淺談海綿城市建設(shè)在河道水系綜合提升中的應(yīng)用
——以寧波江北水系為例

程濱生 高豆豆 江炎林 劉宇

寧波市政工程建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江 寧波 315000

1 引言

寧波于2016年4月22日成功入選第二批全國海綿城市建設(shè)試點。江北水系工程包括試點區(qū)與擴(kuò)展區(qū)兩部分，位于甬舟高速-慈江-江北大河-九龍大道-倪家堰路-姚江-官山河范圍內(nèi)，涉及江北四個街道：前江街道、洪塘街道、莊橋街道、慈城鎮(zhèn)，覆蓋面積約44.7平方公里，涉及54條河，水域面積約120萬平方米。

寧波江北水系項目建設(shè)將海綿城市建設(shè)理念融入到河道水系整治提升中，建設(shè)目標(biāo)只要包括：河湖水質(zhì)提升（河道水質(zhì)不低于海綿化建設(shè)前，且達(dá)到地表V類水標(biāo)準(zhǔn)）、生態(tài)岸線保護(hù)、天然水域面積保持程度、水生態(tài)可持續(xù)發(fā)展、拓展多樣的海綿技術(shù)措施。不僅可以有效地改善或解決區(qū)域水環(huán)境污染問題，而且能夠提升流域居民的人居環(huán)境，促進(jìn)城鎮(zhèn)持續(xù)、快速、健康和穩(wěn)定的發(fā)展，綜合改善生態(tài)、水環(huán)境；美化環(huán)境及游覽體驗；學(xué)習(xí)、教育城市新理念，提升居民居住生活幸福感。

2 海綿化建設(shè)

江北區(qū)海綿城市水系整治及綜合提升以削減污染、改善與提升河道水質(zhì)為重點，以水體生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)為目標(biāo)，從水環(huán)境治理、水生態(tài)修復(fù)、水安全建設(shè)三方面著手，進(jìn)行河道水環(huán)境治理工程、農(nóng)業(yè)面源污染治理工程、海綿化景觀提升工程等建設(shè)。通過開展污染源控制，控制沿河點源、面源、污染排放及內(nèi)源污染釋放總量，降低入河污染負(fù)荷；采取生物技術(shù)，人為投加水生動物、微生物及種植水生植物，強(qiáng)化整治入河污染，豐富水生動植物生態(tài)群落，凈化水質(zhì)；通過對項目中設(shè)備、設(shè)施、材料的運行維護(hù)及水質(zhì)突發(fā)狀況應(yīng)急處理、對河道疏浚和拓寬，緩解區(qū)域內(nèi)澇問題，來綜合改善河道水質(zhì)、恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)，從而達(dá)到長效管理的目的。

2.1 河道水系海綿化整治

河道水質(zhì)提升整治包括水質(zhì)提升、內(nèi)源治理、曝氣增氧、生態(tài)浮床+碳素纖維水草、原位生態(tài)修復(fù)、旁流凈化、活水處理、以及水生態(tài)系統(tǒng)治理等方式。根據(jù)現(xiàn)狀以及存在的問題，結(jié)合寧波市剿滅劣五類的工程，梳理得到以下治理措施。

2.1.1 水環(huán)境內(nèi)源治理

河道水環(huán)境中的內(nèi)源污染物主要有水體內(nèi)的河道淤泥中含有的氮、磷、重金屬等污染物以及水中的垃圾、枯枝落葉、水草、綠萍等漂浮物。通過對水面漂浮物進(jìn)行人工打撈清理及外運處置，保持區(qū)域內(nèi)景觀及水環(huán)境；通過對底泥疏浚清理，減少底泥內(nèi)源污染物的釋放，進(jìn)而減少污染，同時，性質(zhì)合格的底泥經(jīng)固化后外運，用作市政綠化或苗圃種植用土；通過投加生態(tài)試劑：底質(zhì)改良、蓄磷劑、復(fù)合微生物菌劑、透明度提升劑，加強(qiáng)水域保護(hù)，推進(jìn)河網(wǎng)的生態(tài)治理和修復(fù)，達(dá)到長期管理的目的。

2.1.2 曝氣增氧

曝氣增氧分為自然曝氣增氧和人工曝氣增氧。自然曝氣設(shè)備包括提升曝氣（噴泉），通過水體提升、跌落過程來實現(xiàn)水體充氧，改善或提升河道的生態(tài)環(huán)境。對水環(huán)境不產(chǎn)生負(fù)面作用，非常適用城市內(nèi)河和景觀水體的長效綜合提升。人工曝氣設(shè)備包括沿河布設(shè)的微孔曝氣管道，通過人為控制，隨時向處于缺氧狀態(tài)的河段進(jìn)行曝氣增氧，增強(qiáng)水中微生物、植物脫氮除磷效果，達(dá)到凈化水質(zhì)、改善河道水環(huán)境的效果。

本項目中，沿河布設(shè)微孔曝氣、提升曝氣來實現(xiàn)對河道水體增氧，改善河道水環(huán)境。根據(jù)河道的水質(zhì)實際情況，結(jié)合季節(jié)變化等，可分階段制定水體曝氣運行時間，同時，充分利用水閘放水等方式為水體增氧。從而保證水中微生物生命活動及其進(jìn)行氧化分解營養(yǎng)物質(zhì)所需的氧量，實現(xiàn)水體的自凈能力，并達(dá)到節(jié)能和減排的目的。

2.1.3 生態(tài)浮床+碳素纖維水草技術(shù)

生態(tài)浮島+碳素纖維水草組合措施通過水生植物根系、人工碳素纖維載體及其附著的生物膜，微生物可大量生活在碳素纖維表面，建立復(fù)合“好氧-兼氧-厭氧”的生態(tài)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微生物硝化和反硝化作用。微生物通過對水體中的有機(jī)污染物微生物全過程的吸附、沉淀、過濾、吸收和轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)對水體的污染物的消解。不僅可以提高水體能見度，還能有效降低有機(jī)質(zhì)、重金屬和氮磷等污染物，達(dá)到凈化水體水質(zhì)的效果。

本項目采樣生態(tài)浮島+碳素纖維水草作為水體原位凈化組合措施，不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可避免被水流沖散和一定程度的外力撞擊，而且浮島內(nèi)的水生植物還具有較強(qiáng)的景觀效果。

2.1.4 原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)

原位凈化微生物脫氮綜合處理系統(tǒng)是將“AO工藝法”進(jìn)行了簡化和集成于整體化設(shè)備當(dāng)中，設(shè)備內(nèi)分成好氧區(qū)和缺氧區(qū)來模擬好氧池和缺氧池的環(huán)境，通過進(jìn)出水循環(huán)系統(tǒng)將外部污水通過好氧區(qū)內(nèi)的硝化菌和缺氧區(qū)內(nèi)的反硝化菌進(jìn)行脫氮處理。

本項目鑒于原設(shè)計中原位脫氮工藝設(shè)備受現(xiàn)場安裝條件限制，工期難以控制。通過市場調(diào)研和現(xiàn)場試驗，并在專家論證的基礎(chǔ)上，對原脫氮工藝進(jìn)行優(yōu)化：取消原復(fù)合式微生物脫氮設(shè)備，替換為原位選擇性激活土著微生物生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。

通過對河道水體中的土著微生物的進(jìn)行選擇性活化，可以促進(jìn)微生物在生長的環(huán)境中消耗了水體中的富裕養(yǎng)分，同時利用了細(xì)菌的在有氧環(huán)境中的反硝化作用和動植物的促生功能，不斷消耗水體中的有機(jī)物、營養(yǎng)鹽，從而大大提高了生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能，實現(xiàn)水體環(huán)境改善的目標(biāo) 。同時，這些微生物豐富了水體中的群落種類，修復(fù)遭到破壞群落結(jié)構(gòu)，維持水生態(tài)群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不斷對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行原位修復(fù)和綜合提升。

2.1.5 旁流凈化及活水處理

寧波屬于平原河網(wǎng)地區(qū)，項目地區(qū)水系循環(huán)不暢，水體基本處于流動停滯狀態(tài)，導(dǎo)致水體自凈能力較低，生態(tài)系統(tǒng)脆弱。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)河道治理成功案例，對平原河網(wǎng)水動力不足的河道在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行封閉，并設(shè)置內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)，提升河道水動力，并配置凈化設(shè)施，改善河道水質(zhì)。

（1）人工濕地+固相碳源反硝化

本項目區(qū)域河道中，適合進(jìn)行源頭控制減排控制的項目較少，對于沒有進(jìn)行源頭減排的區(qū)域，在河道兩岸沿線構(gòu)建生態(tài)溝渠、濕地系統(tǒng)，采用水平潛流人工濕地，水平潛流人工濕地包括沿河條狀人工濕地和塊狀人工濕地，對入河的面源污染進(jìn)行最后的攔截和削減。通過濕地中有機(jī)填料、植物根系和微生物的硝化反硝化的協(xié)同作用，可有效去除河道水體中的懸浮物、有機(jī)物、氮磷污染物，強(qiáng)化出水效果。河水通過沿河新建提升井提升后通過配水管進(jìn)入水平潛流人工濕地，河水經(jīng)沿河人工濕地以及三級處理塘處理后通過末端出水井排出。一方面增加了水體流動性、凈化了水質(zhì)，另一方面配合綠地和景觀規(guī)劃使用，具有一定的觀賞價值。

由于部分河道沿線區(qū)域有村落和大片農(nóng)田，生活污水、灌溉用水氨氮濃度高，本項目積極引進(jìn)新技術(shù)，在人工濕地原設(shè)計布設(shè)中增設(shè)“固相碳源反硝化脫氮技術(shù)單元”，其內(nèi)填充固相碳源反硝化技術(shù)填料，作為反硝化微生物的碳源，同時作為微生物附著生長的生物膜載體，有助于形成“好氧-兼性好氧-厭氧”的溶解氧分布梯度， 能有效避免傳統(tǒng)工藝中液體碳源投加過量或不足而影響出水水質(zhì)的風(fēng)險，實現(xiàn)水中硝酸鹽氮素與其他水質(zhì)的綜合改善，且對環(huán)境條件的變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)力，尤其是可以實現(xiàn)富養(yǎng)水體的有效脫氮。進(jìn)而實現(xiàn)“固相碳源反硝化脫氮技術(shù)單元“對水體中氨氮和硝酸鹽氮的去除效果。

寧波河網(wǎng)繁多，部分河道水動力不足、區(qū)域水系循環(huán)不暢，水體基本處于停滯狀態(tài)，導(dǎo)致水體自凈能力降低，生態(tài)系統(tǒng)脆弱。據(jù)現(xiàn)狀地形及河道流向，新建活水泵站或沿河設(shè)置潛水推流器，通過管道溝通或推流，使區(qū)域內(nèi)的河道水流動起來，使水體循環(huán)，起到活水的效果，提升河道水動力，提高河道的自凈能力，同時，降低底泥沉淀量。

2.1.6 水生態(tài)系統(tǒng)

合理運用生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)學(xué)原理，改善區(qū)域內(nèi)水環(huán)境群落結(jié)構(gòu)簡單、物種多樣性匱乏、生態(tài)系統(tǒng)失衡等問題，恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)，與周邊區(qū)域和諧共處，確保生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

（1）水生植物多樣性修復(fù)

河道水體中的水生植物能夠降低水體流速，促進(jìn)懸浮物沉降；水生植物的吸收、轉(zhuǎn)化水中的營養(yǎng)物質(zhì)，滿足自身生長發(fā)育，把營養(yǎng)鹽物質(zhì)固定在體內(nèi)；水體中的植物可以為各種不同微生物的吸附和代謝提供良好的生存環(huán)境[9]。

本項目采用適宜于不同季節(jié)的沉水植物，主要有冷季型和暖季型，包括矮化苦草、菹草、輪葉黑藻、穗狀虎尾草等。以群落形式種植，可以保證各季節(jié)的水體自凈能力強(qiáng)、生態(tài)景觀效果好。通過豐富的沉水植物品種，完善水體植物群落，以實現(xiàn)水體的植物自凈能力，提升水體生態(tài)景觀效益。

（2）水生動物多樣性構(gòu)建

考慮供熱網(wǎng)儲熱特性的電-熱綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度//王婉璐,楊莉,王蕾,張平,黃晶晶,王康元//(21):45

人工投入適宜環(huán)境生長的魚類和底棲動物，通過人工干預(yù)，豐富水域群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了食物鏈的完整，能夠迅速修復(fù)并擴(kuò)展食物鏈，大大提高了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，進(jìn)而提高水體中污染物的消減速度，有效的減少水環(huán)境污染，實現(xiàn)了水體環(huán)境改善的目標(biāo)。

本項目中人工增加河道內(nèi)食物鏈中消費者的數(shù)量，向河內(nèi)投放魚類：鰱魚和鳙魚、底棲動物：螺螄和河蚌，將河道水體中的營養(yǎng)物質(zhì)富集在人類可以利用的魚類和底棲動物等產(chǎn)品中，與此同時，使水質(zhì)得到凈化[10]。

2.2 農(nóng)業(yè)面源污染治理

農(nóng)業(yè)面源污染主要來源于農(nóng)田區(qū)域存在農(nóng)業(yè)澆灌水未經(jīng)凈化，通過農(nóng)田排水渠直接進(jìn)入河道，對河道造成污染。需加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)農(nóng)村區(qū)的面源污染管理與治理。農(nóng)業(yè)面源污染控制包括源頭控制、過程阻斷、末端控制三部分。

源頭控制主要為政策方面控制，采取“一控兩減三基本”的措施。過程阻斷主要采取設(shè)置生態(tài)攔截設(shè)施，通過阻斷徑流來阻止水中污染物進(jìn)入河道水環(huán)境，目前，生態(tài)攔截設(shè)施主要有兩種：一，農(nóng)田內(nèi)部的攔截，如生態(tài)攔截緩沖帶等；二，農(nóng)田外部的攔截阻斷設(shè)施，如生態(tài)攔截溝渠等。末端控制主要在農(nóng)田面源污染物離開農(nóng)田、溝渠匯流后采取的末端處理控制設(shè)施，如三級處理塘、人工濕地等。

寧波隨著城市的發(fā)展，耕地面積的不斷減少，大量的化肥、農(nóng)藥被使用以提高農(nóng)作物產(chǎn)量。姚江新區(qū)農(nóng)田以大棚種植（主要為葡萄產(chǎn)業(yè)）為主，通過近些年加強(qiáng)管理，已基本實現(xiàn)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的構(gòu)建，但部分設(shè)施老舊，需犧牲改造。大棚以外的其他農(nóng)田，農(nóng)業(yè)澆灌水未經(jīng)凈化，通過農(nóng)田排水渠直接進(jìn)入河道，需要加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)面源污染治理。寧波江北水系項目以末端控制為主，在現(xiàn)狀農(nóng)田、溝渠末端新建人工濕地、三級處理塘，農(nóng)村農(nóng)田各類面源污染物隨地表水離開農(nóng)田匯流通過人工濕地實現(xiàn)污染物的末端攔截、滯留、凈化，對面源污染進(jìn)行全方位強(qiáng)化控制；或通過三級處理塘依次經(jīng)過生態(tài)過濾塘、生態(tài)凈化塘、生態(tài)景觀塘進(jìn)行強(qiáng)化凈化與資源化利用。

2.3 海綿化景觀提升

本工程海綿化景觀提升拓展更多樣的海綿技術(shù)措施，綜合改善生態(tài)、水環(huán)境。將單一的河道整治（末端處理）調(diào)整為從源頭、過程、生態(tài)修復(fù)等綜合改善治理。

2.3.1 景觀綠化

在現(xiàn)狀河道的基礎(chǔ)上，增加人工濕地和三級處理塘的水生植物種植，對現(xiàn)狀河道綠化及節(jié)點綠化進(jìn)行修復(fù)，營造較好的河道景觀觀賞界面。綠化種植、以適地適樹為主，通過對不同季節(jié)觀賞的觀賞植物片狀種植營造氣勢，形成季節(jié)變化的觀賞區(qū)域，吸引、帶動人氣，四季有景可觀。

本項目根據(jù)區(qū)域環(huán)境特征將重要整治線路景觀分為兩個主題區(qū)，分別為以村鎮(zhèn)農(nóng)田為依托的田園拾趣區(qū)、以奧體中心為依托的樂動活力區(qū)。沿河濕地布置耐水濕植物，采用墨西哥落羽杉、池杉、水杉、矮蒲葦、花葉蘆竹、矮生金葉美人蕉、鳶尾、黃莒蒲等。另外根據(jù)岸線的退綠距離和岸線布置方式進(jìn)行不同的綠化處理。

2.3.2 生態(tài)岸線

在現(xiàn)狀河道的基礎(chǔ)上結(jié)合規(guī)劃河道岸線，河岸兩側(cè)有退讓綠線的區(qū)域，可根據(jù)現(xiàn)有條件改造成生態(tài)岸線（植物型、木材型或石材型)，有條件的地方可以結(jié)合對坡造景，增加荷塘濕地和水生植物種植，營造較好的河道景觀觀賞界面。部分河道因河道的拓寬產(chǎn)生的土方，在岸線外側(cè)進(jìn)行堆坡，形成自然堤岸，增加河道斷面面積，增加河道對于雨洪的處理能力。對一般河道以自然修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)式進(jìn)行整治提升，于河道兩側(cè)5-25m 范圍增設(shè)生態(tài)溝及下凹綠地，對周邊地塊排放及雨水進(jìn)行收集和凈化，綜合治理河道水質(zhì)環(huán)境。

本項目河道生態(tài)岸線分為現(xiàn)狀保留和新建生態(tài)固土。河岸線位于村落、房屋及現(xiàn)狀道路沿線以現(xiàn)狀保留岸線為主；河岸線位于現(xiàn)狀農(nóng)田、大棚、池塘沿線以新建生態(tài)固土為主，新建生態(tài)固土采用松木粧護(hù)坡。部分河道以自然修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)式進(jìn)行整治提升，于河道兩側(cè)5-25m范圍增設(shè)人工濕地、三級處理塘，對周邊地塊排放及雨水進(jìn)行收集和凈化，綜合治理河道水質(zhì)環(huán)境。

2.3.3 拓展、美化、教育目標(biāo)

現(xiàn)狀區(qū)域周邊景觀建設(shè)多為點狀未成系統(tǒng)，拓展多樣的海綿技術(shù)措施，拉攏城市綠地格局，實現(xiàn)城市綠地資源共享，最終形成點、線、面結(jié)合的景觀游覽及生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，綜合改善生態(tài)、水環(huán)境。從城市教育發(fā)展角度依托河網(wǎng)周邊生態(tài)修復(fù)綠地、道路、農(nóng)田以及村落，開展一系列的生態(tài)、自然、人文、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)教育及觀光活動，將原本“荒野”的自然、人文資源變?yōu)椤敖家啊本G地公園，將原本城市中“未知”的領(lǐng)域變?yōu)椤罢J(rèn)知”的自然、人文課堂。美化環(huán)境及游覽體驗；豐富學(xué)習(xí)、教育城市新理念；提升居民居住生活幸福感。

3 結(jié)語

河道的海綿化整治有利于改善和調(diào)節(jié)水環(huán)境，使具有不同群落結(jié)構(gòu)的動植物各得其所，形成一個結(jié)構(gòu)健全、功能穩(wěn)定的河道生態(tài)系統(tǒng)，充分利用光、溫、水、氣、土等環(huán)境資源，發(fā)揮最大的河道生態(tài)效益。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)中各項水質(zhì)提升措施和綠化環(huán)保措施的同步完成，將進(jìn)一步改善內(nèi)河的景觀，營造良好的氛圍，提高城市的品位。

寧波是“東方商埠，時尚水都”。因此，內(nèi)河扮演著重要的角色，它是人與自然和諧共處的平臺，它有利于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善，同時，它也是一個多層次、復(fù)雜的系統(tǒng)。海綿化整治后的內(nèi)河不僅在視覺上給人以美感，它合理的功能分區(qū)、宜人的景觀，更是能提升周邊地塊的景觀價值。