眉蕉河水系綜合整治技術探討

黨宏祖，陳 新，孫杲辰，唐自強，侯延福

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對城市人居環(huán)境的要求逐漸提高，伴隨而來便是生活污水和工業(yè)廢水排放量的急速增加，而配套污水收集及處理系統(tǒng)的建設不及時、不協(xié)調(diào)，污染源分布零散，大量未經(jīng)處理的廢水直接流入河流，導致城市內(nèi)河受到不同程度的污染，以及出現(xiàn)大量水體黑臭現(xiàn)象，導致人居環(huán)境急劇下降[1]。由于黑臭水體成因復雜，對治理技術要求高，盡管目前許多學者對黑臭治理技術已有一定研究[2-3]，但整體上相關治理技術尤其是組合技術研究尚不完善，且組合技術治理效果定量分析不足，嚴重制約著黑臭水體治理工作。

1 研究背景

眉蕉河水系綜合整治工程北側(cè)緊靠容桂水道，南側(cè)緊臨桂州水道，東側(cè)洪奇瀝水道環(huán)繞，水流呈自北向南，由東向西的流動趨勢。項目涉及塘埒涌、龍華大涌東段及北段、德龍涌、合勝圍涌4 條河，眉蕉河、扁滘涌、高黎上、下涌、華口涌、大岑瀝、東升瀝、天九涌、高東河、合法圍涌、急流涌、公路河、容桂大涌及小黃圃新涌14 條，共計18 條河涌（見圖1）。眉蕉河水系主河道達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標準（時空分布90%）；其他支涌消除黑臭水體，水質(zhì)基本達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）Ⅴ類水標準（雨后3d 除外）。研究區(qū)水系存在不同程度的污染，水動力差、淤積嚴重，存在不正常使用污染治理設施和偷排、漏排、超標排放等污染水環(huán)境的現(xiàn)象，研究區(qū)水生態(tài)環(huán)境整體較差。

圖1 水系分布圖

2 研究對策

基于眉蕉河水系的現(xiàn)狀情況，遵循國家標準、廣東地標及相應的項目要求，以“河暢、水清、堤固、岸綠，景美”為工程目標，以“五位一體”的治水理念和“治污、排澇、景觀生態(tài)”+“城市建設”的“3+1”治水思路統(tǒng)領全局，研究提出水環(huán)境綜合整治7 大治理系統(tǒng)：水安全、控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復、水動力、景觀文化及長效管理，其中技術路線見圖2。

圖2 技術路線圖

2.1 堤岸整治

基于《眉蕉河河岸綠地景觀規(guī)劃》及《廣東省水利工程生態(tài)設計指導意見》（2019 年6 月）生態(tài)性要求，對護岸型式進行優(yōu)化研究：河涌位于中心城區(qū)且臨河側(cè)為市政路，斷面形式以硬質(zhì)懸臂式為主，擋墻前部設置仿木排樁，排樁與擋墻之間形成生態(tài)微型表面流濕地，對城市面源污染產(chǎn)生一定凈化作用（見圖3）；河涌位于農(nóng)田段，采用仿木排樁生態(tài)護岸+滲濾型生態(tài)草溝，可通過排樁間的生態(tài)微型表流濕地和生態(tài)草溝有效攔截農(nóng)業(yè)面源污染物入河，同時仿木排樁對地基承載力要求低，節(jié)省投資又能滿足河道防洪排澇的要求（見圖4）。

圖3 城區(qū)段堤岸整治橫斷面

圖4 農(nóng)田段堤岸整治橫斷面

2.2 控源截污

2.2.1 點源治理

基于研究區(qū)現(xiàn)狀，建設污水截流系統(tǒng)和收集系統(tǒng)。通過在河道兩岸布置截污管網(wǎng)，進行污水改道，將其改至污干管，并輸送至污水廠處理達標排放。另外，對于收集困難點源也可利用預處理、生態(tài)處理技術等提升水質(zhì)標準。

2.2.2 面源治理工程

（1）垃圾清運工程。眉蕉河水系部分河涌段缺少垃圾收集設施配套，部分居民環(huán)保意識差，沿岸生活垃圾、建筑垃圾隨意堆積。研究確定完善垃圾收集轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，并設置臨時建筑垃圾。

（2）農(nóng)業(yè)面源控制。通過現(xiàn)場詳細調(diào)查研究，眉蕉河水系河涌旁菜地分布廣泛，為了減輕農(nóng)業(yè)面源污染對河涌水質(zhì)的影響，研究確定通過仿木排樁間梯級微型表面流濕地和滲濾型生態(tài)草溝攔截農(nóng)業(yè)面源污染。

2.3 內(nèi)源治理工程

隨著截污管網(wǎng)完善，河涌黑臭現(xiàn)象有所改善，但底泥中污染物長期釋放，影響河涌水質(zhì)及生態(tài)功能恢復，通過對比分析《眉蕉河水系綜合整治工程底泥監(jiān)測報告》《眉蕉河水系綜合整治工程水質(zhì)監(jiān)測報告》確定合理的清淤范圍、清淤深度、清淤方式。

2.3.1 精準清淤

河道污染底泥界定，國內(nèi)外還未有統(tǒng)一方法，目前我國有5 種方法被工程領域使用，分別為釋放風險法、經(jīng)驗值法、背景值比較法、視覺法、含量分析法。眉蕉河水系綜合整治工程中對每條河涌底泥都進行了分層取樣檢測，根據(jù)檢測結(jié)果由上到下底泥可分為浮泥層、過渡層和底質(zhì)層，主要采用含量分析法，對底泥垂向污染物含量進行分析，河涌浮泥層中總氮和總磷的含量明顯大于過渡層，綜合考慮清淤成本及水質(zhì)等因素，研究確定僅清除表層浮泥層。

2.3.2 清淤方式

清淤方式主要有帶水清淤和干式清淤。經(jīng)清淤方式的對比，從經(jīng)濟性、適用性、清淤徹底性和高效性綜合考慮選擇清淤方式。①對于公路河等內(nèi)涌河道，寬度較窄，水位較淺，可以排干以水力沖挖式清淤為主；②對于華口涌和扁滘涌等河涌，由于清淤深度略大，淤泥呈固態(tài)，需輔以圍堰干挖的方式清除深層淤泥；③對于容桂大涌、龍華大涌等河涌，河道較寬，水域面積較大，無法通過排干河道水體進行清淤，該類河涌擬采用水陸兩用攪吸泵清淤。

2.4 水生態(tài)修復工程

生態(tài)修復技術原理是通過人工輔助措施，增強生態(tài)系統(tǒng)的自組織能力以及自我調(diào)節(jié)能力，促使其朝向有序的方向發(fā)展，同時發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我恢復作用，改善已經(jīng)被破壞的生態(tài)系統(tǒng)。本工程水生態(tài)修復工程技術措施主要應用曝氣增氧、生態(tài)浮島廊道（景觀生態(tài)浮島+碳素纖維生態(tài)草），旁側(cè)系統(tǒng)、生態(tài)攔截技術、超磁分離技術、水生植物塘等措施開展修復治理，能夠獲得不錯的效果。

2.4.1 曝氣增氧技術

針對溶解氧較低的河涌，前期利用曝氣增氧技術恢復河涌自然生境，后期利用植物增氧維持河涌本身生境需要，達到工程措施與生物措施的有機結(jié)合。

2.4.2 生態(tài)浮島廊道（景觀生態(tài)浮島+碳素纖維生態(tài)草）

在截污后溢流制排口下游，設置景觀生態(tài)浮島廊道對溢流水體進行進一步處理，減小污染物對河涌的影響。

2.4.3 旁側(cè)系統(tǒng)

本次整治河涌兩側(cè)農(nóng)田居多，有部分農(nóng)田退水渠直接匯入河涌，嚴重影響河涌水質(zhì)。旁側(cè)系統(tǒng)是人工礫石床與碳素纖維過濾前池相結(jié)合的一種新型污水處理系統(tǒng)，在農(nóng)田退水渠出口設置旁側(cè)系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)面源污染進行嚴格控制。

2.4.4 生態(tài)攔截技術

龍華大涌東段上游水體攜帶漂浮物無法控制，為了有效的阻止工程區(qū)范圍外漂浮物進入工程水體，影響工程區(qū)域水體質(zhì)量，在龍華大涌東段設置兩道生態(tài)攔截網(wǎng)，對水體中的懸浮物（SS）及水面漂浮物進行有效生態(tài)攔截。

2.4.5 超磁分離技術

通過對現(xiàn)場詳細踏勘，工程整治范圍外仍存在部分支涌水體水質(zhì)惡劣，對工程區(qū)內(nèi)水體水質(zhì)造成嚴重威脅，工程主要對天九涌、高黎下涌支涌出口處設置超磁分離系統(tǒng)，對支涌水質(zhì)進行凈化，待其達標后再排入治理河涌。

2.4.6 水生植物塘

針對短小支涌，無外源污染物匯入河涌，采用水生植物塘技術恢復河涌自然生境。水生植物塘是在其內(nèi)種植纖維管束型水生植物，包括沉水植物（能夠有效地去除水中的污染物，對N、P 有較好的去除效果）、浮水植物（水浮蓮、睡蓮、浮萍）、挺水植物（蘆葦、香蒲、菖蒲）。眾多研究表明，沉水植物的根能吸收底泥中的N、P，莖和葉能吸收水中的N、P，比其他水生植物具有更強的富集N、P 的能力，沉水植物也會影響水中懸浮固體濃度和沉降，抑制藻類生長[4]。

眉蕉河水系中合勝圍涌及東升瀝的水動力、水質(zhì)均較差，為保持河涌水質(zhì)，同時達到一定景觀效果，水生植物覆蓋率約占60%（挺水植物10%，沉水植物50%）。

2.4.7 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建主要包括水生植物、水生動物群落構(gòu)建，水生植物包括挺水、浮水和沉水植物的栽植，水生動物包括魚類群落和底棲動物群落的投放及調(diào)控等。區(qū)域水系四通八達且水系連通，水生動物群落動態(tài)變化，在水環(huán)境綜合治理中生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建主要涉及水生植物群落構(gòu)建，待河涌生境改善后，水生動物群落自我恢復。

水生植物群落構(gòu)建主要結(jié)合生態(tài)護岸，河涌岸邊種植挺水植物和沉水植物。研究確定挺水植物為美人蕉、風車草、黃菖蒲、再力花和梭魚草，在滿足花期長、景觀效果好、維護簡單的前提下，兼顧根系發(fā)達能夠固著土壤、削減營養(yǎng)鹽等水質(zhì)凈化功能；沉水植物為矮生苦草、輪葉黑藻、大茨藻、菹草以及馬來眼子菜5 種沉水植物構(gòu)建組成3 種沉水植物群落，形成優(yōu)美的水下森林，起到固土吸收營養(yǎng)物質(zhì)的作用，增加沉水植物的抗逆性，穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)。

2.4.8 水質(zhì)原位生態(tài)修復技術

德龍涌水環(huán)境底質(zhì)較差，因此，針對德龍涌自身的水環(huán)境狀態(tài)，采用水質(zhì)原位生態(tài)修復技術對其生態(tài)環(huán)境進行修復，其中主要采用ISSA PGPR 原位生態(tài)修復技術。

2.5 水動力系統(tǒng)構(gòu)建

黑臭水體多具有緩流且自凈能力差等特征，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性弱，若污染，水質(zhì)難恢復。已有研究和工程實踐表明，利用水體流動可抑制水華現(xiàn)象的發(fā)生。竇明等[5]對漢江宗關斷面1992—2000 年的平均流速進行了分析,表明漢江中下游在1992 年、1998 年、2000 年的2、3 月份發(fā)生的3 次水華事件均與水體流速密切相關（水體流速均在0.25 m/s 以下）。王紅萍等[6]對漢江水華發(fā)生的內(nèi)在機理做了進一步研究,提出了基于Monod 方程的藻類濃度與流速的關系式，并確定漢江宗關斷面發(fā)生水華警戒流速為0.225 m/s。廖平安和胡秀琳[7]就流速對藻類生長的影響進行了水槽試驗,結(jié)果表明流速達到0.20 m/s 時能夠延緩藻類的生長。研究確定本工程常水位下流速不小于0.3 m/s 為條件設計一體化泵閘。

通過工程水動力分析可知，扁滘涌、華口涌在常水位下河涌平均流速為0.019 m/s、0.135 m/s，河涌水動力差。為了增加水動力條件，在扁滘涌與華口涌匯合處、扁滘涌起端各設置一體化泵站一座，增加河涌水體循環(huán)。

2.6 景觀文化

運用新綠色技術等海綿城市理念，結(jié)合流域綜合整治思路，踐行低影響開發(fā)技術，建設海綿城市。本次工程方案采用生態(tài)雨水明溝系統(tǒng)，運用雨水花園、濕地、生態(tài)草溝海綿體、生物濾床、下凹式綠地、下滲路面等海綿城市技術，形成“林地集水、路面滲水、濕地凈水、湖面蓄水”的低碳生態(tài)、低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，雨水通過海綿體下滲、滯蓄、凈化、回用，最后剩余部分徑流通過管網(wǎng)外排。

2.7 長效管理

智慧水務系統(tǒng)建設，需利用互聯(lián)網(wǎng)技術、水情、水質(zhì)表等在線監(jiān)測設施實時感知水務系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過可視化的方式統(tǒng)籌水務管理各部門與設施，組成“水務物聯(lián)網(wǎng)”，可將大量水務信息數(shù)據(jù)進行及時分析與處理，并提供輔助決策建議，以更加高效、精細和動態(tài)化的模式管理水務系統(tǒng)的運營服務。

3 預期成效

工程實施后，防洪排澇安全作用顯著，河道生態(tài)逐步改善，也可美化環(huán)境，水資源科學調(diào)度，開發(fā)旅游業(yè)、吸引外資，形成高質(zhì)量發(fā)展的生態(tài)活力濱水經(jīng)濟帶，為提高人民健康水平和生活治理創(chuàng)造了有利條件。項目實施后多方面因素使定量計算社會效益和環(huán)境效益難度增大，但項目實施后周邊生態(tài)環(huán)境改善，防汛排澇等綜合效益可以充分發(fā)揮，較大程度帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，結(jié)合實際工程經(jīng)驗并參考同類項目其間接效益可達2 000 萬元/年。

4 結(jié)語

（1）工程可使眉蕉河水系主河道達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標準（時空分布90%）；其他支涌消除黑臭水體，水質(zhì)基本達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）Ⅴ類水標準。

（2）眉蕉河水系整治工程為系統(tǒng)工程，涉及面廣、投資大，但隨著工程的實施可恢復河涌自然生境，改善人居環(huán)境，具有顯著的環(huán)境效益、社會效益和一定的經(jīng)濟效益。