌泵厂引水到猎德污水处理厂进行处理;在合流渠箱与明涌截污分界点处设置截污闸,截流倍数为2,雨天溢流时打开截污闸,合流水直排珠江[19]。仿照韩国首尔清溪川的模式,从珠江用泵站调水到越秀桥水质净化厂,经过处理之后,排入东濠涌进行补水。

东濠涌沿线开展景观提升工程,改造原有硬化河岸和河床,拓宽河道、建造生态堤岸。根据各河段的生态环境及区位特点,营造独具特色的亲水空间景观,形成古榕树绿荫小广场、揽翠桥广场、康体休闲广场等8个景观节点[20]。充分挖掘广府文化,设立以河涌为主题的博物馆和治水碑记,恢复6座历史名桥的原貌等,展示广州迷人的河涌历史文化及亲水休闲的生态文化。
通过三级河长制推动东濠涌管理规范化,各级河长按照职责分工,定期对东濠涌开展巡查,发现问题及时联系相关责任部门进行整改处理。此外,建立以越秀区建设和水务局水务科指导、越秀市政管理所监督、维护所实施日常巡查三级管理制度,缩短处理时间,形成逐级协调解决、层层上报的工作联动体系。
东濠涌的综合治理取得明显成效,水质已达到国家地表水Ⅳ类水质标准,位居广州市重点整治河涌水质的首位。但在治理过程中,也出现管理方面的问题。政府部门多头管理,不同部门从自身的资金安排、功能要求出发制定方案,互不协调,整体工程效果受到影响。
常德市建成区面积95k㎡,城区水系发达、河网密布,穿紫河和护城河两大水系贯穿全城。由于城市的发展,河道变窄变浅,居民生活污水和工业废水直排河中,水体黑臭严重。在2016-2017年向社会公布的第一批、第二批黑臭水体清单中,常德市黑臭水体共计20个。为此,常德市加大黑臭水体整治力度,结合海绵城市建设开展黑臭水体整治工作。
常德市先后启动了穿紫河、护城河等清淤工程,减轻底泥污染,恢复河道断面;完成皇木关污水处理厂一期二期建设项目;实施雨污分流工程,对穿紫河沿岸110个雨水口进行截流、封堵,把混接到雨水管的污水截流到污水管,建设截污干管和合流制泵站,将直排污水截流至污水处理厂,对穿紫河、护城河沿线雨水机埠实施改造,利用封闭式调蓄池,将雨水和污水分开,提高污水厂的进厂污水浓度。
在提升内河水质的基础上,常德市对河湖实施生态修复。先后恢复了渐河、花山河、柳叶湖、穿紫河等城市水系的自然连通;引阮江水进入江北城区水系补水,保持生态基流;在穿紫河新建生态滤池9座,净化初期雨水并补充河道生态用水;建设总长达54km的生态岸线;重构并优化水体动植物种群结构,提升穿紫河、滨湖公园等水体自净能力。为实现水生态、水景观和水文化的有机融合,常德市致力于挖掘水文化底蕴和开发水旅游资源,建成了常德河街、老西门文化旅游街区和德国风情街等一批风格多样的水文化载体群落。
常德市海绵办内设的黑臭水体整治组负责黑臭水体专项整治工作,制定了《常德市城区黑臭水体专项整治工作方案》,下发了《关于市城区黑臭水体整治实施意见》,明确黑臭水体整治的目标和任务,确定了责任主体单位。为强力督导确保黑臭水体整治进度,市住建局成立了督导工作领导小组,对黑臭水体整治项目采取“日调度、周调度、现场调度相结合”的方式进行督导。
常德市黑臭水体治理尝试融合多种筹资方式以解决治水投资大的问题,老西门项目总投资16.72亿元,其中护城河专项治理投入8115万元,融资渠道包括企业自有资金、企业发行债券、银行贷款、社会资本和政府棚改补助等五个方面。通过大量引入社会资本,有效解决了项目融资难问题,减少了政府的直接投入。通过一系列举措,2018年,常德市城区主要黑臭水体已经消除,水环境得到明显改善,初步实现“水安、水净、水流、水亲、水游、水城”的目标效果。
深圳市鹅颈水为茅洲河一级支流之一,流经光明区凤凰城,位于深圳市国家海绵城市试点区域内,水库溢洪道以下河道总长约5.6km,流域面积16.1k㎡。鹅颈水黑臭水体段范围为光侨路至茅洲河河口段,长4.14km。整治前,整个河段内河水黑臭,存在各种垃圾漂浮物,河水汇入干流,使得茅洲河流域水质严重污染。光明区政府把握“控源截污、内源治理;活水循环、清水补给;水质净化、生态修复”的基本技术路线,开展鹅颈水综合整治工程。目前,鹅颈水综合整治已基本完成控源截污,取得初步整治成效,但与水环境生态修复的目标仍存在一定距离。
分析国内外城市河流综合整治工程案例,总结河流生态修复的经验,为深圳市鹅颈水综合治理提供借鉴。河流系统性整治宜以流域为空间单位制定规划,全流域统筹规划,对河流的水环境特征进行梳理,制定修复目标。明确规划年限内不同阶段的主要任务,河流水环境修复分为三个阶段:外源污染的控制、河流水质的修复、河流生态系统的恢复,应针对不同阶段的特点有侧重点地开展不同的工程措施[22]。建立全过程生态监测系统,评估河流生态系统的演变,按照负反馈规划设计方法调整河流治理方案。
3.1 水环境特征梳理与目标制定,是河流系统性治理的基础
通过野外调研和历史资料收集,开展河流生态系统现状调查与综合评价工作,调查内容有水文气象、水质、地貌和生物和社会经济等。对比分析流域的现状与历史状况,研究河流生态系统的演变趋势,识别关键生态要素。建立河流生态状况分级标准,合理评价河流的生态状况,确定河流当前所处的修复阶段,合理规划不同修复阶段所需时间,综合考虑资金投入规模和技术可行性,明确各阶段整治工程的重点内容。在与社会经济发展规划以及流域综合规划等相关规划协调、衔接的基础上,确定规划的总体布局。

包括污染物的源头减排、集中污水处理、沿河截污工程和城市降雨径流污染的控制等,核心是尽可能多地减少入河污染源。外源污染的控制是开展其他治理措施的基础,重视完善市政管网建设,控制污水的入河量,提高污水收集率。鹅颈水综合整治工作可以结合海绵城市建设,充分利用低影响开发设施,如下凹式绿地、生物滞留设施和绿色屋顶等,从源头上控制初期雨水污染,减少面源污染,减轻入河污染物的排放压力。
3.3 河流水质的修复,建立在城市河流外源污染控制与治理的基础上
河流水质修复技术可分为物理法、化学法、生物法。物理法包括底泥疏浚、引水冲污、底泥覆盖等。化学法主要是指向污染水体中投加化学药剂,通过药剂与污染物质发生化学反应,去除水中污染物的一种方法,主要包括强化絮凝、化学氧化和化学沉淀等。生物法包括微生物修复技术和生态修复技术,微生物修复技术有投放生物菌种或微生物促生剂、生物膜法和曝气复氧法,生态修复技术有植物净化技术、人工湿地技术、稳定塘技术、渗流生物膜净化技术和多自然型河道构建技术等[23]。
其中,补水、曝气复氧和清淤是常用的工程技术手段,对提高水体的环境容量、提高水中溶解氧和控制内源污染起到良好的作用,为水体中的生物提供良好的生存环境条件。
3.4 河流生态系统的恢复,是实现河流生态系统持续健康的重要保障
河流生态系统的恢复和重构包括生态河流结构的构造和健康生物链的构建。通过生态保护和生态工程技术恢复河道的自然属性,利用自然恢复或进行人工强化,实现河流生物群落的恢复,形成生态和谐、生物多样性丰富、功能健全的生态型河道,促进河流生态系统的稳定和良性循环。滨河景观建设也是该阶段的重要任务,对水体及其周围陆域功能、景观、环境等方面进行综合考虑,将水文化建设有机地融入其中,增加河流景观的持久性和生命力,致力于创造生动、优美、富有特色的城市滨河空间。
河流生态修复规划应包括生态系统监测网络的规划,建立河流生态系统评价指标体系[24]。河流生态系统始终处于动态变化之中,尤其河流整治工程的实施对河流生态系统产生较大扰动。从工程开始之时就应建立监测网络,获取水体变化信息,掌握河流生态系统演变趋势,评价整治工程的影响和效果。当前,国内河流修复效果评价主要从水质出发,根据国外河流修复案例,国外还结合水文、生物变化等进行综合评价,全面反映河流生态修复的动态变化。在监测和评估的基础上,按照负反馈规划设计方法,调整完善规划和整治方案,逐步实现修复目标。

3.6 河流管理,是实现河流长治久清的重要举措,应坚持工程措施和管理措施并重
我国应继续完善水环境保护的法律法规,实施依法治河,加大执法力度,结合河长制加强河流日常管理。在国外河流治理的过程中,均有良好的公众参与度。深圳市河流整治过程中应调动公众参与积极性,结合我国的特点完善参与机制,充分发挥公众监督和建言献策的功能,有助于河流修复工程的实施和长期的河流管理维护。由于河流治理投入资金巨大,应善于融合多种筹资方式,激活社会资本,缓解当地财政压力,能有效推动河流治理进程。
河流治理宜在流域的尺度进行总体规划,由于河流穿越不同行政区,河流治理的工作涉及市政、城市规划、环保、水利等多部门的工作任务,各区政府间、各部门间的沟通协调效率影响重大,莱茵河的治理中各国政府的沟通协调方式、英国泰晤士河的涉水管理单位合并以及日本一级河流归中央政府统一管理等模式值得参考借鉴。
*本文在写作过程中,收集整理了大量国内外的资料,限于篇幅,无法全部展现,在此对提供资料的各方表示衷心的感谢!
参考文献详见:
http://xy1qo2pki9ewx9os.mikecrm.com/5c53oQ3
作者
汤茵琪,硕士,深圳市城市规划设计研究院助理工程师
任心欣,教授级高级工程师,深圳市城市规划设计研究院副总工程师