黑臭靜脈支浜生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計及工程示范

紀(jì)國林　湯潤芝　周新程　陶勤峰　張文藝

摘要：采用“‘三清除+植物生態(tài)修復(fù)+管道截污”工程方案對江蘇省常州市某鎮(zhèn)區(qū)域黑臭靜脈支浜（5條河浜）治理工程進(jìn)行設(shè)計。通過“三清除”工序清理河浜中的淤泥、垃圾和雜草，人工圍堰存放、干化淤泥，并復(fù)墾于農(nóng)作物栽種，實現(xiàn)了淤泥中的N、P營養(yǎng)物質(zhì)再利用;采用耐濕樹種、濕生灌木及草本植被構(gòu)建的生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)生態(tài)攔截、削減入河污染物;采用挺水植物、浮水植物和沉水植物構(gòu)造出立體式植物生態(tài)修復(fù)模型，吸收水體中的N、P等污染物。工程運行1年的監(jiān)測結(jié)果顯示，5條河浜基本消除了黑臭現(xiàn)象，水體透明度較高，COD、氨氮、 TP、高錳酸鹽指數(shù)、DO、透明度等水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。該生態(tài)修復(fù)方案是一種適宜于蘇南地區(qū)村鎮(zhèn)黑臭靜脈河浜治理的好方法，實現(xiàn)了黑臭靜脈河浜的水環(huán)境生態(tài)修復(fù)和生態(tài)自然演替，具有工程示范作用和推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：黑臭靜脈支浜;清淤;植物生態(tài)修復(fù);管道截污

中圖分類號：X703? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）11-0112-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.11.028? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Design and engineering demonstration of ecological restoration

project of black stinky bang

JI Guo-lin1，2，TANG Run-zhi1，2，ZHOU Xin-cheng3，TAO Qin-feng3，ZHANG Wen-yi1

（1.School of Environmental & Safety Engineering， Changzhou University，Changzhou 213164，Jiangsu，China;

2.Jiangsu Longhuan Environmental Technology Co.，Ltd，Changzhou 213001，Jiangsu，China;

3.Changzhou Shui Zhongtian Ecological Garden Limited Company，Changzhou 213100，Jiangsu，China）

Abstract： The use of "'three clearance'+plant ecological restoration+pipeline decontamination" project management Changzhou a town area Black Stinky bang （5 rivers Bang）. Clean up the silt， garbage and weeds in the river through the'three removal 'process. The artificial cofferdam stores and dries the silt， and uses the silt for crop planting， which realizes the reuse of N and P nutrients in the silt. The ecological slope protection system constructed by the use of wet-resistant tree species can intercept and reduce pollutants. A three-dimensional plant ecological restoration model was constructed by using the plants， floating plants and submerged plants to absorb N， P and other pollutants in the river. After 1 years of operation， the test results show that 5 rivers eliminate the phenomenon of black odor， water transparency is high， COD， ammonia nitrogen， TP， permanganate index， dissolved oxygen， transparency and other water quality indicators have reached the surface water environmental quality standards（GB3838-2002） in the Ⅳ category standards. This method is a good method suitable for the treatment of black smelly river in the villages and towns of southern Jiangsu， and realizes the ecological restoration and ecological natural succession of the water environment of the vein river， which has the function of engineering demonstration and the value of application and popularization.

Key words： black stinky creek; dredging; plant ecological restoration; pipeline decontamination

進(jìn)入市場經(jīng)濟(jì)時期以后，中國蘇南地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入快車道，享受經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時，鄉(xiāng)鎮(zhèn)水域接納的工業(yè)尾水、生活污水和初期污染雨水[1-3]也日益增多，致使一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)水環(huán)境污染問題突出。盡管蘇南地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)并且建有污水管網(wǎng)和污水處理站，城鎮(zhèn)垃圾也規(guī)范收集、處置，但蘇南河網(wǎng)地區(qū)的河流介于長江和太湖之間，村民填河造田使得部分河流出現(xiàn)斷流，水體靜止、自凈能力較弱，水環(huán)境容量較小[4-6]。眾多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)工商業(yè)及生活污染物如工業(yè)廢水、糞便、垃圾及含多種有機(jī)物生活廢水進(jìn)入水體后，造成水體COD、NH3-N、TP含量激增，水體溶解氧急劇下降，同時水體散發(fā)甲硫醇、氨氣、硫化氫等惡臭氣體。根據(jù)《江蘇省太湖流域水環(huán)境綜合治理省級專項資金和項目管理辦法》，太湖流域重點考核斷面以及河網(wǎng)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率需達(dá)到80%，流域內(nèi)5個區(qū)市地表水喪失使用功能（劣于V類）的黑臭水體基本消除[7]。

目前黑臭水體治理的主要手段有底泥疏浚、濱岸帶襯砌，微生物修復(fù)技術(shù)，綜合運用曝氣復(fù)氧、多功能水體生態(tài)修復(fù)等工程措施，生物修復(fù)與自然修復(fù)相結(jié)合是實現(xiàn)水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的主要手段。受常州市某鎮(zhèn)委托，對該鎮(zhèn)某片區(qū)5條黑臭靜脈支浜展開相關(guān)設(shè)計，以貫徹江蘇省生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃中“一河一策”的行動方針[8]。通過現(xiàn)場調(diào)研，在前期工業(yè)、生活點源治理的基礎(chǔ)上，以恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)為目標(biāo)[9]，采用“‘三清除+植物生態(tài)修復(fù)+管道截污”技術(shù)，消除該片區(qū)5條河流黑臭現(xiàn)象，重現(xiàn)其特色水鄉(xiāng)小鎮(zhèn)水環(huán)境面貌。

1? 工程概況

該鎮(zhèn)地處常州南部，屬于武進(jìn)港流域。武進(jìn)港是常州市3條入太湖主要河流之一，連接長江與太湖，水系復(fù)雜。僅該鎮(zhèn)有大小靜脈支浜30多條，總長44.961 km，5條河道基本水文信息如表1所示。

2? 河浜水質(zhì)、底泥及生物相調(diào)查

2.1? 水質(zhì)原狀

2.1.1? 例行監(jiān)測斷面水質(zhì)? 片區(qū)內(nèi)分布2個省控考核斷面，分別是東尖大橋和戴溪橋斷面。由圖1可知，2011—2015年，斷面水質(zhì)綜合污染指數(shù)總體呈下降趨勢，戴溪橋斷面水質(zhì)綜合污染指數(shù)由0.74降至0.49，下降了33.8%;東尖大橋斷面水質(zhì)綜合污染指數(shù)由0.76降至0.52，下降了31.6%。隨著污染治理力度加大，片區(qū)流域水質(zhì)總體呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢。

2.1.2? 現(xiàn)場監(jiān)測水質(zhì)? 考慮到示范區(qū)境內(nèi)現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)不足，2016年12月24日對示范區(qū)范圍內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。共設(shè)置5個采樣點，分別分布在牛郎浜、東尖河、老鴉浜等重點河道出入口區(qū)域。采樣點設(shè)置如圖2和表2所示。監(jiān)測點位水質(zhì)均在Ⅴ類水及以上，主要污染因子為氨氮和CODcr（不計總氮）。

2.2? 河道底泥及生物相原狀

2.2.1? 河浜生物相及景觀現(xiàn)狀? 片區(qū)河網(wǎng)密布，但水質(zhì)黑臭，水生動物有田螺、龍蝦和少數(shù)耐污魚類。河浜低洼處主要水生植物有浮萍、菱、荷、茭白、水花生、水龍等，河道原狀如圖3所示。目前各條河道均受到不同程度的污染，主要包括：①河底淤泥淤積嚴(yán)重，部分河道出現(xiàn)斷流;②水草等水生植物任意生長，沒有管護(hù)收割，植物死后在水中腐敗，對水體造成二次污染;③排入含有大量污染物的初期雨水，河道黑臭。

2.2.2? 底泥污染情況? 該項目河道均為城市河道，河底泥主要來自周邊生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的污水及廢棄物[10]，根據(jù)區(qū)域其他河道清淤實踐來看，底泥有機(jī)質(zhì)含量相對較高，氮、磷含量也相對較高。一般長期未疏浚過的主干河道淤積深度在0.5～1.2 m，非行洪中小河道淤泥深度在0.8 m左右，污染較嚴(yán)重的厚度在0.8～1.0 m，部分縮窄處的水流不暢、污染嚴(yán)重河段的淤泥厚度多在1.2～1.4 m。

建設(shè)單位進(jìn)行了簡單的現(xiàn)場測量淤泥深度，淤泥深度在0.6～1.0 m;開挖上來的淤泥垃圾、雜質(zhì)較多，淤泥污染較重，主要為生活污水以及河道附近農(nóng)田雜草、垃圾入河所致。

2.2.3? 清淤深度及斷面? 清淤主要清除河底淤泥，適當(dāng)增大過水?dāng)嗝妫瑴p少河道內(nèi)源污染。河道污染較重的淤泥深度達(dá)0.6～1.0 m。結(jié)合每條河道的實際情況，河道清淤情況如表3所示。

3? 設(shè)計任務(wù)及技術(shù)工藝流程

3.1? 主要工程設(shè)計內(nèi)容與水質(zhì)控制要求

為緩解片區(qū)黑臭靜脈河浜帶來的環(huán)境壓力，該工程設(shè)計生態(tài)清淤工程及生態(tài)修復(fù)技術(shù)相組合的方法。對照《水污染防治行動計劃》和江蘇省《“兩減六治三提升”專項行動方案》（簡稱“263”行動）[11-13]，到2020年，江蘇長江段等重點流域的水質(zhì)指標(biāo)在Ⅴ類水的比例不得高于1/3，地級及以上城市水體的黑臭現(xiàn)象不得高于1/10。要求本工程出水水質(zhì)達(dá)到Ⅲ～Ⅳ類。

3.2? 工藝流程

黑臭靜脈支浜生態(tài)修復(fù)工程主要包括生態(tài)清淤工程和生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案。通過“三清除”工程，清除了河道的垃圾、淤泥和水花生，減少內(nèi)源污染，增加過水能力及環(huán)境容量。生態(tài)護(hù)坡攔截了欲進(jìn)入河道水體的污染物;生態(tài)護(hù)岸滲透性較強(qiáng)，使得河浜與河岸未隔離，為水分的交換提供渠道。河浜護(hù)岸的大量植被擁有固土蓄水能力。該設(shè)計利用邊坡的地形結(jié)構(gòu)，喬灌結(jié)合，種植污染物吸附強(qiáng)、水土保持效果好的護(hù)坡植物[14]。水生植物種植可以削減水體污染物，如水中的氮、磷、有機(jī)物和懸浮物[15，16];同時，可對河浜進(jìn)行復(fù)氧，經(jīng)水生植物的凈化調(diào)節(jié)和生物吸附，實現(xiàn)對氮磷污染物的生態(tài)攔截。

項目的各單項工程相輔相成，共同起到修復(fù)水體、恢復(fù)植被、攔截氮磷的作用。技術(shù)路線如圖4所示。

4? 主要工程設(shè)計

4.1? 生態(tài)清淤方案

4.1.1? 選擇依據(jù)? 清淤方法選擇一般要考慮以下幾方面因素：①施工現(xiàn)場工場布置條件;②清淤機(jī)械的效率、精度，確保盡可能地清除污染物，盡量減少超挖，降低工程成本;③盡可能避免泥沙被大幅度攪動，且要避免施工及轉(zhuǎn)移時污染物對水體再次污染;④對轉(zhuǎn)移后的淤泥采取安全方式處置，避免污染物再次污染其他水系及環(huán)境。

4.1.2? 清淤設(shè)備及方案? 該項目大部分河道具有河窄、水淺等特點。清淤方式一般采用小型挖泥船或泥漿泵直接抽吸，兩種清淤設(shè)備特點情況如表4所示。在疏浚河道時，選用寬小于6.0 m、吃水小于1.0 m且高度低于2.5 m的小船。該清淤工程涉及河道沿線多為農(nóng)田或農(nóng)戶，兩岸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、群眾生活與其密切相關(guān)，河道施工宜采用機(jī)械施工，同時考慮盡量減少對整治河道引排功能的影響，擬采用干水清淤的方式。針對目前河道現(xiàn)狀，考慮設(shè)備的適應(yīng)性與成本，本次清淤工程對大部分的小型河道擬采用泥漿泵清淤，少數(shù)大型河道采用挖泥船。

4.1.3? 排泥場及后續(xù)處置方案? 根據(jù)區(qū)域淤泥特性，河道清淤工程擬根據(jù)各河道沿岸情況，選擇合適的廢棄用地修建臨時排泥場，河道淤泥由泥漿泵泵入就近的排泥場中。排泥場建設(shè)圍堰，圍堰采用土堆的方式，頂寬1.0 m，底寬3.0 m，高2.5 m，為保證圍堰堆積淤泥量的穩(wěn)定性，淤泥堆積高度為2.0 m，占地面積合計約20.87 hm2，該工程臨時占地時間定為3年，淤泥干化后，可復(fù)墾用于栽種農(nóng)作物。排泥場如圖5所示。

4.1.4? 清淤工程量? 河道清淤量根據(jù)每條河道典型斷面現(xiàn)狀與規(guī)劃進(jìn)行相減，得出清除淤泥的斷面面積，再利用斷面法，求出清除淤泥的體積。具體計算公式為：

Vi=（A0-Ai）×Li

式中，Vi為河道清淤體積，m3;A0為典型斷面清淤前橫斷面面積，m2;Ai為典型斷面規(guī)劃的橫斷面面積，m2;Li為河道長度，m。

牛郎浜、東尖河、東尖引河、老鴉浜、朱家河等5條河道清淤總長度5 680 m，清淤量58 420 m3（表5）。

4.1.5? 清淤工期? 清淤工程宜于枯水期進(jìn)行，鑒于該鎮(zhèn)每年11月至次年4月河道及水塘水位低、風(fēng)浪小，沉積物中污染物與水體污染物的交換基本處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，且枯死的水生植物及動物殘骸沉積于底泥上層，水面植物較少，因此清淤效率最高。

4.2? 生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案

4.2.1? 總體方案? 根據(jù)已有工程積累經(jīng)驗，結(jié)合本工程設(shè)計區(qū)域?qū)嶋H情形，項目采用“三清除（清除垃圾、淤泥、雜草）+生態(tài)護(hù)坡+水生植物”組合技術(shù)對擬實施工程地點的氮磷進(jìn)行生態(tài)攔截削減。生態(tài)護(hù)坡種植喬灌木等護(hù)坡植物;水生植物分為挺水、浮水和沉水植物。氮磷攔截工程典型斷面如圖6所示。

4.2.2? 喬灌木種植? 為減少后期維護(hù)，護(hù)坡植被主要由耐濕樹種、濕生灌木搭配草本植被組成，擬采用規(guī)定品種和鄉(xiāng)土品種相結(jié)合的植物配置方式，具體品種包含垂柳、香樟、楊樹等喬木，灌木柳、黃金條等灌木。根據(jù)同類植被的生長習(xí)性和河流的護(hù)坡寬度，生態(tài)護(hù)坡中植被種植密度為：喬木株距5 m，灌木柳1叢/5 m2，5枝/叢;黃金條1叢/5 m2，10枝/叢。

4.2.3? 水生植物種植? 工程設(shè)計的水生植物有挺水、浮水和沉水植物，這些氮磷吸附能力強(qiáng)的水生植物與護(hù)坡的喬木、灌木共同組成自然的陸生-濕生-水生生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到凈化水質(zhì)、改善環(huán)境的目的。

挺水植物以美人蕉和蒿草為主;浮水植物以荇菜、睡蓮、菱為主;沉水植物則以金魚藻、車輪藻、眼子菜為主。根據(jù)各類植被的生長習(xí)性和河道的自然現(xiàn)狀，水生植被種植密度為挺水植物12株/m2，浮水植物6株/m2，沉水植物12株/m2。

通常情況下人工將挺水植物上部分割除，留下的根莖可在第二年春季發(fā)芽。如蒿草在濕地栽植時，當(dāng)幼苗有3～4片葉子時，可移栽，為降低蒸發(fā)量，提高栽植的成活率，還需對植株進(jìn)行切葉處理。浮水植物在夏季繁殖速率高的時段，需及時進(jìn)行收割和清撈，保持一定的植物密度以維持凈化效果。沉水植物通過莖葉可吸收水中少許營養(yǎng)鹽，但其根系對底泥中的營養(yǎng)鹽吸收較多，植物死后營養(yǎng)物質(zhì)會再次回到水體中。因此，對凈化水體的沉水植物可選擇在旺盛生長期進(jìn)行不間斷收獲和打撈。

4.3? 生態(tài)修復(fù)工程量

根據(jù)河道實際情況，本項目擬對牛郎浜、東尖河2條河道實施護(hù)坡植物種植和水生植物種植，另外對老鴉浜實施截污工程。護(hù)坡植物中種植喬木830棵、灌木830棵、草本植物20 000 m2;水生植物種植挺水、浮水和沉水植物分別為71 520、14 880和20 400株;共敷設(shè)DN300截污管1 300 m。具體工程量如表6所示。

5? 運行效果與工程投資分析

5.1? 運行效果

該鎮(zhèn)5條河浜無黑臭現(xiàn)象，水體透明度較高。河道整體水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。工程建設(shè)后河浜水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果如表7所示，治理后現(xiàn)狀如圖7所示。

5.2? 工程投資分析

清淤工程及生態(tài)修復(fù)工程估算采用單位實物工程量投資估算法，河道整治長度為5 680 m，總投資約338.2萬元，每米河道工程投資約600元（表8）。

6? 小結(jié)

隨著污染治理措施的實施，該片區(qū)黑臭靜脈支浜水質(zhì)總體呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢。水質(zhì)由劣Ⅴ類轉(zhuǎn)變?yōu)棰纛?，隨著生態(tài)修復(fù)工程的持續(xù)運行，生態(tài)系統(tǒng)將愈加完善，水質(zhì)總體可達(dá)到Ⅳ類，部分水質(zhì)指標(biāo)有望達(dá)到Ⅲ類。

人工清淤、植物生態(tài)攔截和初期雨水的收集管道組成了一個多層次的凈化組合系統(tǒng)，清淤量58 420 m3，護(hù)坡植物中種植喬木830棵、灌木830棵、草本植物20 000 m2;水生植物中挺水植物71 520株、沉水植物20 400株、浮水植物14 880株;共敷設(shè)DN300截污管1 300 m。

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