上海生态文明城市建设中的治水历程

唐迎洲 刘克强

(1.淞际环境规划设计(上海)有限公司,上海 200232;2.太湖流域管理局水利发展研究中心,上海 200434)

多年来,上海市把新发展理念作为一根红线贯彻始终,在改善生态环境质量、践行“双碳战略”、构建现代生态环境治理体系等方面取得了靓丽的成绩。《上海市城市总体规划(2017—2035年)》提出了“建设卓越的全球城市,令人向往的创新之城、人文之城、生态之城”的目标愿景,对上海推动高质量发展、创造高品质生活提出了更高要求。

纵观人类文明演进的历史维度和水生态问题的现实维度,作为重要的自然资源和生态要素,水在保障人类发展和维护生态稳定中发挥了核心作用。上海因水而生、依水而兴。治水,不仅是上海建设生态之城的重要内容,更是落实生态文明建设、重塑城市公共空间、加强城市治理等工作的重要载体。本文立足近10年上海城市建设(包括生态岛建设、海绵城市建设)、水务发展(河网水系、水源地、市政排水),梳理分析了上海治水与生态建设的融合情况。

崇明岛是世界上最大的河口沙岛,形似春蚕,地处长江三角洲的前缘,历有“大江门户”之美誉。作为上海市21世纪可持续发展的重要战略空间,崇明也是全国沿海大通道的重要组成部分。2001年国务院批准的《上海市城市总体规划(1999—2020年)》中,明确将崇明岛建设为生态岛,是改善上海市整体生态环境质量的重要任务之一,自此崇明岛开启了生态发展的探索之路。2005年,市政府批准了《崇明三岛总体规划(2005—2020年)》,将崇明岛定位为综合生态岛。2007年提出,要坚持高起点、高标准,扎扎实实推进崇明生态岛建设,把崇明建成生态示范区,建成水清、气洁、林茂、土净、环境宜人的生态岛屿。为更好地支持崇明生态岛建设,2010年,上海市开展了“崇明生态岛建设指标体系研究”,并发布了《崇明生态岛建设纲要(2010—2020年)》白皮书,提出了涉及生态健康、环境友好、经济高效、社会和谐、管理科学5个方面的崇明生态岛建设指标体系和27个核心指标及阈值,其中包括水源地水质达标率、骨干河道水质达标率和城镇污水处理率3个水务类指标[1]。经过10余年的建设,各项指标均高质量完成。崇明生态岛建设中水务类指标达标情况见表1。2022年1月,上海市政府印发《崇明世界级生态岛发展规划纲要(2021—2035年)》,将“建设美丽河湖”作为推动生态能级高标准跃升的第一项工作。

表1 崇明生态岛建设中水务类指标达标情况 单位:%

上海是我国城市化进程最早也是最快的城市之一,但由于20世纪对生态认识的不足,开发重于保护,造成明显的地面硬质化等问题。在以上海中心城区为典型的上海城市内部层面与城市外部层面上,均呈现城市发展空间面积规模的增长和生态空间面积规模的缩减,导致城市内涝、水质恶化等生态环境问题[2-3]。进入21世纪,上海市各界开始反思城市发展,围绕城市生态建设进行了广泛而深入的探索,从《上海市城市总体规划(1999—2020年)》开始,上海市编制了一系列的绿地、林地和湿地的专项规划以保障生态空间的建设实施。其中,海绵城市规划建设与治水关系尤为密切。

2.1 海绵城市理念

海绵城市是实现城镇化和生态环境协调发展的重要途径,更是生态文明建设的重要组成部分。海绵城市理念源于发达国家雨水综合管理、低影响开发(LID)等理念,很多相关技术也在国外得到了很好的应用。海绵城市建设技术具有很强的地域性,一个城市的自然条件、经济条件、社会条件,甚至人们的生活习惯都会对相关技术的应用造成影响。

上海市高度重视海绵城市建设,鉴于全市地下水位高、土地利用率高、不透水面积比例高和土壤入渗率低(即“三高一低”)等显著区域特点,根据海绵城市建设技术指南的要求,结合上海市的实际情况和浦东临港等区域的海绵城市建设试点情况,形成了符合上海市需求的海绵城市建设技术体系[4]。如ⓐ在宏观层面,将海绵城市的建设要求写入了新一轮城市总体规划,明确了近远期的建设目标;ⓑ在技术层面,上海市七部门联合印发《上海市海绵城市建设指标体系(试行)》(沪建联管〔2015〕834号)和相关技术文件,2019年出台了地方标准《海绵城市建设技术标准》(DG/TJ 08-2298—2019)和《海绵城市建设技术标准图集》。

相关研究表明[5-6],上海市自开展海绵城市建设以来,通过区域内涝风险评估和积水原因分析,结合海绵措施,从源头削减、竖向控制、河道水位控制、排涝泵站设置等方面,构建源头减排、排水管渠、排涝除险、应急管理的区域水安全保障系统,降低了区域径流系数、控制住了面源入河量,有效降低了区域积水和内涝风险,“逢雨易黑”的现象也得到明显改善。

2.2 雨水排水+海绵城市

上海市雨水排水模式分为强排和自排两种。强排模式指雨水经雨水管道收集后,集中由雨水泵站提升后外排,该排水模式涉及排水管网和泵站;自排模式是指雨水分散收集,多头就近自流排入河道,该排水模式分为自流排水模式和圩区排水模式。为更好地提升防汛安全保障能力和水环境质量,市政府批复了《上海市城镇雨水排水规划(2020—2035年)》,提出“主城区(含中心城)及新城5年一遇、其他地区3年一遇的排水标准”以及“对初期雨水的截流标准:合流制不低于11mm,分流制不低于6mm”的雨水排水规划建设要求。但目前全市绝大部分区域的雨水排水能力仅为1年一遇,受制于用地紧张、施工对周边居民影响大等因素,很难全部采用管道翻改建的方式来实现提标。为确保雨水排水系统达标,该规划结合海绵城市提出如下综合举措:

a.借鉴国际经验,结合上海平原感潮河网和高度城市化的特点,根据城市发展和排水设施建设情况,推进绿色源头削峰、灰色过程蓄排、蓝色末端消纳、管理提质增效,因地制宜,多措并举,总体形成“1+1+6+X绿灰交融,14片蓝色消纳”的规划布局。“绿”是海绵设施的运用和深化,指在源头建设的雨水蓄滞削峰设施,如设置在绿地、广场、小区的中小型调蓄设施和雨水花园、植草沟、生物滞留设施等,具有生态、低碳等特征;“灰”指市政排水设施,包括管网、泵站以及大型调蓄设施等;“蓝”指增加河湖面积、打通断头河、底泥疏浚、控制河道水位、提高排涝泵站能力等;“管”指管网检测、修复、完善、长效养护等精细化、智慧化管理措施。

b.初雨治理。自排地区以“自然净化”为主,雨水采用多点分散方式自流排放入河,初期雨水治理方式主要是通过建设海绵设施对初期雨水进行截流、净化,进行生态治理。强排系统是以“工程净化”为主,并兼顾海绵设施的截流、净化,按初期雨水截流标准开展初期雨水污染治理,在此基础上,提出区域污水处理厂应满足1.5倍日均污水量稳定达标的要求,并按此进行用地控制。

3.1 水源地生态发展

目前,上海市基本建成陈行水库、青草沙水库、东风西沙水库、金泽水库四大水源地,“两江并举、集中取水、水库供水、一网调度”的水源地格局已经形成。四大水源地原水供水规模达到1312.5万m3/d。但细细分析四大水源地的建设历程,就可以理解生态理念是如何融入其中的。

3.1.1 陈行水库水源地

陈行水库水源地是上海市第一座封闭式水源地,一期工程于1992年6月竣工。它的建成结束了上海市以黄浦江作为唯一水源的历史,是上海开发利用长江水源的重要里程碑。因陈行水库位于长江口附近,属于长江边滩水库,一旦遭遇咸潮,海水倒灌便会影响水库水质。陈行水库采取“避咸蓄淡、避污蓄清”的方式,每年枯水季当长江口水体含氯度超标不宜取水时,通过水库的预蓄水量保证城市正常供水。陈行水库总库容约950万m3,水体面积133万m2,最大水深约8m。俯瞰陈行水库,可以发现其平面形状呈矩形,像是一个巨大的方形蓄水池,库区基本无生态设施。

3.1.2 青草沙水库水源地

自20世纪90年代开始,为解决上海城市供水总量、饮用水水质和供应安全三大难题,相关部门组织开展了十多年全面系统的研究论证,决定在长江口南北港分流口下方、长兴岛北侧建设青草沙水库,2010年该水库建成,设计有效库容为4.35亿m3,供水能力为719.0万m3/d。相比陈行水库,青草沙水库在设计以及后期的运行管理摸索中融入了多种生态理念,如ⓐ为提高水库自净能力和预防水体富营养化,考虑了水库水体的合理停留时间;ⓑ除咸潮入侵期采用水泵抢引外,大部分时间段均利用潮汐动力,通过水闸取水,具有调度灵活、运行成本低廉的优势;ⓒ在水库运行过程中,通过研究摸索,推进水库生态系统构建,自2013年起,根据水库水生生物的变动,适量投放鲢、鳙等鱼类,2017年开始建设生态护坡,种植湿生植物、挺水植物,并在坡脚配置了一定面积的沉水植物群落等[7]。

3.1.3 东风西沙水库水源地

东风西沙水库水源地是崇明生态岛建设的重要支撑,近期供水规模为21.5万m3/d,远期为40.0万m3/d。水库选址于长江口南支上段、崇明本岛与东风西沙岛夹泓,利用东风西沙夹泓及北侧崇明大堤、南侧东风西沙圈围加固,新建东、西大堤围合而成,设计成河道型水库,并通过库型优化和库盆塑造减少缓流区,避免水体富营养化。工程布置最大限度地保留了原有崇明大堤及东风西沙岛围堤沿线及岛内绿化,在不影响近期库容及蓄水位的情况下保留现有库内滩地。管理区平面布置采用“湿地岛”的设计概念,人工配置的植物群落自然和谐,充分体现出人与环境相和谐的内涵,符合崇明岛作为国际生态岛的理念。水库在建设前后均开展了生态系统调查:在水库建设前,区域潮滩植被以芦苇为主,是崇明岛现存几片面积较大且较完整的芦苇群落之一;2014年水库建成通水后再次开展的生态调查表明,库区水陆交错带的挺水植物群落主要有芦苇群落和水烛群落,并以芦苇为优势种类[8]。

3.1.4 金泽水库水源地

为改善黄浦江供水系统水质,2016年12月黄浦江上游太浦河金泽水库建成通水,供水规模为351.0万m3/d。金泽水库位于典型平原河网地区,受上游河网来水水质成分复杂等因素影响,存在季节性藻类、微量有机污染物检出等水质问题。针对这些问题,在库形小、流量大、停留时间短等限制因素条件下,金泽水库运用生态处理技术,建设强化预处理区、生态净化区、生态蓄水区,并在库周有针对性地进行水生态系统建设,形成库周净化带。预处理区突出水质初步净化功能,以设置物理净化+生物接触氧化技术为主;生态净化区突出水质强化净化功能,为库区水生态系统修复提供必备的生境;生态蓄水区在生态净化区处理之后,以设置水质维持技术为主,防止水体富营养化的发生。目前,水库植被主要为人工种植的挺水植物,包括旱伞草、芦苇、千屈菜、水葱等。另外,为更有效地控制藻类水华,通过放养鲢、鳙鱼进行鱼类水质净化调控,控藻效果良好[9]。

3.2 河湖水系生态发展

河湖水系不仅关乎城市面貌的提升,更是彰显城市文明的重要手段。河道及沿河陆域环境整治,不仅是“生态之城”建设的重要内容,更是落实生态文明建设、重塑城市公共空间、加强城市治理、推进城市更新和海绵城市建设等新发展理念的重要载体。《上海市城市总体规划(2017—2035年)》提出了将河湖水面率提升至10.5%的规划目标要求。近年来,上海市水务部门按照控规划、保现状、挖潜力、增新量、建机制、严考核的综合工作思路,提出了河湖水面率达标路径,将全市河湖水面积从2017年的620.98km2增至2021年的649.21km2,升幅为4.5%。2017—2021年上海市河湖水面变化见图1。

图1 2017—2021年上海市河湖水面变化

河湖水面率的增加,提高了全市河网水系的调蓄能力、水环境容量,有利于促进全市生态文明建设。典型举措包括如下3种:

a.严格法律约束,保证河湖水面率增长。2016年,上海市第十四届人民代表大会常务委员会第二十七次会议决定,将《上海市河道管理条例》第二十七条第二款修改为“确因建设需要填堵河道的,建设单位应当委托具有相应资质的水利规划设计单位进行规划论证,并报市人民政府批准”。

b.规划宏观约束,分片分区细化指标要求。为更好地推进规划河湖水面积指标落实,经市政府批复的《上海市防洪除涝规划(2020—2035年)》明确了14个水利分片和全市16个行政区的规划河湖水面率控制指标(见表2和表3),并逐年进行考核和公示。

表2 上海市各水利片规划河湖水面率

表3 上海市各行政区规划河湖水面率

c.制定技术文件,指导河道规划设计工作。2018年12月,上海市规划和自然资源局、市水务局联合印发《上海市河道规划设计导则》,从上海市城市发展和实际需求出发,结合地域特点,针对河道及沿线陆域的规划、设计、建设和管理进行了积极探索。

3.3 污水污泥治理生态发展

3.3.1 污水收集处理

经过多年的发展建设,目前上海市已基本形成治污为本、截污为先、标本兼治的水环境保护体系,全市污水治理形成石洞口、竹园、白龙港、杭州湾、嘉定及黄浦江上游、崇明三岛六大污水治理区域。截至2020年底,全市共有污水处理厂42座,处理能力为840.3万m3/d,尾水排放标准全部达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A及以上。为进一步提升尾水水质,上海部分污水处理厂已经在尾水排口增建了生态湿地工程。另外,为进一步提升污水输送、处理的保障能力,目前上海市正在大力推进连通管工作,即在污水排放系统间设置连通管,实现污水流量调配和事故时跨区域输送,提高污水系统安全保障率。

3.3.2 污泥处理处置

在大力推进污水收集处理的同时,全市也在全力推进泥水同治(污泥是指排水设施产生的污泥,包括污水处理厂污泥、城市排水管道通沟污泥及雨污水泵站栅渣)。截至2020年底,全市污泥处理设施19座、设计规模为1476tDS/d;另外,建成12座设计规模共计21万t/a的通沟污泥处理站。近年来,上海市相关部门和研究机构对污泥有机质、养分、热值、重金属和微生物等指标进行了测定,分析了全市污水处理厂污泥的可利用情况。结果表明,不同区域污泥的养分含量、有机质含量、微生物指标、重金属含量差异较大[10-12]。

全市污泥处理处置遵循“处置决定处理,处理满足处置,处置方式多样,处理集约节约”的总体原则,针对城市土地资源紧张、人口密度大、经济较发达的特点,污泥处理处置方式以独立焚烧后建材利用、统筹利用、协同焚烧为主,兼顾好氧发酵后土地利用,以深度脱水后卫生填埋作为污泥应急保障[13]。目前,中心城区污水厂污泥独立焚烧产物灰渣(非危废)均已进行资源化利用(处理后作为水泥搅拌骨料),郊区污水厂污泥以电厂掺烧与垃圾协同焚烧为主,全市污水厂污泥资源化利用率已达89.1%。下阶段将着重推进郊区污泥独立焚烧产物灰渣(非危废)的资源化利用工作。《上海市排水“十四五”规划》将污水厂污泥资源化利用率作为约束性指标,“十四五”末阈值不小于98.0%。

3.3.3 污水资源化利用

目前,上海市污水资源化利用主要有污水处理厂尾水资源化利用、工业园区水资源梯级利用等,2020年全市污水资源化利用总量为1390.42万m3。为进一步优化用水结构、保障水生态安全,上海市发展改革委、市水务局等十部门联合印发《上海市推进污水资源化利用实施方案》(沪发改环资〔2022〕6号),明确提出城镇生活、工业废水、农业农村污水等重点领域污水资源化利用方向、重点任务和近远期目标。

为支撑上海市经济社会可持续健康发展,上海市的城市规划建设也在理念和技术上逐步转变。在新一轮的城市发展中,对标全球城市的发展目标,上海市在生态空间规划中应积极应对生态效益提升、空间结构优化、休闲需求提升以及生态安全保障等技术要求。治水工作,不仅关乎城市面貌的提升,更是彰显城市生态文明的重要手段,上海水务工作始终围绕“+生态”的理念,已基本建立一套符合上海市实际特点和行业发展需求的生态治水综合举措。■

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