常熟市城區(qū)興福片區(qū)斷頭浜水環(huán)境生態(tài)修復(fù)實踐

(1.南京瑞迪建設(shè)科技有限公司，江蘇 南京 210029；2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

常熟市位于江蘇省南部，地處太湖流域，境內(nèi)水網(wǎng)密布，湖蕩眾多，河港縱橫，集鎮(zhèn)臨河，村落傍水，是典型的江南水鄉(xiāng)，人們習(xí)慣將小河流稱為河浜，而斷頭浜[1]是指一端是盲端的小河溝。由于其水體流動不暢、周邊環(huán)境污水灌入，流得進排不出，水體易發(fā)黑發(fā)臭[2]，嚴重制約了區(qū)域水質(zhì)的整體提升。

目前，斷頭浜采用的活水[3]措施通常是在斷頭浜底部埋設(shè)鋼管，通過翻水泵將下游主干河道活水抽至斷頭浜上游，再讓活水從斷頭浜河槽自流進入下游主干河道。該方法對斷頭浜上游水質(zhì)改善效果較好，下游效果較差，加之河道兩岸均為居民生活區(qū)，部分生活污水排入河道，水質(zhì)基本處于Ⅳ～劣Ⅴ類，底泥污染嚴重。單一的活水措施可謂是治標不治本，現(xiàn)在難以滿足城市水環(huán)境生態(tài)綜合修復(fù)的要求，迫切需要探索標本兼治的綜合治理措施。

本文以常熟市城區(qū)興福片區(qū)斷頭(花園)浜整治為例，結(jié)合水動力與生態(tài)補水技術(shù)、原位生物強化與太陽能充氧耦合技術(shù)，通過河道清淤、翻板閘建設(shè)、生態(tài)浮床建設(shè)、系統(tǒng)集成等綜合治理措施對斷頭浜進行系統(tǒng)整治及效益分析。

1 區(qū)域水系概況與斷頭浜現(xiàn)狀

常熟市主要引排河道22條，200畝以上的湖蕩13個。河道和湖泊組成了一個可供引、排、調(diào)、蓄、航的水網(wǎng)水系，服務(wù)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。南福山塘是主城區(qū)北部一條重要的縱向引排水河道，南起北門翻水站，長3.2km，河底高程0.5m，平均河寬18.0m。雨季時，虞山北麓洪水沿興福片區(qū)內(nèi)的報慈浜、花園浜等河道排入南福山塘。

花園浜全長865.0m，正常水深約1.7m，河口寬7.0～10.0m，西側(cè)連接虞山，東側(cè)連接福山塘。雨季時，花園浜作為虞山洪水的行洪通道，具有一定流動性，除雨季外，花園浜上游幾乎無水源補充，水體流動性差，為典型的斷頭浜形態(tài)。地理位置上，花園浜緊鄰古城區(qū)，老舊城市管網(wǎng)存在截污不徹底的現(xiàn)象，兩岸時有生活污水直排入河，導(dǎo)致河道水體黑臭，水質(zhì)基本為劣Ⅴ類，尤其在7月、8月水體發(fā)灰嚴重，水面漂浮底泥發(fā)酵物質(zhì)，嚴重影響周邊人居環(huán)境。而花園浜水體進入下游主城區(qū)主要引排水河道，將進一步影響福山塘水體水質(zhì)。目前，花園浜底部埋設(shè)鋼管，通過泵站將下游主干河道河水抽至花園浜上游，再讓水體從斷頭浜河槽自流進入下游主干河道，形成活水。但是由于花園浜河道坡度較緩，水體在上游100.0m范圍內(nèi)流動性較好，中下游水體流動性仍然很差，對水質(zhì)的改善效果不明顯。近年來，隨著常熟經(jīng)濟的發(fā)展，人民群眾追求舒適、健康生活品質(zhì)的愿望日益強烈。為了改善常熟城區(qū)水環(huán)境及人居環(huán)境，避免影響下游區(qū)域水質(zhì)達標，對花園浜這一典型黑臭斷頭浜進行源頭整治十分必要。同時，通過花園浜整治工程，探索形成一套行之有效、成本適中、易于維護管理、普遍適用的平原地區(qū)斷頭浜“黑臭”河道整治技術(shù)，并推廣到江蘇省內(nèi)，乃至長三角地區(qū)，為建設(shè)水生態(tài)文明城市、宜居城市提供技術(shù)支持，也具有重要參考意義。

本文遵循傳統(tǒng)黑臭河道治理“截污、控源、活水、生態(tài)修復(fù)”四大原則，針對斷頭浜水體流動性差等特點，常熟市采用了“截污控源、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、清水補給、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”的技術(shù)路線進行綜合整治修復(fù)。

2 修復(fù)工程措施

花園浜整治工程是一個系統(tǒng)性的工程，河道整治工程首先進行截污納管、底泥清淤，控制好外源和內(nèi)源污染；在原有上游活水工程的基礎(chǔ)上，采用液壓翻板閘與微氧推流機相結(jié)合的梯級水力調(diào)控方法[4]，形成整體活水與局部活水相結(jié)合，逐級改造花園浜水質(zhì)；針對現(xiàn)狀水體黑臭明顯的情況，臨時投放絮凝劑，加快河道水體懸浮物的沉降，改善感官效果；長期修復(fù)采用生態(tài)水草、生態(tài)浮床等措施進行水質(zhì)凈化、改善生態(tài)。具體分類措施如下。

2.1 截污控源措施

花園浜整治工程采用干地進行清淤，淤泥無重金屬污染，淤泥封裝外運，曬干后棄置于指定的棄土區(qū)并填埋。清淤過程中同時對河道兩岸排水口進行調(diào)查，區(qū)別雨水口、排污口以及雨水污水混合口，發(fā)現(xiàn)排污口及時匯報河道管理部門，查明污水來源；在妥善安排好原污水去處后，對排污口進行封堵。

2.2 局部活水措施

針對花園浜現(xiàn)有活水工程仍然滿足不了水體流動性與水質(zhì)要求的情況，治理工程在花園浜中下游采用液壓翻板閘與微氧推流機相結(jié)合的梯級水力調(diào)控方法，提高水體流動性。微氧推流機[5]利用專用潛水電機直接傳動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，同時產(chǎn)生強大的軸向推力和徑向攪拌力，將吸入的空氣粉碎成細微氣泡，并且將氣、水混合體強力注入水中產(chǎn)生的氣水混合流，在離心力作用下急速排出，推動水層間的強勁流動，從而達到曝氣和推流攪拌混合的雙重作用。潛水推流曝氣機使水體攪動與充氧同時進行，氣泡細密，既可獲得較高的氧轉(zhuǎn)移率，又具有葉輪無堵塞優(yōu)點。該方案集曝氣、攪拌、混合、推流于一體，解決有機廢水，有效曝氣充氧于一體(不需要配置鼓風(fēng)機、管道、閥門及水泵等設(shè)備)，投資少、成本低、安裝簡捷、維護便利。通過充分曝氣與攪拌，能有效增加水體溶解氧含量，具有富氧、曝氣雙重功能，在加速水體循環(huán)的同時，可加速長期滯留于水體中的不易腐化的有機物分解，較大程度改善水體環(huán)境，促進城市河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

2.3 臨時投放絮凝劑

花園浜現(xiàn)狀水體渾濁、懸浮物較多，自然沉降較慢，為進一步提高花園浜水環(huán)境質(zhì)量，改善花園浜河道感官效果，提高河道水體透明度，改善城市水景觀和沿河居民生活質(zhì)量，該治理工程在河道蓄水初期投放絮凝劑。根據(jù)工程實施需要以及河道實際情況，采用原位水質(zhì)凈化處理方案，在花園浜和福山塘交匯口處北側(cè)的花園浜翻水站位置處，建造絮凝劑(PAC)摻加系統(tǒng)?；▓@浜翻水站引福山塘來水進入泵站后，通過絮凝劑(PAC)摻加系統(tǒng)投加絮凝劑，用來強化懸浮物的沉淀效果?；旌闲跄齽┑暮铀ㄟ^地下暗管，從花園浜翻水站輸送至花園浜上游區(qū)域，懸浮物經(jīng)混凝沉淀快速沉入上游河底，降低河道水體懸浮物濃度，河道水體感官效果和透明度改善明顯。

然而，若長期投放化學(xué)藥劑，將對河道底部土壤的pH環(huán)境和生物養(yǎng)分固結(jié)產(chǎn)生不利影響，因此后期水體凈化需依靠活水循環(huán)和生態(tài)水草等措施。

2.4 生態(tài)凈化措施

根據(jù)花園浜河道特性及水質(zhì)特點，采用植物生態(tài)浮床與生態(tài)水草技術(shù)相結(jié)合的方式對花園浜進行生態(tài)治理[6]。

生態(tài)浮床[7-8]技術(shù)是運用無土栽培方式，以高分子材料為載體和基質(zhì)，采用現(xiàn)代農(nóng)藝與生態(tài)工程措施綜合集成的水面無土種植技術(shù)。通過水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生動物的攝食以及微生物群落的降解作用，去除水體中有機物、氮、磷等營養(yǎng)鹽，從而達到水質(zhì)凈化的目的，同時營造優(yōu)美的水面景觀。

生態(tài)水草[9]技術(shù)是將苦草、黑藻等生態(tài)水草布置于水中，生態(tài)水草表面將自然形成生態(tài)膜，生態(tài)膜中外層為藻菌共生層，內(nèi)層為厭氧層。外層藻類通過光合作用產(chǎn)生氧氣供給好氧菌使用，促進好氧菌生長，而細菌代謝釋放出的CO2又成為藻類的碳源，促進了藻類的光合作用，形成了良好的共生環(huán)境。內(nèi)層厭氧菌則承擔(dān)著反硝化作用，可將水體中的氨氮轉(zhuǎn)化成氮氣排入大氣，通過生態(tài)水草技術(shù)，配合曝氣工藝，可有效降解COD、BOD、NH3-N達20%以上，提高水體透明度30%以上。另一方面，形成的生態(tài)膜微生態(tài)系統(tǒng)中，藻類、原生動物等餌料生物還可作為食物來源供給水生動物，有利于提高食物鏈的初級生產(chǎn)力。

2.5 綜合自動化系統(tǒng)集成

生態(tài)治理工程一般具有一系列關(guān)鍵的調(diào)控設(shè)施、設(shè)備，而各類設(shè)施、設(shè)備的聯(lián)合調(diào)度和自動化管控能夠大幅節(jié)省人力、提高環(huán)境治理工程的整體效果，也為后續(xù)水環(huán)境的適應(yīng)性管理提供了有力手段。該工程涉及的調(diào)控設(shè)施包括3臺微氧推流機、1號和2號液壓翻板閘、臨時絮凝劑摻加系統(tǒng)。建設(shè)遠程自動化控制系統(tǒng)，一方面可實現(xiàn)所有工情的自動化遠程監(jiān)視和集群監(jiān)控，提高工程自動化、集群化、智能化管理水平。另一方面，自動化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)完成后，可通過預(yù)留標準化接口，集成到整個常熟市城區(qū)暢流活水聯(lián)控聯(lián)調(diào)系統(tǒng)中，這將大幅提升城市河流的生態(tài)治理與有效管控效率。

該工程的遠程自動化監(jiān)控系統(tǒng)包括工情遙測系統(tǒng)和遠程監(jiān)測系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。工情遙測系統(tǒng)由遙測站和中心站兩部分組成，遙測站分別設(shè)置在微氧推流機、液壓翻板閘、絮凝劑摻加系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場，中心站設(shè)置在花園浜水行政主管部門，實時接收現(xiàn)場監(jiān)測信息。遙測站按照設(shè)定的工作方式自動采集傳感器的信息，通過分析處理單元、存儲單元、通訊單元向中心站發(fā)送最新遙測數(shù)據(jù)。中心站實時接收遙測站發(fā)來的數(shù)據(jù)包、自動檢查數(shù)據(jù)的幀格式，并進行合理性判斷，分類自動存儲，以立即數(shù)的形式進行顯示。系統(tǒng)對采集的各類數(shù)據(jù)進行計算與統(tǒng)計。顯示包括各類顯示圖、曲線、表格等，顯示實時數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)、提供歷史數(shù)據(jù)曲線、報表查詢，各類報警信息統(tǒng)計表，操作記錄統(tǒng)計表、各類運行報表等。遠程監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布開放式結(jié)構(gòu)，控制權(quán)分“遠控、現(xiàn)地”兩級，越接近設(shè)備，控制權(quán)限越高，控制權(quán)順序為：現(xiàn)地、遠控。遠程控制與調(diào)節(jié)的對象主要為3臺微氧推流機、1號和2號液壓翻板閘、絮凝劑摻加系統(tǒng)。控制內(nèi)容包括微氧推流機的開、停機操作，液壓翻板閘的升、降、停操作，絮凝劑摻加系統(tǒng)的啟、停操作等。現(xiàn)地通過按鈕或觸摸屏人機界面控制，遠程利用鼠標或鍵盤通過監(jiān)控軟件控制。監(jiān)控系統(tǒng)按照當前的運行控制方式和預(yù)定的參數(shù)進行控制調(diào)節(jié)，以滿足工程的實時控制要求。

2.6 整治效果

治理前花園浜水質(zhì)多為劣Ⅴ類，部分水體黑臭，水動力條件差，部分河段淤積嚴重，底泥易擾動。

修復(fù)工程完成后，花園浜水動力提升明顯，尤其是下游河段表面流速達到0.1m/s以上。經(jīng)過約半年的運行，花園浜水體透明度達到1m左右，水質(zhì)得到明顯改善。

2018年6月對花園浜河道沿程取5處水樣進行檢測，主要水質(zhì)指標達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)Ⅴ類水標準，水體全面消除黑臭，沿河檢測指標見表1。

表1 花園浜水質(zhì)檢測結(jié)果

3 結(jié)論與建議

花園浜整治工程是常熟市斷頭浜水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)示范工程，該工程針對斷頭浜水體流動性差等特點，采用了“截污控源、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、清水補給、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”的技術(shù)路線，在每個環(huán)節(jié)結(jié)合具體問題實施了較為有效的工程措施，并將各類關(guān)鍵調(diào)控設(shè)施進行自動化集成。工程實施后，花園浜水質(zhì)環(huán)境得到較大改善，居民生活品質(zhì)得到顯著提升。通過對花園浜整治進行總結(jié)，形成一套合理有效的斷頭浜治理系統(tǒng)，可為常熟市消除黑臭河道、改善城市水環(huán)境的目標提供技術(shù)支撐，也為其他城市河流環(huán)境治理，尤其是斷頭浜治理提供有益參考。但是在工程具體實施及后續(xù)運行管理過程中，仍存在如下問題有待進一步深入研究和探討：

a.花園浜整治工程屬于試驗性整治工程，工程中雖然采用了活水循環(huán)、清水補給、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)等一系列工程措施，但實施過程中發(fā)現(xiàn)河流沿線排污管截污不徹底，治理效果大打折扣，控源截污是基礎(chǔ)工作，施工過程中應(yīng)協(xié)調(diào)處理現(xiàn)狀排污問題，對截污不徹底的污水口進行封堵。

b.工程實施后配套建設(shè)的遠程自動化監(jiān)控系統(tǒng)是水環(huán)境治理工程聯(lián)合調(diào)度和高效運行管理的有力手段。但是目前各集成系統(tǒng)還處于試運行階段，因此開展試驗性調(diào)度，探索配套設(shè)施的調(diào)控與水環(huán)境質(zhì)量的響應(yīng)關(guān)系，建立相應(yīng)的反饋調(diào)節(jié)機制，可為常熟市斷頭浜水環(huán)境治理工程提供科學(xué)依據(jù)，也可為后續(xù)水環(huán)境的適應(yīng)性管理提供參考借鑒。?