孫 磊，馬 巍，吳金海，班靜雅，齊德軒

（1.中國水利水電科學研究院水生態(tài)環(huán)境研究所，北京100038；2.云南省水利水電勘測設計研究院，昆明650021）

隨著我國經濟社會的快速發(fā)展和城市化進程的加快，受城市污水收集、輸送、轉運及處理系統(tǒng)建設滯后、不合理的水資源開發(fā)利用及雨污合流等諸多因素影響，大量污染物質未經有效處理直接匯入附近河道及周邊塘庫，致使我國許多城市河流出現(xiàn)水體黑臭現(xiàn)象。根據(jù)國家城市黑臭水體治理監(jiān)管平臺發(fā)布，全國范圍內中小黑臭水體分布廣泛，截至2020年2月，全國已全部認定黑臭水體2 869 個［1］。2015年國務院發(fā)布的《污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）對黑臭水體問題提出明確要求，到2020年，我國地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內；到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除［2］。城市水體黑臭問題，不僅使城市社會與經濟發(fā)展受限，并影響城市生態(tài)文明形象，也給人民群眾帶來了極差的感官體驗，城市黑臭水體治理已成為推進海綿城市建設并提升城市生態(tài)文明形象亟須解決的重大水環(huán)境問題。目前，我國城市黑臭水體治理從生態(tài)學、水污染治理等角度開展研究的占比達到了92%［3］，而水利工作在城市黑臭水體治理過程中應發(fā)揮的重要作用卻常被忽略。本文基于國內學者對城市黑臭水體治理的研究成果，歸納總結城市黑臭水體成因、治理進展及其治理過程中存在的問題，并結合水利措施的技術需求，提出城市黑臭水體治理的水利措施體系，以期為后續(xù)城市黑臭水體的綜合治理提供參考依據(jù)。

1 城市黑臭水體概念與成因

1.1 城市黑臭水體的概念辨析

城市河流是構成城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，肩負著城市防洪排澇、景觀美化、生態(tài)廊道、氣候調節(jié)及親水平臺等諸多重要職責與功能［4］。水體黑臭是由于河流中過度納污而導致水體中供養(yǎng)和耗氧失衡而產生的一種極端現(xiàn)象。黑臭水體水質通常劣于《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）中的Ⅴ類標準，水體溶解氧濃度一般小于2 mg/L。由于城市黑臭水體影響因素眾多，成因復雜，至今未有明確定義，在2015年8月住房和城鄉(xiāng)建設部編制的《城市黑臭水體整治工作指南》中，將城市黑臭水體定義為“以百姓的感官判斷為主要依據(jù)，城市建成區(qū)內的具有令人不悅的顏色或散發(fā)令人不適氣味的水體”［5］。

1.2 城市水體黑臭的成因識別

水體黑臭的形成是由于大量有機物進入水體，好氧微生物通過生化作用分解有機物并大量消耗水中溶解氧，從而導致水體缺氧。同時，在缺氧條件下厭氧微生物大量繁殖，將有機物分解為許多致黑物質（如FeS 和MnS）和致臭物質（如H2S 和揮發(fā)性有機硫化物），致使水體黑臭［6］。城市水體黑臭的直接原因是水中溶解氧含量過低導致厭氧或無氧反應而使水體變黑發(fā)臭，但其根本原因仍是入河污染物遠遠超過了水體的環(huán)境容量，而污染物來源包括外源流入和內源再釋放［7，8］。通常情況下，城市河流變黑發(fā)臭的原因主要包括外源污染流入、內源污染再釋放、水力與水循環(huán)條件的改變及其他原因等方面。

（1）外源污染。外源污染大量流入是造成城市水體黑臭的主要原因之一。改革開放以來，中國經濟高速發(fā)展四十余年，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化腳步的加速，城市人口逐年上升導致城市的生產生活排污量不斷上升，加之城市配套的污水收集管網和處理設施尚不完善，城市的集污、排污及治污設施脫節(jié)的現(xiàn)象普遍存在，從而造成大量污染物流入城市河流［9］。例如上海的蘇州河、青島的李村河及長沙的圭塘河等均是由外源污染物大量流入，水體中的溶解氧不斷被消耗，造成水中溶解氧含量逐步減少，進而通過產甲烷菌等微生物進一步分解，產生H2S、CH4、NH3等氣體，形成致臭物質，進而使水體發(fā)臭。

（2）內源污染。長期外源污染物流入，在微生物的共同作用下，積累的污染物質隨著泥沙、各種垃圾及腐殖質沉積在河道內并逐步形成內源污染，并時刻與上覆水進行交互作用。底泥是河流中內源污染物富集的地方，含有大量的氮、磷等營養(yǎng)鹽和有機污染物，在水力沖刷及人為擾動影響下，引起沉積底泥釋放出大量的污染物，導致大量的懸浮顆粒漂浮在水中，從而引起水體黑臭。如德國埃姆舍河［10］、江蘇滆湖及云南滇池［11］等均是內源污染的代表。另外在水體中存在有機物時，河底淤泥表面也會些黏附少量的放線菌、藍藻類細菌等微生物代謝作用產生的甲烷也存在釋放污染物的風險［12］。而懸浮顆粒物含有的FeS和MnS易被氧化，本身對水體起著致黑的主導作用［13］。

（3）水動力條件的改變。“流水不腐，戶樞不蠹”，在污染負荷未超過水體環(huán)境容量的前提下，水動力條件是城市河流水體出現(xiàn)黑臭的重要驅動力因素，水動力學條件不足也是引起河道水體黑臭的重要原因之一，例如水體流速緩慢、河道基流不足以及河道渠道化、硬質化等都有可能導致河道黑臭。一些城市的內河、內湖基本上處于半封閉、封閉的狀態(tài)，所以河道里的水體沒有足夠的流動性，盡管內河水體本身具有一定的自凈能力，但是水體流速緩慢，無法攜帶大量氧氣進入水體，當水體中溶解氧濃度低于2 mg/L 時就容易產生黑臭水體［14］。張敏和楊芹偉等［15］在分析浦東新區(qū)城市河道水體黑臭原因時指出，河道污泥淤積會導致的河床抬高、閘壩阻攔造成河道流水不暢，甚至形成死水，導致水環(huán)境惡化。呂佳佳等［16］認為人為過度開發(fā)河網資源，占用河流兩岸灘地，肆意修建水利工程，河道渠道化、硬質化等，會導致河道系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境異質性降低、污染物積累、水體自凈能力減弱及生態(tài)系統(tǒng)退化，最終導致水體呈現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。

除上述原因外，溫度較高的工業(yè)高溫廢水、污水處理廠退水以及生活污水等排入河流，將加快水體中微生物分解有機物及氮磷等污染物的速度，導致溶解氧含量降低，從而釋放發(fā)臭氣體［17］。Wood 等［18］研究發(fā)現(xiàn)，放線菌當水溫達到25 ℃時最活躍，河流最易出現(xiàn)黑臭。此外，如航運污染、石油泄漏等也是導致河流水體發(fā)黑發(fā)臭的重要因素［19］。

2 城市黑臭水體治理研究進展及存在的問題

2.1 城市黑臭水體治理研究進展

根據(jù)2016年環(huán)境保護部對我國295 個地級以上城市黑臭水體排查結果顯示，全國黑臭水體數(shù)量達1 880 個，重度污染613 個，輕度污染1 267 個。位于南方城市的黑臭水體有1 197處（64.3%），位于北方城市有664 處（35.7%）。結合我國省級行政區(qū)劃情況，可以發(fā)現(xiàn)我國的黑臭河道沿“黑河騰沖線”，集中分布在東南地區(qū)，黑臭河道的密集程度與經濟發(fā)達程度成正比。同時在環(huán)渤海經濟圈、長三角經濟圈、珠三角經濟圈表現(xiàn)地最為明顯［20］（圖1）。

圖1 我國城市黑臭水體分布圖Fig.1 Distribution of urban black-odorous water in China

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2020年2月，全國已全部認定黑臭水體2 869 個，正在治理中的556 個，完成治理的2 313 個，完成比例達80.6%，治理的黑臭水體總面積達到2 454.831 km2。其中環(huán)渤海經濟圈黑臭水體治理已達初步目標，長三角經濟圈黑臭水體治理已初顯成效，具體治理進度如圖2所示［21］。廣東經歷了30 多年爆發(fā)式增長，累積了很多環(huán)境欠賬，如今廣東已完成80%以上城市黑臭水體的治理，尤其廣州、深圳市建成區(qū)黑臭水體（包括新增）消除比例高于90%［22］，基本實現(xiàn)長治久清。

圖2 長三角、環(huán)渤海經濟圈黑臭水體治理進展圖Fig.2 Progresses of urban black-odorous water governance in the Yangtze River Delta and the Bohai Rim Economic Circle

根據(jù)2018年6月，中共中央國務院發(fā)布《中共中央國務院關于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》中要求打好城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)。明確到2020年，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體消除比例達90%以上。目前我國黑臭水體治理效果與預期目標仍有較大的差距?？赡車鴥纫恍┏鞘泻拥浪|治理工作還仍然僅僅依賴于一次性工程投入，尚未建立后續(xù)穩(wěn)定提升水質的常態(tài)化治理機制，水體黑臭現(xiàn)象有可能再次發(fā)生。

同時由于黑臭水體的成因復雜，需要根據(jù)水體的污染原因、污染歷史、污染程度和治理階段的不同以及環(huán)境、氣候和水力條件，有針對性地選擇適用技術和確定組合模式?；趪鴥韧鈱W者對城市黑臭水體治理的研究，歸納并總結當下黑臭水體的治理措施（見表1）［23，24］。

表1 城市黑臭水體治理措施表Tab.1 Treatment measures for urban black-odorous water governance

續(xù)表1 城市黑臭水體治理措施表

2.2 城市黑臭水體治理存在的問題

（1）黑臭原因不清楚。部分城市為了完成2020年黑臭水體數(shù)量降到10%以內的治理目標，而沒有系統(tǒng)地進行前期資料收集與未能識別出水體黑臭的真正原因。例如部分是由于水動力條件不足導致的水體黑臭，有些是因河道無生態(tài)基流或生態(tài)基流不充足導致的水體黑臭等；由于無法對黑臭水體進行有效地分類，從而采取針對性的措施。例如韓國清溪川［25］的前期治理錯誤地采用了“河渠加蓋”的措施，導致了清溪川的水質進一步惡化。

（2）治理路線不清晰。目前大部分區(qū)域單純地以行政區(qū)域劃分進行分段治理，沒有對不同支流的黑臭水體按照匯水單元進行統(tǒng)籌考慮［26］，從而無法確定黑臭水體分階段治理的主要目標，并無法核定適宜的入河污染物總量控制目標需求。

（3）治標不治本。根據(jù)國家城市黑臭水體治理監(jiān)管平臺發(fā)布數(shù)據(jù)，對8個省54個城市415個黑臭水體調研中發(fā)現(xiàn)，河岸硬化率為45.1%，河底硬化率為11.1%。部分城市治理黑臭水體采取簡單硬化措施，片面追求景觀工程建設，忽視了河道自然生態(tài)屬性和緩沖帶的生態(tài)修復。

（4）管理機制不完善。我國大部分河流都存在跨省、跨地區(qū)及跨流域轉嫁的污染問題，雖然2016年全面推廣“河長制”，為破解碎片化的科層治理體制找到了一個基準點，但是這樣的跨流域協(xié)調機制卻尚未完善［27］。目前我國城市黑臭水體治理過度重視工程建設，而缺乏后期的運行管理，導致工程整治效果難以維持。

3 城市黑臭水體治理的水利措施需求

根據(jù)其污染特性城市黑臭水體一般可分為生態(tài)基流匱乏型、未完全截污型、雨污混流型及封閉半封閉性緩（滯）流型4種［28］。無論是哪種類型城市黑臭水體，治理技術的選擇大方向應按照《城市黑臭水體整治工作指南》中“控源截污、內源治理；活水循環(huán)、清水補給；水質凈化、生態(tài)修復”的基本路線。綜合常見的城市黑臭水體治理的技術流程和技術措施體系，水利工作是城市黑臭水體治理技術體系的重要組成部分，并貫穿黑臭水體治理的全過程，在城市黑臭水體治理中具有舉足輕重的作用，其主要的技術需求表現(xiàn)在以下幾個方面。①城市黑臭水體成因復雜，黑臭類型多樣，在黑臭水體產生的原因識別時，應采用水文學、水力學、水環(huán)境學與水生態(tài)學等多學科相結合的方法，科學識別黑臭水體成因及其主控因素，以便為制定科學合理的整治技術路線并選擇適用的技術與組合模式提供支撐。②控源截污和內源治理是城市黑臭水體治理的基礎和前提，活水及水動力條件改善是城市黑臭水體轉變?yōu)榱己玫某鞘泻恿骶坝^并恢復河流廊道功能的外部條件支撐。如何讓城市河流“活起來”？需要多大的水量才能讓城市河流“流起來”？這些都是需要水利學科解決的問題。③城市河流之所以成為黑臭水體的高發(fā)區(qū)，就是因為接納的污水過多，反過來說城市黑臭水體缺乏清潔水補給，即存在生態(tài)環(huán)境流量嚴重匱乏問題，所以在控源截污后城市黑臭河流的來水量將急劇減少，如何利用可利用的多水源條件進行優(yōu)化配置，保障城市河流的生態(tài)環(huán)境用水，讓曾經的黑臭河流“活起來”、“流起來”。④在城市化規(guī)模逐步擴大、人口聚集程度逐步增加的情況下，清潔水資源短缺問題將更加突出，在保障城市河流基本的生態(tài)環(huán)境用水情況下，通過城市水系橫向連通、閘壩調度等工程與管理措施，實現(xiàn)城市河流水的“生態(tài)循環(huán)、梯級利用”，以減少保障河流健康與水生態(tài)系統(tǒng)安全對區(qū)域清潔水資源的需求與消耗，實現(xiàn)經濟、社會、城市生態(tài)環(huán)境的和諧健康發(fā)展。

4 城市黑臭水體治理水利技術措施

4.1 城市黑臭水體治理中的水利技術流程

針對不同的城市黑臭水體類型，對水利措施的需求也不盡相同，因此采用的水利措施也不完全相同。但從城市黑臭水體治理的水利需求出發(fā)，黑臭水體治理中的水利技術流程（見圖3）為：①在黑臭水體治理之前基本都需要采用水文學、水力學、水環(huán)境學與水生態(tài)學等多學科相結合的方法對黑臭水體環(huán)境問題進行診斷，分析黑臭成因及污染特性，然后可以按照城市黑臭水體污染特性將其分類識別；②調查并估算入河污染負荷量，結合黑臭河道水環(huán)境功能區(qū)劃，確定黑臭水體分階段治理目標，并核定適宜的入河污染物總量控制目標需求，并制定城市黑臭水體治理實施方案；③按照黑臭水體的入河污染物總量控制要求，分類采取有效措施削減并阻斷城市類污染源的輸入，實現(xiàn)城市黑臭水體河段入河污染物的總量控制需求；④遵循“流水不腐”原則，通過多水源優(yōu)化配置，保障城市河流的基本生態(tài)流量需求，為城市河流“活”起來提供水資源保障；⑤基于城市河湖水系互聯(lián)互通需求，并結合適宜的閘壩調度等水力調控措施，讓營造城市水景觀的“靜水”能夠“流”起來，以降低因水動力條件不足而帶來的黑臭風險；⑥在劃界確權的城市河湖水域岸線管控空間范圍內，強化非常規(guī)水域區(qū)的植被恢復和常規(guī)水域區(qū)的水生態(tài)系統(tǒng)重建，以強化沿河兩岸陸域來水的末端攔截功效，并有效提升河道水質凈化與水生態(tài)修復效果，并依托“一河一策”及“河長制”，對治理后的水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)進行管理。

圖3 城市黑臭水體治理的水利措施技術流程圖Fig.3 Technical flow chart of water conservancy measures for urban black-odorous water governance

4.2 城市黑臭水體治理水利技術措施

由于城市黑臭水體成因復雜，水利措施通常無法單獨應用在黑臭水體的治理中，所以基于國內學者對城市黑臭水體治理的研究成果，并結合城市黑臭水體治理的水利需求，歸納總結提出城市黑臭水體治理的水利措施體系（見表2）［29-35］，主要包括水域岸線內的岸坡修復、河道整治、生態(tài)流量保障、河湖水系連通等。

表2 城市黑臭水體治理水利技術措施Tab.2 Water conservancy technical measures for urban black-odorous water governance

續(xù)表2 城市黑臭水體治理水利技術措施

5 結 語

城市黑臭水體的形成是近年來經濟社會高速發(fā)展嚴重擠占河湖生態(tài)用水、城市化進程加快擠壓河湖生態(tài)空間和長時間大量污染物入河所致，因此，盡管近年來我國加大了對城市黑臭水體的治理力度，也取得了較為顯著的成效，但是我國中小黑臭水體數(shù)量多、污染程度嚴重，受治理資金、理念、技術及時限等因素的影響，所以我國城市黑臭水體的治理工作仍存在諸多不足，治理任務仍然任重而道遠。城市黑臭水體治理是一個復雜的系統(tǒng)工程，要做到標本兼治，應根據(jù)城市水體致黑發(fā)臭的成因及其主控因素，將水利措施與城市黑臭水體治理緊密結合，運用系統(tǒng)性思維和“一河（湖）一策”的個性化策略制定城市黑臭水體綜合整治方案，并以“河（湖）長制”為監(jiān)管機制，從而為實現(xiàn)河暢、水清、岸綠、景美的城市水生態(tài)長廊提供堅實的技術保障?！?/p>