基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)改善城市河道污染治理問題

劉湯琪 張可欣 周鈺蓉 魏宏杰

摘要：河流是城市重要的自然資源，為城市發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)，但隨著城市的不斷擴(kuò)張，城市人口不斷增加，城市河流的污染也日益加劇，國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下水資源的過度開發(fā)以及城市化深入發(fā)展所帶來的負(fù)面作用開始凸顯，水污染范圍不斷擴(kuò)大，工業(yè)污水的超標(biāo)排放以及底層淤泥的堆積等多種因素共同引起的河道污染，不只嚴(yán)重影響城市生態(tài)文明的建設(shè)和城市居民的日常生活，而且阻滯城市河道發(fā)揮防洪排水、維持水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定等綜合功能。

關(guān)鍵詞：城市河道;污染治理;深度學(xué)習(xí)

1.引言

近年來，國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下水資源的過度開發(fā)以及城市化深入發(fā)展所帶來的負(fù)面作用開始凸顯，水污染范圍不斷擴(kuò)大，工業(yè)污水的超標(biāo)排放以及底層淤泥的堆積等多種因素共同引起的河道污染，不只嚴(yán)重影響城市生態(tài)文明的建設(shè)和城市居民的日常生活，而且阻滯城市河道發(fā)揮防洪排水、維持水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定等綜合功能。以南京市為例，通過對(duì)城市河道的污染現(xiàn)狀以及成因剖析，提出針對(duì)性的改善措施，探究科學(xué)、高效治理城市河道污染問題的對(duì)策。

2.南京河道治理現(xiàn)狀

2.1城市河道污染治理的必要性

我國河湖眾多，水系發(fā)達(dá)，湖泊水域環(huán)境廣闊，水生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)多樣化，為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，在有效利用水資源的同時(shí)應(yīng)當(dāng)制定充分的保護(hù)措施以及防治水污染的對(duì)策。在黨中央“建設(shè)美麗中國”的政策號(hào)召下，城市河道的環(huán)境問題已經(jīng)成為社會(huì)公眾關(guān)注的問題焦點(diǎn)，是城市生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，解決城市河道污染的預(yù)防和治理難題是適應(yīng)新形勢(shì)下保障生態(tài)安全的積極影響應(yīng)和迫切需要。

城市河道污染治理應(yīng)當(dāng)按照統(tǒng)籌規(guī)劃、因地制宜的原則進(jìn)行，首先會(huì)同發(fā)展改革、交通運(yùn)輸?shù)绕渌块T，確定防洪、水資源配置和保護(hù)的總體安排;其次，結(jié)合地域性城市河道特征以及污染成因，制定適當(dāng)?shù)暮拥狼逵偈杩！⑺参锴謇淼确桨?，促進(jìn)改善城市河道環(huán)境生態(tài)，提高城市河道的自凈化能力。通過對(duì)水資源保護(hù)措施以及城市河道治理的強(qiáng)化，維護(hù)城市河道的健康生命，提升河道的生態(tài)功能，從而為城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供環(huán)境保障。

2.2城市河道污染的現(xiàn)狀及成因

2.2.1河道污染物質(zhì)增多

隨著城市化進(jìn)程不斷擴(kuò)大，人口規(guī)模的持續(xù)增加，排放到城市河道的污染物質(zhì)進(jìn)一步增多，一方面，持續(xù)擴(kuò)張的市域規(guī)劃不斷擠壓城市河流的空間，另一方面污染物質(zhì)沿著地表徑流進(jìn)入各河道分支，不僅加劇了水質(zhì)的污染與惡化，同時(shí)削弱了河道的水體流動(dòng)能力，從而影響河道的自凈化能力。此外，由于城市雨污分流系統(tǒng)的不完善，河道周邊的污染物以及未經(jīng)處理過的污水會(huì)直接進(jìn)入河道，導(dǎo)致黑臭水體的形成、大量淤泥的堆積堵塞河道，破壞城市的水生態(tài)環(huán)境。

2.2.2河道水質(zhì)管理制度缺失

工業(yè)廢水的排放是城市河道污染的重要原因之一，許多城市在推進(jìn)工業(yè)開發(fā)的進(jìn)程中，忽略了對(duì)工業(yè)企業(yè)的排污設(shè)施建設(shè)的管理和監(jiān)督，進(jìn)而導(dǎo)致大量未達(dá)國家排污標(biāo)準(zhǔn)的廢水污染城市河道。而在這背后的是城市水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不完善、水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的單一以及先進(jìn)儀器和設(shè)備的缺乏，使得對(duì)城市河道水質(zhì)的監(jiān)管工作難以執(zhí)行，間接放縱了工廠肆意排放污水的違法行為，加重了城市河道的自凈化負(fù)擔(dān)。

3.南京城市河道治理面臨的問題

目前城市河道的治理在黨中央、政府部門、社會(huì)各方人士的共同努力下取得了重大進(jìn)步。在河長(zhǎng)制、中華人民共和國河道管理?xiàng)l例等制度、政策與法律法規(guī)的保障下，城市河道中的黑臭水體得到了極大的減少，河水重新變得清澈，城市排污也不再通過城市河道，而是通過組建大量的規(guī)劃合理的城市地下管網(wǎng)，經(jīng)過處理后再排出。這些措施極大地改善了城市河道的污染程度，提高了人民生活的幸福指數(shù)。但城市河道污染的治理仍存在許多不足，如下所示：

3.1河長(zhǎng)制的治理工作不夠深入

有相當(dāng)一部分河長(zhǎng)治理工作流于表面、不夠深入，他們錯(cuò)誤的把城市河道污染治理的重點(diǎn)放在了城市河道的景觀上，忽視了城市河道水體本身。出現(xiàn)了過分注重城市河道兩岸的風(fēng)景線在河里放塑料假花草;放一些不適合在該城市河道環(huán)境的生長(zhǎng)的植物;水體凈化植物壞死后不能及時(shí)查找原因并更換等工作問題。

3.2污染治理新理論新方法未能有效落實(shí)

很多專業(yè)人士在城市河道污染治理這個(gè)問題上都用他們專業(yè)知識(shí)從不同角度呈現(xiàn)出了獨(dú)特而有創(chuàng)造力的解決方法 ，如利用城市河道底的污泥制作水泥的新興技術(shù)、生物柵和人工水草凈水技術(shù)、生物膜技術(shù)、微生物強(qiáng)化技術(shù)、城市黑臭河道底泥內(nèi)源污染控制的固化與穩(wěn)定化技術(shù)、數(shù)字管網(wǎng)技術(shù)、城市河道水生態(tài)修復(fù)技術(shù)以及海綿城市新城市下的河道運(yùn)用治理理念等。但遺憾的是，由于種種原因，這些新興和理念的技術(shù)未能落實(shí)到實(shí)際的城市河道治理的工作中。

3.3河道治理理念不夠全面和先進(jìn)

傳統(tǒng)的城市河道治理技術(shù)，過分注重河道的防洪蓄洪能力，為減少水土流失 一味地把城市河道兩岸堤壩混凝土化，但是這一舉措極大的降低了城市河道的水體自我凈化能力，不利于城市河道污染治理。新興的生態(tài)護(hù)岸各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都可以投入現(xiàn)實(shí)使用，沒有任何的技術(shù)缺陷，卻未能投入使用。如能使用即可兼顧水體自凈與水土流失問題，同時(shí)還能有效引導(dǎo)和凈化城市水體、補(bǔ)充地下水，加強(qiáng)防洪蓄洪能力，有利于海綿城市的建設(shè)。

3.4缺乏高效及時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管

現(xiàn)在的水體治理的相關(guān)監(jiān)督僅依靠河長(zhǎng)有限的人力與人民群眾的舉報(bào)監(jiān)督，以及部分水體監(jiān)測(cè)站，這些天都方式都太過依賴人力或者太過固定，未能有效地利用新興的電子信息技術(shù) ，缺乏高效的，動(dòng)態(tài)的電子監(jiān)管。

3.5針對(duì)河道現(xiàn)狀的分析

本項(xiàng)目依托于環(huán)境學(xué)和大數(shù)據(jù)專業(yè)。一方面，我們將通過實(shí)地考察，問卷調(diào)查以及搜集資料的方式來采集城市河道歷年的水質(zhì)、水量、垃圾排放情況以及周遭的設(shè)施排放等數(shù)據(jù);另一方面，我們將通過matlab等深度學(xué)習(xí)機(jī)器箱，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并進(jìn)一步對(duì)城市河道黑臭水體情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，為未來的水資源審計(jì)提供依據(jù)，以便更好地解決城市河道及黑臭水體整治不深入的問題。

對(duì)2017年-2020年南京廢水排放數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖所示：

通過SVM預(yù)測(cè)接下來幾年，廢水排放量會(huì)呈現(xiàn)出波動(dòng)減少的趨勢(shì)。

4.南京城市河道治理的解決方案

4.1城市河道修復(fù)問題

城市河道的修復(fù)首先要考慮到河流本身的天然生態(tài)體系情況，因?yàn)楦鞣N各樣不同的生命依托于河流以及河流周圍的土壤存在，但是由于之前城市人類活動(dòng)的需求不斷的擴(kuò)大，為了滿足日益增長(zhǎng)的生活需要，從而不得已對(duì)河流的周邊環(huán)境進(jìn)行了人為的一系列的相應(yīng)的改造，造成河流之外的生命差異性的不斷增大，使得其他生命體的生存空間在不斷減少以至于消失。因此，我們必須要在尊重河道治理的自然規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行河道污染治理和修復(fù)，在不改變河道本身的基礎(chǔ)上，合理利用河道的資源，來有效降低河道污染和自然災(zāi)害發(fā)生的可能性，保證其他生命體的生存，維持河道水環(huán)境的穩(wěn)定。

4.2城市河道歷史文化問題

河流往往是城市文化的載體，所以在對(duì)河道進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，需要尊重城市的歷史文化進(jìn)程?；謴?fù)工程開始之前，先要做好對(duì)城市的文化景觀資料的收集工作，結(jié)合保留城市歷史文化的需要，完成對(duì)河道的復(fù)原工作，以保證城市的歷史文化遺產(chǎn)。

4.3因地制宜

河道河流的調(diào)節(jié)會(huì)受到地理因素的影響，包括水文環(huán)境不同、建設(shè)條件不同、處理要求問題，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的復(fù)原措施會(huì)有很大不同，因此河道的復(fù)原工作必須尊重當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件。首先，需要了解和到自然地理的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前的地理分布情況，以及當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境變遷，分析地區(qū)的自然景觀和生態(tài)特點(diǎn)，在完成對(duì)植物生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的同時(shí)，也保證自然景觀符合人們的觀賞需要，例如對(duì)于植物就要充分考慮地方特色，滿足生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)要求。其次，河流周圍的城市會(huì)有屬于自己的區(qū)域人文特征，比如周圍會(huì)有一些歷史悠久的古建筑，都是重要的文化遺產(chǎn)。因此在河道修復(fù)時(shí)，需要恰當(dāng)應(yīng)用這些文化遺產(chǎn)，做好對(duì)河道的設(shè)計(jì)工作，保留城市的文化特征，比如加固河道沿岸的歷史性建筑，完善構(gòu)建當(dāng)?shù)氐娜宋奶卣鳌?/p>

4.4河道的生態(tài)性問題

河道修復(fù)工作需要堅(jiān)生態(tài)性原則，充分應(yīng)用生態(tài)學(xué)理論來建造土墻，確保河流神態(tài)的多元化。比如恢復(fù)工作中需要嚴(yán)格控制植物的選擇，減少河道的水土流失問題，還可以通過選擇合適的植物，來提升河道的精華能力，以及保證植物的存活概率。河道生態(tài)系統(tǒng)的分支、防護(hù)林等等都要和城市的道路相連通，保證和城市的建筑、城市郊區(qū)構(gòu)成一個(gè)完整生態(tài)體系區(qū)域，來保證河道的生態(tài)的平衡。同時(shí)，要盡可能仿真自然棲息地，保護(hù)生態(tài)景觀，讓河道的生物能夠有良好的生活質(zhì)量。對(duì)于河道兩側(cè)的行車道路，應(yīng)該組好濱水綠化帶的建設(shè)，通過沿著河道綠化帶、河流兩側(cè)的植被控制周圍的溶解物質(zhì)，降低河道的污染問題。

5.結(jié)論

綜上所述，隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，城市河道對(duì)于城市發(fā)展的重要性不言而喻，城市用水也成為城市發(fā)展的主要矛盾之一。相關(guān)部門應(yīng)采取科學(xué)合理的措施治理河道水環(huán)境，根據(jù)自身發(fā)展?fàn)顩r，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念，改善河道水環(huán)境生態(tài)質(zhì)量，確保水環(huán)境生態(tài)平衡，提高水環(huán)境自我凈化能力，讓城市河道在城市發(fā)展建設(shè)過程中充分發(fā)揮其作用和價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

劉湯琪（2000-），女，漢族，江蘇南京人，南京審計(jì)大學(xué)本科在讀，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)方向。

基金項(xiàng)目：

2020年江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)改善城市河道污染治理問題”（202011287074Y）。

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