淮安市小微黑臭水體污染現(xiàn)狀及其水質(zhì)凈化關(guān)鍵技術(shù)研究

徐 昕，劉 松，蔣 力

（淮安市水利工程建設(shè)管理服務(wù)中心，江蘇 淮安 223001）

城市小微水體指一般分布具有流域面積小、流動(dòng)性差、分布廣、數(shù)量多、自凈能力弱等特點(diǎn)的溝、渠、溪、塘、小型景觀水體等的綜合。該類(lèi)水體與居民日常生活密切相關(guān)，可作具觀賞、休憩、生態(tài)等多功能于一體的城市景觀，但同時(shí)受人類(lèi)生產(chǎn)生活等影響較大，易出現(xiàn)水體黑臭、藻類(lèi)過(guò)度繁殖等問(wèn)題［1］。國(guó)外由于率先進(jìn)行工業(yè)革命，19世紀(jì)中葉以后頻繁發(fā)生城市水質(zhì)惡化現(xiàn)象。我國(guó)城市黑臭水體則在20世紀(jì)90年代被關(guān)注，最早出現(xiàn)在上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。城市水體惡化原因一方面是城市水體水循環(huán)條件不足，另一方面與城市污染源有關(guān)［2-3］。小微水體由于面積小、數(shù)量多等特點(diǎn)，直至2017年才逐漸被重視。

水質(zhì)凈化是針對(duì)水體水質(zhì)情況與所需功能不相匹配時(shí)，在水質(zhì)污染已超出水體自我修復(fù)能力限度的情況下，人為參與的調(diào)節(jié)手段?，F(xiàn)如今國(guó)內(nèi)小微水體水質(zhì)凈化研究剛剛起步，僅在近5年有相關(guān)研究文獻(xiàn)，其中多為研究農(nóng)村小微水體水質(zhì)污染及治理，而城市小微水體水質(zhì)凈化技術(shù)研究多數(shù)以南方地區(qū)小微水體為例。如楊丹丹［4］通過(guò)實(shí)地調(diào)查深圳市花園河流域的2個(gè)典型小微水體的污染現(xiàn)狀，制定工程措施，重點(diǎn)在新建和整改截污排水基礎(chǔ)設(shè)施。傲德姆等［5］針對(duì)流域內(nèi)小微水體污染問(wèn)題，提出控源截污、清淤補(bǔ)水等工程措施外，還對(duì)周邊魚(yú)塘進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)。黃慧鋒［6］借鑒了黑臭水體的治理技術(shù)，融合到深圳光明區(qū)茅洲河小微水體治理中，采用了截污納管、分散處理、清淤等措施。這3項(xiàng)研究均為廣東小微水體治理分析，可見(jiàn)廣東對(duì)小微水體治理較為重視且已經(jīng)取得一定效果，其主要治理措施皆為工程措施，且注重建立小微水體水質(zhì)監(jiān)護(hù)和考核機(jī)制。劉祺等［7］研究對(duì)比3個(gè)張家港市小微水體治理過(guò)程發(fā)現(xiàn)，控源截污最為重要，生態(tài)修復(fù)作用需視水體污染程度及水體管護(hù)機(jī)制完善與否而定。

綜上所述，現(xiàn)有研究成果中，皆沒(méi)有針對(duì)淮安市城市的小微水體水質(zhì)凈化所需的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)與應(yīng)用實(shí)證。本文將通過(guò)文獻(xiàn)研究、傳統(tǒng)經(jīng)典數(shù)據(jù)處理方法對(duì)淮安市主城區(qū)小微黑臭水體污染現(xiàn)狀及其水質(zhì)凈化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。研究結(jié)果有望為全國(guó)小微水體水質(zhì)凈化提供了科技支撐和參考資料。

1 研究區(qū)概況

淮安市地處中國(guó)淮河流域下游，鄰江近海，既為亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的南北交界地帶，又以平原為主，為南下北上的交通要道，區(qū)位優(yōu)勢(shì)獨(dú)特［8］?；窗彩邢螺犌褰謪^(qū)、淮陰區(qū)、淮安區(qū)、洪澤區(qū)4區(qū)及漣水、盱眙、金湖3縣。該區(qū)四季分明，光照充足，有霜期短，且位于大陸東岸，瀕臨黃海，故受季風(fēng)影響，自然降水豐富，年內(nèi)降雨量分配不均，因此淮安市河流眾多、水網(wǎng)密布，淮安市城區(qū)極易發(fā)生洪水災(zāi)害，是人口密集的防汛核心地區(qū)，已建設(shè)排澇泵站26座，公園水體6處，受自然和人類(lèi)活動(dòng)影響皆較大，大多雨水和處理后污水排入淮河入海水道。本研究選取淮安市主城區(qū)即淮陰區(qū)、清江浦區(qū)、淮安區(qū)作為研究區(qū)域。

淮安市水道縱橫交錯(cuò)，周邊小微水體數(shù)量也較多，總體呈現(xiàn)南少北多的空間分布特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，淮安市區(qū)小微水體密度最大，約851個(gè)/km2，各行政區(qū)劃中小微水體數(shù)量和耕地面積呈正相關(guān)，多分布在北方農(nóng)田，和早期人類(lèi)農(nóng)業(yè)活動(dòng)有關(guān)。隨城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)大，數(shù)量呈減少趨勢(shì)?；窗彩兴|(zhì)整體一般，無(wú)Ⅰ類(lèi)水，低于Ⅲ類(lèi)水的水質(zhì)斷面近35%，多為湖庫(kù)水質(zhì)。小微水體類(lèi)似小面積淺水湖泊，相對(duì)封閉且流動(dòng)性差。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

淮安市DEM高程數(shù)據(jù)獲取于地理空間數(shù)據(jù)云GDEMV2 30 M分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)集。小微黑臭水體概況由中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部共同創(chuàng)建的全國(guó)城市黑臭水體整治信息發(fā)布平臺(tái)的不完全統(tǒng)計(jì)以及由淮安市規(guī)劃局提供的《淮安市海綿城市專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃（2016—2030）（說(shuō)明書(shū)）》中所統(tǒng)計(jì)的“淮安市黑臭水體名錄”匯總所得?；窗彩懈鲄^(qū)降水量分布數(shù)據(jù)由淮安市水利局提供的淮安市水資源公報(bào)所獲。采用淮安市氣象觀測(cè)站2011—2020年近10年的逐月降水資料進(jìn)行淮安市降水量季節(jié)變化分析。從國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心江蘇地面累年值月值數(shù)據(jù)集（1981—2010年）獲得區(qū)站號(hào)為58145楚州臺(tái)站的地面累年月平均氣溫，間接反映淮安市月氣溫變化?；窗彩懈鲄^(qū)常住城鎮(zhèn)人口數(shù)量、年末常住人口數(shù)、國(guó)土面積采集于2020年淮安市統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.2 研究方法

利用ArcMap10.2軟件制作反映淮安市及淮安市主城區(qū)的地理位置及地勢(shì)高低概況圖。利用Excel2016軟件統(tǒng)計(jì)淮安市小微黑臭水體名錄，小微黑臭水體空間分布和污染情況，主城區(qū)年降水量、月平均降水量，常住城鎮(zhèn)人口、年末常住人口、國(guó)土面積、人口密度、城鎮(zhèn)化率等數(shù)據(jù)。利用SPSS19軟件進(jìn)行變量間的相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 淮安市主城區(qū)小微黑臭水體分布及其污染分析

3.1.1 小微黑臭水體分布情況

由表1可知，淮安市城區(qū)記錄在案的小微黑臭水體共有25條，主城區(qū)包括淮陰區(qū)、淮安區(qū)和清江浦區(qū)分布的小微黑臭水體占60%。結(jié)合圖1～2及百度地圖查詢發(fā)現(xiàn)，淮安區(qū)分布的小微水體數(shù)量較多，共10條；淮陰區(qū)和清江浦區(qū)數(shù)量較少，小微水體數(shù)量共2條；但清江浦區(qū)小微水體污染程度較輕。主城區(qū)小微水體分布存在空間差異性，整體呈東南多西北少的分布特點(diǎn)，而主城區(qū)地勢(shì)整體分布呈東南低西北高分布特點(diǎn)，主城區(qū)小微水體分布與地勢(shì)高低呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。

圖1 淮安市主城區(qū)小微黑臭水體分布

表1 淮安市城區(qū)小微水體概況

3.1.2 小微水體污染分析

《城市黑臭水體整治工作指南》明確了黑臭等級(jí)的劃分，分級(jí)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。結(jié)合表2及圖2可知，淮安區(qū)小微水體污染最重，主要表現(xiàn)為水體透明度低、溶解氧濃度低、氧化還原電位為負(fù)且低、氨氮濃度高等特點(diǎn)?；搓巺^(qū)次之，淮陰區(qū)僅有1條重度黑臭小微水體。清江浦區(qū)最輕，區(qū)有2條輕度黑臭小微水體，總體污染情況優(yōu)于淮安區(qū)。除此之外，淮安區(qū)和淮陰區(qū)各有一條小微水體出現(xiàn)水質(zhì)季節(jié)性黑臭變化，夏秋季節(jié)水質(zhì)較好，但冬春季節(jié)水體透明度低，春季會(huì)出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，汛期黑臭現(xiàn)象有所緩解。

表2 城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 淮安市主城區(qū)季節(jié)性黑臭小微水體分布

3.2 淮安市主城區(qū)水質(zhì)污染的影響分析

3.2.1 降水量及地勢(shì)差異的影響分析

通過(guò)淮安市主城區(qū)數(shù)字高程模型可以看出，淮安區(qū)地勢(shì)最為平坦，其次是清江浦區(qū)，淮陰區(qū)地勢(shì)最高。3地年降水量差異較小，數(shù)值上淮安區(qū)降水量最多，為955.73 mm；清江浦區(qū)次之，為954.59 mm；淮陰區(qū)最少，為924.88 mm。降雨和地表徑流補(bǔ)給受地勢(shì)高低影響，由淮陰區(qū)流向淮安區(qū)進(jìn)行河川徑流補(bǔ)給，污染物隨著徑流的補(bǔ)給，匯聚于淮安區(qū)城市下墊面。因此，淮安區(qū)表現(xiàn)出溶解的污染物較多、污染時(shí)間久、污染濃度較高。

3.2.2 降水量及氣溫的影響分析

由2011—2020年淮安市觀測(cè)站的降水量數(shù)據(jù)可得，淮安市多年平均降水量約934.26 mm，降水總體相對(duì)較多，春季降水量約150.35 mm（3—5月），夏季降水量約503.14 mm（6—8月），秋季降水量約199.9 mm（9—11月），冬季降水量約80.87 mm（12—次年2月），汛期降水量約591.26 mm?？梢?jiàn)淮安市受季風(fēng)影響，降雨季節(jié)分配不均，夏季降雨集中（約占全年的54%），冬季降雨稀少（僅占全年的9%左右）。據(jù)1981—2010年楚州站累年月平均氣溫，觀察淮安市地面氣溫月變化。冬季降水量最少，為枯水季節(jié)。小微水體岸邊植物及水生植物冬季枯萎落葉，小微水體表面漂浮枯枝落葉，造成水體渾濁，透明度低，但是溫度較低，微生物活躍度低，不散發(fā)臭味。春季降水較少，但是氣溫陡增，水中藻類(lèi)繁殖，初期能進(jìn)行光合作用，為小微水體增加溶解氧，后期氧氣不足以供應(yīng)水生動(dòng)植物生長(zhǎng)，生物死亡，有機(jī)物富集，易出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。夏季降雨增多，稀釋水中污染物濃度，故黑臭現(xiàn)象減弱。

3.2.3 城鎮(zhèn)化率及人口密度的影響分析

由表3可知，重度污染小微水體數(shù)量和常住城鎮(zhèn)人口無(wú)相關(guān)性；和城鎮(zhèn)化率及人口密度呈中度負(fù)相關(guān)性；和國(guó)土面積及降水量呈中度正相關(guān)性；和年末常住人口呈顯著正相關(guān)。而輕度污染的小微水體數(shù)量和常住城鎮(zhèn)人口及降水量呈顯著正相關(guān)，和年末常住人口無(wú)相關(guān)性，和城鎮(zhèn)化率及人口密度有中度正相關(guān)性。城鎮(zhèn)化率的增高和人口密度的增大確實(shí)會(huì)給城市水質(zhì)造成一定負(fù)面影響。城鎮(zhèn)人口的日常生產(chǎn)生活所制造出的生活、工業(yè)污水的排放，小微水體自凈能力弱，會(huì)使得小微水體輕度黑臭。一方面，城區(qū)人口密度大，人類(lèi)活動(dòng)歷時(shí)早；另一方面，淮安市城市建設(shè)用地不斷增多，中心城區(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，匯集于地勢(shì)低洼的清江浦區(qū)和淮安區(qū)的小微水體內(nèi)，形成面源污染。主城區(qū)尚未完全城鎮(zhèn)化，常住人口聚集地有城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村及城中村。城鎮(zhèn)環(huán)境保護(hù)宣傳力度相對(duì)較大、城鎮(zhèn)人口環(huán)境保護(hù)意識(shí)高、受教育水平高，從而有保護(hù)小微水體的意識(shí)。鄉(xiāng)村及城中村居民收入不高，主要以發(fā)展經(jīng)濟(jì)為主，對(duì)環(huán)境保護(hù)實(shí)施方面不到位、居民配合度不高，排放的生活污水、工農(nóng)業(yè)廢水及匯入的雨水徑流，氨氮有機(jī)含量高、雜物垃圾較多，再加之小微水體流動(dòng)性差，營(yíng)養(yǎng)富集的有機(jī)污染物在小微水體中沉積，形成淤泥，部分還摻雜有毒有害物質(zhì)，造成生態(tài)環(huán)境惡化。

表3 小微黑臭水體相關(guān)性分析

3.3 淮安市主城區(qū)水質(zhì)凈化關(guān)鍵技術(shù)分析

3.3.1 雨污分流

針對(duì)淮安市主城區(qū)小微水體雨水徑流面源污染問(wèn)題，可結(jié)合海綿城市建設(shè)優(yōu)先選用雨水凈化和削峰功能較強(qiáng)的雨水截污凈化、滲透和調(diào)節(jié)技術(shù)。利用淮安市自身地質(zhì)水文條件，修復(fù)原有濕地池塘。濕地池塘指具有雨水調(diào)蓄和凈化功能的景觀水體，雨水同時(shí)作為其主要的補(bǔ)水水源，可有效削減較大區(qū)域的徑流總量、徑流污染和峰值流量［9］。對(duì)徑流污染較嚴(yán)重的淮安區(qū)，合理設(shè)置預(yù)處理設(shè)施，可采用初期雨水棄流、沉淀、截污等預(yù)處理措施，在雨水徑流進(jìn)入綠地前將部分污染物進(jìn)行截流凈化，減少有機(jī)物滲入［10］。重視下墊面綠化建設(shè)，采用植草溝、生物滯留設(shè)施、透水鋪裝、雨水蓄水池等以滲透為主的低影響開(kāi)發(fā)措施。淮安市主城區(qū)降水量季節(jié)分配不均，汛期降水總量較多，綠化植物應(yīng)選用本土植物或已適應(yīng)本地氣候條件的外來(lái)植物，以及根系發(fā)達(dá)、莖葉繁茂、凈化能力強(qiáng)、多年生、有自我更新能力，成本合理的既耐澇又抗旱的物種，有助于水土保持及污染物凈化。在不影響防洪安全的前提下，對(duì)岸坡進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，達(dá)到藍(lán)線控制要求，恢復(fù)、維持其生態(tài)功能。城市化過(guò)程中，建筑物四周、道路兩側(cè)宜布局可消納雨水徑流的綠地［11］。

3.3.2 水生生物

針對(duì)小微水體生境被破壞問(wèn)題，可利用水生生物凈化構(gòu)建良性生態(tài)系統(tǒng)。水生生物凈化分為水生植物凈化和水生動(dòng)物凈化。水生植物凈化是利用植物本身對(duì)污染物有吸附、過(guò)濾作用且能夠與浮游植物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或釋放克藻物質(zhì)，抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)；水生動(dòng)物凈化，是在水生植物生態(tài)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)上引入濾食性動(dòng)物以及底棲軟體動(dòng)物為主的水生動(dòng)物，使得生態(tài)系統(tǒng)趨于完善，增加水質(zhì)凈化效果［12］。水生生物凈化綠色環(huán)保、耗能低、效果好，有利于實(shí)現(xiàn)水體營(yíng)養(yǎng)平衡，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。但是在水生生物的選用方面要注意生物入侵帶來(lái)的危害，篩選確定本地先鋒物種，同時(shí)也要注意水生動(dòng)植物死亡腐爛帶來(lái)二次污染。該技術(shù)對(duì)小微水體污染類(lèi)型、污染程度、水力條件等硬性條件有一定要求。通常，植物修復(fù)適宜在污染負(fù)荷適中、流速較緩的寬淺水域?qū)嵤?。不同?lèi)型水生植物對(duì)水質(zhì)凈化效果也不同，如挺水植物常用于凈化底泥污染，沉水植物能增加底泥表層溶解氧含量，減少湖底擾動(dòng)，抑制間隙水物質(zhì)釋放。在實(shí)際應(yīng)用中選用多種類(lèi)型植物組合的形式進(jìn)行修復(fù)，能夠起到取長(zhǎng)補(bǔ)短，穩(wěn)定凈化效果且生物多樣性高，有利于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

3.3.3 底泥疏浚

針對(duì)淮安區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)污染物等內(nèi)源污染嚴(yán)重，底泥疏浚是重要措施，通過(guò)底泥的挖除，去除底泥中沉積的污染物。但疏浚工程量大，造價(jià)高且底泥疏浚后新生表層沉積物物化性質(zhì)均發(fā)生改變，會(huì)導(dǎo)致生物群落組成發(fā)生改變，因而在實(shí)施過(guò)程中需確定合理的挖掘深度和挖泥量，否則容易破壞水生態(tài)系統(tǒng)。

3.3.4 人工曝氣

針對(duì)淮安區(qū)重度黑臭小微水體缺氧問(wèn)題，可采用人工曝氣技術(shù)。通過(guò)向水中充氧或空氣，一方面增大小微水體和氧氣的接觸面積，提高生物化學(xué)反應(yīng)速率，從而降低水體惡化程度，使有機(jī)污染嚴(yán)重的缺氧水體向富氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，從而氧化水中的還原性物質(zhì)、提高相關(guān)微生物活性，以此來(lái)降解有機(jī)質(zhì)，消除黑臭物質(zhì)；另一方面，氧化還原反應(yīng)生成的金屬氧化物沉積在水底能夠與底泥細(xì)顆粒、微生物及其代謝產(chǎn)物耦合形成保護(hù)層，有效減少間隙水物質(zhì)的釋放，對(duì)水體產(chǎn)生凈化效果。該方法生態(tài)環(huán)保、無(wú)二次污染、運(yùn)行簡(jiǎn)單、投資少。部分研究表明人工曝氣有利于促進(jìn)碳、氮、硫循環(huán)相關(guān)細(xì)菌的生長(zhǎng)，為優(yōu)化水質(zhì)凈化技術(shù)組合提供思路。

4 結(jié)論

淮安市主城區(qū)小微黑臭水體東南多西北少，淮安區(qū)小微水體污染最嚴(yán)重，表現(xiàn)為透明度低、溶解氧濃度低、氨氮濃度高，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。小微黑臭水體受地勢(shì)差異、降水和氣溫、城鎮(zhèn)化率及人口密度等的綜合影響，污染的形式主要有雨污混排、懸浮物污染、面源污染和有機(jī)污染。針對(duì)淮安市主城區(qū)小微黑臭水體成因，可對(duì)應(yīng)采取雨污分流、水生生物、底泥疏浚和人工曝氣等關(guān)鍵技術(shù)。