城市水體生態(tài)修復(fù)綜合施策研究
——以北京市西郊雨洪調(diào)蓄工程為例

鄒廣迅，楊連生

（1.北京翔鯤水務(wù)建設(shè)有限公司,100192,北京;2.北京市西郊雨洪調(diào)蓄工程管理處,100049,北京）

隨著快速城市化，經(jīng)濟(jì)與人口集聚發(fā)展，加上水資源季節(jié)性干枯，北京地區(qū)城市水體污染和水生態(tài)退化問(wèn)題已十分突出，威脅城市人居環(huán)境和飲水安全，亟須開展系統(tǒng)的水體治理與水生態(tài)修復(fù)。傳統(tǒng)的水環(huán)境治理僅限于水質(zhì)的改善與提升，未系統(tǒng)地解決外源和內(nèi)源污染問(wèn)題，因此治理后水環(huán)境問(wèn)題容易反彈，探索系統(tǒng)治理城市黑臭水體的綜合策略是當(dāng)前城市黑臭水體治理的重要方向。

一、水體治理及生態(tài)修復(fù)方案

水體治理及生態(tài)修復(fù)的方式包括外源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)恢復(fù)、清水補(bǔ)給和增加水體流動(dòng)性。其中，外源截污是治理前提，包括雨污分流管網(wǎng)改造、排污口截流、農(nóng)業(yè)面源治理等；內(nèi)源治理包括水體治理和底泥的清淤；生態(tài)恢復(fù)措施包括引水保障生態(tài)需水，利用水生動(dòng)植物重新構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)；增加水體流動(dòng)性是通過(guò)水力設(shè)施增加水動(dòng)力，提升水體自凈能力，防治水體富營(yíng)養(yǎng)化。水體治理及水生態(tài)修復(fù)主要措施見表1。

表1 污染水體治理及生態(tài)修復(fù)措施

二、北京市西郊雨洪調(diào)蓄工程案例分析

北京市西郊雨洪調(diào)蓄工程（簡(jiǎn)稱西蓄）是利用西郊砂石坑建成洪水調(diào)蓄工程，是北京“西蓄、東排、南北分洪”的城市防洪體系中的重要組成部分。西蓄匯水區(qū)域?yàn)榘舜筇帨狭饔蚣氨卑伺艤?、瑯璜溝流域，共?jì)27 km2，總蓄洪量為700萬(wàn)m3。在永引渠杏石口閘上游、渠道右岸建設(shè)分洪閘，閘下建分洪暗涵，一路就近接入西黃村砂石坑，一路沿永引渠南側(cè)、西五環(huán)東側(cè)綠化帶接入阜石路砂石坑。主體工程阜石路砂石坑蓄洪量680萬(wàn)m3，共設(shè)4個(gè)雨水（地表徑流）匯入口，一個(gè)永引渠分洪暗涵，一個(gè)退水渠。湖體自西向東依次為凈湖、浣湖、灈湖、潤(rùn)湖、沁湖，由水面構(gòu)筑物分割成8個(gè)區(qū)域，分別為1號(hào)凈湖、2號(hào)凈湖、3號(hào)凈湖、4號(hào)凈湖、5號(hào)潤(rùn)湖、6號(hào)沁湖、7 號(hào)灈湖、8 號(hào)浣湖（圖 1）。

圖1 阜石路砂石坑平面布局圖

治理前，西蓄的水環(huán)境問(wèn)題主要為水體黑臭且出現(xiàn)大面積水華，水質(zhì)為劣Ⅴ類。分析水體污染來(lái)源，可歸納為兩類：一類是外源污染輸入，工程匯水區(qū)范圍內(nèi)瑯璜溝、北八排溝雨污管網(wǎng)存在雨污混流問(wèn)題，一部分污水通過(guò)雨水管網(wǎng)進(jìn)入水體，且匯水范圍內(nèi)初期雨水污染較重；另一類是水體流動(dòng)性差，復(fù)氧能力弱，易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，出現(xiàn)水華等水環(huán)境問(wèn)題。

針對(duì)西蓄的水環(huán)境問(wèn)題，采取包括外源截污、水體治理、清水補(bǔ)給、生態(tài)治理的治理方式。

1.外源截污

在工程建設(shè)時(shí)，對(duì)排入阜石路砂石坑的瑯璜溝、北八排溝的雨污管網(wǎng)進(jìn)行分離改造；開展對(duì)瑯璜溝和北八排溝清污；且石景山區(qū)對(duì)瑯璜溝、北八排水暗溝、車輛段雨水方溝、西五環(huán)路雨水管及老山雨水管等5條雨水管線建設(shè)初期雨水分流工程。

外源控制后，西蓄凈湖（雨水匯入湖體）水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，由截污前的劣Ⅴ類上升為Ⅲ類，水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)。截污前后水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化見圖2。

2.水體治理

采取物理化學(xué)以及生物的方法，包括在4個(gè)雨水匯入口設(shè)置攔污柵、吸油索，截留砂石、垃圾、浮油等；在雨水匯入的第一個(gè)湖體凈湖，采取人工曝氣增氧、石墨烯光催化以及投撒微生物制劑的方法進(jìn)行治理，能有效控制西蓄水質(zhì)在Ⅳ類左右。但出現(xiàn)較大降雨時(shí)，排入湖體的地表徑流污染較嚴(yán)重，采取投撒微生物菌劑，能有效降解污染物，提升水體透明度。

圖2 外源控制前后西蓄凈湖水質(zhì)變化

某場(chǎng)雨后西蓄水質(zhì)下降，經(jīng)監(jiān)測(cè)COD、氨氮、總磷等指標(biāo)均出現(xiàn)超標(biāo)，總體來(lái)看1號(hào)凈湖超標(biāo)最嚴(yán)重。其中 COD 1、2、3、7、8 號(hào)湖為劣Ⅴ類（＞40mg/L），1 號(hào)湖最高達(dá) 158.1 mg/L；氨氮7號(hào)、8號(hào)湖為Ⅴ類（≤2.0mg/L），1～6 號(hào)湖好于Ⅳ類（≤1.5mg/L）；總磷僅 1 號(hào)湖為劣Ⅴ類（＞0.2mg/L），4、6、8號(hào)湖好于Ⅳ類（≤0.1mg/L）。立即投撒水澄清劑，24小時(shí)后取樣分析，結(jié)果顯示COD除6號(hào)湖外均顯著下降，降幅最大的為3號(hào)湖，降幅達(dá)到77.77%。 氨氮 1～3、5、6、8 號(hào)湖顯著下降，3號(hào)湖降幅最大為43.86%，4號(hào)、7號(hào)湖略有上升，分別上升0.25 mg/L、0.29 mg/L。總磷 1、5-7號(hào)湖下降，1號(hào)湖降幅最大為40%，2～4號(hào)湖略上升，4號(hào)湖上升最多為0.3 mg/L，8號(hào)湖無(wú)顯著變化，如圖3所示。

3.清水補(bǔ)給

通過(guò)永引渠分洪暗涵不定期補(bǔ)給活水，可有效控制雨后大量污染的地表徑流匯入造成底泥上泛。汛期某場(chǎng)暴雨后水質(zhì)惡化，底泥微生物厭氧反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致底泥上泛，水體透明度下降。排水口取樣監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，除老山排水溝外，各排水口以及退水渠COD都為劣Ⅴ類，其中北八排最高為100.8 mg/L，其次是瑯璜溝為81.27 mg/L，這與北八排、瑯璜溝地表徑流污染嚴(yán)重一致。退水渠污染物濃度以及濁度高，原因可能是退水渠使用率低，渠前水流動(dòng)性小，不利于水質(zhì)凈化。采取投撒菌劑治理外加分洪閘補(bǔ)給清水，活水補(bǔ)給能有效改善水體低溶解氧狀態(tài)，同時(shí)提升水動(dòng)力，促進(jìn)水體流動(dòng)性增強(qiáng)，底泥上泛消失，48小時(shí)后水體透明度恢復(fù)，濁度分析顯示北八排、瑯璜溝、退水渠濁度下降明顯，但退水渠濁度仍較高，原因?yàn)橥怂嚯x補(bǔ)水口較遠(yuǎn)，水體更新緩慢。

圖3 1～8號(hào)湖投撒微生物制劑前后水質(zhì)變化

4.生態(tài)治理

有機(jī)物、氮、磷濃度高是造成水體污染的重要因素，但同時(shí)這類污染物又是水生植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源。 可利用水生生物轉(zhuǎn)移水體污染物，從而削減水體污染物含量。由于西蓄具有洪水調(diào)蓄功能，種植大面積水生植物阻礙行洪，因此采取在水域四周種植蘆葦、香蒲、菖蒲等，水面種植鳳眼蓮，起到凈化水質(zhì)作用的同時(shí)美化生態(tài)環(huán)境。蘆葦、香蒲和鳳眼蓮均能有效去除水中重金屬、COD、BOD、氮、酚類物質(zhì)等，菖蒲能一定程度上抑制藻類生長(zhǎng)，防治水華。其中蘆葦每公頃種植面積存儲(chǔ)氮磷量約為6~35t，香蒲每公頃種植面積存儲(chǔ)氮磷量約為4.3~22.5 t，菖蒲每公頃種植面積存儲(chǔ)氮磷量約為8.6~32.7 t，鳳眼蓮每公頃種植面積存儲(chǔ)氮磷量約為20~24 t。西蓄鳳眼蓮種植采取物理方法限制生長(zhǎng)范圍，生長(zhǎng)密度大，故計(jì)算氮磷存儲(chǔ)量采用系數(shù)法，對(duì)比自然狀態(tài)生態(tài)密度，系數(shù)值取1.7，即西蓄種植的鳳眼蓮存儲(chǔ)氮磷量約1.4~1.6 t。同理，蘆葦存儲(chǔ)氮磷量約9.0~52.5t，香蒲存儲(chǔ)氮磷量約0.9~4.5t，菖蒲存儲(chǔ)氮磷量約1.7~6.5 t，即西蓄水體每年約12.9~65.1 t（以氮磷計(jì)）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)水生植物轉(zhuǎn)移。

三、結(jié)論與建議

采取引水維持生態(tài)基流、外源截污、雨污分流、清水補(bǔ)給、生態(tài)治理以及持續(xù)水體治理等綜合治理的措施有利于保持和改善西蓄水環(huán)境質(zhì)量，但距離穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)仍有一定的差距。分析原因，外源排污是造成西蓄水質(zhì)變化大、改善難度較大的主要原因。北京年降雨量?。ǘ嗄昶骄邓?85 mm），且集中在夏季6—9月，導(dǎo)致夏季地表徑流污染嚴(yán)重，盡管采取初期雨截流，由于西蓄水量較小，對(duì)湖體的污染沖擊依然較大。此外，在項(xiàng)目管理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)雨季匯水渠上游污水處理站事故排放頻繁，造成夏季水質(zhì)波動(dòng)較大。因此，解決匯水區(qū)范圍內(nèi)地表徑流污染以及上游污水處理站事故排放問(wèn)題，有利用鞏固西蓄治理成果，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

西蓄的水污染綜合治理與生態(tài)修復(fù)工程為北京地區(qū)水體治理與水環(huán)境改善提供案例經(jīng)驗(yàn)，對(duì)區(qū)域類似黑臭水體的治理具有借鑒意義。