刘翔教授

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住房和城乡建设部海绵城市建设技术指导专家委员会委员、住房和城乡建设部科技委员会城市水专业委员会委员、住房和城乡建设部环境部城市黑臭水修复专家库专家、中国环境学会土壤与地下水环境专业委员会主任、中国土木工程学会水利分会排水委员会委员。 国家重大水专项城市主题专家组副组长、国家长江生态环境保护与修复联合研究中心总体专家组专家、环境保护部开发项目顾问、环境保护部全国环境保护工业污染场地及地下水修复工程技术中心专家委员会成员、北京市环境保护应急处理专家组顾问、江苏省环境保护产业技术创新联盟技术委员会成员。 主要研究方向为城市水污染控制与水环境改善、再生水风险控制与安全利用、土壤/地下水污染控制技术与理论。曾承担50余项国家和省部级科研项目，指导60余名研究生和博士后，发表学术论文120余篇(其中sci收录论文80余篇)，获得8项省部级科技奖励，获得国家授权发明专利20余项。

刘翔，清华大学环境学院教授、博士生导师

研究背景

城市水环境综合整治是我国水环境保护领域的一项重要工作，也是许多城市面临的重大问题。中国于2015年发布的《水污染防治行动计划》(《水十条》)明确提出了治理城市黑臭水体的目标，要求到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体控制在10%以内；到2030年，城市建成区的黑色和有气味的水体将被整体消除。在2018年全国生态环境保护大会上，习近平总书记强调:“要深入实施水污染防治行动计划，基本消除城市黑臭水体，让人民看到清水、绿岸、浅鱼。”为了促进城市黑臭水处理的全面推广，2018年，生态、环境、住房和城乡建设部联合开展专项检查工作；财政部、住房和城乡建设部以及生态和环境部已确定60个城市为三批黑臭水处理示范城市；同时，在推进我国海绵城市建设的任务中，也明确提出了城市水环境整治的具体目标和要求。上述行动表明了我国开展城市水环境综合整治的紧迫性和重要性。

一般来说，城市水环境改善的任务可以分为三类:污染控制、水质改善和生态恢复，它们有各自的侧重点和相关性，也可以说代表了城市水环境管理的三个阶段。污染控制主要针对城市高强度、超负荷排污对城市水体造成的严重污染，通过源头控制、减排等工程措施达到减少水污染的目的。这种任务是典型的城市黑臭水体控制；水质改善是在进行污染控制的前提下，通过水质净化、供水和生活用水等手段进一步改善水质，以达到改善水环境质量的目的。目前，此类任务的主要特点是满足一定的水环境质量标准；生态修复是在改善水环境质量的基础上，借助水生态恢复和重建等综合手段，逐步恢复水生态系统，增强城市水环境的景观效果，实现城市水体的亲水和休闲功能。这些任务的标志是创建城市水生态文明。

通过分析城市水污染的原因，探索城市水环境修复的工程原理和技术路线，结合水环境修复技术的实用性和有效性，提出城市水环境综合修复的系统方案编制方法和适用技术体系，为科学、合理、客观地编制城市水环境综合修复系统方案提供参考。

摘要

结合城市水环境综合整治的目标和要求，从宏观层面分析了城市水环境整治的工程原则，提出了解决城市水环境整治的工程途径和技术方法，并根据各种治理技术的对象和功能构建了城市水环境整治的技术体系，为不同适用技术的选择提供了理论指导。

两个城市水污染控制工程原则

城市水污染的主要问题

作为城市生态空的组成部分和城市水循环系统的重要载体，城市水体也是城市污染物排放的主要接受者。造成城市水污染的主要问题有:

高密度人口、高速城市发展、高强度城市生活和工业生产是高吞吐量污染负荷的根本来源。

城市水环境基础设施的规划建设滞后于城市发展的需要，导致城市污水收集处理能力不足，部分污水未经处理直接排放。

长期忽视城市雨水和污水管网的维护和管理，导致管网存在严重的功能和结构缺陷问题，导致污水实际收集效率远低于表面数据，同时大大降低了污水处理设施的实际减负效果。

城市雨水径流排放缺乏合理有效的组织管理，未能充分发挥绿色设施在减排中的作用，导致城市面源污染得不到有效控制。

城乡结合部和城市村庄的生活污染尚未引起足够的重视，由于缺乏有效的管理和处置，已成为分散的污染源，且负荷通常很高。

传统的城市河道整治和水体景观建设方法，水面宽、水深深，导致水体流动性差、生态基流严重不足，大大削弱了水体的自净能力。

河床和堤岸的硬化以及梯级水坝的拦截切断了水生和陆地生态系统之间的联系，导致水生态功能的严重退化甚至丧失。

水流缓慢甚至停滞，水动力条件极差。在当地水域容易积累污染，同时导致严重的淤积，这是水的内部污染源。

上述问题在我国许多城市普遍存在，也是困扰城市水环境综合整治的难题。这些问题的交织和共存也决定了城市水污染控制和水环境修复的复杂性和长期性。

水处理工程原理及解决方案

从本质上说，城市水体遭受污染而引起水质恶化的根本原因是域内进入水体的污染负荷总量超过了水环境的现状承受能力，即剩余环境同化容量(residual water environmental assimilative capacity，本文中简称“环境余量”)，因而治理城市水体污染问题进而恢复良性水环境状况的工程原理则是保证输入水体的污染物负荷量不超过水体的环境余量，从而使得水体的水质状态保持平衡，并维持健康而稳定的水环境质量。那么，当输入的污染物负荷总量超出水体环境余量时就会导致水体的水质恶化，根据式(1)所提出的物质平衡原理，城市水体整治的实施的3种途径的平衡状态示意图见图1所示。