黑臭水體生態(tài)修復集成設計策略探究

劉 敏，蔣 躍，羅鼎暉

(上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335)

1 引言

針對我國黑臭水體這一重點要解決的污染問題，各地政府相關(guān)部門積極推進整治工作，截至目前，我國地級及以上城市建成區(qū)的黑臭水體的治理取得了階段性成果。2019 年全國生態(tài)環(huán)境保護工作會議提出，我國1940個國家地表水評價考核斷面中，GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》劣Ⅴ類斷面占比為6.7% ，基本消除了36個重點城市的1009個黑臭水體，消除的黑臭水體占比為 95%。但我國黑臭水體存量大、分布廣泛，仍有許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大量黑臭水體尚未被統(tǒng)計和開展治理。

目前廣泛應用于各河道治理的生態(tài)技術(shù)，往往未能達到長期穩(wěn)定的處理效果，尤其對于跨區(qū)域或分支較多的河道，現(xiàn)行單段治理的方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)短時間成效，但是從片區(qū)系統(tǒng)性而言，短時片面的治理方案治標不治本，治理后期往往出現(xiàn)水質(zhì)生態(tài)的迅速惡化，導致治理時投入資源的巨大浪費[1～5]。因此，突破當前非體系式的治理思路和治理方式是實現(xiàn)河道水質(zhì)提升的首要關(guān)鍵，研究實現(xiàn)多種生態(tài)治理技術(shù)針對性的集成化，則是達到這一目標的關(guān)鍵出路。

2 黑臭水體分類及修復重點

《城市黑臭水體整治工作指南》根據(jù)污染程度將城市黑臭水體分為“輕度黑臭”和“重度黑臭”[8]。該種分類在工程實踐中難以針對性覆蓋黑臭水體，不利于針對性的治理策略的研究。本文根據(jù)水體規(guī)模、周邊的用地類型、功能定位等方面的因素將黑臭水體分為引排河道、連通河道、湖庫水體及小微水體4類。

2.1 引排河道及其修復重點

引排河道是形成城市河網(wǎng)系統(tǒng)的主干河道，在河網(wǎng)中起著主要的引排水作用，部分河道兼具通航功能，此類河道引水排澇期間水文情勢變化相對較大，防洪排澇安全等級高，常為硬質(zhì)護岸，一般為市、區(qū)級河道。

引排河道為承接兩個以上水利片區(qū)的主要引排通道，河道貫穿城鎮(zhèn)建成區(qū)與農(nóng)業(yè)種植區(qū)，應適度加強陸域綠化，一方面可以通過濱水陸域綠化對面源污染進行攔截吸收，另一方面還可提升沿河濱水景觀，改善沿河居民宜居水平。引排河道常為順直型河道，河道平面形態(tài)單一，且定期輪疏造成河底環(huán)境異質(zhì)性較低。在具備用地條件的區(qū)域，可適度恢復河道自然蜿蜒的形態(tài)特征，且在河道設置深潭-淺灘生境，提升河道生境異質(zhì)性，為生物多樣性保育提供有利條件，此外，還可考慮采用復式斷面結(jié)構(gòu)，結(jié)合河道需求進行河道護岸生態(tài)化改造，進一步提升河道行洪排澇能力，為周邊居民和野生動物提供親水空間。在河道主要污染輸入通道，可結(jié)合污染削減需求，設置旁路凈化設施，進一步削減入河污染負荷。分別對引排河道、連通(靜脈)河道、湖庫水體、小微水體的定義、特征，以及修復原則、重點進行分析。

2.2 連通河道及其修復重點

連通河道在水利片區(qū)內(nèi)，對區(qū)域防洪排澇、城市排水、生態(tài)景觀、聯(lián)系引排河道等方面起作用的河道，此類河道在市域范圍內(nèi)廣泛分布，護岸類型多樣，一般為鄉(xiāng)(鎮(zhèn))及村管河道。

連通河道行洪排澇需求相對較低，且一般無行船擾動，應重點開展生態(tài)護岸建設與生物群落構(gòu)建。生態(tài)護岸一方面可以攔截外源面源污染，另一方面其透水多孔的結(jié)構(gòu)形態(tài)可以為微生物及水生動物提供附著和棲息環(huán)境，進而起到凈化水質(zhì)和生物保育的功能。生物群落構(gòu)建技術(shù)通過恢復生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)者及消費者，構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)基礎(chǔ)，是水體生態(tài)系統(tǒng)長效維持的基礎(chǔ)保障。連通河道周邊用地條件限制較小，可適度調(diào)整修復河道平斷面形態(tài)，并結(jié)合污染物控制及景觀需求，開展陸域綠化及原位處理凈化。

2.3 湖庫水體及其修復重點

湖庫水體在區(qū)域內(nèi)具有重要生態(tài)調(diào)節(jié)功能，承擔生物多樣性保育、景觀營造、蓄滯洪等功能的湖泊和水庫，護岸類型多樣，一般為自然湖泊、水庫、大型公園水體等。

湖庫水體生態(tài)景觀要求較高，應重點開展原位修復、水體周邊陸域綠化及水生生物群落生態(tài)修復，促進湖庫水體生態(tài)系統(tǒng)良性演替，為構(gòu)建草型清水湖庫水體提供基礎(chǔ)條件。護岸型式方面，在確保防洪安全的基礎(chǔ)上需盡量選用生態(tài)型護岸結(jié)構(gòu)型式。

2.4 小微水體及其修復重點

主要包括為滿足農(nóng)業(yè)灌溉、綠化澆灌、排水要求的斷頭浜、納污坑塘、溝汊或池塘，此類水體多分布在郊區(qū)、村鎮(zhèn)周邊，兩岸主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地或農(nóng)村建設用地，護岸類型以自然生態(tài)型為主，一般為無藍線規(guī)劃的極小型河道或水體。

小微水體不承擔區(qū)域行洪排澇和蓄滯洪功能，其護岸型式多為自然土坡護岸，生態(tài)修復應盡量保留自然土坡護岸，在有水土保持及邊坡結(jié)構(gòu)安全需求的水體應選用生態(tài)型護岸，此外本類型水體無日常管護條件，應重點構(gòu)建自然型水生生物群落，保障水體長效自凈。小微水體周邊用地條件限制小，可考慮對水體形態(tài)及斷面進行調(diào)整，并結(jié)合生物群落結(jié)構(gòu)技術(shù)，收集回用雨水。

3 黑臭水體生態(tài)修復思路與集成策略

3.1 黑臭水體生態(tài)修復思路

黑臭水體的治理是一項復雜而龐大的系統(tǒng)工程[6，7]，目前，我國黑臭水體治理較系統(tǒng)的思路為《城市黑臭水體整治工作指南》中所提出的在污染源和環(huán)境條件調(diào)查基礎(chǔ)上，進行控源截污、內(nèi)源治理和生態(tài)修復，同時輔以活水循環(huán)、清水補給等其他措施。其中生態(tài)修復措施主要包括岸帶修復、生態(tài)凈化和人工增氧三類[8～13]。張碧瑩[14]，鄭進熙[15]等將生態(tài)護岸建設、生境塑造、微生物、生態(tài)浮島及其他新型技術(shù)囊括到黑臭水體生態(tài)修復中。

總體而言生態(tài)修復是在控源截污和內(nèi)源治理各項污染治理工程全面完成的基礎(chǔ)上進行的，本研究將生態(tài)修復總結(jié)為物理結(jié)構(gòu)修復、水質(zhì)生態(tài)凈化、生物群落構(gòu)建三個方面，其中物理結(jié)構(gòu)方面是其他兩類措施的前提，主要包括生態(tài)斷面、生態(tài)護坡、微地形的塑造及改造，主要通過生態(tài)結(jié)構(gòu)的設計營造更加多樣的生境；水質(zhì)生態(tài)凈化措施主要是作為輔助性措施，一般用于入河污染業(yè)已消除水體自凈能力羸弱還不具備生物恢復的條件或?qū)λ婢坝^有較高要求的黑臭水體，主要包括生態(tài)浮床技術(shù)、微生物凈化技術(shù)、曝氣增氧技術(shù)、人工濕地技術(shù)及一些新型的集成技術(shù)，如一體化凈水設備、高通量生態(tài)凈化廊道等；生物群落構(gòu)建主要包括陸域植物構(gòu)建、水生植物構(gòu)建和水生動物構(gòu)建，通過搭配不用營養(yǎng)級的生物群落，構(gòu)建完整健康的生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)水體的自凈能力。

3.2 黑臭水體生態(tài)修復集成策略

3.2.1 引排河道

引排河道形態(tài)調(diào)整難度較大，宜遵循河道現(xiàn)有的形態(tài)布局，生態(tài)治理重點放在河道內(nèi)部的微地形改造、護岸適當美化覆綠、適度水質(zhì)凈化和生物群落恢復。河道微地形改造可通過在不同區(qū)段設置深潭-淺灘生境，提升河道生境異質(zhì)性，為生物多樣性保育提供有利條件；護岸改造，在較寬河道可考慮增加復式斷面結(jié)構(gòu)，塑造邊岸種植平臺；在不具備改造護岸的河道可結(jié)合陸域綠化在直立護岸上用攀援植物進行覆綠，為河與岸的物質(zhì)交流提供載體；引排河道水位變幅一般較大，如有凈水需求，可采用微生物投放及在靠岸邊的位置布設浮動濕地；生態(tài)綠化在有條件的基礎(chǔ)上可完善河道兩側(cè)現(xiàn)有綠化，有效攔截面源污染。

根據(jù)河道的污染類型，水文和駁岸條件，主要考慮的技術(shù)應用模式包括以下幾種：①直立硬質(zhì)立式駁岸引排河道：陸域綠化完善+河道內(nèi)生境微塑造+斷面調(diào)整+直立護岸攀緣植物覆綠+微生物投放+浮動濕地；②非直立硬質(zhì)護岸引排河道：陸域綠化完善+河道內(nèi)生境微塑造+微生物投放+濱岸帶水生群落恢復。

3.2.2 連通河道

該類河道一般用地較為寬裕，景觀要求較高，河道生態(tài)治理的重點宜放在河道生境多樣性的營造、水質(zhì)凈化、水生動植物恢復及生態(tài)景觀營造上。河道生境多樣性的營造應充分考慮河道形態(tài)地貌及河道內(nèi)微地形改造兩個方面，營造多樣的河道生境；適當增加河道的蜿蜒性，斷面形式宜多采用復式斷面；河道護岸材料宜采用生態(tài)親和性較高的材料。水生凈化可采用生態(tài)浮床、曝氣增氧設備、微生物投加、生物膜等輔助技術(shù)。水生生物群落的恢復主要為水生植物的恢復，宜通過適度人工干預手段，加速恢復進程。生態(tài)景觀營造除了在水生植物的搭配上進行配置，同樣可在陸域現(xiàn)有綠化的基礎(chǔ)上，合理配置喬灌草及海綿措施，提高河道的面源攔截能力和景觀效果。

根據(jù)不同的河岸類型，有以下應用模式推薦：①直立駁岸：河道內(nèi)微地形塑造+生態(tài)浮床+人工生物膜+沉水植物群落恢復+增氧曝氣設備；②坡岸：河道內(nèi)微地形塑造+生態(tài)護岸營造+微生物投放+濱岸挺水植物帶+沉水植物群落恢復+增氧曝氣設備+人工生物膜+生態(tài)浮床+陸域海綿措施。

3.2.3 湖庫水體

湖庫水體是在區(qū)域內(nèi)具有重要生態(tài)調(diào)節(jié)功能，承擔生物多樣性保育、景觀營造、蓄滯洪等功能的湖泊和水庫，護岸類型多樣，一般為自然湖泊、水庫、大型公園水體等。該類水體一般規(guī)模較大，用地較為寬裕，在生態(tài)修復中要適當考慮防風浪的等因素，治理重點宜放在水體生境多樣性改在、分功能區(qū)水質(zhì)凈化、水生生物群落恢復及陸域海綿和景觀綠化方面。湖庫水體生境多樣性的營造宜充分考慮水體現(xiàn)狀形態(tài)地貌，因地制宜進行深潭-淺灘等微地形塑造、生境島和導流堤構(gòu)造；自然湖泊和大型公園水體斷面宜采用自然生態(tài)岸坡或拋石護岸類型，水庫斷面宜采用復式斷面，護岸材料宜采用生態(tài)親和性較高的材料。水質(zhì)凈化可采用浮動濕地、生態(tài)浮床、曝氣增氧設備、人工生物膜、生態(tài)凈化廊道等輔助技術(shù)。生物群落恢復主要包括水生植物和水生動物的人工構(gòu)建。陸域生態(tài)布置宜在現(xiàn)有綠化基礎(chǔ)上，合理配置喬灌草、海綿措施等，提高面源污染攔截能力和生態(tài)景觀效果。

主要推薦以下的技術(shù)應用模式：①自然湖泊：湖底地形塑造+生境島及導流堤構(gòu)造+生態(tài)護岸+微生物投放+濱水挺水植物帶+沉水植物群落配置+人工生物膜+生態(tài)凈化廊道+曝氣增氧設備+浮動濕地+陸域海綿措施；②水庫：庫底地形塑造+凈水功能區(qū)塑造(通過生態(tài)凈化廊道、人工膜、水生植物的布置實現(xiàn))+生態(tài)復式斷面+浮動濕地+曝氣增氧設備+水生動物投放+陸域海綿措施；③大型公園水體：生態(tài)護岸+濱水挺水植物帶+微生物投放+人工濕地系統(tǒng)+沉水植物群落布置+浮葉植物群落點綴+水生動物投放+生態(tài)浮床+增氧曝氣設備。

3.2.4 小微水體

該類水體一般周邊用地較為寬裕，景觀要求相對較低，無后期管護條件，水體治理重點宜放在生境多樣性的保護及營造、水質(zhì)凈化及水生生物群落恢復上。水體生境多樣性的保護宜盡量維持原有地貌和自然地形，在保證安全的基礎(chǔ)上保持現(xiàn)有斷面，適當增加蜿蜒性，有條件的小微水體宜適當進行連通。水質(zhì)凈化可考慮增氧曝氣設備，在成片的小微水體的修復方面可考慮利用相應的凈水設備。生物群落恢復以偏自然型水生植物為主。

主要推薦以下的技術(shù)應用模式：生境多樣性微塑造+微生物投放+挺水植物帶人工恢復+沉水植物群落人工恢復+浮游動物投放+魚類投放+底棲動物投放+曝氣增氧設備布置+凈水設備。

4 結(jié)論與展望

黑臭水體不僅給群眾帶來極差的感官體驗，也是直接影響群眾生活的突出水環(huán)境問題。對黑臭水體的治理我國雖然已有大量的研究和工程實踐，但效果還遠未達到預期。我國黑臭水體的治理已經(jīng)從以物化、生化為中心治標不治本的技術(shù)不斷過渡到目前以生物、生態(tài)為中心的長效技術(shù)[14]，同時向著各項技術(shù)針對性的集成應用不斷探索和實踐。本文將黑臭水體根據(jù)實際按照規(guī)模、功能等指標進一步分為引排河道、連接河道、湖庫水體和小微水體四類，同時對每一類對應的生態(tài)修復集成模式進行了探索。

目前我國黑臭水體還存在污染源頭復雜、治理效果反復、缺乏長期評價考核機制、后期管控協(xié)調(diào)不完善等問題[16]，在黑臭水體今后的研究和實踐中除了明確各單向技術(shù)的應用工況，繼續(xù)針對性地篩選適合不同類型黑臭水體的生態(tài)集成技術(shù)之外，還應該結(jié)合現(xiàn)狀關(guān)注黑臭水體復黑復臭的機理和對策；同時不斷摸索總結(jié)創(chuàng)新的管理和評價體系，讓黑臭水體能徹底根治。