上海純水設備解讀：水湖流域外源性磷控制技術
0引言
湖泊富營養化現已成為全球關注的環境熱點問題，富營養化使藻類大量異常繁殖，形成水華，水體透明度及DO濃度降低，從而使水體生態系統和功能受到阻礙和破壞。根據國內大量湖泊治理的經驗，湖泊治理以從“工程治污”發展到綜合治理”階段。
磷已被公認是決定水域生產率以及影響藻類異常繁殖的限制性因子，磷往往作為富營養化治理中重要組成局部。湖泊中磷根據來源分成外源性磷和內源性磷，目前的研究大多針對內源性磷控制技術，針對外源性磷控制技術的研究較少。
湖泊由于水面蒸發等原因，上海純水設備大多需要通過河道進行生態補水。根據《地表水環境質量規范》GB3838-2002當河湖均為Ⅳ類水質規范時，河道總磷濃度為0.3mg/L而湖泊總磷濃度要求為0.1mg/L若能提高與湖泊連通的河道水質或者將河道水經過凈化后再補充湖泊，則能有效減少湖泊的入湖污染負荷，即以控源截污為主。本文在滴水湖現狀分析基礎上，提出以總磷控制為主導的水質保證系統方案，以期為類似湖泊治理提供參考。
1基本情況
1.1區域基本情況
臨港滴水湖流域面積67.76km2位于上海市東南角，東瀕東海，南臨杭州灣。全區為灘涂圍墾而成，土質為鹽堿沙土，根據規劃建成與浦東大片獨立的圩區。臨港滴水湖于2002年6月正式開工，于2003年10月基本完工并開閘引水。滴水湖開挖完成后，滴水湖流域逐步按規劃建設。圖1和表1展示了滴水湖流域2016年底、2018年底、2035年的建設進展。
1.2滴水湖水質情況
滴水湖呈正圓形，直徑約2600m總面積約556hm2蓄水量約1620萬m3最深約6.2m開挖之初，滴水湖從南匯河網中引入淡水，水質情況相對穩定，于2006年夏秋季出現微囊藻水華并有加速發展趨勢。有關部門結合研究，通過非經典生物支配技術、生態引水、局部河道綜合整治后，水質情況趨于穩定并有逐年變好的趨勢。但在近期，由于滴水湖流域施工導致的泥沙和地面污染流入，加之區域內部分混接污水直接排入河道等原因，滴水湖水質波動較大，并有惡化趨勢（如圖2所示）
1.3現狀排水模式
滴水湖流域作為相對圩區，區域內水系與外河之間已建或規劃建設閘壩。區內7條射河與滴水湖相連，降雨較大時通過赤風港排海閘將澇水排除。經MIKE21建模分析，滴水湖流域鄉村不同建設階段，地面徑流匯入河道水系再外排入海的方式有所不同，主要體現在隨著射河漣河建設的完善，地面徑流通過旁側射河漣河排海的比例增加，減少了進入滴水湖再排海的徑流量。以2016年、2018年和2035年鄉村建設情況為例，
經由滴水湖后排除的水量占比分別為64%59%46%這部分水中污染物質隨水流進入滴水湖，因而入湖水量占比即為河道污染遷移占比。
2問題分析
2.1污染直接入河
滴水湖流域內采用雨污分流的排水體制，除了科技城區域采用強排外，區域內雨水大多通過雨水管就近自排進入河道。經現場調研，滴水湖流域內已建居住小區內存在雨污混接現象，下雨時混接污水隨雨水直接進入河道。同時，上海純水設備由于已建區域缺乏徑流污染控制措施，地表初期徑流雨水攜帶大量污染物直接進入河道。另外，由于河道水位較高，雨水管內臨時有水，造成管道中污染物堆積嚴重。混接污水、地表初期徑流雨水和管道堆積物中攜帶的大量污染物直接進入河道，并隨著河道進入滴水湖(如圖3所示)
2.2缺乏優質補水水源
滴水湖湖面每年蒸發量約為695萬m3同時，出海閘每年需不定期排水沖淤以保證主城區河道過流能力，并且降雨時河湖水位上漲，為保證區域排水平安，只能開閘放水以控制水位。據統計，2016年滴水湖沖淤、排水總量5600萬m3相當于對滴水湖蓄水量交換3.5次，大量水質較好的水排出主城區。
根據相關規劃，滴水湖流域的主要引水方向為北引南排，但是位于流域北面的綜合區河道水質基本為Ⅲ～劣Ⅴ類，來水水質不能滿足生態補水要求。而區域內河道缺乏水質凈化措施，大量未經凈化補水直接進入滴水湖。由此，主城區形成了排好水、補差水”格局。
3水質目標
根據規劃要求，滴水湖水質要求為Ⅲ~Ⅳ類（總磷濃度要求為0.05~0.1mg/L河道水質要求為Ⅳ類（總磷濃度要求≤0.3mg/L亟待提出有效的水質保證方案。
4系統方案
4.1削減目標計算
結合滴水湖流域內污染源分析，主要污染源為生活污水、農業面源污染、城鎮地表徑流污染和干濕沉降等，分別計算2016年底、2018年底和2035年底水系污染負荷，并結合河道遷移污染占比和滴水湖湖面干濕沉降，計算滴水湖污染負荷。同時，結合滴水湖Ⅲ類和河道Ⅳ類水環境目標，采用Dillin模型計算TP水環境容量，其中滴水湖不均勻系數取0.6湖泊取1.0通過污染負荷和環境容量比較，得到污染削減目標。從計算結果來看，滴水湖污染負荷削減壓力大大高于河道，滴水湖污染控制壓力大，見表2
4.2總體思路
基于水環境保證目標，采用TMDL思想，以控源截污為主要措施，對現狀排水模式進行調整，構建了源頭減排、過程控制、系統治理的滴水湖水質保證總體方案，其中源頭減排方面包括雨污混接改造和源頭雨水凈化，過程控制方面為增設閘壩使河湖獨立，系統治理包括生態護岸建設（含排口生態化處理）人工濕地凈化、滴水湖及河道的生態修復，具體如圖4所示。
4.3具體方案
4.3.1源頭減排
雨污混接改造：對現狀臨港家園海事小區等5個雨污混接小區進行分流改造，其中，陽臺廢水混接雨水管改造共2019處，廚房及衛生間私接排水管入雨水井混接改造共204處，埋地與污混接改造5處。
源頭雨水凈化：針對滴水湖流域內建筑與小區、道路與廣場、綠地系統采用低影響開發理念進行建設。其中建筑與小區系統項目12個，包括港城廣場鄉村綜合體海綿化建設項目等3個新建項目，上海電機學院海綿化改造工程等9個改建項目；道路與廣場系統項目22個，包括水蕓路(N2路~B5路)海綿化建設工程等17個新建項目，C1道路及綠化改造工程等5個改建項目；綠地系統項目7個新建項目，包括環湖80m景觀帶新建及改造工程等。
經測算，源頭減排措施能削減污染物總量的30%40%
4.3.2過程控制
閘壩攔截：結合遠期河湖建設，于滴水湖相連的河道處建設閘壩，通過閘壩調控，實現小雨時河道水不進入湖，達到徑流污染控制要求。上海純水設備通過模型分析，閘壩高度控制在2.8m可控制約95%徑流不進入湖，有效保證了滴水湖水質。通過區域水安全分析，閘壩高度控制在2.8m時，對區域水平安影響不大。
經測算，閘壩攔截可削減剩余污染物的90%總污染量的50%55%
4.3.3系統治理
生態護岸建設（含排口生態化處理）結合滴水湖流域新開河建設，新建生態護岸49km此外，結合春華秋色景觀工程、綠麗港和黃日港楔形綠地建設，同步對現狀23.6km硬質護岸進行生態化改造。現狀護岸有5處雨水排放口，同步進行生態化改造。
人工濕地建設：沿二環帶公園設置循環凈化濕地，規模近期為30hm2遠期為60hm2水力負荷不大于0.1m3/m2d水力停留時間48d
生態修復：通過滴水湖中底棲軟體動物生態修復體系與射河/鏈河中沉水植物+底棲軟體動物協同修復體系構建，改善透明度，預防藍藻水華，提升水景觀。根據現在所掌握的數據（濾食性魚類約1000t濾食性軟體動物1330t預估滴水流域水系生態系統生物量，見圖5
經測算，至2035年，區域水系所構建生態系統每年可轉換22.3t總磷，占污染物總量13%15%
5結論
本文以臨港滴水湖污染控制方案為例，結合現狀問題分析和目標要求，構建了以控源截污為主要手段、湖泊生態修復輔助的湖泊水質保證系統方案，為湖泊治理提供新思路，可為其他類似湖泊治理提供參考。
滴水湖污染成因較為復雜，本文僅考慮了外源性總磷的控制，未涉及內源性總磷控制方案，應結合課題開展進一步完善。
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