1、荆门市竹皮河流域（城区段）水环境综合治理方案,/2016-07-22,一、水系概况二、主要水环境问题三、总体思路与治理目标四、系统方案设计五、具体治理工程六、工程建设规划七、可达性分析,汇报提纲,荆门市概况,荆门位于湖北省中部，全境以山地为主，辖境南部接江汉平原，全市国土面积1.24万平方公里，2013年末全市常住人口288.72万人。随着长江经济带战略的提出，兼有湖北“一带两圈”区域发展战略，荆门市既占“两圈”地理之便，又享“两圈”政策之利，成为交汇两圈城市群的重要活力廊道。,竹皮河流域水系分布,竹皮河流域水系基本特征,竹皮河属季节性雨源性河流，降雨分布不均匀；一般正常流量为1.21m3/s2、，枯水流量为0.40.5m3/s；自然径流量除暴雨期较大外，平时则很小；近些年上游支流经常出现干涸。原河道断面为梯形，河宽5-42米，水深0.5-4米。,竹皮河流域土地利用概况,荆门竹皮河（城区段）流域面积128.5 km2，其中居住用地34.4 km2，占流域面积26.7%；公共建筑用地、工业用地和道路用地，占比均约为17%；其中中心城区几乎全部为城市建设用地。,水系格局特点,竹皮河流域，从上游至下游分别为浏河、海慧沟、王林港及杨树港等。（1）典型的干支流格局，水系结构相对简单，支流流程短，坡降大。（2）流域地势呈西北高，东南低河流为典型山区河流，受季节性影响较大。（3）竹皮河为雨源型河流，3、源短流积，防洪压力较大。,河流水环境现状,河岸带破坏严重,河道内有建筑垃圾堆积；工业废水处理不彻底；河岸有丢弃的生活垃圾,水体流速低、生态退化,水体流速较低对河道水质具有不利影响：为藻类生长创造有利环境，不利于水体的复氧,水体污染特点水质情况,竹皮河水体功能划定为类水体，采用GB3838-2002地面水环境质量标准中所对应的标准来评价其水质。竹皮河城区段河流水体COD和氨氮等耗氧污染物的超标率和超标倍数均较高，污染严重。,（由荆门环境保护局提供）,单因子水质参数超标倍数（20022007）,（张洪斌等，人民长江，2010）,2011年水质数据,水污染特点内源污染,对底泥的营养盐和重金属指标进行4、发现，氮、磷超标相应标准，污染较严重。其中镉超标3.22倍，砷超标1.6倍，其他指标均在标准以内。,大量淤泥造成河渠水体持续黑臭。水体溶解氧被淤泥中污染物大量消耗，氧的缺乏降低了水体的自净能力，使水体转化为厌氧环境，生成黑臭物质；淤泥降低了水体行洪能力和自净能力。大量淤泥的存在堵塞了河道，对水安全和水生态健康带来了严重影响。,內源污染严重,河流水污染主要症状,多种污染物并存，耗氧污染严重主要负荷来源于点源（城镇生活污水和工业废水，占55-83%）黑臭程度：底泥污染严重，部分缓流河段出现一定程度的黑臭，水体氨氮、COD超标现象严重。,典型城市黑臭水体，氧亏效应显著，黑臭程度严重，主控污染物COD5、氨氮,当大量有机物和氨氮进入水体，在好氧微生物的生化作用下，消耗了水体中大量的氧气，使水体转化为缺氧状态，致使厌氧细菌大量繁殖，有机物腐败、分解和发酵使水体变黑、变臭；动植物残体在缺氧状态下腐败后形成的腐殖质类物质，通常带有较深的颜色，在光线折射下显示出棕紫色(类似湖泛后期的颜色)；缺氧条件下三价铁的微生物还原导致还原态铁向上覆水体扩散，同时硫酸盐还原菌作用产生还原态硫化物，Fe2+和 H2S 进一步反应生成的FeS是黑色，以胶体和吸附于微细颗粒物形式存在，表现出黑色。,水体为什么会发黑,因此可以用溶解氧或氧化还原电位作为景观水质评价的核心指标，其中的溶解氧指标也是国际通用的核心水质评价指标6、。,水体致黑机理,有机硫,硫酸盐,硫酸盐还原菌,H2S,S、硫化物,HS-、S2-,Fe2+,Fe3+,FeS,上覆水,沉积物,400mv,-200mv,200mv,0,-350mv,Eh值,氧 化,沉 淀,还原,有机质,有机硫,有氧呼吸,NO3-还原,Mn还原,Fe（）还原,SO42-还原,CH4生成,水体发黑主要是由于吸附了黑色FeS、MnS等金属硫化物的悬浮颗粒所致,水体发臭机理,水体发臭主要是因为厌氧微生物对有机污染物的转化过程中产生了大量H2S、硫醇、氨和胺等气态污染物,溶解有机物的生物氧化氨氧化：水中存在氨，硝化作用会消耗溶解氧水底沉泥有机质分解水生植物的腐败作用无机还原性物质的氧7、化,河流水体耗氧过程,核心指标：溶解氧辅助指标：BOD，氨氮，水量，流速，水温,黑臭水体治理相关水质指标？,中国地表水环境质量标准（GB3838-2002）,达标水处理过程中，BOD大部分已被消耗，入河主要是难降解的COD，对河流耗氧量DO的贡献有限；统计表明，CODMn小于10mg/L，CODCr至少在30-40mg/L以下时，DO达3mg/L以上；统计表明，CODCr在20mg/L以下时，DO达到6mg/L以上的概率能达到80%以上。,河流耗氧过程的COD控制原理和溶解氧目标解析,COD成分图,生态保护目标：NH3-N浓度1 mg/L（保证80%水体的毒性阈值低于HC5）供水水源目标：NH8、3-N浓度0.7 mg/L（南方水厂氯胺消毒工艺的控制量）,流域水体以一般景观为目标的NH3-N控制的阈值分析,按照监测数据统计得到的NH3-N的耗氧阈值（未排除BOD影响，数据来自2004-2009年八个重点流域的25727个监测数据）,流域水体以生态保护或饮用水源保护为目标的NH3-N控制的阈值分析,主控水质指标确定原则：提高河流溶解氧,一般景观水体标准：DO 3-5mg/L（-类)，COD 30-40mg/L（-类)，氨氮 2-3mg/L（稍微超类),加大耗氧物质减排与控制降低污废水排放总量控制COD、氨氮入河减少初期雨水入河量消除内源（淤泥）耗氧提高水体覆氧能力增加环境基流提高水流流速9、河道生态建设与恢复水生态健康河流生态岸边带结构完整河流水生态系统功能完整提高水体自净能力的环境工程措施,黑臭水体治理主要技术措施,问题综合诊断,1、污水收集率很低，城市排水系统设施欠缺,近年来，荆门城市建设发展迅速，但城市市政基础设施不足，未形成完整城市排水系统。截止到2011年，荆门市已建成排水管渠620 km，其中雨污合流管渠315 km，分流制污水管道305 km，分流制污水管道主要集中在南城区及部分东城区。竹皮河流域范围的污水排水系统，以竹皮河截污干管为骨架，以城市道路下合流管道为支管。,已实施截污段：截污干管破损严重 满负荷运行 溢水口低于蓄水位 管道中形成阻水，溢流,存在问题,未实10、施截污段：工业废水、生活污水直接排入竹皮河,2、城市截污工程问题突出,3、现有污水厂处理能力与区域污水排放量不匹配,4、城市化快速发展，临河生活垃圾、建筑污染堆放,及时清理和外运社区或建筑垃圾，可以降低垃圾对社区环境和水环境的影响。调查结果表明，竹皮河不同河段都存在大量垃圾存放，没有得到及时清理和外运的问题。大量垃圾的堆置，产生大量废液和有毒气体，严重影响了当地居民的身体健康，对城市面貌造成负面影响，垃圾渗滤液进入河流或地下水，影响了区域水环境。,污水管网,部分河段沿岸为建筑工地，施工现场开挖地面在雨水冲刷下水土流失严重，导致河道淤积；大量建筑垃圾堆积于河道，对河道造成污染。,地表径流TN和氨11、氮都远超过地表水V类水标准，如果未对初期雨水进行有效截留，初期雨水进入水体后会加剧河流、湖泊水环境恶化,5、下垫面硬化比例较高，初雨径流与合流制溢流污染严重,武汉城市集水区，1.3km22005年6月10日，35.0 mm,6、河流连通性弱，防洪安全问题突出,防洪标准：根据荆门市中心城区防洪规划，荆门城区总体防洪标准按照100年一遇标准设防；穿越中心城区的一般河道按50年一遇设防。分段设坝蓄水，虽有水但不是活水，即使周期性换水，大多时候蓄水是又黑又臭，与河道治理目标相背，且弊端众多：筑坝后坝内河水与管内污水互渗；截污干管溢水口低于蓄水位；筑坝后河床容易淤积泥砂；,目前整个竹皮河城区段共有7座坝12、，其中拦砂坝3座、拦淤坝1座、拦水坝3座。其中3座拦水坝分别位于浏河岛、龙泉公园、月牙岛下游。,7、河岸冲刷严重，河岸带结构完整性破化，多样性低，景观效果差,水体COD和氨氮降解系数,对于自然河流，夏季COD和氨氮衰减系数最高。在非汛期，COD和氨氮衰减系数又较夏季降低，为0.33和0.32。对于黑臭水体，DO常年在2 mg/L以下，水生态功能几乎完全丧失，COD和氨氮降解率在0.1左右，远低于水质和水生态状况较好的河段。,8、水环境监管能力有待加强,荆门中心城区基础设施建设不足，雨/污水收集管网建设滞后于城市发展，地表径流污染未得到有效控制。区域水环境规划尚处初级阶段，城市排水体制以雨污合流13、为主，降雨期溢流污染严重。区域缺乏水质-水量监控网络，河流分区管理与环境执法依据不足。区域水环境智能管理体系尚未建立，河流管理缺乏科学性、精确性。,治理目标确定原则,主控水质指标：城市景观水体功能标准河流水生态指标：仿自然河流岸态，水动力保障水安全指标：满足区域防洪标准,1、功能性：城市河流属于高度干扰、人工调控型，自然结构弱化，强调生态服务功能，景观良好2、安全性：防洪与水资源调蓄3、阶段性：需求导向，远近结合,治理目标,竹皮河达到地表水IV类标准，河流满足防洪安全要求，生态景观良好，生态服务功能健全,第一阶段（2016年2017年）：初效阶段保障河流基本流量，无垃圾、无漂浮物，透明度适中，14、基本消除河流黑臭。河流水质达到一般景观水体标准，主要指标DO5 mg/L；COD 30 mg/L；氨氮23 mg/L。第二阶段（2018年2020年）：稳定达标阶段保障河流流量，水体清澈，全河段彻底消除黑臭，河道生态景观良好。河流水质达到地表水IVV类标准，主要水质指标DO 6 mg/L；COD 2030 mg/L；氨氮 1.52 mg/L。,系统方案设计流程,污染源分析 排污口调查,排污口45个、雨水沟6条，排污涵5条。沿河排污口主要分布在海慧沟上游区段，和竹皮河下游化工厂房集中的区段，排污口类型包括明渠、涵管及临河直排等。,按照荆门市中心城区排水专项规划（2013-2030），2015年中15、心城区的综合污水量为36.1万m3/d，污水排放系数为80%，污水处理率为88%。,（说明：直排污水水质情况参考武汉地区城市污水污染物平均浓度；污水处理厂水质按一级B标准排放限值确定）。,污染源分析 入河点源负荷,污染源分析 入河面源负荷,荆门竹皮河（城区段）面积128.5 km2，其中居住用地34.4 km2，占流域面积26.7%；公共建筑用地、工业用地和道路用地，占比均约为17%；面源TSS年负荷为17923.2 t/a，COD年负荷为7537.5 t/a，TN年负荷为460.3 t/a，TP年负荷为53.2 t/a，氨氮年负荷为63.0 t/a。道路用地，占流域面积17.7%，面源污染负16、荷占30%，是面源负荷的主要来源。,水体现状环境容量估算与负荷分配,水环境容量是水环境单元在特定的环境目标下所能容纳污染物的量。,结合相关资料初步估算，竹皮河流域城区段水环境现状容量氨氮约为125t/a，COD约为6656t/a。,区域负荷分配是将水环境容量自实施主体分配到控制单元、排污口和污染源的过程。,负荷总量COD 15785t/a,氨氮 886t/a；为实现水质目标，分单元进行负荷削减，共削减COD 9129t/a，氨氮761t/a。,浏河单元,海慧沟单元,竹皮河城区段单元,水系连通与水安全保障工程目标,水系连通重点工程：实现城区100年一遇，河道50年一遇,1、底泥清淤工程（20公里17、）浏河 凯龙停车场上游；凯龙停车场至汇合口海慧沟海慧河二号桥至海慧河一号桥；海慧河一号桥至汇合口；其他支沟竹皮河城区段汇合口至青龙观桥；青龙观桥至水库；江山水库（若有必要）,2、河道防洪标准提升工程海慧河段（，）浏河段（，）竹皮河段（，）,竹皮河流域水利设施新建及改造工程,1、新建及改造拦河闸坝7处浏河段（2处）海慧沟段（2处）竹皮河段（3处）将城区段已有闸坝进行改造，升级为电控液压翻板坝；新建闸坝建议均采用翻板坝，即可冲沙清淤又可保证行洪安全。2、防洪涵洞维护及扩能,河流流量与水资源保障总体要求,符合防洪规划要求，保障区域防洪行洪能力；非常规水源资源化及合理化利用；水质目标可达及区域生态质量18、提升；根据区域地形地貌特征，保障水利调控经济性、科学性；通过流量保障工程，实现区域水系的动态连通性。,山区城市河流环境流量特点要满足枯水期生物栖息地所需的水量,解决河道断流或露滩问题；要有满足城市水环境质量要求的稀释净化水量；满足城市景观功能要求。,竹皮河城区段流量确定,河流生态流量选择的依据：维持河道水质的最小稀释净化水量；维持河流水生生态系统稳定所需要水量；维持河道外生态需水量，包括河岸植被需水量、相连湿地补给给水水量等。,Tennant法 针对美国河流12种生境类型调研获得,备注：以原河流平均流速为基准，若相应生境类型提升，则比例应有所提高。,R2-CROSS法 科罗拉多水利局（197319、年）,备注：以生境(水生生物)考虑，建议平均流速不低于0.3m/s；湿周率是现状过流断面上流体的周界线与原河槽过流断面的周界线的比值。,建议：整体工程方案实施后竹皮河城区段流量不低于原流量的30-50%；以生境计，流速不低于0.3m/s，流量约为0.5m3/s。,河流流量与水资源保障工程目标,竹皮河流域城区段流量保障工程比选,方案一,方案二,方案三,方案一：外调水源，利用四干渠从漳河水库调水向浏河及海慧沟补水；方案二：利用污水处理厂尾水进行补水；方案三：通过区域健康水系统构建，并通过区域水平衡对区域水资源统筹调控。,污染源,后果,需求,生活污水,工业污水,初期雨水,雨污混流直排入河,如何协调流20、域范围内截污与水量保障？如何协调经济投入与黑臭消除迫切性？,措施,污水处理厂扩容提标、尾水深度净化,目标,点源污染负荷消减80%以上，污水处理厂满足城市发展需要，出水尾水净化后作为内生水源补给入河,排水系统与污水厂提标改造工程目标,近期（2016-2020）沿河截污干管设计合适截留倍数,远期（2020以后）关键地区雨污分流,沿河截污干管建设工程,沿河截污干管与雨污截流井布置形式,优点：截污效果好，截流量可控截流污水水质稳定，利于污水厂运行,合流制截留倍数确定,截留倍数选择：结合当地暴雨强度和设计重现期，根据选用的截流倍数计算截流量，推算出溢流量，并采用河流水质模型对水质作预测，判断n0取值是否21、合理。,截留倍数一般受几个因素制约：受纳水体的保护标准及要求、已有的工程经验、项目投资情况、降雨情况，综合本地情况考虑，此截留系数n0取为 3。,国内外截流倍数n0的取值情况,已建管网检修与清淤工程,按照荆门市中心城区排水专项规划（2013-2030），2015年中心城区人口约60万人，2020年约为78万人，综合污水量为36.1万m3/d。,夏家湾污水厂扩容提标改造工程,污染物消减30-50%,近期15万吨/天，远期25万吨/天,采用A2O+反硝化滤池的组合工艺实现深度脱氮，实现出水水质优于一级A，满足流域河流水量调控的水质要求,污水处理厂尾水深度净化河漫滩近自然湿地,能有效降低竹皮河污染物22、负荷，同时增加河流基本流量，恢复河流生态服务功能。,工艺流程,竹皮河流域海绵城市建设总体目标,坚持问题导向与目标导向相结合，因地制宜地采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施。,水系雨洪公园,夏家湾雨洪公园,月牙岛雨洪公园,浏河雨洪公园,海慧沟雨洪公园,杨湾雨洪公园,竹皮河流域海绵城市建设试点工程布局,海绵城市建设主要技术/措施,高/主要过程；有时，决定于设计,源头分散式的雨水管理，利用城市景观管理雨水采用雨水花园/生物滞留设施在源头通过渗滤、滞留减少地表径流同时有效削减地表径流污染负荷,雨水花园/生物滞留设施,采用植草沟收集道路地表径流，在传输地表径流的同时，起到增加入渗降低径流污染的功能水塘/23、湿地承接区域地表径流，起到滞留、调蓄、净化地表径流的功能,植草沟、滞留塘,雨水花园/生物滞留设施构建,植草沟构建,一种生物促渗减流系统城市道路隔离带/绿化带植草浅沟,重庆园博园面源污染控制示范工程（2012-2015）,汇水面积55hm2，不透水地表面积约占总面积的43%；江南园湿地花园总占地15055 m2，有效设施面积12109 m2；有效解决片区的雨水污染问题，支撑保障龙景湖水体水质达到IV类。,河道底泥清淤工程,6、河岸冲刷严重，河岸带结构完整性破化，多样性低，景观效果差,水体COD和氨氮降解系数,对于自然河流，夏季COD和氨氮衰减系数最高。在非汛期，COD和氨氮衰减系数又较夏季降低，24、为0.33和0.32。对于黑臭水体，DO常年在2 mg/L以下，水生态功能几乎完全丧失，COD和氨氮降解率在0.1左右，远低于水质和水生态状况较好的河段。,问题解析,治理要求,现状环境,具体工程,设计目标,竹皮河河岸生态与景观恢复目标,无植被景观,河岸冲刷,滨河景观差,加固堤岸,植被群落恢复,生态景观提升,生态护岸建设,河岸带植被恢复,生态化、景观化、功能化,部分河岸坍塌,景观效果较差,河岸植物优化配置，重塑河岸生境，实现景观生态化建设,滨河景观构建,冲刷严重,生物多样性偏低,基本无自然景观,未结合城市发展规划,河岸冲刷&硬化,河岸植被,滨河景观,解决思路：自然河岸：河岸带生态恢复中心城区硬化25、河岸：自嵌式挡土墙,河岸生态修复工程,自然河岸,硬化河岸,自然河岸：河岸冲刷严重，植被种类单一硬化河岸：缺少河流生态服务功能,自嵌式挡土墙,城市中心区河段生态护岸构建工程,自嵌式挡土墙是加筋土挡土结构的一种形式，是一种新型的拟重力式结构，主要依靠挡土块块体、反滤土工布包裹、分层铺设土工格栅和填土夯实通过土工格栅和锚固刚连接构成的复合体自重来抵抗动静荷载，达到稳定的作用。,主要优点：基础尺寸较小、节省用料，无需后期维护，方便卸重复利用；无需砂浆砌筑，施工快捷方便，对地基承载力要求较低；柔性结构安全可靠，对形变适应能力较强，不容易破坏；生态景观效果好，可栽种水生植物等，充分发挥生态效益。,自然河岸26、带植被恢复,河岸植被退化，无法形成景观；河流分段坡降明显，构建河岸带要综合考虑不同河流断面特点；保证植物群落稳定，以近自然方式优化群落配置，提高河岸带生态服务功能。,滨河景观建设工程,工业源水污染防治与管理,对工业污染源与工业园区的点源排放进行综合治理，采取治污与减排工程措施切实削减排污总量；对竹皮河沿岸工业企业实行更严格环境管理，加强环境监管力度，杜绝污废水偷排漏排现象；近期确保各工业点源在厂区内达标，同时注意常规污染物和风险污染物的同步控制；远期实施区域清洁生产和产业结构调整,河流分区分段管理：对主要不同的河流设置分区分段，确定责任人，设置考核断面，纳入政府考核机制中，形成河流的长期有效管27、理。水质-水量监控网络：通过自动水质-水量监测站点建设，形成在线监控网络，实时数据采集和分析。智能水网管理系统：突出风险管理，化被动为主动，实现科技化、精确化、明确化的河流管理。流域水环境维护：河道维护管理、驳岸维护管理、河流常态化巡查、区域垃圾长效管理。,流域水环境长效管理,区域行政管理,水质-水量监控网络,智能水网管理系统,水环境维护管理,流域水环境长效管理,智能水网管理系统,流域智能水网管理系统包括：水质-水量监测网络、网络通讯平台、视频监控系统、数据管理系统、综合调度系统。整合供排水、防汛与水环境管理一体的智能水网管理系统，融入智慧城市体系，突出风险管理，变“应急管理”为“风险控制”管28、理。,河道日常维护：水面保洁清理、河道常态化和精细化管理、河道养护等。驳岸/湖岸维护：旱生植物浇水与修剪、水生植物收割与管护、挺水植物的防虫害等。区域垃圾管理：设置垃圾收集池、鼓励垃圾分类、垃圾及时清理运输等。,河流水体日常维护管理,水面保洁,河道管理,河道养护,植物修剪,植物收割,垃圾收集,工程建设规划,20162018年：污染治理攻坚阶段，河流基本消除黑臭,高污染负荷削减工程优先实施原则流域水安全保障工程优先实施原则综合治理保障工程优先实施原则,工程建设规划,2018-2020年：生态与景观建设提升阶段，水质稳定达标，长效管理体系建立,河流生态与景观建设完善与优化长效运营维护,水质目标可达,目标河流水质达到地表水IV类标准，主要水质上覆水DO6 mg/L；COD20-30 mg/L；氨氮 1.5 mg/L。,容量：COD为6656 t/a,氨氮为125 t/a。负荷量：COD为15785 t/a,氨氮为886t/a。应削减量：COD9129 t/a、氨氮761 t/a。,工程实施后总削减量应大于等于应削减量。,谢 谢！,