基于水生態(tài)的水環(huán)境治理工程

王少倫，汪聰，韓艷梅，宋揚，郭棟，管清坤，周亞坤

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京 100082）

1 引言

城市化作為城市的必然發(fā)展趨勢，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，其進(jìn)程不斷加快，而水環(huán)境污染的問題也愈發(fā)突出。自黨的十八大以來，生態(tài)文明建設(shè)已成為國家發(fā)展戰(zhàn)略，而水生態(tài)文明已成為生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分[1]。目前，國家已經(jīng)將環(huán)境保護(hù)與生態(tài)建設(shè)提到了前所未有的戰(zhàn)略高度，水環(huán)境、水生態(tài)的保護(hù)與治理更是當(dāng)務(wù)之急[2]。

2 水環(huán)境治理現(xiàn)狀

國外學(xué)者曾在20 世紀(jì)80 年代反思了河道治理工程產(chǎn)生的各類問題，認(rèn)為河流治理應(yīng)當(dāng)考慮將生態(tài)學(xué)原理融入工程中去，后續(xù)學(xué)者們提出了“生態(tài)型護(hù)岸”和“親自然河流”等設(shè)計理念[3]。當(dāng)前，在河道治理中國內(nèi)外成功應(yīng)用的措施有重建植被、修復(fù)池塘、重塑深灘與淺灘、修建沼澤森林和人工濕地等。實踐表明，在提升水體自凈能力、改善水生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)水的良性循環(huán)等方面這些技術(shù)措施發(fā)揮著顯著的成效[4]。中國工程院院士曲久輝也曾指出，水環(huán)境治理，有時候就是治標(biāo)不治本，那“本”是什么？本是做到生態(tài)恢復(fù)，需要有完整的生物鏈。水環(huán)境治理工程需要將水生態(tài)的構(gòu)建放到核心位置上，才可以達(dá)到治本的成效。

3 影響水生態(tài)構(gòu)建的工程因素

3.1 排水工程

水生態(tài)構(gòu)建的首要要素之一為合理完善的排水工程。生活污水、農(nóng)田排水、工業(yè)污水等諸多污染源的排入是目前造成大部分河道污染的主要因素。水環(huán)境治理的關(guān)鍵是首先需要從“控源截污”入手，針對不同河道的污染情況，制訂相應(yīng)的整治方案，改善水環(huán)境。針對城區(qū)生活污水排河主要受限于其建設(shè)年代久遠(yuǎn)的排水管網(wǎng)，多采用合流制排水，使得旱季污水直排入河，污染水體。新建地區(qū)多采用雨污分流制排水系統(tǒng)，但是局部仍有雨污水管道錯接、混接使得部分污水經(jīng)過雨水管道排入河流的現(xiàn)象[5]。針對此現(xiàn)象，應(yīng)盡快進(jìn)行雨污水分流改造工程，對于改造存在困難的應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)截流、治理等一系列措施[6]。近年來，許多大城市逐步進(jìn)行了大范圍的雨污水分流改造工程[7]，盡可能減少污水直排入河，從源頭上實現(xiàn)控源截污和河道治理，進(jìn)而促進(jìn)城市水生態(tài)文明建設(shè)。

針對農(nóng)村生活污水問題，需從源頭出發(fā)，制訂相應(yīng)的整治方案，尤其是對污水處理設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一布置、規(guī)劃，將污水收集、處理后統(tǒng)一排放。而針對農(nóng)田排水問題，需要規(guī)劃好土地種植，合理實施休耕制度，同時可以采用秸稈還田等方式提高土壤肥力，從而減少化肥的使用[8]，進(jìn)而降低污染水的產(chǎn)生、排放。

針對工業(yè)污、廢水，也需在處理達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后，方可排入污水系統(tǒng)或者河流，避免將未經(jīng)處理的工業(yè)污、廢水直排入河。對于大量未達(dá)標(biāo)工業(yè)污、廢水漏排、偷排的現(xiàn)象，首先需要對企業(yè)進(jìn)行集中整治，要求建設(shè)在河道周圍的企業(yè)排放的污水、廢水必須符合排放規(guī)定。同時減少排放量，采取在污水、廢水排放處安裝監(jiān)控，并定期對企業(yè)進(jìn)行檢查[9]。

3.2 景觀工程

水生態(tài)構(gòu)建的又一關(guān)鍵因素為景觀工程，它在恢復(fù)、構(gòu)建、維持穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)方面起著重要的作用。首先，景觀工程應(yīng)注重自然恢復(fù)，輔以人工修復(fù)，盡可能將原有的地形、地勢、水文等條件綜合利用起來，以適地適生為原則去選擇物種，建立穩(wěn)定性較強(qiáng)的水生態(tài)系統(tǒng)。其次，景觀工程可以采用與原生態(tài)相結(jié)合的方法，利用先進(jìn)的生態(tài)技術(shù)措施，將岸坡生態(tài)建設(shè)與周邊建筑相結(jié)合，既保護(hù)原河道兩岸的肌理，又保持自然穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。最后，重視人性化的水系景觀駁岸設(shè)計。采用不同的生態(tài)斷面形式，結(jié)合水生植物、護(hù)欄和草坡綠化等各種不同的護(hù)岸形式，建設(shè)出滿足生物生長、繁殖的仿天然生態(tài)河流，實現(xiàn)人水和諧。

3.3 水利工程

水利工程建設(shè)是影響水生態(tài)構(gòu)建的重要因素。往往在工程施工過程中，會進(jìn)行截流施工，這會使大壩附近的水流速度被改變。通常情況下，上游水面便會逐漸變寬，水量加大，而下游水流速逐漸減慢，水面積不斷縮小，不可避免對水生態(tài)產(chǎn)生影響[10]。另外，水利工程項目建設(shè)往往會產(chǎn)生大量建筑泥沙，在這些泥沙進(jìn)入河道后，垃圾、懸浮物會持續(xù)增加，使得水流泥沙含量越來越多，不僅導(dǎo)致下游水體渾濁，水質(zhì)被污染，而且水體也會不斷上升，河道上游河床被抬高，下游河床受到嚴(yán)重影響，無法確保河流的穩(wěn)定，最終引發(fā)洪澇等諸多災(zāi)害[11]。所以，合理、和諧、環(huán)保、可持續(xù)的水利工程就顯得尤為重要。針對不同項目、不同工程應(yīng)進(jìn)行合理規(guī)劃，因地制宜進(jìn)行生態(tài)化設(shè)計，建設(shè)環(huán)保型、持續(xù)型的水利工程項目，充分體現(xiàn)出對水環(huán)境的尊重，將和諧可持續(xù)的理念貫徹始終。

4 構(gòu)建技術(shù)措施

4.1 微生物處理技術(shù)

微生物處理技術(shù)是通過投入微生物的方法來減少水體的有機(jī)污染物及富營養(yǎng)化[12]。該技術(shù)應(yīng)用廣泛，涉及好氧、厭氧、兩者混合處理等，能降解水體中的污染物質(zhì)，避免了底泥淤積，增強(qiáng)了水體自凈、納污能力，促進(jìn)了水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。該技術(shù)的應(yīng)用需根據(jù)不同水體的受污染的程度與范圍等，來確定微生物的種類及數(shù)量等[13]，重點區(qū)可采用生物強(qiáng)化工藝，如利用掛膜填料、人工水草等對局部污染嚴(yán)重點及極易受突發(fā)外源污染影響的河道點位進(jìn)行強(qiáng)化凈化處理，進(jìn)一步保障水域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提升河道納污能力。

4.2 清淤疏浚、底質(zhì)改良

河道淤泥等內(nèi)源污染物影響了河道的水質(zhì)提升與生態(tài)修復(fù)，甚至嚴(yán)重影響了良性水生態(tài)的構(gòu)建[14，15]。針對不同河道底泥污染情況，可利用原位修復(fù)或者異位修復(fù)技術(shù)。原位修復(fù)是通過向水中投加物理、化學(xué)或生物類活性物質(zhì)，減小影響水生動植物生長的物質(zhì)的濃度，從而使水體滿足水生動植物生長[16]。河道清淤后，可使用水質(zhì)改良劑去減少河流中有害物質(zhì)以及病菌病毒，改善水生動植物生存環(huán)境，使其生存率提高，同樣改善河道結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[17]。而異位修復(fù)技術(shù)多采用排干清淤、泵吸式或者絞吸式等水下清淤的技術(shù)將底泥從水體中移除后進(jìn)行處理，盡可能去除其對河流的影響。

4.3 生態(tài)岸坡

建造平緩的生態(tài)岸坡，在岸坡周圍栽培的植物，使其與工程措施形成護(hù)坡系統(tǒng)，充分發(fā)揮出生態(tài)工程的修復(fù)、支撐功能，起到改善水體、土壤與周邊環(huán)境的作用。多種類的岸邊植物在充分發(fā)揮保持水土作用的同時，也為水生物提供了生長的空間，進(jìn)一步實現(xiàn)了人類活動、經(jīng)濟(jì)社會、自然生態(tài)、水資源與河道的和諧發(fā)展[18]。

4.4 濕地生態(tài)構(gòu)建技術(shù)

天然濕地具有很強(qiáng)大的凈化功能，能夠利用植物根系及其根系附著的微生物來減少污染物，是天然的水污染治理屏障。同時，碳源等營養(yǎng)物質(zhì)能被水下植物的根系等吸收，起到了凈化作用[19]。即使在生態(tài)遭受嚴(yán)重破壞的環(huán)境下，也可以通過濕地生態(tài)工程的建設(shè)，逐漸建立和恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

5 實踐案例應(yīng)用

張家口市某河道水環(huán)境綜合治理工程就是基于構(gòu)建水生態(tài)為核心，在排水工程、水利工程、景觀工程等建設(shè)工程中，充分利用微生物技術(shù)、異位修復(fù)技術(shù)、生態(tài)技術(shù)等多項技術(shù)措施對河道進(jìn)行綜合治理，為后續(xù)河道治理工作起到指導(dǎo)性作用。

1）工程首先從“控源截污”入手，針對河道的污染情況，全面完善并加強(qiáng)配套管網(wǎng)的建設(shè)，實現(xiàn)污水截流、收集，從源頭上改善城市水環(huán)境。

2）針對河道某區(qū)段現(xiàn)狀淤積嚴(yán)重，河道內(nèi)植物叢生（見圖1）的現(xiàn)象，本工程首先采用機(jī)械挖掘等技術(shù)在不改變原有斷面的前提下對河道進(jìn)行環(huán)保清淤，使該段河道恢復(fù)原有的行洪能力，后期使用底質(zhì)改良劑，改善水體環(huán)境，加速河道水生態(tài)平衡，進(jìn)而增強(qiáng)水體穩(wěn)定性。

圖1 張家口某河道現(xiàn)狀圖

3）部分河段兩岸護(hù)坡處于裸露狀態(tài)，受降雨及道路排水影響，坡面水土流失嚴(yán)重（見圖2），威脅護(hù)坡安全。本次工程擬采用坡改平的生態(tài)砌塊對護(hù)岸實施保護(hù)，可有效減少兩側(cè)護(hù)坡水土流失問題及生態(tài)問題。坡改平的生態(tài)護(hù)坡砌塊施工時可根據(jù)現(xiàn)狀坡面情況確定外露高度，砌塊適應(yīng)坡面1∶1.25～1∶3，每平方米布置8 塊，敷設(shè)后在砌塊內(nèi)部回填種植土，栽種沙地柏。某生態(tài)砌塊效果如圖3 所示。

圖2 某河道兩岸護(hù)坡現(xiàn)狀

圖3 生態(tài)砌塊效果圖

4）本項目設(shè)計建設(shè)表流生態(tài)濕地，通過天然沉淀以及植物的吸附作用對建設(shè)用地附近雨水實施截流、凈化，規(guī)劃建設(shè)植被，提高植被的覆蓋率，進(jìn)而使其面源污染的凈化能力得到提高。水生生物群落、植被、挺水沉水等水生植物組成了豐富的濕地系統(tǒng)。

6 結(jié)語

水環(huán)境治理是一項綜合性的工程，而今后圍繞水生態(tài)的建設(shè)勢必會擺在核心地位。通過多項生態(tài)技術(shù)措施綜合治理河道，建立起良好的水生態(tài)系統(tǒng)，才能恢復(fù)、提升水體的凈化能力，使得水環(huán)境能真正獲得長遠(yuǎn)發(fā)展。