北市河河流特征及治理對策分析

鐘小彥

（中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京100101）

1 引言

生態(tài)文明是人與自然和諧共生的反映，體現(xiàn)一個(gè)國家的發(fā)展程度和文明程度［1］。2019年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中強(qiáng)調(diào)必須堅(jiān)決摒棄損壞甚至破壞生態(tài)環(huán)境的發(fā)展模式和做法，決不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)換取一時(shí)一地的經(jīng)濟(jì)增長，創(chuàng)造綠色的城市河流是推動(dòng)綠色發(fā)展的重要核心任務(wù)。

隨著我國工業(yè)化的進(jìn)程，城市河流污染嚴(yán)重，截止2015年，我國80%以上城市河流受到污染，超過10000 km的城市河流喪失了V類水的最低使用功能，導(dǎo)致生態(tài)功能退化甚至崩潰［2-3］。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部與生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布的《城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》，明確提出，至2020年年底，全國地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體消除比例高于90%。

本文以常州市北市河為例，通過對其流域內(nèi)環(huán)境調(diào)查分析和水質(zhì)的實(shí)際監(jiān)測，分析其水質(zhì)特征，以期為后續(xù)同類河流水質(zhì)提升和保障提供參考。

2 研究區(qū)域概況

2.1 城市概況

常州市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕冷暖，四季分明，雨量充沛，無霜期長，全年平均氣溫17.5℃，年降水量1243 mm。市區(qū)河道與江湖溝通，水資源豐富。境內(nèi)或過境河流達(dá)200余條；溝塘3000余條（個(gè)），水域面積700 km2，占全市總面積的16%。地下水潛水含水層厚度一般在4 m～8 m之間；第I、Ⅱ、Ⅲ系承壓含水層厚度分別在2 m～20 m、25 m～45 m、25 m。每天取水量分別在5.71萬t、1000 t～5000 t、13萬t；第V系以下灰?guī)r含水層單井涌水量在86 t～143 t。

常州市城區(qū)人口密集，密度達(dá)1.9萬人/km2，生活污水與生活垃圾產(chǎn)生量大，致使水體污染來源復(fù)雜而且負(fù)荷強(qiáng)度高。

2.2 河流概況

北市河位于常州市中部，該河道北起關(guān)河，南至東市河（見圖1），全長2.12 km，水域面積約32000 m2。沿線主要交匯河道為三條。河道平均寬度13 m，其中最寬23 m，最窄11 m，河道水深2 m～3.5 m。河道沿途流經(jīng)天寧區(qū)北直街、博愛路，主要穿過商業(yè)區(qū)、居民區(qū)，存在內(nèi)外源污染，生物鏈簡單，生態(tài)功能低下，水體生態(tài)系統(tǒng)自凈能力較弱。

圖1 河流現(xiàn)狀

根據(jù)常州市政府批文表示，該河道為景觀娛樂用水區(qū)、水質(zhì)管理目標(biāo)均為Ⅳ類。為充分了解其水質(zhì)，2019年1月至2020年3月，共計(jì)15個(gè)月，對該城市河流COD、NH4-N、TP進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測，進(jìn)行全方位的時(shí)空分析，結(jié)果見圖2～圖4。

圖2 河道COD情況

圖3 河道氨氮情況

圖4 河道TP情況

由圖3可知，COD最低濃度1.8 mg/L（2019年4月），最高濃度為4.5 mg/L（2019年2月數(shù)據(jù)），平均濃度為3.1 mg/L，均達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)10 mg/L；氨氮最低濃度為0.104 mg/L（2019年8月數(shù)據(jù)），最高濃度為4.64 mg/L（2019年11月數(shù)據(jù)），平均濃度為2.309 mg/L，其中有10個(gè)月的數(shù)據(jù)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)1.5 mg/L，占總監(jiān)測時(shí)間67%；總磷最低濃度0.13 mg/L（2019年8月數(shù)據(jù)），最高濃度為0.64 mg/L（2019年10月數(shù)據(jù)），平均濃度為0.275 mg/L，其中有5個(gè)月的數(shù)據(jù)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)0.3 mg/L，占總監(jiān)測時(shí)間33.3%。

3 特征分析

3.1 降水特征

降水不僅僅是一個(gè)重要的氣候條件因素，同時(shí)也是影響河流水質(zhì)污染的重要關(guān)鍵因素，一些污染物通過自然降水匯入河道，對河道造成污染［4-5］。因此，對城市水量的特征分析是至關(guān)重要的，本文通過對比常州市近8年降水量數(shù)據(jù)，見圖5。發(fā)現(xiàn)常州市年降水量為1289 mm，水量豐富，其中2016年降水量最大，達(dá)到2059 mm。

圖5 2012年～2019年常州年降水量

3.2 河流特征

3.2.1 先天水動(dòng)力不足

北市河北部與關(guān)河相連，交匯處有閘門控制，平時(shí)不開啟。盡管有時(shí)也會(huì)調(diào)關(guān)河的水引入北市河，但關(guān)河的水質(zhì)狀況也不理想。關(guān)河景觀娛樂用水區(qū)2019年雙指標(biāo)評價(jià)和多指標(biāo)評價(jià)水功能區(qū)均不達(dá)標(biāo)，主要超標(biāo)因子是氨氮，超標(biāo)0.2倍，水質(zhì)為V類。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，關(guān)河水體也出現(xiàn)了嚴(yán)重的藍(lán)藻水華暴發(fā)情況。北市河北部與東市河相連，東市河與京杭大運(yùn)河的交匯處有閘門控制。東市河常州景觀娛樂用水區(qū)2019年雙指標(biāo)評價(jià)和多指標(biāo)評價(jià)水功能區(qū)均不達(dá)標(biāo)，主要超標(biāo)因子是氨氮和五日生化需氧量，水質(zhì)為V類。北市河平時(shí)為封閉水體，沒有上游客水污染，但是水體流動(dòng)很差，進(jìn)一步弱化河道的自凈能力，加劇了水體質(zhì)量的惡化。

3.2.2 河道外源輸入

北市河位于天寧區(qū)，是常州市的老城區(qū)，河道岸邊的截污工程尚未完成。該老城區(qū)的排水管網(wǎng)系統(tǒng)中存在明顯的雨污混流、管道錯(cuò)接等現(xiàn)象，導(dǎo)致北市河沿岸存在部分源頭不清的入河排放口。統(tǒng)計(jì)了北市河沿河兩岸雨水口以及污水口現(xiàn)狀，共檢查到雨水口105個(gè)、污水排放口52個(gè)，見表1。由現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果可知，該段河道穿過居民生活區(qū)、商業(yè)區(qū)，生活污染源通過PVC管直接排入河道現(xiàn)象較為嚴(yán)重，見圖6。為避免生活污水直接入河導(dǎo)致的污染沖擊，北市河曾在紅梅橋—鶴園橋沿線構(gòu)建了懸空截污管道，但由于年久失修，截污管道出現(xiàn)嚴(yán)重的破損、錯(cuò)接等問題，導(dǎo)致直臨河道的餐飲、廁所等污水直接入河，極大影響了河道水質(zhì)。

表1 沿河排污口情況

圖6 沿河入河口

3.2.3 內(nèi)源污染

沉積物（淤泥）造成的污染是水體內(nèi)源污染的最重要組成。北市河河道駁岸年代長久，且該河道已按輪浚計(jì)劃實(shí)施完畢。但因北市河河道穿過居民生活區(qū)，大量生活廢水中的污染物經(jīng)長期作用下累積在了河道底部，同時(shí)，加之藍(lán)藻胞體衰亡沉降，進(jìn)而在河底形成了大量淤泥。河床底泥中污染物向上覆水體釋放，如此循環(huán)，水體污染加劇。

為進(jìn)一步了解北市河內(nèi)源污染情況，進(jìn)行了現(xiàn)場底泥查勘和測定分析，發(fā)現(xiàn)淤泥均為生活污水淤泥，局部地區(qū)黑臭嚴(yán)重，河道河底淤泥最深達(dá)2.2 m，河段的底泥厚度在0.6 m～2.2 m。選擇一個(gè)斷面進(jìn)行監(jiān)測并分析，檢測全氮、全磷及有機(jī)質(zhì)含量，結(jié)果見表2。

表2 北市河河道底泥檢測數(shù)據(jù)

沉積物中有機(jī)質(zhì)主要由生物遺體及其轉(zhuǎn)化、降解的有機(jī)化合物組合而成。北市河河道中有機(jī)質(zhì)的來源可能為初期雨水沖擊泥沙及水體動(dòng)植物遺體。檢測結(jié)果如下，根據(jù)EPA沉積物等級的分類，河道全氮2.84×103mg/kg，屬于重度污染水平，河道總磷1.82×103mg/kg，屬于重度污染水平。故本河道應(yīng)控制內(nèi)源污染釋放，尤其氮營養(yǎng)鹽的抑制。

3.2.4 生態(tài)功能

北市河河道兩側(cè)為硬質(zhì)水泥直立擋墻駁岸，該駁岸的河道建設(shè)功能較為單一，水域和陸域之間物質(zhì)流動(dòng)及能量交換頻率較低。河道中大型水生維管束植物及水生動(dòng)物生物量較少，生物鏈簡單，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)自凈能力較弱。北市河的水生植物群落主要的水生植物為銅錢草。北市河由于部分河段水體滯留、營養(yǎng)過高，導(dǎo)致大量的銅錢草瘋長。銅錢草屬多年生水生植物，其適應(yīng)性強(qiáng)，對富營養(yǎng)化水中的氮磷均有較好的凈化作用，對天氣溫度變化的耐受性好。豐富的水生植物群落可為提升北市河水體的自凈能力、物種群落多樣性發(fā)揮重要作用。

4 治理策略

4.1 外源污染控制

北市河穿過居民生活區(qū)、商業(yè)區(qū)，河流的外源污染直排對河道水質(zhì)影響非常大。針對外源污染問題，在工程項(xiàng)目允許情況下：①對已有沿河簡易懸空截污管道進(jìn)行修繕，在原有工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，實(shí)現(xiàn)截污的目標(biāo)。②在沿河兩岸的主要污水直排口處布設(shè)“立體生態(tài)浮床緩沖凈化區(qū)”，盡量緩沖污水直排對河道水環(huán)境的沖擊影響。

4.2 內(nèi)源污染控制

北市河河道底泥污染非常嚴(yán)重，底泥黑臭、污染物含量高、且底泥容易再懸浮，不斷向上覆水體釋放污染物影響其水質(zhì)，使得河道水體也容易發(fā)黑發(fā)臭。針對外源污染問題，采用“底質(zhì)改良型環(huán)境修復(fù)劑”在河道到投加的方式，進(jìn)行河道底質(zhì)環(huán)境的快速改良，消除底泥黑臭，控制內(nèi)源污染，為后續(xù)的沉水植被修復(fù)和水質(zhì)長效穩(wěn)定打好基礎(chǔ)。

4.3 水質(zhì)快速提升

北市河水體已呈現(xiàn)藍(lán)藻水華和水體黑臭，且河道屬于封閉水體、流動(dòng)性差，自凈能力差，這些特征都使得其水質(zhì)達(dá)標(biāo)非常困難?？紤]到現(xiàn)有水體懸浮物濃度高、污染物含量高，且河道底質(zhì)修復(fù)施工過程中易導(dǎo)致局部水體懸浮物濃度高、透明度低，需要快速改善和提升水質(zhì)，采用“改性植物單寧強(qiáng)化絮凝快速凈化”，利用天然提取的植物多酚改性后的新型水質(zhì)凈化材料結(jié)合曝氣裝置，快速去除懸浮物和污染物，使水質(zhì)快速達(dá)到Ⅳ類，同時(shí)降低濁度、提高透明度。

4.4 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

針對沉水植物群落物種單一和凈化能力不足問題，通過“沉水植物部落建設(shè)技術(shù)”“水生動(dòng)物群落構(gòu)建技術(shù)”“營造完整水生食物鏈”，共同構(gòu)筑“水下生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)”的體系，吸收水體中氮磷等富營養(yǎng)物質(zhì)污染物，實(shí)現(xiàn)水體通過其自凈能力的增強(qiáng)以長效維持Ⅳ類及以上水質(zhì)。

4.5 長效穩(wěn)定維護(hù)

針對北市河水體封閉和不流動(dòng)、水質(zhì)容易惡化的問題建議：①增加局部小循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)，設(shè)置太陽能推流曝氣裝置，促進(jìn)河道滯留水體流動(dòng)交換，并通過增氧作用使水體處于好氧狀況，與“沉水植物-水生動(dòng)物-土著微生物”構(gòu)成的水下生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同作用，長效保持Ⅳ類及以上水質(zhì)。②制定定期巡查制度，尤其是夏季高溫梅雨期間，植物繁殖能力旺盛的季節(jié)，加強(qiáng)巡查強(qiáng)度，加強(qiáng)水質(zhì)惡化的預(yù)防意識(shí)。

5 結(jié)語

發(fā)達(dá)城市河流如北市河特點(diǎn)：水環(huán)境壓力大；水動(dòng)力不足，河流流動(dòng)性差；點(diǎn)源污染，河道沿線污水直排口多；內(nèi)源污染，沉積物（淤泥）較厚；生態(tài)功能單一，水生態(tài)匱乏。針對此類河流需從源頭著手，實(shí)施雨污分流，正本清源，并逐步構(gòu)建完善生態(tài)系統(tǒng)，形成長治久清的治理目標(biāo)。