金澤水源地綠色基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)示范工程

楊 雪，王磊磊，呂永鵬

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院〈集團(tuán)〉有限公司， 上海 200092)

金澤水庫(kù)是除陳行、青草沙、東風(fēng)西沙之外上海市飲用水的第4個(gè)水源地，可為上海市西南五區(qū)提供更清潔的原水，是上海市落實(shí)“兩江并舉、多源互補(bǔ)”的水資源規(guī)劃格局、實(shí)現(xiàn)上海市西南五區(qū)集約化供水的重要舉措。目前，金澤水源地的 23 項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)大部分基本滿足 III 類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但溶解氧(DO)、氨氮、總氮(TN)等指標(biāo)在汛期仍會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)限值，使得金澤水源地水質(zhì)總體上不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。金澤水源地污染源調(diào)查結(jié)果顯示，面源污染占污染負(fù)荷的比重正逐步提高，且會(huì)集中在雨季排放，污染強(qiáng)度大。因此，有必要構(gòu)建金澤水源地雨水徑流污染防控技術(shù)體系，全面保障上海市供水水質(zhì)安全。

1 課題研究背景與目標(biāo)

本課題針對(duì)太浦河金澤水源地水質(zhì)安全保障的需求，細(xì)致分析金澤水源地雨水徑流污染特征并建立面源污染數(shù)據(jù)庫(kù)，研究金澤水源地徑流污染控制策略。針對(duì)金澤水源地特點(diǎn)，形成包括源頭強(qiáng)化調(diào)蓄凈化技術(shù)、排水過(guò)程污染物強(qiáng)化凈化技術(shù)、及湖蕩及河道末端生態(tài)強(qiáng)化調(diào)蓄凈化技術(shù)的徑流污染強(qiáng)化調(diào)蓄凈化技術(shù)，并開(kāi)發(fā)水源地綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境效益評(píng)估模型，構(gòu)建綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域規(guī)劃、工程建設(shè)、運(yùn)行管理和環(huán)境效益評(píng)估于一體的綜合決策管理平臺(tái)。最終，開(kāi)展雨水徑流污染防控技術(shù)集成和工程示范，研究金澤水源地綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理實(shí)施辦法，為金澤水源地及上游地區(qū)雨水徑流污染防控提供重要參考和指導(dǎo)。

《金澤水源地雨水徑流污染防控關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范》(2017ZX07207001)屬于項(xiàng)目《太浦河金澤水源地水質(zhì)安全保障綜合示范》(2017ZX07207)的課題，由上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司聯(lián)合上海市環(huán)境科學(xué)研究院、同濟(jì)大學(xué)、上海城市水資源開(kāi)發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司和華東師范大學(xué)共同開(kāi)展。

2 示范工程建設(shè)

2.1 示范工程建設(shè)前區(qū)域概況及主要水環(huán)境問(wèn)題分析

2.1.1 示范區(qū)概況

青西郊野公園是上海市首批重點(diǎn)建設(shè)的七處郊野公園之一，位于青浦區(qū)西南部，東至規(guī)劃路、西至攔路港、練西公路、南至南橫港、北至北橫港，總面積約為5.1 km2(包含蓮湖村和山深村)。公園物種資源豐富，以“湖、灘、蕩、堤、圩、島”為主要特色，濕地、湖泊、河流、森林形成多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，是上海市唯一一個(gè)以濕地為特色的郊野公園。郊野公園是響應(yīng)青浦區(qū)土地整治項(xiàng)目建設(shè)而成，以大蓮湖為中心，利用原有地理、生態(tài)等資源，打造生態(tài)保育區(qū)、漁村休閑體驗(yàn)區(qū)、水鄉(xiāng)農(nóng)田示范區(qū)三大片區(qū)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)青西郊野公園水質(zhì)提升需要，增加居民區(qū)，采取4個(gè)功能區(qū)的劃分方式(圖1)。

圖1 青西郊野公園下墊面特征Fig.1 Underlying Surface Characters of Qingxi Country Park

示范區(qū)內(nèi)以大蓮湖為核心水域(面積約為1 km2)。示范區(qū)外與大蓮湖聯(lián)通的水系包括：北橫港(依靠旗桿港與大蓮湖連通)、蓮橫港、攔路港、金口門港。其中，蓮橫港、金口門港、以及攔路港連接處均設(shè)置水閘控制。具體情況如下：

(1) 金口門港、攔路港匯入大蓮湖，大蓮湖通過(guò)大包圍港匯入北橫港；

(2) 蓮橫港閘口常閉，金口門北泵閘和蓮湖港水閘會(huì)在雨天開(kāi)啟；

(3) 謝莊村內(nèi)微小河道流入金口門港，最終流入大蓮湖；

(4) 山深村內(nèi)微小河道部分直接流入北橫港，部分直接流入大蓮湖；

(5) 在池杉林水質(zhì)較差時(shí)開(kāi)閘引大蓮湖的湖水，頻率約為一周2次。

2.1.2 水環(huán)境問(wèn)題分析

2018年課題對(duì)區(qū)域水質(zhì)進(jìn)行了細(xì)致調(diào)研，得到如下結(jié)果。(1)保育區(qū)內(nèi)氮素和COD總體滿足III類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，部分在Ⅲ～Ⅳ類；SS平均是大蓮湖的2.1～3.8倍，最高時(shí)達(dá)到81.4 mg/L，懸浮物污染問(wèn)題突出；部分區(qū)域的DO平均值僅為0.14 mg/L(<0.2 mg/L)，表明已出現(xiàn)厭氧情況。(2)魚(yú)塘區(qū)排污渠氮素類在Ⅳ～Ⅴ類，水質(zhì)波動(dòng)較大；COD在Ⅲ～Ⅳ類。排污渠內(nèi)雨天COD是旱天COD的1.9倍；SS均值在34.2～65.4 mg/L，且在不同時(shí)期波動(dòng)較大；DO僅達(dá)到Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。(3)村莊內(nèi)微小河道水質(zhì)波動(dòng)大，春季TN、TP分別高于地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)2～3倍、降雨后COD介于Ⅳ～Ⅴ類；河道表面漂浮物較多，影響整體感官。示范工程建成前示范區(qū)內(nèi)水環(huán)境如圖2所示。

圖2 示范工程建成前示范區(qū)內(nèi)水環(huán)境現(xiàn)狀(2018年)Fig.2 Existing Situation of Water Environment in Qingxi Country Park (in 2018)

2.2 綠色基礎(chǔ)設(shè)施示范工程方案設(shè)計(jì)

2.2.1 保育區(qū)水質(zhì)提升示范工程

為了實(shí)現(xiàn)保育區(qū)水質(zhì)能長(zhǎng)久性地處于良好狀態(tài)，應(yīng)首先打破其封閉式的現(xiàn)狀。其次，因保育區(qū)內(nèi)池杉種植、木棧橋游覽區(qū)域的設(shè)置而產(chǎn)生了很多滯留區(qū)，易使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。因此，擬在保育區(qū)內(nèi)因地制宜地通過(guò)湖蕩濕地的建設(shè)、生態(tài)系統(tǒng)完善、局部水動(dòng)力條件改善3個(gè)方面，提升保育區(qū)入口水質(zhì)、穩(wěn)定滯留區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，改善局部水質(zhì)惡化現(xiàn)象。

(1)根據(jù)人工濕地的功能定位，綜合考慮保育區(qū)內(nèi)污染控制的實(shí)際需求，確定擬建人工濕地的功能為凈化保育區(qū)進(jìn)水水質(zhì)。原進(jìn)口位于保育區(qū)西北側(cè)，由手動(dòng)閘門控制；原出口位于東南側(cè)，由1臺(tái)軸流泵控制。鑒于現(xiàn)有進(jìn)水位置建設(shè)用地的限制，擬將原進(jìn)水口調(diào)整為出水口，原出水泵站(經(jīng)改造后)作為人工濕地進(jìn)水泵站，保育區(qū)東南側(cè)的水塘升級(jí)改造為人工濕地，水塘南北兩側(cè)與保育區(qū)內(nèi)河道連通處作為人工濕地出水口。最終，使得保育區(qū)進(jìn)水經(jīng)人工濕地凈化提升后流入。

(2)在綠色基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)上構(gòu)建完善的水生生態(tài)系統(tǒng)，遵循生物與環(huán)境相互平衡、穩(wěn)定、統(tǒng)一的原則，充分考慮生物與環(huán)境之間相互影響、相互制約、環(huán)環(huán)相扣的特點(diǎn)，建立包括水生植物、水生動(dòng)物、水體微生物的完整生態(tài)系統(tǒng)，以維持穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。底質(zhì)改良面積為117 206 m2，水生植物系統(tǒng)修復(fù)面積為31 511 m2，水生動(dòng)物投放共5 000 kg，微生態(tài)調(diào)節(jié)菌群的投放活菌數(shù)量為107CFU/mL×7 000 L。

(3)為提升區(qū)域水體流動(dòng)狀態(tài)，提出現(xiàn)有泵站增能和滯留區(qū)增設(shè)曝氣機(jī)2項(xiàng)措施，以保證溶解氧充足，改善水動(dòng)力條件，以長(zhǎng)效維持區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。保育區(qū)內(nèi)微孔曝氣機(jī)如圖3所示。

圖3 保育區(qū)內(nèi)微孔曝氣機(jī)Fig.3 Microporous Aeration Machine

2.2.2 蓮湖村水環(huán)境質(zhì)量提升示范工程

蓮湖村水環(huán)境質(zhì)量提升示范工程共在2處開(kāi)展，分別為蓮湖村謝莊港和漁村休閑體驗(yàn)區(qū)內(nèi)排污渠(簡(jiǎn)稱“魚(yú)塘區(qū)”)，根據(jù)2處環(huán)境條件，通過(guò)生態(tài)護(hù)岸梯級(jí)阻控技術(shù)為主體的綠色基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)進(jìn)行綜合示范。

(1)謝莊港

生態(tài)護(hù)岸升級(jí)改造全長(zhǎng)為420 m，分別設(shè)置3個(gè)生態(tài)單元：生態(tài)步道、生態(tài)護(hù)岸、近岸水域生態(tài)構(gòu)建。其中護(hù)岸單一植物以狗牙根、黑麥草為主，約按1∶1比例種植，種植密度為60～80 株/m2。近岸水域生態(tài)構(gòu)建選用的水生植物以矮生苦草為主，配有黑藻和金魚(yú)藻混種，種植密度為20～25 株/m2。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步長(zhǎng)久地保障謝莊港水質(zhì)，完成底質(zhì)改良(面積為9 000 m2)，修復(fù)棧橋景觀(面積為2 848 m2)，投放水生動(dòng)物1 000 kg，完善了謝莊港水生生態(tài)系統(tǒng)；并同步投放微生物菌群(投放量為107CFU/mL×1 105 L)，構(gòu)建菌藻共生系統(tǒng)。

(2)魚(yú)塘區(qū)

生態(tài)護(hù)岸升級(jí)改造全長(zhǎng)為1 450 m，結(jié)合漁村休閑體驗(yàn)區(qū)排污渠現(xiàn)有設(shè)施情況，設(shè)置2個(gè)生態(tài)單元，分別為：生態(tài)護(hù)岸和水生植物緩沖帶子單元。生態(tài)護(hù)岸子單元的植物選配，由于本排污渠在魚(yú)塘換水期間會(huì)受到較大沖刷，選用根莖蔓延力強(qiáng)、固土護(hù)坡能力強(qiáng)的狗牙根，種植密度為100株/m2。水生植物緩沖帶子單元的種植植物選配：選用土著物種美人蕉和香蒲，種植比例為1∶1，種植密度為每間隔25 cm交替種植1株。

在此基礎(chǔ)上，于排污渠接近攔路港處的一處較開(kāi)闊水域開(kāi)展人工濕地改造，總面積約為422.5 m2，其中：潛流人工濕地面積為200 m2，表流人工濕地面積為222.5 m2；潛流人工濕地以沸石為主要填料，吸附氮、磷等污染物，填料層厚度約為30 cm，沸石粒徑為φ10～φ30 mm。表流人工濕地改造依托現(xiàn)有自然條件進(jìn)行，通過(guò)植物種植規(guī)劃河道水體流線，濕地植物選取蘆葦、香蒲、紫葉美人蕉、常綠水生鳶尾，種植密度在20～25株/m2。

圖4 示范工程建成后效果Fig.4 Water Body after Demontration Project

2.3 示范工程建設(shè)初步成效

示范工程建成后保育區(qū)SS去除率達(dá)到65.06%，部分懸浮物污染嚴(yán)重點(diǎn)位得到了很大改善，SS自51.47 mg/L降低至14.8 mg/L，最低可達(dá)到4.80 mg/L。蓮湖村內(nèi)SS去除率達(dá)到62.42%，示范工程建成后SS降低至5.15 mg/L。因采用相同示范技術(shù)，魚(yú)塘區(qū)SS去除率與蓮湖村相似，達(dá)到62.45%，示范工程建成后SS自36.01 mg/L(平均值)降低至13.57 mg/L。表1為示范工程建成前后徑流污染去除情況，圖4為示范工程建成后效果。

3 研究展望

本課題根據(jù)金澤水源地雨水徑流污染特征，以“點(diǎn)、線、面”的工程形態(tài)屬性選擇具有代表性的區(qū)域，分別進(jìn)行了源頭減排技術(shù)、過(guò)程控制技術(shù)和末端生態(tài)阻控技術(shù)的工程示范，示范區(qū)服務(wù)面積為5.1 km2。示范工程建成后，經(jīng)綠色基礎(chǔ)設(shè)施處理后SS去除率可達(dá)60%以上；通過(guò)示范工程探索，能夠?yàn)殚L(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化示范區(qū)提供一套可復(fù)制、可推廣的雨水徑流防控集成技術(shù)體系，科學(xué)支撐太浦河清水綠廊建設(shè)。