源頭暗涵化河道形成過程與系統治理思路
導讀
城鎮快速發展過程中，小型河道特別是源頭段落因基流量小、斷面較窄等原因，易被民用住房、商業建筑、城鎮道路等構筑物和公共設施覆蓋形成暗涵，廣泛存在于城鎮和城郊水系范圍內，是黑臭水體形成的重要污染來源。暗涵化的河道治理需要依據暗涵的空間屬性、排水系統特征和城鎮規劃定位等內外部特征“因涵施策”，結合實際案例并以污染負荷最大削減為原則開展系統治理，注重采用由問題到源頭的治理邏輯和近遠期結合的綜合措施，實現暗涵的治理效果不斷提升。
隨著城市黑臭水體治理的持續開展，小型河道的暗涵段落具有封閉混亂、結構復雜等特征，成為最棘手的問題之一。對暗涵實施簡單截污或末端截流處理的方式無法滿足河道水質持續穩定達標的需求，反而造成水體黑臭反復現象。本文通過深化對暗涵形成的規律認知，系統闡述治理思路和技術手段，并結合實際案例為同類暗涵治理提供參考借鑒。
01源頭水系演變與暗涵問題出現
1.1 城鎮河網源頭水系衰減與消失
城鎮化發展帶來了城市河流水系衰減、水面率下降、支流退化、河網復雜度下降等系列問題。1960年代至2010年代年長三角地區河網密度整體呈下降趨勢，河網密度減少近20%，高度、低度城市化地區源頭支流衰減劇烈，衰減幅度分別為28. 45%、68.34%。武漢市城市水系板塊在2000—2010年間的變化過程中整體呈現出由復雜無規則向簡單化轉變的特點，河湖水系數量、密度、面積均呈持續減少的變化趨勢。
水系的縮減，源頭河道面臨更大的消失壓力。例如美國2008年Baltimore City地區，相比較未開發狀態，20%的河道消失，而匯水面積為10~104 hm²的小型源頭溪流河網被覆蓋達到66%。小型河道及源頭河道最容易受到忽視而被侵占暗涵化。在國內，2000年以后南京消失的城市中小河流有20多條，無主管河塘湖泊大量被填埋。深圳市20世紀80年代至2005年，河網總長度減少17%，其中小型源頭河道大量減小，半徑長度為1~2 km范圍成為河網消失的主要區域，2005年至2019年暗涵長度由61.7 km增加至348 km。以上為典型城市源頭河流消失及暗涵化的縮影。
1.2 暗涵化河道治理相關進展
近年來，國內部分學者開始重視河道溝渠覆蓋暗涵化的問題，深圳市龍華區觀瀾河流域主要支流暗涵段的污染情況調研中發現，暗涵對下游水體水質影響十分顯著，主要污染為氨氮和總磷。上海、廈門等大中型城市高密度城區內暗涵的雨季溢流污染控制對于地表水環境提升具有重要意義。國內外許多城市均在嘗試復原河道。深圳市木墩河過去是一條暗涵臭水溝，2019開始木墩河暗渠復明工程，現已打造為國內暗涵整治樣板工程。韓國首爾市2003年拆除長達5.9 km的高架，打開河上混凝土板清淤補水，重現清溪川潺潺溪流。美國紐約市為減少CSO溢流污染的長期控制方案中（LTCPs），計劃將部分暗涵進行生態明渠化處置。明渠化是最佳的處理方式，而受空間和資金約束，大部分暗涵整治的重點仍是控源截污為主體的治理思路。
02源頭暗涵化河道成因及動態過程
2.1 暗涵化河道形成原因
因暗涵化河道與市政排水暗涵形式上均為封閉空間，城鎮規劃和建設期間由于定位不同和認識不足等原因，容易造成混淆處理，加之河道管理重視程度不足，大量源頭或小型河道裁彎取直、明渠加蓋或被箱涵替代，從而形成常見的暗涵。暗涵化河道根據暗涵段河道的上下游位置分類為上游暗涵、中游暗涵、下游暗涵及組合暗涵。
天然河渠在轉變為地下暗涵后，由于缺乏光照和充足的溶氧，河道的生態功能逐漸退化。為滿足周邊生產和生活需求，暗涵內普遍存在內部污水直排、合流制排口溢流排放、生活垃圾堆積及其他不利因素造成涵內淤積和厭氧發酵，河流功能逐漸演變為排水功能，變化情況見表1。以上原因，造成的水質惡化和重度黑臭成為暗涵化河道的典型特征。
表1 暗涵化河道功能變化對比
2.2 暗涵化河道的動態形成過程
在無序的用地開發和排水系統建設情況下，以河道駁岸物理形態和污染源輸入描述小型河道暗涵黑臭化過程：自然河道（駁岸成自然沖刷狀態，僅少量面源污染）-輕干擾河道（駁岸受水利和農業改造，存在散居生活排水、小型工業企業排水和農業面源）-重干擾河道（兩岸人口聚集，住宅、公共建筑、商業設施、過河橋涵等沿河而建，駁岸逐漸硬質化，坡率增大或成垂直駁岸狀態，承接沿岸生活污染、工業污染及面源污染等）-暗涵化河道（通過垂直駁岸加蓋、樁基礎建筑或市政路橋覆蓋、直接修建涵洞等形成變為暗涵，接納并輸出污染）。
03源頭暗涵化河道的系統整治
源頭暗涵化河道整治應積極遵循“預防為主”及“主動修復”的思路，首先宜結合城市綜合規劃和排水系統規劃等上位條件，避免現狀河道再走暗涵化的路子，為河道解決“存在”和“存續”問題。其次為現狀暗涵在既定的空間條件下結合各類改造工程，尋求最佳的工程技術解決方案。
3.1 河道與城市博弈和融合
整治暗涵需首先解決生態紅線管控問題，統籌生態保護與城鎮發展之間的矛盾，對于小流域源頭河道要注重保護，積極修復，控制污染，合理處置好河道與排水系統之間的相互關系見圖1。
圖1 紅線保護與城市發展關系
3.2 暗涵化河道系統化治理思路
暗涵化河道治理是水環境綜合治理，特別是黑臭水體治理的關鍵“黑箱”部分，國內外有很多暗涵治理實踐經驗和教訓。對于現狀暗涵化河道，需按照調查分析、明確目標、確定原則及工程應用的系統治理思路進行最優化處置，見圖2。
圖2 暗涵化河道系統治理路線
3.3 確定治理一般原則
暗涵化河道治理可根據其內外部特征及目標情況確定不同的治理方式，在確定具體技術方案前需擇取適用的一般原則，總體原則為：
暗涵河道治理服務于整體水環境目標實現;
允許條件下，優先明渠亮化、生態化處理;
源頭削減，過程控制的思路下開展近治理;
以控源截污為核心，重點控制污水直排和合流制排口溢流污染;
暗涵排口整治應以暗涵普查、排口溯源和源頭改造為基本手段;
暗涵整治與排水系統改造靈活結合，注重近遠期治理;
合理選擇底泥清淤方式，優先資源化利用;
結構安全可靠，技術經濟合理，運營維護方便。
3.4 主體工程技術選擇
在適用的治理原則下，應以河道整體水環境質量為目標和外部條件選擇相應主體工程技術方案，主體工程主要介紹明渠化改造及控源截污治理內容如下：
3.4.1 明渠化改造
暗涵化改造明渠化改造最有效的治理方式為借助城鎮舊城改造、水系統綜合治理、基礎設施建設的契機，克服征地拆遷困難，打開暗涵頂部蓋板還原自然河道。
自然河道的還原在平面上宜充分利用騰退的空間，將調查的河床及歷史上的河灘地納入其中；縱斷面上需形成交替的深潭和淺灘，引蓄水構筑物宜合理設置；橫斷面上應減少規則的矩形斷面，讓河床能夠有一定的擺動幅度，盡量預留水陸生態過渡帶。
3.4.2 控源截污治理
暗涵在控源截污后應實現其河道水質特征，與排水系統協同實現雨污水“各行其道”，全面準確的排口調查及溯源條件下，根據目標水質和水環境容量，對所有點源實施截污改造并有效控制初雨污染和合流制溢流污染。暗涵在不同排水體制下的改造方式見表2，不同條件下或不適宜，應靈活選擇。
表2 暗涵控源截污治理
3.4.3 靈活處置及改造利用
（1）在不影響行洪的條件下，通過增加智能控制設施，將蓋板暗涵轉換為隧道調蓄設施，控制中小降雨強度下的污染“零入河”，實現初期雨水和合流制溢流污染有效控制。
（2）利用暗涵化河道旁側市政道路空間，結合河道斷面進行橫斷面改造，將暗涵打開塑造柔性護岸和開放空間，接納透水路面的下滲雨水的同時形成蓄滯空間和局部的雨水自凈區域。
04源頭暗涵化河道改造案例
西南地區某地一源頭型河流基本情況見圖3，該河流總長1.2 km，為國家黑臭水體治理重點督辦項目，其中暗涵化長度比例達70%以上，按照系統治理思路對改暗涵進行最優化處置。
圖3 西南地區某源頭暗涵化河道范圍
4.1 暗涵基本情況
河道分為暗涵段及下游自然河道段，除暗涵為合流制外，其他區域管網為分流制排水系統。其中，下游自然河道在原控制性詳細規劃中取消，為防護綠地。暗涵段周邊大部分為現狀工業用地，涵身緊挨城市支路，無空間恢復為明渠河道。
經方案論證，爭取下游自然河道區域恢復為藍線，避免水體繼續暗涵化，按照規劃定位打造成為重要的區域性生態廊道和居民親水休憩區；上游暗涵實施需進行控源截污和源頭管網改造，減少對下游河道的污染轉移。
4.2 暗涵治理的內外部特征調查
（1）涵身特征。總長約800 m，暗涵位于上游源頭段，斷面尺寸5.4 m×4.0 m,鋼筋混凝土與漿砌片石擋墻加蓋形式，簡易結構。
（2）水體特征。水質情況：重度黑臭，主要指標如圖4治理前階段；流量情況：晴天污水+山體存蓄水，雨天合流制排水。
（3）排水特征。排水體制：源頭分流制-過程合流制；排澇能力：斷面基本滿足行洪需求，無明顯區域內澇情況；排口數量：暗涵內部12+源頭排水管網混錯接。
（4）沿線情況。業態分布：工業企業及居住小區；建筑關系：部分橫跨暗涵化河道；人口情況：人口密集，數個大型社區及醫療衛生企業。
（5）政策背景。位于規劃生態廊帶范圍；環保重點督查黑臭水體；暗涵排水重度黑臭，居民反應強烈。
4.3 暗涵外部管網普查+排口溯源+拓撲關系分析
經調查發現，暗涵內共有13處雨污合流排口、3處污水排口、8處雨水排口，雨污合流排口、污水排口總數中市政管網排口占20%，企業排口占80%。準確評估暗涵中滲流流量大小，同時通過系統監測方案和監測數據驗證管網普查資料中管道拓撲關系的合理性，在排水分區內選擇了17處點位進行為期一周的水量監測，動態評估暗涵排水情況。
4.4 治理原則及工程技術措施
（1）根據區域規劃，暗涵化河道所在區域為工業用地及居住用地，且均為建成區，且無區域改造計劃，無法實現河道明渠化生態處理，需按照“保留改善”方式治理。
（2）暗涵位于整個河道上游，且源頭為分流制排水體制建設區域，宜按照“雨污分流能分須分；全面提高出水水質”原則，減少對下游河道的污染輸出，消除黑臭水體，保障長制久清。
（3）通過管網普查及溯源，污水主要來源于暗涵內排口及暗涵上游分流制排水管道。涉及截污工程因工程范圍和用地條件限制無法一次性實施，暗涵治理需分期進行并設置臨時相應設施。
（4）截污系統建設。一期建設截污系統接納直排口及截留式合流制排水口污水，二期針對源頭分流制管網進行廠區或居住區內部混錯接改造。考慮截污系統分期建設，過程污水及合流制溢流污水進入暗涵，在暗涵末端及暗涵中段設置臨時截水墻和截流管，旱季及小雨期間截留至新建污水干管中。近期工程完成后，對二期優化改造范圍的廠區及居住區范圍內部進行排水管網改接，進一步降低源頭污水排放和初期雨水污染。待截污系統建設完成后取消臨時設施，提高截污管網內部污水濃度，減小下游污水處理廠處理負荷。
（5）遠期海綿化改造及暗涵周期維護。
4.5 暗涵治理效果
通過綜合治理判斷和工程技術應用，暗涵在治理前和分期控源截污后，暗涵出口水質明顯改善，水質情況見圖4。下游水體透明度（大于50 cm）和ORP（均值約75）均值滿足消除黑臭水體標準，主要指標達到地表水Ⅳ類標準。因遠期源頭園區范圍內部的混錯接、初雨污染及涵內沉積底泥污染緩釋等原因，降雨過后暗涵出水水質仍有輕微反彈現象。
圖4 分期治理效果水質情況
05結語
（1）源頭暗涵化河道治理受城鎮已開發建設條件約束，治理難度高，需求資金大。在新時代城鎮規劃建設領域，應摒棄先暗涵化后治理的開發方式，按照生態建設思路，嚴守生態保護紅線，在城鎮中保留河道的自然形態，保持河網水系密度，避免支流發育程度繼續降低。
（2）政策引導下，國土空間規劃應嚴格保護河道藍線、紅線，結合新城基礎設施建設和老舊城區改造，暗涵化河道治理在技術經濟合理的條件下優先實施生態明渠化改造，改善河道水質，提供更加自然的城市河流生態系統。
（3）源頭暗涵化河道的整治要有系統化的治理思維，實施“因涵施策”，針對不同的調查特征，采取基于空間位置和近遠期結合的主體工程技術方案，實現當前水環境目標，并預考量遠期目標的可達性。
（4）作為保護生態紅線的重要支撐，城鎮源頭河道保護對應的流域面積臨界值納入政策材料和規劃依據應進行積極的探索和研究。美國清潔水法及FEMA的泛洪管理中對小型河道（溪流）進行了定義，但無特別清晰的保護措施；國內也缺乏相關尺度和方法的系統研究。
微信對原文有修改。原文標題：源頭暗涵化河道形成過程與系統治理思路；作者：吳偉龍、蔡然、瞿文風、游宇、王光春；作者單位：北京首創生態環保集團股份有限公司、四川水匯生態環境治理有限公司。刊登在《給水排水》2021年第12期。
