城市河道水環(huán)境治理思路與工程實(shí)踐

(上海汀瀅環(huán)?？萍加邢薰荆虾?201707)

隨著城市化進(jìn)程的加快，全國(guó)范圍內(nèi)相當(dāng)比例水體的水環(huán)境遭到不同程度的破壞。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)達(dá)不到飲用水源標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ類、Ⅴ類及劣Ⅴ類水體在河流、湖泊(水庫(kù))、省界水體及地表水中的占比分別高達(dá)28.8%、33.9%、32.9%及32.3%。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長(zhǎng)江中下游地區(qū)，中小河流富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，水葫蘆、浮萍等水生植物瘋長(zhǎng)形成河面綠毯，更嚴(yán)重的，形成黑臭水體，水域環(huán)境極差。水環(huán)境的好壞與區(qū)域污染負(fù)荷密切相關(guān)，一旦污染負(fù)荷超過(guò)水體的自凈能力，水質(zhì)惡化將不可避免，水生態(tài)系統(tǒng)也將面臨崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。

2015年4月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱“水十條”)，要求到2020年全國(guó)水環(huán)境質(zhì)量得到階段性改善，長(zhǎng)三角區(qū)域力爭(zhēng)消除喪失使用功能的水體；到2030年，力爭(zhēng)全國(guó)水環(huán)境質(zhì)量總體改善，水生態(tài)系統(tǒng)功能初步恢復(fù)。各省市也相繼制定了工作目標(biāo)，例如：上海市制定了《上海市2018—2020年環(huán)境保護(hù)和建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃》，要求到2020年地表水環(huán)境治理明顯改善，重要水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)到78%，國(guó)考斷面水質(zhì)全面消除劣Ⅴ類，市考斷面水質(zhì)95%以上達(dá)到或優(yōu)于地表水Ⅴ類水。

1 城市河道水環(huán)境特征

對(duì)于城市化地區(qū)，由于人口密度大、工業(yè)發(fā)達(dá)，污染種類和污染負(fù)荷一般都超過(guò)農(nóng)村地區(qū)，因此城市地區(qū)的水環(huán)境治理難度更大、更復(fù)雜。在城市化進(jìn)程中，自然河道應(yīng)有的形態(tài)逐漸消失，河道水環(huán)境也隨之發(fā)生了重大變化，主要有如下幾點(diǎn)特征：

a.河道護(hù)岸普遍硬質(zhì)化，濱河緩沖帶缺失。城市建設(shè)中，大量河道被填埋和侵占，水面率大大下降。而為了滿足城市防洪、除澇、航運(yùn)等功能性需求，河道被硬質(zhì)化建設(shè)，大量建筑、道路緊鄰河道修建，濱河岸帶被大大壓縮，甚至消失，無(wú)法發(fā)揮緩沖帶功能，大量面源污染直接入河。

b.河道水體非自然流動(dòng)，水動(dòng)力分布不均衡。出于防汛、排澇的需要，城市河道被分割成多個(gè)片區(qū)、圩區(qū)，通過(guò)外圍控制口門進(jìn)行引排水。由于排水路線的差異，導(dǎo)致河道水動(dòng)力分布不平衡，在水動(dòng)力較差區(qū)域，水體長(zhǎng)時(shí)間得不到交換，水質(zhì)惡化。

c.水生態(tài)系統(tǒng)不健康，河道自凈能力弱。由于城市河道硬質(zhì)化，加上水深過(guò)大，水體渾濁，導(dǎo)致河道水生態(tài)系統(tǒng)處于不健康的狀態(tài)，高等水生植物難以成活，生物多樣性差，河道自凈能力弱，一旦溫度升高，藻類隨之暴發(fā)，河道發(fā)綠甚至黑臭。

d.河道污染負(fù)荷重，雨水管網(wǎng)中有大量污染物入河。在河道治理中，大量直排河道的污水口被封堵，但是城市河道周邊情況比較復(fù)雜，特別在老城區(qū)，隱蔽的排污口或者污水錯(cuò)接進(jìn)入河道的情況屢見不鮮，污染負(fù)荷大大高于河道自凈能力。根據(jù)武漢理工大學(xué)姜應(yīng)和教授對(duì)武漢市部分區(qū)域入河污染物的研究成果，在污水直排被控制的情況下，入河污染物(以COD計(jì)算)中：污水管道錯(cuò)接占比最大，達(dá)到38%；沖掃馬路造成的污染占比約為18%；初期雨水污染占比約為10%；其他則包括陽(yáng)臺(tái)洗衣機(jī)排水、大氣降塵等。

2 城市河道水環(huán)境治理思路

消除河道黑臭是城市河道水環(huán)境治理的第一步，防止河道返黑、返臭，消除劣Ⅴ類水體以及進(jìn)一步提升和穩(wěn)定水質(zhì)，都是急需解決的難題。傳統(tǒng)水利工程的對(duì)象是混凝土、磚石等“非生命體”，而水環(huán)境治理面對(duì)的是水生植物、魚類、微生物等“生命體”，治理思路必有很大的不同。

2.1 系統(tǒng)性綜合治理

生態(tài)文明建設(shè)需有系統(tǒng)思維，水生態(tài)文明屬于生態(tài)文明的一部分，解決水的問(wèn)題也需堅(jiān)持系統(tǒng)思維，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：

a.河道水系是連通和流動(dòng)的，水環(huán)境治理應(yīng)體現(xiàn)流域治理、區(qū)域治理理念。現(xiàn)階段水環(huán)境治理亟須頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，重視對(duì)治理區(qū)域的合理劃分，打破人為分割、各自為戰(zhàn)的現(xiàn)狀。河道分割治理造成的后果之一就是不少環(huán)保企業(yè)為了達(dá)到治理效果，對(duì)河道進(jìn)行各種隔斷，既對(duì)防汛安全造成威脅，又無(wú)法做到標(biāo)本兼治。

b.水環(huán)境治理需要各部門的協(xié)調(diào)動(dòng)作，要充分發(fā)揮河長(zhǎng)制的作用。河道中的水環(huán)境治理技術(shù)難以應(yīng)對(duì)高負(fù)荷、短歷時(shí)污染負(fù)荷沖擊問(wèn)題，沒有水岸聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)性綜合治理方案，水環(huán)境治理很難成功。

c.水環(huán)境治理需要綜合性的治理措施，從內(nèi)外源污染控制到水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建，需要多種技術(shù)的綜合運(yùn)用，應(yīng)客觀評(píng)價(jià)每種技術(shù)的作用和局限性，過(guò)分強(qiáng)調(diào)某種“神奇”技術(shù)的作用，會(huì)造成誤導(dǎo)。

2.2 生態(tài)治理為主

在控源截污的前提下，水環(huán)境治理應(yīng)以增強(qiáng)河湖水體自凈能力為根本目的。在河湖治理的初期，可利用人工措施進(jìn)行強(qiáng)力干預(yù)，但是要長(zhǎng)期維持水環(huán)境的健康穩(wěn)定，減輕后期運(yùn)行管理負(fù)擔(dān)，就必須以生態(tài)治理為主，構(gòu)筑長(zhǎng)效、低維護(hù)的水生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水體自然凈化的良性循環(huán)。需要指出的是，不少前期已經(jīng)消除黑臭的河道，往往是通過(guò)人工復(fù)氧降低了氨氮指標(biāo)，氨氮轉(zhuǎn)化為了硝氮，而并未改變水體富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài)。硝氮很容易被藻類吸收，藻類暴發(fā)與水體返黑、返臭的風(fēng)險(xiǎn)依然很大。只有以生態(tài)治理為主的措施方案才能夠有效降低水體的富營(yíng)養(yǎng)化水平，形成健康穩(wěn)定的平衡。

在對(duì)水環(huán)境治理技術(shù)進(jìn)行方案比選時(shí)，需要特別重視對(duì)后期運(yùn)行管理成本的計(jì)算。例如：人工曝氣可以快速提高溶解氧，增強(qiáng)水體凈化能力，但如果將其作為一種長(zhǎng)期手段，那么就需要認(rèn)真考量后期的運(yùn)維費(fèi)用。而對(duì)于某些水處理設(shè)備，除了設(shè)備本身造價(jià)外，還需要詳細(xì)了解其運(yùn)行期間可能產(chǎn)生的費(fèi)用。如果大量城市河道需要依賴人工措施才能維持水質(zhì)，那么后期運(yùn)維成本必然巨大，甚至難以為繼。因此，堅(jiān)持以生態(tài)治理為主，有助于降低工程投資，減少運(yùn)維費(fèi)用，并且與其他手段相比，環(huán)境友好且作用持久。

2.3 結(jié)合海綿城市建設(shè)理念

海綿城市建設(shè)理念是從源頭上對(duì)污染物進(jìn)行控制；河道水環(huán)境治理也需要重視對(duì)面源污染、初期雨水污染的控制；兩者高度契合。治水先治岸，把污染物盡量留在岸上，充分運(yùn)用海綿城市理念，可起到事半功倍的作用。

在傳統(tǒng)水工護(hù)岸設(shè)計(jì)中，往往忽視對(duì)面源污染的控制，所謂生態(tài)護(hù)岸只是著眼于擋墻材料的透水透氣，卻未重視護(hù)岸總體系統(tǒng)的生態(tài)性。護(hù)岸設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合海綿城市建設(shè)理念，通過(guò)陸域微地形的改造或其他措施，避免初期雨水直排河道，而是將雨水徑流導(dǎo)入綠化帶，經(jīng)其自然存蓄、自然凈化后再排入河道，可有效減輕對(duì)河道水質(zhì)的影響。對(duì)于城市河道存在的雨水泵站排放污染難題，除了對(duì)雨污混接進(jìn)行排查改造外，踐行海綿城市建設(shè)理念則是從源頭上削減污染物，也是最終的解決之道。

2.4 建、管、養(yǎng)并重

河道水質(zhì)的長(zhǎng)效維持離不開專業(yè)的管養(yǎng)，相比“非生命體”傳統(tǒng)水利工程，“生命體”的水環(huán)境治理更加需要樹立建、管、養(yǎng)并重的理念。河道水環(huán)境的管護(hù)不同于傳統(tǒng)的河道保潔，需要專業(yè)的管護(hù)隊(duì)伍根據(jù)動(dòng)植物的生長(zhǎng)習(xí)性和河道水質(zhì)的變化，制定專門的管護(hù)方案。只有管護(hù)隊(duì)伍專業(yè)化的精細(xì)管養(yǎng)，才能確保河道的長(zhǎng)治久清。

3 工程案例介紹

江蘇省宿遷市馬陵河總長(zhǎng)約5.2km，是宿遷市的一條重要排水通道，市政府經(jīng)過(guò)多年的截污納管、海綿城市建設(shè)，將原本黑臭的馬陵河打造成了城市新名片。宿遷市對(duì)馬陵河的治理是典型的系統(tǒng)性綜合治理，堅(jiān)持水岸聯(lián)動(dòng)，統(tǒng)籌考慮雨污混流、初期雨水污染問(wèn)題，通過(guò)截污納管、初期雨水調(diào)蓄和海綿城市建設(shè)，大大削減了河道的外源污染，為水環(huán)境的進(jìn)一步改善打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除中段外，馬陵河上、下游段的水質(zhì)指標(biāo)基本穩(wěn)定在地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。馬陵河中段長(zhǎng)度1.6km，該段穿過(guò)老城區(qū)，兩岸均為硬質(zhì)擋墻護(hù)岸，屬于典型的城市地區(qū)硬質(zhì)化河道。相比上、下游，馬陵河中段生態(tài)多樣性差，水質(zhì)劣于上、下游，高溫季節(jié)藻類大量暴發(fā)，需要進(jìn)行有針對(duì)性的水環(huán)境治理。經(jīng)過(guò)對(duì)河道的詳細(xì)調(diào)研，針對(duì)該河段的具體特點(diǎn)，堅(jiān)持以生態(tài)治理為主，綜合運(yùn)用了如下3項(xiàng)技術(shù)：

a.泥水界面重塑技術(shù)。清除上層嚴(yán)重污染的淤泥，固化封閉下層底泥，嚴(yán)控底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放。

b.梯級(jí)生物凈化技術(shù)。因地制宜利用河道沿線兩道鋼壩門，通過(guò)調(diào)控水深和流速，形成梯級(jí)生態(tài)凈化格局。

c.生物競(jìng)爭(zhēng)抑藻技術(shù)。利用水生植物抑制藻類生長(zhǎng)，改善河道底質(zhì)，吸收氮磷和增加溶解氧。

該項(xiàng)目于2018年10月全部完成，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的養(yǎng)護(hù)和調(diào)試，中段水質(zhì)已經(jīng)優(yōu)于上、下游水質(zhì)。相比工程實(shí)施前，中段河道的氨氮降低了約70%，主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，河道清澈見底。

此外，經(jīng)過(guò)對(duì)生物多樣性的調(diào)查，工程實(shí)施完成后，治理段植物共計(jì)19種，其中高等維管束植物18種，分屬于15科18屬；藻類1種。相比治理前，沉水植物物種從1種增加至7種，系統(tǒng)生產(chǎn)者種類和數(shù)量顯著增加，相應(yīng)系統(tǒng)生產(chǎn)力(生物量)顯著提升。沉水、浮水、挺水和濕生植物日趨豐富，生物組分結(jié)構(gòu)更加完善。在底棲動(dòng)物方面，發(fā)現(xiàn)了數(shù)量大、密度高的疣吻沙蠶和泥沼螺，大型底棲動(dòng)物從無(wú)到有，表明水生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)、能量流通和信息傳遞通道已逐步建立。治理前后物種豐富度對(duì)比見圖1。

圖1 治理段物種豐富度對(duì)比

經(jīng)過(guò)治理，馬陵河中段已經(jīng)由以浮游藻類、底棲藻類為主的“濁水態(tài)藻型生態(tài)系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿了参餅橹鞯摹扒逅畱B(tài)草型生態(tài)系統(tǒng)”，物種豐富度明顯增加，自凈能力和抗沖擊能力大大增強(qiáng)。

馬陵河中段治理已經(jīng)取得了初步的效果，本著建、管、養(yǎng)并重的治理思想，該工程制定了有針對(duì)性的管護(hù)計(jì)劃，除了定期對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，一年四季的管護(hù)各有側(cè)重點(diǎn)：春季時(shí)適當(dāng)降低河道水位，使沉水植物接受更多光照，有利于幼苗的生長(zhǎng)；夏季每月對(duì)植物修剪一次，去除擴(kuò)張性植物和死株，挖除過(guò)密植株，有利于通風(fēng)透光，改善植株的生長(zhǎng)空間；秋冬季節(jié)主要對(duì)枯萎植株進(jìn)行收割和打撈，并注意保留一定長(zhǎng)度的根莖，有利于植物安全越冬。此外，把監(jiān)測(cè)和控制食草性魚類的種群數(shù)量也納入了日常管護(hù)工作。項(xiàng)目完工只是水環(huán)境治理的第一步，專業(yè)管護(hù)，久久為功，方能水清岸綠。

4 結(jié) 語(yǔ)

硬質(zhì)化河道在城市化地區(qū)大量存在，其生態(tài)功能喪失、自凈能力弱的缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了河道水環(huán)境的改善。馬陵河中段在進(jìn)行水環(huán)境治理時(shí)，秉承系統(tǒng)性綜合治理和生態(tài)治理的理念，工程完成后水質(zhì)得到明顯提升，生物多樣性大大增加。該項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)對(duì)于城市硬質(zhì)化河道的水環(huán)境治理具有一定的參考意義。