城區(qū)河段水生態(tài)修復(fù)與治理模式研究
——以媯水河世園段為例

倪冬生

(北京夏都水利工程有限公司，北京 102100)

在城市形成和發(fā)展的過程中，城市河流作為重要的資源和環(huán)境載體，關(guān)系到城市生存，制約著城市發(fā)展，是影響城市風(fēng)格和美化城市環(huán)境的重要因素[1]。城市河道位于城市當(dāng)中，其水生生態(tài)系統(tǒng)極易受到外來干擾，抵抗力弱、穩(wěn)定性差，生態(tài)平衡的維持較困難[2]。通常水生態(tài)修復(fù)有河道疏浚、截污納管、曝氣推流等物理手段，也有水生植物、水生動物及微生物等生物措施。因此，如何構(gòu)建城區(qū)河道水生態(tài)修復(fù)體系，探索適宜的修復(fù)技術(shù)是本文探索的重點。

1 媯水河概況

媯水河屬永定河水系，為官廳水庫上游左岸主要支流，從東向西橫貫延慶川區(qū)盆地，總流域面積約1 074 km2。水生態(tài)治理規(guī)模12 km，維護(hù)水面面積400 hm2，改善和提高區(qū)域水環(huán)境和水景觀，修復(fù)媯水河水生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)水體自凈能力。

媯水河西湖、東湖水體污染(夏季水質(zhì)為V類甚至劣V類)，媯水河(新城)、三里河均為劣V類，水體主要污染物包括BOD、COD、氨氮、總磷等。水體流動性差，水中污染物長期積聚，藻類繁殖速度增加，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重；世園區(qū)周邊水系連通水平低，水域面積狹小，缺乏水生態(tài)景觀功能及水生態(tài)經(jīng)濟外延等。

2 水生態(tài)修復(fù)治理

鑒于媯水河?xùn)|西湖水域面積和蓄水量大，水體生態(tài)系統(tǒng)退化，水質(zhì)差，單一的技術(shù)均不能達(dá)到治理任務(wù)要求，經(jīng)綜合比選，推薦媯水河世園段水體水生態(tài)治理采用種植水生植物、放養(yǎng)水生動物、水體原位修復(fù)、河道清淤等多種技術(shù)共用的治理方案。

2.1 水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1.1 水生植物構(gòu)建

水生大型植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和主要的初級生產(chǎn)者之一，介于水泥、水氣及水陸界面，對生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的循環(huán)和傳遞起調(diào)控作用。

(1)植物群落配置

媯水河以恢復(fù)生態(tài)為主要目標(biāo)，種植經(jīng)濟效益好的物種勢必引入船只采集，擾動底泥，引起不必要的污染，所以優(yōu)先考慮配置生態(tài)型植物群落，避免選擇經(jīng)濟效益高的物種。在水流緩慢、水質(zhì)富營養(yǎng)化嚴(yán)重的河道濕地，種植蘆葦、水蔥、荷花等挺水植物，建設(shè)生態(tài)河渠，削減污染物進(jìn)入河道。因此，根據(jù)媯水河水質(zhì)現(xiàn)狀特征，建議選用表1種植品種進(jìn)行水體修復(fù)。

表1 媯水河水生植物選擇

(2)工程量

根據(jù)媯水河的實際情況，結(jié)合水質(zhì)凈化的目標(biāo)，種植地點主要在東湖淺水灣和西湖湖心島、淺水灣及其范圍外的淺水區(qū)域，需要種植水生植物97萬 m2，其中東湖淺水灣和西湖湖心島、淺水灣范圍外的淺水區(qū)域面積69.9萬 m2，詳見表2。

表2 水生植物工程量表

2.1.2 水生動物工程

依據(jù)媯水河魚類資源現(xiàn)狀，放養(yǎng)的魚類品種主要選擇水質(zhì)凈化和去藻效果好的鰱魚、鳙魚、細(xì)鱗斜頜鲴，以及魴魚等形成濾食性和攝食性魚類完整的食物鏈；底棲動物主要選擇水質(zhì)凈化效果好的河蚌等。

因此，根據(jù)媯水河水體的面積及平均深度，結(jié)合水生生物的生長習(xí)性放養(yǎng)魚類及底棲動物，共放養(yǎng)魚類7.6萬尾，底棲動物4.67t，詳見表3。

表3 媯水河增殖放流水生動物種類及其數(shù)量

2.1.3 懸浮濕地工程

由多個濕地單元組成，每個濕地單元由浮籃、種植籃、種植介質(zhì)、連接扣以及水生植物五部分組成，利用表面積很大的植物根系在水中形成濃密的網(wǎng)，吸附水體中大量的懸浮物，并逐漸在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物吞噬和代謝水中的污染物成為無機物，使其成為植物的營養(yǎng)物質(zhì)，通過光合作用轉(zhuǎn)化為植物細(xì)胞的成分，促進(jìn)其生長，最后通過收割浮島植物來減少水中的污染物，有效控制水體“富營養(yǎng)化”，減少藻類的滋生，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。經(jīng)過計算并綜合考慮懸浮濕地的凈化能力，設(shè)計布置懸浮濕地面積共計1 600 m2。

2.2 河道清淤

2.2.1 河道清淤方式

根據(jù)媯水河河道斷面測量資料，媯水河現(xiàn)狀湖底淤泥厚度約0.2～0.8 m，經(jīng)測定底泥中有機物、氮磷等污染物含量高。由于污染物釋放對水體有較高的污染，需進(jìn)行清理和利用。目前河道清淤的方式主要有兩種，一種是干法清淤，一種是濕法清淤。

(1)干法清淤

主要是對有水河道設(shè)圍堰或建壩攔水截流，然后將施工段河道內(nèi)水體自流或利用水泵強排至下游河道。河道排干后晾曬后至淤泥含水量在80%～85%左右時，利用機械(如反鏟式挖土機或鏟車)或人工采取現(xiàn)場開挖至設(shè)計清淤深度。優(yōu)點是施工方便，工作效率高，工程投資低，清淤徹底，對周邊環(huán)境和水體環(huán)境影響較小。

(2)濕法清淤

濕法清淤通常采用絞吸式挖泥船、生態(tài)清淤船等，依靠船上的吸水管前段圍繞吸水管裝設(shè)旋轉(zhuǎn)絞刀裝置，將河道底部泥沙或淤泥切割或攪動，再經(jīng)吸泥管將攪起的泥沙物料，借助強大的泵力，輸送至泥沙物料堆放場。它的挖泥、輸泥、脫水、卸泥等工作過程可一次性完成。優(yōu)點是帶水作業(yè)，清淤速度快，施工方便，不受季節(jié)限制。缺點是清淤不徹底，能耗高，淤泥固化劑使用量大，清淤過程中對水質(zhì)有一定不良影響。

2.2.2 清淤方式確定

經(jīng)比選，本工程采取干法清淤，即在媯水河農(nóng)場橡膠壩下游設(shè)立圍堰，使用水泵將媯水河?xùn)|西湖河水全部強制排干后，直接在干場使用機械清除河底的淤泥。

2.2.3 清淤范圍及清淤量

對媯水東西湖局部底泥超過0.3 cm區(qū)域，進(jìn)行生態(tài)清淤，清淤工程起點媯水東湖師范路以上600 m，終點為媯水河農(nóng)場橡膠壩。淤泥清淤面積約300 hm2，淤泥清淤深度為0.2～0.8 m。經(jīng)計算，清淤量80.7萬 m3。

2.3 淺水灣和湖心島

2.3.1 淺水灣

將清除的淤泥59.9萬 m3(濕方)堆放在媯水河兩岸形成淺水灣，每側(cè)淺水灣寬度約18～40 m，淤泥堆放平均厚度1.2 m，待淤泥水分析出后，在淤泥表層覆蓋30 cm種植土種植水生植物吸收消納淤泥中的富營養(yǎng)物質(zhì)，淺水灣臨水側(cè)采用高鍍鋅鉛絲土工石籠進(jìn)行護(hù)砌。詳見圖1和圖2。

圖1 淺水灣平面圖布置 圖2 淺水灣灣剖面示意圖

2.3.2 湖心島

湖心島露出水面1 m，高程478 m，湖心島填方所用土料來自于媯水河西湖堆淺水灣剩余清淤開挖料，開挖料暫定采用10%水泥固化后用于堆島，固化后強度滿足堆島要求。經(jīng)計算，淤泥固化后方量約14.56萬 m3。擬堆湖心島面積4.4萬 m2，平均堆砌厚度2.8 m，底高程473.6～474.8 m。島表面覆種植土厚度0.5～1.2 m，用于綠化。島正常蓄水位以下部分迎水面采用高鍍鋅鉛絲土工石籠袋(1 000×1 000×1 000)進(jìn)行護(hù)面。

圖3 東湖原位修復(fù)工程布置圖

2.4 水體原位修復(fù)

媯水東湖水體原位修復(fù)水域東西長500 m，南北長約80 m，面積為30 084 m2，在暗管處設(shè)置一溢流壩，使水域與道路南側(cè)的書畫院水域隔開。每臺生物反應(yīng)系統(tǒng)輻射面積約為2 000～3 000 m2，此處按3 000 m2配置1臺設(shè)備計算，取整為10 臺。在水面安裝6套涌浪機(增氧攪拌)，激活原位微生物2.23 t，消除水體中富營養(yǎng)物質(zhì)，從而提升水質(zhì)，并抑制藍(lán)藻爆發(fā)。為了保證水體修復(fù)效果，禁止人工投加養(yǎng)魚飼料和其他藥劑，靠水體生態(tài)食物鏈來作為魚類食物來源，對岸邊的垃圾、樹葉等進(jìn)行及時清理，防止進(jìn)入水域，根據(jù)水生生物的數(shù)量適時的捕撈水生動物，實現(xiàn)氮磷等物質(zhì)的去除。修復(fù)工程布置見圖3。

3 結(jié)語

通過實施媯水河水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、河道清淤、水體原位修復(fù)，消除殘留面源污染和污染物因蒸發(fā)引起的污染物富集，滿足蓄水安全和景觀要求，建立水體水質(zhì)改善與維護(hù)的工程體系，消除水體水華現(xiàn)象，使媯水河水體水質(zhì)主要指標(biāo)穩(wěn)定保持在地表水III類水質(zhì)，修復(fù)媯水河水生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)水體自凈能力，改善和提高了區(qū)域水環(huán)境和水景觀。