城區(qū)河道生態(tài)修復(fù)治理工程：以南京市金川河生態(tài)修復(fù)為例

周嚴(yán) 李士義 蔣心誠 魏俊

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

城區(qū)河道是城市防洪、排澇、蓄水、通航等天然或人工渠水道，同時也是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成元素（曹仲宏等, 2018）。隨著城市的發(fā)展，人口的增多，城區(qū)河道空間受到嚴(yán)重擠占，伴隨著沿河污水直排，面源污染入河，截污不徹底，污水管網(wǎng)滲漏等現(xiàn)象，河道污染日益嚴(yán)重，加之河道護(hù)坡硬化，河道生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，水體自凈能力隨之喪失。城區(qū)河道綜合治理環(huán)境復(fù)雜，邊界條件多樣，加之河道兩岸空間有限，使得城區(qū)河道治理難度增大。清淤、截污等內(nèi)外源治理措施只能通過削減入河污染物減緩水質(zhì)惡化，不能完全解決河道水質(zhì)污染問題。生態(tài)修復(fù)措施作為水環(huán)境綜合治理的手段之一，有利于恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)，提高河水自凈能力。

本文介紹了南京市金川河綜合治理過程中生態(tài)修復(fù)措施技術(shù)方案及應(yīng)用效果，分析探討城區(qū)河道生態(tài)體系建設(shè)，為城區(qū)河道治理提供切實(shí)可行的治理對策，為類似工程提供參考。

1 河道概況

1.1 水系概況

金川河是南京城北地區(qū)的一條入江河道，分為內(nèi)金川河和外金川河水系。發(fā)源于鼓樓崗和清涼山北麓，并與玄武湖相通，下游經(jīng)寶塔橋入長江。金川河全長37.78 km，流域面積59.32 km2。內(nèi)金川河分為主流、東支、中支、西支及老主流。外金川河水系由西北護(hù)城河、城北護(hù)城河以及內(nèi)金川河在金川門匯合，通過外金川河匯入長江，沿途的南十里長溝、張王廟溝、大廟溝、二仙溝等直接或通過閘門控制匯入城北護(hù)城河及外金川河，金川河水系如圖1 所示。

圖1 金川河水系圖Figure 1 Jinchuan River System Map

本工程中外金川河、內(nèi)金川河主流、內(nèi)金川河老主流、內(nèi)金川河西支、內(nèi)金川河中支、內(nèi)金川河?xùn)|支6 條河道均屬金川河水系，全長共計12.15 km。內(nèi)金川河水系河流大多位于居民區(qū)內(nèi)，兩側(cè)多為排列緊密的建筑群，部分區(qū)域兩側(cè)景觀綠化完善，但河道整體呈現(xiàn)一種內(nèi)向、封閉的空間狀態(tài)，水生態(tài)功能基本喪失。河道兩側(cè)已無生態(tài)護(hù)坡，以直立和塊石擋墻為主，河底大部分已硬化。內(nèi)金川河從大樹根閘至入江口，河道內(nèi)未看到水生生物存在，生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱。水質(zhì)對于污水下河情況非常敏感，嚴(yán)重依賴上游補(bǔ)水，河道基本喪失自凈能力。駁岸與水系多為垂直關(guān)系，人無法靠近水面?，F(xiàn)狀駁岸形式難以形成依水而生的生態(tài)體系，減弱了水體對城市的生態(tài)調(diào)節(jié)作用。

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀

對各河道水質(zhì)進(jìn)行檢測分析后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)金川河?xùn)|支、中支、西支、老主流、金川河主流、外金川河、南十里長溝主流、城北護(hù)城河、西北護(hù)城河水質(zhì)為劣Ⅴ類；張王廟溝、南十里長溝一支水質(zhì)未能穩(wěn)定達(dá)到Ⅴ類，且各河道水質(zhì)主要超標(biāo)因子是氨氮。對2018年1-5 月各河道水體的NH3-N 指標(biāo)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，金川河主流及各支流1-5 月的氨氮含量基本均高于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。

2 生態(tài)修復(fù)措施

本工程采用“微生物水質(zhì)凈化+生境修復(fù)+生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建+生態(tài)岸線改造”的原位凈化措施對金川河流域進(jìn)行水質(zhì)提升，增加水體溶解氧，削減水體和底泥污染物，構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)，最終達(dá)到穩(wěn)定水質(zhì)的目標(biāo)。其中，“載體固化微生物+生態(tài)驛站+生態(tài)滯留池+沉水植物”承擔(dān)了水質(zhì)穩(wěn)定、凈化的主要功能。

2.1 曝氣復(fù)氧

曝氣增氧技術(shù)是通過人工方式向水體充入空氣或氧氣，達(dá)到增加水中溶解氧的目的，從而增加好氧微生物的活性，促進(jìn)污染物的降解速度(王蘇艷, 2018)。同時，還兼具景觀、底泥修復(fù)和抑藻作用，是水體增氧的主要方法。微納米曝氣設(shè)備是一種高效率曝氣設(shè)施，與傳統(tǒng)曝氣方式相比，微納米氣泡水具有氣泡小、比表面積大、上升速度慢、水中停留長等優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)表明，微納米氣泡水比普通水的含氧量更高、衰減速度更慢，更能夠適應(yīng)水處理中曝氣的需要。

噴泉式曝氣是水體增氧常用方法之一，曝氣機(jī)由水泵、浮體和噴頭組成。通過水泵將水提升、噴灑至空氣中形成細(xì)小的水滴，水滴攜帶氧氣返回水中，提高水體溶解氧，適用于表層水體增氧需求；同時曝氣設(shè)備運(yùn)行時具有一定的景觀效果，因此被廣泛應(yīng)用于景觀水處理、封閉性水體、園林水景增氧處理等水資源、水環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程。

針對金川河水域部分河道較寬，水深較深等情況，本工程選擇微納米曝氣增氧系統(tǒng)對水體增氧，同時在河流交匯處及一些景觀性要求高的河段，增設(shè)噴泉曝氣設(shè)備使區(qū)域保持局部微循環(huán)流動狀態(tài)，打破深水區(qū)溶解氧垂直分布的不均勻性，控制藍(lán)綠藻的富集層。

本工程曝氣設(shè)備局部布置，需氧量計算微生物降解氨氮所需要的氧，設(shè)備數(shù)量根據(jù)如下公式確定：

式中：Q0：曝氣設(shè)備的通氣量；η：氧在水體中的轉(zhuǎn)移效率；μ：氧氣在空氣中的占比。

根據(jù)計算得出擬在金川河水系布置微納米曝氣設(shè)備共10 臺，設(shè)備運(yùn)行時間為12 h/d。按重點(diǎn)提升區(qū)域適當(dāng)增補(bǔ)噴泉曝氣機(jī)，共布置噴泉6 臺，噴泉曝氣機(jī)啟動時段為6：00-11：30；12：30-19：00。

2.2 生物修復(fù)

微生物修復(fù)技術(shù)是指在受損的水生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過一定的手段增加水體中特定微生物的數(shù)量，利用微生物消耗水中的污染物，同時利用微生物和動植物的促生作用，對水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)和提升，從而達(dá)到削減污染物、提升水質(zhì)的目的。

針對金川河水系現(xiàn)階段水質(zhì)的主要問題，宜選擇對氨氮去除能力強(qiáng)且對微生物有附著能力的技術(shù)措施。本工程采用去氨氮效果較強(qiáng)的措施—載體固化微生物。載體固化微生物設(shè)備為保證微生物設(shè)備的有效性，安置點(diǎn)必須保證有效水深在1m 以上。每臺載體固化微生物設(shè)備一天能夠降解化學(xué)需氧量（COD）5～10kg，氨氮去除量為2～5kg（溫度在10℃以上）。

2.3 生態(tài)岸線

生態(tài)岸線系統(tǒng)由重力流進(jìn)水口、布水管、植物與功能填料、集水盲管、防滲層和出水管構(gòu)成，內(nèi)部設(shè)置淹沒層，營造局部厭氧環(huán)境，為各類微生物提供適宜環(huán)境，能有效提高N、P 去除率，提高出水水質(zhì)。

生態(tài)岸線系統(tǒng)由生態(tài)綠墻（圖2）和生態(tài)滯留池（圖3）兩部分組成，系統(tǒng)采用雙模運(yùn)行方式，即雨天截留雨水徑流，旱天則引地表水灌溉。在雨季，雨水或雨污合流水依靠重力流進(jìn)入生物滯留池和生態(tài)綠墻，經(jīng)過系統(tǒng)中的植物根系、填料、微生物的截留、吸收、凈化后排入河道，有效解決初期雨水污染問題，削減污染負(fù)荷，改善河水水質(zhì)；在老城區(qū)特別是雨污分流不徹底的區(qū)域，運(yùn)用生物滯留池、生態(tài)綠墻等綠色基礎(chǔ)設(shè)施，截流入河雨水、污水、雨污合流管道，使其經(jīng)生物處理后再進(jìn)入河道，從而去除氮、磷、顆粒物、有機(jī)物等污染物，削減污染負(fù)荷，改善河水水質(zhì)。

圖2 生態(tài)綠墻橫斷面圖 Fig.2 Ecological green wall cross section

圖3 生態(tài)滯留池橫斷面圖Fig.3 Ecological detention poolcross section

2.4 沉水植物及生態(tài)驛站

2.4.1 栽植沉水植物 沉水植物作為主要初級生產(chǎn)者，在水生生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用。沉水植被恢復(fù)后，可以使水體透明度提高，溶解氧增加，水體中的N、P 及浮游植物葉綠素a 的含量均明顯降低，原生動物多樣性也顯著增加。另外，沉水植物對藻類有化感抑制作用，比如菹草對柵藻有顯著抑制效應(yīng)，蓖齒眼子菜對柵藻和微囊藻也有一定的化感作用。它們不僅會影響食物鏈結(jié)構(gòu)、控制其它生物類群的結(jié)構(gòu)和大小、維持水環(huán)境的穩(wěn)定性，而且在恢復(fù)環(huán)境生態(tài)中也起到舉足輕重的作用，其群落的重建與恢復(fù)是水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

沉水植物每天能夠降低氨氮0.8～1.5g/m2，降低COD 1.0～2.0g/m2。本工程植物品種選擇四季常綠矮型苦草、改良刺苦草、紅線草（龍須眼子菜）、小茨藻，種植在水流較緩的區(qū)域。根據(jù)河道基底情況共構(gòu)建沉水植物13700m2。

2.4.2 構(gòu)建生態(tài)驛站 生態(tài)驛站利用植物根系和人工載體及其附著的生物膜，通過吸附、沉淀、過濾、吸收和轉(zhuǎn)化等作用，提高水體透明度，有效降低水體中有機(jī)物、營養(yǎng)鹽和重金屬等污染物濃度。生態(tài)驛站是綠化技術(shù)與漂浮技術(shù)的結(jié)合體，還具有創(chuàng)造生物（鳥類、魚類）的生息空間、改善景觀和消浪 保護(hù)駁岸等作用。另外，考慮洪水的影響，緩解因水位變動引起的浮島間的相互碰撞，在浮島本體和水下固定端之間設(shè)置一個小型的浮子用以固定浮島。

結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)，生態(tài)驛站布置在交通橋上下游水流較緩的兩側(cè)，同時提高河道觀感效果。本次工程根據(jù)河道基底情況共布置生態(tài)驛站2 000m2。

3 運(yùn)行效果

南京市金川河生態(tài)修復(fù)工程于2019年5 月完工，投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。7-8 月對金川河水系下游斷面進(jìn)行連續(xù)水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)控了氨氮（NH3-N），總磷（TP）及溶解氧（OD）等主要指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)NH3-N 指標(biāo)從1.70mg/L 降低到0.15mg/L；TP指標(biāo)從0.35mg/L 降低到0.2mg/L；DO 指標(biāo)從5.80mg/L 上升到7.0mg/L。以上主要指標(biāo)已穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)修復(fù)措施對河水的凈化起到了積極作用，同時逐步恢復(fù)了河道的生態(tài)景觀效果。

城區(qū)河道治理條件復(fù)雜，采用曝氣增氧、生態(tài)岸線改造、微生物生態(tài)構(gòu)建、沉水植物及生態(tài)驛站局部生態(tài)構(gòu)建等生態(tài)修復(fù)措施，恢復(fù)城區(qū)河道生態(tài)系統(tǒng)，提高河道自凈能力，從而改善河道水質(zhì)。本項目河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案對類似城區(qū)河道治理具有借鑒意義。