河道生態修復與治理研究

楊智強， 高劍平

（漳州職業技術學院，福建 漳州 363000）

0 引 言

三湘江是漳州市薌城區的內河，其3條支流溝通漳州市薌城區西片區，承擔芝山鎮和漳州舊城西片區的蓄水、排洪任務。90年代初，三湘江河水清澈、環境良好。隨著采砂行為加劇，九龍江河床水位逐年下降，康山村水閘無法引水，三湘江水流流量減少，加之沿線生活污水、工業廢水、養殖污水的注入，三湘江水質污染日益嚴重，河道萎縮，原先的生態系統遭到嚴重破壞。進入21世紀以來，三湘江歷經河段清理、截彎取直改造、護坡加固修護和清淤等多輪整治，但是沒有形成長效機制和良好的生態維護系統，污染問題仍然存在，因此，需要進行綜合治理，改善水體環境，盡快實現河暢水清。

1 三湘江的污染情況

1.1 河道情況分析

三湘江屬小河系，流經金峰開發區、西院、金峰、上墩、下碑、西洋坪等自然村及漳州高校園區，河流斷面小，現存主流長度不大（僅9.17km），流量小致枯水期水體經常滯留不動；各支流在閩南師范大學附近匯流，再通過西區排澇站排入九龍江。

1.2 污染源分析

三湘江的污染源主要為沿線村莊的生活垃圾、生活污水、養殖業污水、村內小工廠和工業區無序排放的部分工業廢水。由于現在生活水平提高，農村私宅多建有化糞池，排放到三湘江的生活污水多為化糞池出水及洗滌、盥洗和清潔排水，混合沿線的村內小作坊和部分工廠污水，通過農村雨水管道直排三湘江，來源復雜，排放點分散，呈面污染狀。水質隨排污口分布呈不規則變化，如圖1所示。

圖1 三湘江現有河道水體情況

水體在排污口下游發黑、發臭，或由于水體富營養化，藻類滋生嚴重，水體發綠。河道內凹處幾乎沒有更新，水質惡化嚴重（見圖1中②處）。

1.3 水質污染指標分析

2013年9月至2014年5月的水質分析，分別在上游（前山村）、中下游（西院村西瑤社，圖1中①下游30m）上墩村④及閩南師范學院⑧后最后一個排污口后約500m處（此處距西區排澇站排出口約300m），在河中心采集水樣，從早上8點至12點分別到4個取樣口取樣，取樣時間間隔約1h，在西區污水廠進行測定分析，主要指標見表1。

對比鄭永裕［1］2004－2005年及黃泱［2］2006年5月水質資料，其中溶解氧、BOD和COD等項目發生了較大的變化，水質呈現惡化趨勢，除前山段外，其它采樣點DO值在1.26～1.55mg／L之間，低于Ⅴ類水標準，BOD，COD，TN，NH3－N，TP等均高于Ⅴ標準，水質污染嚴重，且以有機物污染為主，細菌含量超標。由于沿線均有污水排入，河段有部分水生植物，水體有一定的自凈作用，主河道以西院村段測得的水質污染指標最高，西院村后，由于河道有水生雜草和底部生物污泥對水體的凈化作用，在金峰花園段的匯流后，即上墩村段水質有所改善，排澇站出水口出水質最好，但仍然超出《地表水環境質量標準》GB3838－2002規定的Ⅴ類水水質標準，屬超Ⅴ類的劣質水體。水體中污染物以有機物為主，水體含氧量低，水生生物少，水體自凈能力低。

表1 主河道各采樣點水質指標

4個取樣口水質指標變化如圖2所示。

圖2 4個取樣口水質指標變化

2 治理方案與技術應用

整治方案可以從降低污染物濃度、減少污染物排入總量上入手，利用水處理原理和生物修復技術處理有機污染物，降低水中TN，TP，BOD5，COD等含量，提高水中溶解氧含量，恢復三湘江的良好生態環境；在排入九龍江前進行一定的曝氣、沉淀并消毒，減少微生物及病毒的排放總量。

整體治理方案簡圖如圖3所示。

整體考慮源頭提水引水增加水量，選取關鍵節點設置曝氣增氧設施；沿線種植水生植物，最后一個排污口后約20m處設置粗格柵攔截污染物，設置水面曝氣裝置，在西區排澇站前池處改造成沉淀池，再有組織出水。達到物理修復技術和生物－生態修復技術相結合，凈化水質同時修復三湘江景觀生態的目的。

2.1 污染源控制

在研究三湘江水整治方法時，考慮近遠期三湘江水質變化的可能性，研究其未來可能的變化規律，再找出對策。現階段主要進行污染源的清查、登記，控制沿線養殖、工業及生活污水的排入。遠期在進行居住區設計和建設時，考慮雨、污水管道分流或截流，杜絕新污染源的排入，減輕初期雨水的污染。

2.2 設置提水泵站

在前山段設置提水水泵站，利用水泵提水進三湘江，加大三湘江水量，使水體由死水變為活水。引水沖污屬物理修復技術，是用較清潔的水在短時間內（5～20d）稀釋或完全替換污染較嚴重的水，以降低水體中的污染物濃度。引水沖污可在短時間內置換重污染河水，但是也可能沖起一部分沉積物，使已經沉淀的污染物重新進入水體，并造成出水口附近九龍江水質的惡化［3］；同時，引水流量太大，長期運行耗電量太大，若相隔長時間引水沖污，水質又會重新變質惡化。河水流速過慢，容易導致總氮的積累，根據顧俊［4］的研究，河水常年運行流速控制在1.5m／h以上才能有效防止城市內河總氮的積累，并有利于其降解。同時提水泵站流量不考慮沖起底部污泥，而是以生物－生態修復為目的，水流無需太大，考慮水生植物對N，P的處理達到90%以上，所需時間約為20d，水流的水力停留時間取30d，主河道9 170m，流速約12.7m／h。再結合河道斷面尺寸推算，如圖4所示。

圖3 整體治理方案簡圖

圖4 河道斷面尺寸

日常運行中，流速取13m／h，枯水期河流水深保持2.5m，河道斷面積約23.75～28.00m2，計算后流量約308.75～364.00m3／h之間，揚程約6.5m。因此，設置提水泵站，泵站的引水量應控制在一定范圍，建議選擇［5］4臺軸流水泵，每臺額定流量170m3／h。在運行初期4臺水泵全開，15d后關閉2臺水泵，轉入正常運行。

2.3 部分河段拓寬改造

目前，三湘江有加固護坡的河道尚不完整，若要進行引水，必須先進行中上游河道的改造，對河道斷面進行拓寬、延伸，與前山村段對接，對于無法新開河道對接的河段（見圖1中B和C點），可埋設管道到現有河段的起端。同時，在進行河道改造的設計及施工中，應注意河道底高程的變化，防止因下游段高于上游段而導致澭水。

三湘江水深較小、水流平緩、水體類似兼性塘。河道改造中考慮水體自凈的因素，在關鍵節點設置增氧措施，增加水體含氧量，利用水體上層好氧微生物和底泥厭氧微生物的代謝活動，降解水體有機污染物。

2.3.1 設置跌水曝氣

在直線河道中間隔一段距離，在河道斷面砌筑擋水堰，在保證河道各段一定水深的同時，運行中利用堰流跌水作用，增加水體含氧量。堰高的取值需滿足河道泄洪流量要求，同時考慮沿線接入的雨污排水管高程，現場勘測后得出，堰體中間留一個泄水孔。

2.3.2 對接沿岸坑塘，進行推流曝氣

如西院村段西瑤社廟前坑塘，水體不流動，污染物堆積，水質容易惡化；可在此前河道中設置擋水堰，或積水區安裝推流曝氣裝置，在推動水體流動同時增氧。改造成類似于兼性塘的水塘，在入流段做導流設施，使水流能通過積水區往下游流動，避免積水區水流不流動導致水體惡化。

2.4 生物－生態修復

引水泵站設置，流量大的情況下可短期內使得水質達到Ⅲ類水標準，但是3～5d后水質又會惡化，若單純依靠引水工程保證內河水質，工程量大且長期運行成本太高。

城市河流修復的［6］目的是為了恢復和強化河流在受到破壞之前的自凈和生態功能，使河流能夠通過自我調節達到自我維持的狀態。為此，三湘江的整治除了控制外源污染外，還需結合生物修復技術，建立長效處理機制，維持河道良好生態。

2.4.1 微生物修復技術

適合于河流凈化的微生物主要有硝化菌、有機污染物高效降解菌和光合細菌。三湘江水深2.0～2.5m，水流控制在13m／h左右，讓水體呈緩流狀態。這種狀態下的河道具備兼性穩定塘的特征［7］。水體中細菌、藻類、原生動物、后生動物可構成具備厭氧、兼性氧、好氧分解的菌藻共生體系，對水中的污染物進行有效降解處理，并提供水生植物所需的營養物質［8］。上海、北京等地采用的復合酶生物促進劑原位生物－生態修復技術就是其中的一種形式。

2.4.2 設置河岸區植被保護帶

利用地表植被消耗和轉化易溶解的顆粒狀營養物。植被保護帶包括在河岸種植景觀樹和灌木、護坡種植水陸生景觀類植物。如閩南師范大學岸邊種植柳樹，既美觀環境，又有一定的生態修復功能。護坡植物可考慮美人蕉、短葉茳芏等水生植物。

2.4.3 種植水生植物［9］

利用植物的根系吸污納垢，吸收溶解在水中的N，P，同時植物光合作用下能夠釋放氧氣，增加水體含氧量。根據黃泱［2］2007年的研究，水葫蘆對水體中磷的去除率為73.8%，對N的去除率為80.6%，CODcr為90.6%；蔡佩英［10－11］2010－2011年對7種水生植物去除水中N，P效果進行了研究，其中鳳眼蓮對NH3－N處理效果最高（98.97%），美人蕉對TN和TP去除率最高，分別達到75.35%和83.48% ，且對NH3－N也有較高的處理能力。考慮到水葫蘆易大量繁殖，若不及時清理，其死亡腐爛后易導致水體水質惡化。水生植物首選美人蕉，為豐富水生植物種類，可在不同段種植長鬃蓼、美人蕉、短葉茳芏、鴨跖草、空心蓮子草、風車草等南方常見的水生植物。種植方式首選生物浮床技術［12］。植物修復技術主要有以下優點：低投資、低能耗；處理過程與自然生態系統有著更大的相融性，無二次污染；能實現水體營養平衡，改善水體的自凈能力，對水體的各種主要污染物均有良好的處理效果。

2.4.4 放養魚類和螺螄等水生動物

往三湘江內放養柳葉魚、過山魚、田螺等水生動物，豐富水體的生物食物鏈。利用魚類和螺螄的吞食作用、水體微生物的降解作用、水生植物的吸收作用及系統中的物理化學作用，降低水體的COD，BOD，N，P等污染指標，并維持在較低水平。

2.5 出水口前進行曝氣、沉淀和消毒

在出水口前的河段適當拓寬，減緩水體流動，在拓寬部分前端設置擋水低堰或在拓寬前的河道設置水面機械曝氣裝置，增加水體DO值，強化微生物處理能力。并把原有的泵站前池和自流排出通道合并，加大、加寬前池，增強蓄水能力。在中間設置隔墻將前池分為前后兩區（見圖3），枯水季節隔墻起到導流作用，同時強化沉淀效果，延長水力停留時間。考慮雨季排洪需要，隔墻起端墻體不宜太高，河道高水位時能通過這部分墻體溢流到后區。靠泵房部分隔墻設低堰，保證上部清澈水體進入后區。若要保證三湘江排出水水質優于九龍江水，還可以在后區設置消毒設施，建議采用太陽能光催化消毒設施。

3 修復工藝控制

3.1 方案1

在河道改造后，泵站啟動前，進行河道清淤，并對沿岸護坡及植物進行整理，分批種植水葫蘆、美人蕉、短葉茳芏或風車草等水生植物。就緒后，水泵機組全部啟動，使河道以最大水量沖淤，并將現有污染物排入九龍江。若沖淤效果不好，可考慮分支流處設水閘控制，支流分別沖淤。這個方案缺點是三湘江積累的污染物一次性短時間內排入九龍江，對九龍江的水質污染沖擊較大。

3.2 方案2

河道清淤后，提水泵站機組先全部開啟，并在排澇站處關閉水閘，待三湘江水位上漲到一定程度后，開啟部分水閘，并關閉2臺引水水泵，利用2臺水泵的流量保持水流流動，同時控制污染物排入九龍江的量。在整個生態系統建立完善后，三湘江水質將得到大的改善。這個方案的優點是有利于生態修復系統的建立，并且在系統啟動初期對九龍江的污染沖擊較小。

4 結 語

隨著人們對居住環境要求的提高和景觀生態城市概念的普及，引水沖污這種單一的處理手段已不符合時代的要求。內河水體常規水處理工藝和生物－生態處理理念的結合，已在多地證明其長效性。處理方案實施前，應經過嚴密的調研、分析、論證和設計，保證內河整治的效果，營造安全、宜居的景觀生態環境。

［1］鄭永裕.漳州市區三湘江水質污染檢測和分析［J］.漳州職業技術學院學報，2006（2）：24－27，116.

［2］黃泱，吳宏，許壽斌，等.水葫蘆對三湘江漳州師范學院河段水質影響研究［J］.漳州師范學院學報：自然科學版，2008（1）：78－81.

［3］孫娟，阮曉紅.引調清水改善南京城市內河水環境效應研究［J］.中國農村水利水電，2008（3）：29－31.

［4］顧俊，劉德啟，陸璐露，等.城市內河生物修復及其對底泥氮素轉化影響的實驗研究［J］.環境工程學報，2008（6）：733－736.

［5］陳志偉.關于在漳州市區內河水系上游建設提水泵站綜合治理內河污染的調研報告［A］.2007中國環境科學學會學術年會優秀論文集（上卷）［C］.中國環境科學學會，2007.

［6］陳學農.福州市內河水質污染原因及處理技術探討［J］.福建建筑，2008（9）：89－90，93.

［7］朱慶平，黃利群，葉亞琦，等.水生態文明建設中的城市內河綜合治理［J］.中國水利，2013，15：47－50，85.

［8］張自杰.排水工程（下冊）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008：258－277.

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［11］蔡佩英.水生植物對城市污水的生物凈化效果研究［D］：［碩士學位論文］.福州：福建農林大學，2008.

［12］李明傳.水環境生態修復國內外研究進展［J］.中國水利，2007，11：25－27.