河道式滯留塘在河道治理中的應用

姜 岷，徐 輝，徐俊霞

（山東省淄博市水利勘測設計院，255020，淄博）

從20世紀80年代初改革開放以來，由于人口增加和工農業(yè)快速發(fā)展，我國河流吸納了大量的生活污水和工農業(yè)廢水。此外由于過度和不合理的土地與水資源開發(fā)利用，河岸帶生態(tài)系統(tǒng)遭到了嚴重破壞。由于這些共同作用，導致我國河流水質逐年下降，某些河流尤其是東部經濟發(fā)達地區(qū)和流經城鎮(zhèn)的中小型河流，河流水質污染和生態(tài)破壞尤為嚴重，河流作為飲用水水源的功能完全喪失，其他如漁業(yè)養(yǎng)殖、農業(yè)灌溉、娛樂景觀等功能喪失或者無法正常發(fā)揮。另一方面，由于我國經濟持續(xù)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程不斷加快，人民生活水平和質量不斷提高，對水資源的數(shù)量和質量都提出了越來越高的要求。河流是重要的水源，因此治理我國河流污染迫在眉睫。

一、北方河道水環(huán)境特點

與南方地區(qū)相比，我國北方地區(qū),特別是華北和東北的人口稠密地區(qū)的中小型河流污染更為嚴重。北方地區(qū)的大氣降水較少，華北、東北地區(qū)年降水量通常在600～800 mm，少于長江以南地區(qū)。并且我國屬亞熱帶季風性氣候，降水有明顯的季節(jié)性，總體而言是冬春季少，約占1/3，夏秋季多，約占2/3。在山東、河北、遼寧僅7、8兩月的降水量就占全年總降水量的約50%。夏秋季的豐富降水使得中小型河流的流量較大，有時甚至引發(fā)洪水。而在冬春季，由于降水較少，通常難以形成地表徑流，河流的流量很小。此外由于水庫、水閘等水利工程的蓄水攔水作用，某些中小型河流甚至斷流或者長期干涸。河流，尤其是中小型河流的流量與其水質有著直接關系。河流水質惡化的主要原因是工農業(yè)廢水和生活污水的直接排放。在夏秋季由于降水形成的流量較大，河水中廢水和污水的比重較小，此時河水的水質相對較好；到了冬春季，河水的自然流量所占比例小，有時某些河道甚至完全成為了排污溝。北方河流的另一個重要特點是河流通常有寬闊的河灘，這也是由北方河流流量的季節(jié)性差異造成的。夏季洪水期，河水漫過整個河灘，形成寬闊的河面；冬季枯水期，河水只在狹窄的主河槽中流動。

二、滯留塘技術發(fā)展與應用

人工滯留塘最早出現(xiàn)于20世紀60年代的美國、加拿大、英國等國家，其主要目的是控制城市暴雨徑流，通過將暴雨期間的一部分地表徑流積蓄在滯留塘中，可以減小集中降水對城市防洪設施的壓力。

從20世紀80年代開始，滯留塘在地表徑流污染控制中的作用逐漸受到重視。目前滯留塘的首要應用目的是調節(jié)暴雨徑流流量和控制暴雨徑流污染，例如可以用于由暴雨引起的農業(yè)廢水的處理,公路污染徑流的處理、城市暴雨徑流污染的治理和城市河流污染的治理等。構建滯留塘控制地表徑流污染的最大優(yōu)點在于可以利用閑置的空地發(fā)揮水質凈化作用，而且管理維護簡單。

西方國家較少構建河道滯留塘，較多采用閑置的空地構建非河道滯留塘，以調節(jié)暴雨徑流流量，同時發(fā)揮水質凈化作用，側重從源頭污染控制的角度保護河流水質，而非直接凈化已污染河水。

我國是發(fā)展中國家，在進行河流污染治理時必須考慮具體技術的經濟可承受性。滯留塘技術作為一種簡單易行的生物（生態(tài)）技術，不但可以長期發(fā)揮作用，而且所需的管理維護遠較其他技術為少，因此在我國污染河流的治理中具有較好的應用前景。將滯留塘技術應用于污染河流水質凈化時，應結合河流的水環(huán)境特點與河流的物理結構，合理應用，以使滯留塘物盡其用。

三、滯留塘參數(shù)設計選擇

我國許多中小河流，特別是北方河流，具有寬闊的河灘地，但又缺乏有價值的利用方式，因此可以充分利用這些灘地構建河道滯留塘直接凈化污染河水。

顆粒物沉降是滯留塘去除污染物的主要途徑，顆粒物在滯留塘的沉降過程中產生絮凝作用，形成粒徑更大、有效密度更小的顆粒物絮體，粒徑增大可提高顆粒物的沉降速率，而密度的減小則會使顆粒物沉降速率降低，但通常情況下，顆粒物粒徑的增加對沉降速率更具有決定作用。

以淄博市孝婦河部分水質數(shù)據(jù)為例，該河流從上游趙莊起河水水質就常年為劣Ⅴ類水質。暴雨徑流與污染河水在污染物構成上也存在較大差異，暴雨徑流的懸浮顆粒物（SS）濃度通常很高，濁度可以達到甚至超過1000 Ntu，而有機污染則相對較輕。而河流的濁度通常不超過100 Ntu，但有機污染和NH3-N污染相對較重。

HRT（水力停留時間）是滯留塘設計的一個重要參數(shù)，HRT越長沉降時間越多，且在滯留塘容積固定前提下，河水平均流速更為緩慢，紊流程度更小，有利于SS的沉降。HRT過短不利于SS的充分有效沉降，而過長的HRT除了本身實施上的難度外，可能對提高SS的去除也不會有太大的促進作用，對于特定SS濃度的河水應該有一個較適宜的HRT范圍。

需要指出的是，與一般的穩(wěn)定塘不同，受河水流量和河道容積的限制，河水在河道滯留塘中的HRT較短，以孝婦河此類中小型河流為例，若滯留塘容積為6萬m3，則年平均HRT為 2.6 h，8 月的平均 HRT 為 2.4 h，12月平均HRT為5.9 h，4月最長，但平均HRT也僅為37 h，遠少于穩(wěn)定塘3天以上的HRT。

表1是不同HRT條件下滯留塘對孝婦河SS平均去除率的統(tǒng)計。由表可見，去除率呈現(xiàn)出隨HRT延長而提高的趨勢。將HRT從1.5 h提高到3 h后，SS提高并不明顯，只有進一步提高至5 h或7 h后，才有較顯著的提高，但通常也不超過50%。

針對孝婦河特定的水質，從維持較高的滯留塘單位面積SS平均去除速率的角度，在1.5～7 h范圍內，適宜選擇較小的HRT。

滯留塘動態(tài)凈化河水過程中，除了受到HRT、SS濃度、SS沉降性能等因素影響外，滯留塘水流流態(tài)也可能對SS沉降產生較為顯著的影響。滯留塘水流流態(tài)主要決定于滯留塘形狀和河水流量，滯留塘形狀在一定程度上可以人為決定。此外，SS不斷在滯留塘中沉積，不但使滯留塘的容積減小，使相同進水流量下河水的HRT變小，而且還會在一定程度上改變滯留塘的形態(tài)，所以如果沉積物過多，有必要進行清理維護。

由于SS在滯留塘中的沉積速率以進口處最大，因此在滯留塘設計時，應使滯留塘進口處有較大的水面寬度和水深，這樣不但可以促進SS的沉降，而且可以使滯留塘有較長的連續(xù)運行時間而不必頻繁清淤。

凈化污染河水的河道滯留塘是一個連續(xù)動態(tài)運行的水質凈化系統(tǒng)，沉積物有可能較快地積累。同時由于滯留塘位于河道上，沉積的污染物在洪水期有被沖到下游造成污染的風險。為了減少這種風險，并使滯留塘長期發(fā)揮改善水質的作用，需要了解滯留塘中顆粒物的沉積規(guī)律，并對滯留塘形狀作合理的設計，同時進行一定的管理和維護，及時將有可能再次進入河水的污染物轉移出滯留塘，或者清理死亡腐爛的水生植物，以保持滯留塘系統(tǒng)物質能量的輸入輸出平衡。

表1 滯留塘對SS的去除效果

四、結 語

①滯留塘系統(tǒng)對SS的去除率隨著HRT的延長而緩慢增加，通常情況下去除率介于20%～40%。

②河水的SS濃度對滯留塘SS去除效果影響顯著，滯留塘系統(tǒng)對SS的去除率隨進水SS濃度的升高而提高。

③在河流上直接構建河道滯留塘通常需要沿河流橫斷面構筑滯留堰攔水，以此形成一定的容積，使河水在其中停留一定時間。河水從滯留塘流出時將從滯留堰頂流過，流入下游的河道中，這是一個跌水復氧的過程。這也是滯留塘發(fā)揮水質凈化作用，改善河流水質的一項功能。

④在具備條件的滯留塘系統(tǒng)中將滯留塘進行功能分區(qū)。在滯留塘的進口端由于SS沉降較多，采用較大的水深，側重于發(fā)揮滯留塘SS的沉降功能。在滯留塘的中部和近出口端，采用較小的水深，種植水生植物，側重發(fā)揮滯留塘降解有機物，吸收氮磷的功能。

⑤應研究不同水生植物對滯留塘凈化河水COD、SS的作用。水生植物的表面可以作為微生物的生長介質，同時會改變滯留塘中的水流流態(tài)，有必要考察水生植物上的微生物對COD的凈化效果和由于流態(tài)變化所引起的SS去除效果的影響。

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