雄安新區(qū)府河綜合治理工程及效果分析

周業(yè)凱 趙 坤 邵一奇 楊 浩 李 瑾 安樹青,4 楊棠武,4*

（1 中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014；2 南京大學(xué)常熟生態(tài)研究院，南大（常熟）研究院有限公司，江蘇 蘇州 215501；3 中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700；4 南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

白洋淀位于京津冀腹地，是華北平原最大的淡水湖泊，素有“華北明珠”之稱，被譽為“華北之腎”（宋凱宇, 2020; Han, 2020），在維持區(qū)域生物多樣性和生態(tài)安全中發(fā)揮著重要的作用（秦珊,2020），對于雄安新區(qū)乃至整個京津冀和華北地區(qū)的氣候調(diào)節(jié)和區(qū)域生態(tài)環(huán)境涵養(yǎng)都具有不可替代的作用（朱金峰, 2019）。受人類活動干擾，白洋淀水質(zhì)惡化、生態(tài)環(huán)境退化問題突出，水體多為V類或劣V類，處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，污染主要來源于入淀河流輸入及淀區(qū)內(nèi)源污染，主要污染指標為化學(xué)需氧量（COD）與總磷（TP）（李琳琳, 2019）。為恢復(fù)淀泊水面、實現(xiàn)水質(zhì)達標，《白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護規(guī)劃（2018—2035年）》明確提出開展入淀河流綜合治理（河北省委省政府, 2019）。

白洋淀有8條入淀河流，府河是白洋淀流域3條常年有水的河道之一，其上游來水主要是污水處理廠尾水和沿途部分直排污水，是影響白洋淀淀區(qū)水質(zhì)狀況的重要因素（陳佳秋, 2020）。本研究提供了府河雄安新區(qū)段的綜合治理措施及效果分析，為類似入湖（淀）河流的治理提供參考。

1 府河河道概況

府河發(fā)源于保定市一畝泉，干流長47.79 km，流域面積643 km2，有持續(xù)水量經(jīng)安州鎮(zhèn)、南劉莊入白洋淀，天然年徑流量約643萬m3，河道來水以上游保定市污水處理廠尾水為主。近年來，府河水質(zhì)較差，且河道存在一定的淤積，嚴重威脅白洋淀水質(zhì)安全。府河新區(qū)段長16.3 km，西起雄安新區(qū)邊界，東至安新大橋老橋，河寬20～80 m。2019年9月對府河新區(qū)段15個斷面的地表水進行檢測，結(jié)果顯示：府河水質(zhì)為劣V類水，按地表水Ⅳ標準執(zhí)行，主要超標因子是氨氮（NH3-N）和TP，其中NH3-N全部超標，最大超標3.4倍，TP超標率為50%，最大超標0.7倍，平均水質(zhì)如表1所示。

表1 府河河道水質(zhì)Table 1 Water quality of Fuhe river

根據(jù)污染程度，底泥在垂直方向自上而下分為污染層（A層）、污染過渡層（B層）、正常沉積層（C層）。每300 m設(shè)置一個斷面，對府河河道底泥進行檢測，利用綜合污染指數(shù)評價法對底泥氮、磷和有機質(zhì)污染程度進行評價（王佩, 2012），結(jié)果表明：A層為中重度污染、B層為輕度污染、C層基本無污染。

2 府河治理目標

為削減府河上游來水污染，提升河流入淀水質(zhì)，保障入淀水質(zhì)達標。雄安新區(qū)在府河入淀口——藻苲淀區(qū)域?qū)嵤└雍涌跐竦厮|(zhì)凈化工程、府河新區(qū)段河道綜合治理工程和藻苲淀退耕還淀工程（圖1）。府河河口濕地設(shè)計規(guī)模25萬m3/d，將府河、漕河和瀑河3條河流來水引入進水系統(tǒng)，實現(xiàn)“三水歸一”，經(jīng)過河口濕地凈化后，10%的出水進行回流，90%的出水經(jīng)退水渠入府河（陳佳秋, 2020）。府河作為府河河口濕地凈化后退水入淀通道，本項目的主要目標提升河道自凈能力，改善府河河道水質(zhì)，保證府河新區(qū)段水質(zhì)不惡化，下游水質(zhì)不劣于上游來水，逐步恢復(fù)健康穩(wěn)定的河道生態(tài)系統(tǒng)。遠期目標是實現(xiàn)府河河口濕地水質(zhì)凈化工程、府河新區(qū)段河道綜合治理工程和藻苲淀退耕還淀工程3個項目有機結(jié)合，共同保障淀區(qū)生態(tài)恢復(fù)和國控斷面水質(zhì)達標，為白洋淀未來生態(tài)濕地格局建設(shè)提供較好的生態(tài)環(huán)境空間。

3 府河治理工程

3.1 河道疏通工程

府河新區(qū)段河道中有5條填土形成的跨河鄉(xiāng)村道路，侵占了河道的有效行洪斷面，河水通過道路下部埋設(shè)的過水涵管過流，過流能力較低，對河道的流動性及行洪安全都有很大的影響。為恢復(fù)河流的縱向連續(xù)性和橫向連通性，在原有跨河鄉(xiāng)村道路的位置改建5座跨河橋梁，橋梁采用裝配“321式”雙排加強型貝雷梁橋。橋梁改建后能夠有效改善河道流動性和行洪安全性，提升水動力條件，提高水體自凈能力。

3.2 垃圾清運處置工程

垃圾是河道污染來源之一，已有其他項目實施完成沿岸生活垃圾收集處理。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，河道沿岸、河面及河底有大量存量垃圾，本項目進行存量垃圾的清運處置，總量約9 000 m3，河道沿岸表面垃圾采用人工清理，河面漂浮垃圾采用打撈船人工打撈，河底垃圾采用改裝的水上挖機配合多功能環(huán)保挖泥船清理。

3.3 底泥清淤工程

內(nèi)源釋放是河道的主要污染源，河道底泥在水體擾動的情況釋放污染物（王浩, 2020），造成內(nèi)源污染，底泥清淤是內(nèi)源污染消除直接有效的方案（李瑞成, 2020）。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及監(jiān)測評價結(jié)果，本項目將河道A層底泥全部清除，B層底泥作為超挖允許范圍，C層底泥保留。河道A層底泥厚度30～45 cm，總清淤量18.01萬m3，平均含水率為60%，采用環(huán)保絞吸清淤。絞吸的泥漿采用土工管袋進行脫水固化，含水率達60%后外運處置，用于磚廠制磚。土工管袋瀝出水通過集水系統(tǒng)收集后進入余水處理系統(tǒng)進行處理，達標后排放（圖2）。

圖2 底泥清淤工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of sediment dredging

3.4 生態(tài)修復(fù)工程

生態(tài)修復(fù)工程主要是對現(xiàn)有河灘、臺田和坑塘水洼等進行濕地化改造。結(jié)合河床現(xiàn)狀形態(tài)，充分考慮行洪安全、生態(tài)恢復(fù)、水質(zhì)提升和景觀節(jié)點提升等因素，合理選取6處地塊建設(shè)河流型濕地，總占地面積9.45萬 m2。濕地以溝壕濕地為主，濕地平面形態(tài)和水下地形主要模擬溝壕濕地特征進行構(gòu)建，同時根據(jù)現(xiàn)有地形營造多樣化濕地生境（楊棠武,2021），包括沉水植物塘、浮葉植物區(qū)、挺水植物床、生態(tài)緩坡和生態(tài)溝渠等（圖3）。濕地植物斑塊一般長度為10～80 m，寬度為5～20 m，斑塊面積一般為50～1 600 m2。濕地植物斑塊之間的溝壕頂寬一般為3～8 m。

圖3 河流濕地斷面示意Fig.3 Schematic diagram of section of river wetland

濕地植物種植包括水生植物和陸生植物，水生植物以當(dāng)?shù)剡m宜水生植物為主（忻飛, 2021），包括蘆葦（Phragmites australis）、蘆竹（Arundo donax）、香蒲（Typha orientalis）、菰（Zizania latifolia）、水蔥（Scirpus validus）等。陸生植物以本土地被為主，并具有耐水濕習(xí)性、景觀效果良好等特征，包括狗牙根（Cynodon dactylon）、酢漿草（Oxalis corniculata）等。

清淤工程對河道底棲生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生一定影響，為加速恢復(fù)河道底棲生態(tài)系統(tǒng)，投放適量底棲動物，為底棲生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供基礎(chǔ)條件。同時，為提升河道生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，在河流濕地恢復(fù)節(jié)點投放適量魚蝦及浮游動物，構(gòu)建水生動物群落，逐步恢復(fù)健康河流生態(tài)系統(tǒng)。水生動物投放種類包括環(huán)棱螺（Bellamya）、田螺（Procambarus clarkii）、無齒蚌（Anodonta woodiana）、鱖魚（Siniperca chuatsi）、黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）、青蝦（Macrobranchium nipponense）和大型溞（Daphniamagna）等白洋淀本土物種，投放比例4:4:4:5:3:1:3，共計投放2 400 kg。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)工程

物聯(lián)網(wǎng)工程主要包括監(jiān)測感知網(wǎng)建設(shè)、監(jiān)控管理中心建設(shè)、管理應(yīng)用平臺建設(shè)及BIM模型建設(shè)與數(shù)字化交付4個方面，其中監(jiān)測感知網(wǎng)新建自動水位監(jiān)測站5座、自動水質(zhì)監(jiān)測站2座（上、下游各一座）及視頻監(jiān)控站6座。水位自動監(jiān)測站利用自動化監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)對水位等水文數(shù)據(jù)的自動化采集，并對數(shù)據(jù)進行存儲、處理和分析，使用戶能夠?qū)崟r掌握河道水情。水質(zhì)自動監(jiān)測站可自動監(jiān)測治理河道上下游的水質(zhì)數(shù)據(jù)，通過水質(zhì)對比，客觀反映河道綜合治理工程的成效，同時指導(dǎo)運維工作。視頻監(jiān)控系統(tǒng)對水位監(jiān)測設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、河道周邊、河流濕地等進行全方位的監(jiān)視和管理，有效提高河道綜合治理工程的建設(shè)、運維管理水平。

本工程在設(shè)計、施工等階段全面采用信息化和數(shù)字化手段進行實施和管理，將項目工程全生命周期內(nèi)的設(shè)計階段、施工階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、過程和資源進行統(tǒng)一采集存儲形成項目建設(shè)BIM模型。利用BIM和三維傾斜攝影模型蘊含的空間屬性信息，為工程實體創(chuàng)建一個對應(yīng)的數(shù)字雙胞胎，將工程建設(shè)過程演變成類生命體的生長過程，未來統(tǒng)一接入雄安物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，與雄安新區(qū)CIM平臺充分融合。工程完工之后，為府河新區(qū)段河道綜合治理工程提供一個過程可追溯、數(shù)據(jù)可查閱、信息可共享的綜合性數(shù)據(jù)庫，為工程數(shù)字化運營提供有力保障。

4 實施及運行效果分析

4.1 清淤污染物削減量分析

根據(jù)《主要水污染物總量減排核算辦法》，底泥按照環(huán)保疏浚項目進行減排核算，計算公式如下：

式中：R為環(huán)保疏浚形成的水污染物新增削減量（t）；m為本年疏浚的受污染底泥土方量（m3）；r為疏浚的受污染底泥容重（kg/m3）；ci為疏浚的受污染底泥中主要水污染物的含量（mg/kg），其中COD按照有機質(zhì)含量取值，NH3-N含量按TN的50%取值；ei為疏浚的受污染底泥中主要水污染物的釋放系數(shù)，COD的釋放系數(shù)、NH3-N的釋放系數(shù)分別取0.5‰、2‰。

底泥清淤量為18.01萬 m3，容重取1.28×103kg/m3（按照含水率60 %，土壤密度為1.7 g/cm2計），COD含量為21.5×103mg/kg，NH3-N為1.32×103mg/kg。通過實施底泥清淤，COD削減2.47 t，NH3-N削減0.60 t，估算清淤工程實施后可減少底泥NH3-N釋放量0.69 t/a、TN釋放量8.3 t/a、TP釋放量0.75 t/a。

4.2 生態(tài)修復(fù)效果分析

生態(tài)修復(fù)新建河流濕地面積9.48萬m2，府河來水水量為25萬m3/d，將分散的河流濕地通過水?dāng)嗝姹雀呕癁檎麎K表流人工濕地，概化后處理水量3.14萬m3/d。由于濕地較為分散、水力負荷小，污染物削減能力較小，參考《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》表流人工濕地，污染物削減負荷取較小值（表2）。

表2 濕地污染物削減負荷選取表Table 2 Load reduction of pollutants from wetland

計算得出，COD削減量為17.30 t/a，NH3-N削減量為1.38 t/a，TP削減量為0.35 t/a。生態(tài)修復(fù)工程的實施將有效提升河段的水生生境多樣性。通過對河流濕地改造，營造包括挺水植物床、沉水植物塘、浮葉植物區(qū)和緩坡濕地等多樣化水生生境，為河流生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)提供良好的環(huán)境基礎(chǔ)條件。生態(tài)修復(fù)工程的實施提升了河段的動植物物種多樣性，恢復(fù)本地濕地植物17種，同時投放適量的底棲動物和魚蝦類7種，提升水體的物種豐富度，初步構(gòu)建健康水生態(tài)系統(tǒng)，為生態(tài)過程的恢復(fù)營造良好的物種基礎(chǔ)條件。

4.3 濕地工程運行效果分析

工程完工后，2021年3月—2022年2月正常運維的1年，分析上下游自動水質(zhì)監(jiān)測站高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、NH3-N、TN和Tp月均值。結(jié)果表明：除TN外，其他水質(zhì)指標均可達到地表Ⅲ類水標準 ；上、下游水質(zhì)變化趨勢一致，除個別時間段，下游水質(zhì)均不劣于上游水質(zhì)，實現(xiàn)了工程目標（圖4）。府河河道治理后生態(tài)系統(tǒng)逐漸恢復(fù)，景觀效果明顯提高，具有良好的生態(tài)效益和社會效益。

5 結(jié)論

針對府河入淀水質(zhì)不達標，采取河道疏通、垃圾清運處置、底泥清淤、生態(tài)修復(fù)和物聯(lián)網(wǎng)等工程進行河道的綜合生態(tài)治理。府河治理工程實施后，有效削減河道污染源，提升了河流水動力條件與水體自凈能力。工程運行效果良好，除TN外，其他水質(zhì)指標均能達到地表Ⅲ類水標準，府河河道下游水質(zhì)基本優(yōu)于于上游水質(zhì)，實現(xiàn)了工程目標，生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，為類似入淀（湖）河流的治理提供參考。