科技创新为水务高质量发展赋能增效近年来,武汉市水务局始终围绕“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”“生态优先、绿色发展”等治水新思路,致力于提升全市水务事业科技能力,在防洪抗旱减灾、城市内涝防治、水资源节约与高效利用、水环境治理、水生态保护修复、流域综合治理、水务工程建设与管理等领域探索科技创新,力图破解制约水务发展的重大科技难题。
目前科技创新成果已广泛应用于武汉“三湖三河”流域水环境综合治理、百里长江生态廊道、污水厂网提质增效、排水系统能力提升、供水水厂工艺改造、大东湖深隧、智慧水务一期等重大水务工程规划、设计、建设及调度管理中。科技创新为武汉水务高质量发展赋能增效,也正在成为武汉水安全保障、水环境提升的重要能力。
围绕洪涝预警预报、供水安全保障、基础设施建设等方面开展一系列研究,攻克了大流域洪水预报时效性、城市内涝预警预报精准性、防洪工程与生态环境协调性等难题,成果已成功应用于武汉市举水流域洪水预报、东沙湖流域内涝精细化调度预报、超标暴雨内涝风险分析、百里长江生态廊道、中小河流综合治理、堤防闸站建设等项目中。
近年来,举水流域洪水实时预报技术在相关流域洪涝防范方面发挥了重要作用。举水洪水预报模型由降雨径流模块、一维河网模块和二维地表漫流模块耦合而成。降雨径流模块采用新安江模型,用于各子流域产汇流模拟计算;一维河网模型用于径流汇入河道之后的演进过程模拟,包括沿程各断面水位、流量和流速等;二维地漫流模型用于模拟举水河沿岸边重点区域和易淹区的洪水演进的过程,为相关决策提供科学指导。
基于郑州“7·20”特大暴雨,超标暴雨城市内涝风险预警预报技术利用水力模型,对武汉市中心城区内涝风险区域进行了定量分析,包括划分了不同区域风险等级,对重点防护对象,如医院、学校、养老院、地铁、下穿涵洞、排涝泵站等进行风险识别。该模型通过对武汉市直排型水系、调蓄型水系退水过程的分析,预测了调蓄型湖泊在不同工况下的最高水位与各水系退水时间,还从标准内涝防治体系、超标内涝风险应急触发条件分析、重点防御措施等方面提出了应对极端暴雨内涝的策略。
近年来,为落实长江大保护等重大国家战略,武汉持续加大流域水环境治理的投入,主要关注构建管网提质增效、控源截污、河湖健康的水环境治理体系,按照“水岸共治、雨污同治”的治理思路,已建成黄孝河流域、机场河流域、南湖流域、汤逊湖流域、湖溪河和大东湖深隧典范项目。
水环境监测技术方面研究在常规CCTV检测的基础上,利用同位素示踪法辅助锁定问题、发现问题;在水处理技术方面,探索了往复式MBR技术,不仅具有更高的寿命及安全性,也降低了能耗,运维管理更方便;在管理方面积极探索“厂网河一体化”统筹管理模式;在智慧长效方面不断完善监控系统,探索数字孪生的应用系统建设。
近年来,由于武汉市地下水资源丰富且地下水埋深浅,同时施工区域较多,地表水贯通、管网系统庞大纵横交错等复杂问题导致外水不明、外水不清,清污分流难,管网提质增效行动进入瓶颈期。最新研发的城市排水管网与地下水交互影响同位素溯源技术瞄准这一问题,通过管网同位素溯源及相关模型分析的方法,辅助常规CCTV和管网监测手段,进一步了解管网本底情况,对管网外水入侵点位进行定点、定性和定量地分析,为相关项目建设提供了有力的技术支撑。
而往复式MBR技术则在黄孝河机场河水环境综合治理二期PPP项目重点子项之一的铁路桥净水厂得到了较好应用,该净水厂采用的国际先进MBR膜处理工艺,过滤孔径仅为0.1μm,相当于头发丝的千分之一,拥有更大的膜通量,能够除去污水中的微生物、胶体、藻类以及其他引起浑浊的物质。目前,铁路桥地下净水厂出水标准为准Ⅳ类,达到景观娱乐用水标准,并就近作为黄孝河明渠生态补水的水源。
同时,高标准、多维度、大时空耦合模型技术已成功应用于黄孝河机场河水质提升工作中,构建了适用于高密度建成区的“源-网-厂-站-河”优化调度模型,通过对整个流域内的各水务要素,包括河道、污水厂、污水泵站、排涝泵站、闸站、调蓄设施、监测站点等全面监测和实时管理、联控联调,借助于外部气象预报数据等,实现全流域的水量、水质、洪涝防控和设施维护的精细化、科学化、动态化管理,控制、减少洪涝灾害,减少水质污染及其对城市和自然环境的影响,精准预测黄孝河机场河水量水质时空变化,科学分配各工程措施污染物削减量,为优化顶层设计提供定量化科学依据,实现系统化治理的目标。
党的二十大报告提出,提升生态系统多样性、稳定性、持续性,加快实施重要生态系统保护和修复重大工程。
近年来,武汉市在河湖水环境治理工作中结合水体自身特点,积极探索与创新水生态修复关键技术,取得了良好的生态环境效益。生态降水、透明度调控、种植水草等“水下森林”营造技术,让一个个湖泊重现生态活力。
以“三湖三河”流域水污染治理为重点,全面开展全市河湖流域水环境“清源、清管、清流”行动,优先解决汤逊湖流域旱季入湖污染问题,重点实施其子湖红旗湖生态净化工程,构建面积为137公顷的净化湿地系统。
红旗湖生态净化工程采用了EHBR膜+水生态湿地构建技术,其中EHBR膜生物反应技术组件在强化处理区处理面积覆盖20公顷,其核心部分包括中空纤维膜和生物膜,生物膜附着生长在透氧中空纤维膜外表面,空气通过中空纤维膜为生物膜直接供氧,生物膜与污水充分接触,污水中所含的有机物和氮磷等被生物膜吸附和分解除去,从而使污水得到净化。而水生态湿地主要采用以沉水植物为主导的生态湿地系统,配置耐污型、营养掠夺型、耐寒型等沉水植物,利用沉水植物的光合作用增加水体溶解氧,同时吸收过多的氮磷营养物,再逐步向水体中引入螺贝鱼虾等低等和高等水生动物,通过水草的季节性收割和鱼虾的产出,带走水中的氮磷营养物,建立较完善的水生态系统,形成较强的水体净化能力。EHBR膜与人工湿地相结合的技术进行水质提升与生态修复,可以达到“1+12”的治理效果,是一种优异的地表水质提升技术组合方案。
近年来,东湖的生态治水之路也显现成效。从截污控污到排口整治,从退渔还湖到生态修复,东湖整体水质为Ⅲ类,为近40年来最好水平。在东湖实施的水生植被和湖边塘水生态修复,让140公顷水域重现“水下森林”。通过促进水质自我修复,使东湖水域“免疫力”得到提升。东湖还设置有10多个水质自动监测浮标站,使水质监测覆盖了所有子湖和港渠。
在对中法半岛小镇小微水体生态环境进行修复和保护中,多家单位联合,在保证中法半岛小镇项目顺利实施的前提下,通过对小微水体的改造或建设,形成由调蓄塘、稳定塘、挺水植物湿地塘、沉水植物湿地塘等组成的多自然型多联近自然湿地系统,其具有较强的污染负荷去除效果,同时具有一定的调蓄功能。
湖面碧波荡漾,水中鱼儿游弋,一个个曾经浑浊不堪、异味飘散的湖泊如今变了模样,未来还将在新的技术与实践下,变得更加清透灵动,尽显生态之美。