常熟市城區興福片區斷頭浜水環境生態修復實踐

(1.南京瑞迪建設科技有限公司，江蘇 南京 210029；2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

常熟市位于江蘇省南部，地處太湖流域，境內水網密布，湖蕩眾多，河港縱橫，集鎮臨河，村落傍水，是典型的江南水鄉，人們習慣將小河流稱為河浜，而斷頭浜[1]是指一端是盲端的小河溝。由于其水體流動不暢、周邊環境污水灌入，流得進排不出，水體易發黑發臭[2]，嚴重制約了區域水質的整體提升。

目前，斷頭浜采用的活水[3]措施通常是在斷頭浜底部埋設鋼管，通過翻水泵將下游主干河道活水抽至斷頭浜上游，再讓活水從斷頭浜河槽自流進入下游主干河道。該方法對斷頭浜上游水質改善效果較好，下游效果較差，加之河道兩岸均為居民生活區，部分生活污水排入河道，水質基本處于Ⅳ～劣Ⅴ類，底泥污染嚴重。單一的活水措施可謂是治標不治本，現在難以滿足城市水環境生態綜合修復的要求，迫切需要探索標本兼治的綜合治理措施。

本文以常熟市城區興福片區斷頭(花園)浜整治為例，結合水動力與生態補水技術、原位生物強化與太陽能充氧耦合技術，通過河道清淤、翻板閘建設、生態浮床建設、系統集成等綜合治理措施對斷頭浜進行系統整治及效益分析。

1 區域水系概況與斷頭浜現狀

常熟市主要引排河道22條，200畝以上的湖蕩13個。河道和湖泊組成了一個可供引、排、調、蓄、航的水網水系，服務于工農業生產和人民生活。南福山塘是主城區北部一條重要的縱向引排水河道，南起北門翻水站，長3.2km，河底高程0.5m，平均河寬18.0m。雨季時，虞山北麓洪水沿興福片區內的報慈浜、花園浜等河道排入南福山塘。

花園浜全長865.0m，正常水深約1.7m，河口寬7.0～10.0m，西側連接虞山，東側連接福山塘。雨季時，花園浜作為虞山洪水的行洪通道，具有一定流動性，除雨季外，花園浜上游幾乎無水源補充，水體流動性差，為典型的斷頭浜形態。地理位置上，花園浜緊鄰古城區，老舊城市管網存在截污不徹底的現象，兩岸時有生活污水直排入河，導致河道水體黑臭，水質基本為劣Ⅴ類，尤其在7月、8月水體發灰嚴重，水面漂浮底泥發酵物質，嚴重影響周邊人居環境。而花園浜水體進入下游主城區主要引排水河道，將進一步影響福山塘水體水質。目前，花園浜底部埋設鋼管，通過泵站將下游主干河道河水抽至花園浜上游，再讓水體從斷頭浜河槽自流進入下游主干河道，形成活水。但是由于花園浜河道坡度較緩，水體在上游100.0m范圍內流動性較好，中下游水體流動性仍然很差，對水質的改善效果不明顯。近年來，隨著常熟經濟的發展，人民群眾追求舒適、健康生活品質的愿望日益強烈。為了改善常熟城區水環境及人居環境，避免影響下游區域水質達標，對花園浜這一典型黑臭斷頭浜進行源頭整治十分必要。同時，通過花園浜整治工程，探索形成一套行之有效、成本適中、易于維護管理、普遍適用的平原地區斷頭浜“黑臭”河道整治技術，并推廣到江蘇省內，乃至長三角地區，為建設水生態文明城市、宜居城市提供技術支持，也具有重要參考意義。

本文遵循傳統黑臭河道治理“截污、控源、活水、生態修復”四大原則，針對斷頭浜水體流動性差等特點，常熟市采用了“截污控源、內源治理、活水循環、清水補給、水質凈化、生態修復”的技術路線進行綜合整治修復。

2 修復工程措施

花園浜整治工程是一個系統性的工程，河道整治工程首先進行截污納管、底泥清淤，控制好外源和內源污染；在原有上游活水工程的基礎上，采用液壓翻板閘與微氧推流機相結合的梯級水力調控方法[4]，形成整體活水與局部活水相結合，逐級改造花園浜水質；針對現狀水體黑臭明顯的情況，臨時投放絮凝劑，加快河道水體懸浮物的沉降，改善感官效果；長期修復采用生態水草、生態浮床等措施進行水質凈化、改善生態。具體分類措施如下。

2.1 截污控源措施

花園浜整治工程采用干地進行清淤，淤泥無重金屬污染，淤泥封裝外運，曬干后棄置于指定的棄土區并填埋。清淤過程中同時對河道兩岸排水口進行調查，區別雨水口、排污口以及雨水污水混合口，發現排污口及時匯報河道管理部門，查明污水來源；在妥善安排好原污水去處后，對排污口進行封堵。

2.2 局部活水措施

針對花園浜現有活水工程仍然滿足不了水體流動性與水質要求的情況，治理工程在花園浜中下游采用液壓翻板閘與微氧推流機相結合的梯級水力調控方法，提高水體流動性。微氧推流機[5]利用專用潛水電機直接傳動葉輪高速旋轉，同時產生強大的軸向推力和徑向攪拌力，將吸入的空氣粉碎成細微氣泡，并且將氣、水混合體強力注入水中產生的氣水混合流，在離心力作用下急速排出，推動水層間的強勁流動，從而達到曝氣和推流攪拌混合的雙重作用。潛水推流曝氣機使水體攪動與充氧同時進行，氣泡細密，既可獲得較高的氧轉移率，又具有葉輪無堵塞優點。該方案集曝氣、攪拌、混合、推流于一體，解決有機廢水，有效曝氣充氧于一體(不需要配置鼓風機、管道、閥門及水泵等設備)，投資少、成本低、安裝簡捷、維護便利。通過充分曝氣與攪拌，能有效增加水體溶解氧含量，具有富氧、曝氣雙重功能，在加速水體循環的同時，可加速長期滯留于水體中的不易腐化的有機物分解，較大程度改善水體環境，促進城市河流生態系統恢復。

2.3 臨時投放絮凝劑

花園浜現狀水體渾濁、懸浮物較多，自然沉降較慢，為進一步提高花園浜水環境質量，改善花園浜河道感官效果，提高河道水體透明度，改善城市水景觀和沿河居民生活質量，該治理工程在河道蓄水初期投放絮凝劑。根據工程實施需要以及河道實際情況，采用原位水質凈化處理方案，在花園浜和福山塘交匯口處北側的花園浜翻水站位置處，建造絮凝劑(PAC)摻加系統。花園浜翻水站引福山塘來水進入泵站后，通過絮凝劑(PAC)摻加系統投加絮凝劑，用來強化懸浮物的沉淀效果。混合絮凝劑的河水通過地下暗管，從花園浜翻水站輸送至花園浜上游區域，懸浮物經混凝沉淀快速沉入上游河底，降低河道水體懸浮物濃度，河道水體感官效果和透明度改善明顯。

然而，若長期投放化學藥劑，將對河道底部土壤的pH環境和生物養分固結產生不利影響，因此后期水體凈化需依靠活水循環和生態水草等措施。

2.4 生態凈化措施

根據花園浜河道特性及水質特點，采用植物生態浮床與生態水草技術相結合的方式對花園浜進行生態治理[6]。

生態浮床[7-8]技術是運用無土栽培方式，以高分子材料為載體和基質，采用現代農藝與生態工程措施綜合集成的水面無土種植技術。通過水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生動物的攝食以及微生物群落的降解作用，去除水體中有機物、氮、磷等營養鹽，從而達到水質凈化的目的，同時營造優美的水面景觀。

生態水草[9]技術是將苦草、黑藻等生態水草布置于水中，生態水草表面將自然形成生態膜，生態膜中外層為藻菌共生層，內層為厭氧層。外層藻類通過光合作用產生氧氣供給好氧菌使用，促進好氧菌生長，而細菌代謝釋放出的CO2又成為藻類的碳源，促進了藻類的光合作用，形成了良好的共生環境。內層厭氧菌則承擔著反硝化作用，可將水體中的氨氮轉化成氮氣排入大氣，通過生態水草技術，配合曝氣工藝，可有效降解COD、BOD、NH3-N達20%以上，提高水體透明度30%以上。另一方面，形成的生態膜微生態系統中，藻類、原生動物等餌料生物還可作為食物來源供給水生動物，有利于提高食物鏈的初級生產力。

2.5 綜合自動化系統集成

生態治理工程一般具有一系列關鍵的調控設施、設備，而各類設施、設備的聯合調度和自動化管控能夠大幅節省人力、提高環境治理工程的整體效果，也為后續水環境的適應性管理提供了有力手段。該工程涉及的調控設施包括3臺微氧推流機、1號和2號液壓翻板閘、臨時絮凝劑摻加系統。建設遠程自動化控制系統，一方面可實現所有工情的自動化遠程監視和集群監控，提高工程自動化、集群化、智能化管理水平。另一方面，自動化監控系統建設完成后，可通過預留標準化接口，集成到整個常熟市城區暢流活水聯控聯調系統中，這將大幅提升城市河流的生態治理與有效管控效率。

該工程的遠程自動化監控系統包括工情遙測系統和遠程監測系統兩個子系統。工情遙測系統由遙測站和中心站兩部分組成，遙測站分別設置在微氧推流機、液壓翻板閘、絮凝劑摻加系統設備現場，中心站設置在花園浜水行政主管部門，實時接收現場監測信息。遙測站按照設定的工作方式自動采集傳感器的信息，通過分析處理單元、存儲單元、通訊單元向中心站發送最新遙測數據。中心站實時接收遙測站發來的數據包、自動檢查數據的幀格式，并進行合理性判斷，分類自動存儲，以立即數的形式進行顯示。系統對采集的各類數據進行計算與統計。顯示包括各類顯示圖、曲線、表格等，顯示實時數據及運行狀態、提供歷史數據曲線、報表查詢，各類報警信息統計表，操作記錄統計表、各類運行報表等。遠程監測系統采用分層分布開放式結構，控制權分“遠控、現地”兩級，越接近設備，控制權限越高，控制權順序為：現地、遠控。遠程控制與調節的對象主要為3臺微氧推流機、1號和2號液壓翻板閘、絮凝劑摻加系統。控制內容包括微氧推流機的開、停機操作，液壓翻板閘的升、降、停操作，絮凝劑摻加系統的啟、停操作等。現地通過按鈕或觸摸屏人機界面控制，遠程利用鼠標或鍵盤通過監控軟件控制。監控系統按照當前的運行控制方式和預定的參數進行控制調節，以滿足工程的實時控制要求。

2.6 整治效果

治理前花園浜水質多為劣Ⅴ類，部分水體黑臭，水動力條件差，部分河段淤積嚴重，底泥易擾動。

修復工程完成后，花園浜水動力提升明顯，尤其是下游河段表面流速達到0.1m/s以上。經過約半年的運行，花園浜水體透明度達到1m左右，水質得到明顯改善。

2018年6月對花園浜河道沿程取5處水樣進行檢測，主要水質指標達到《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅴ類水標準，水體全面消除黑臭，沿河檢測指標見表1。

表1 花園浜水質檢測結果

3 結論與建議

花園浜整治工程是常熟市斷頭浜水環境生態修復技術示范工程，該工程針對斷頭浜水體流動性差等特點，采用了“截污控源、內源治理、活水循環、清水補給、水質凈化、生態修復”的技術路線，在每個環節結合具體問題實施了較為有效的工程措施，并將各類關鍵調控設施進行自動化集成。工程實施后，花園浜水質環境得到較大改善，居民生活品質得到顯著提升。通過對花園浜整治進行總結，形成一套合理有效的斷頭浜治理系統，可為常熟市消除黑臭河道、改善城市水環境的目標提供技術支撐，也為其他城市河流環境治理，尤其是斷頭浜治理提供有益參考。但是在工程具體實施及后續運行管理過程中，仍存在如下問題有待進一步深入研究和探討：

a.花園浜整治工程屬于試驗性整治工程，工程中雖然采用了活水循環、清水補給、水質凈化、生態修復等一系列工程措施，但實施過程中發現河流沿線排污管截污不徹底，治理效果大打折扣，控源截污是基礎工作，施工過程中應協調處理現狀排污問題，對截污不徹底的污水口進行封堵。

b.工程實施后配套建設的遠程自動化監控系統是水環境治理工程聯合調度和高效運行管理的有力手段。但是目前各集成系統還處于試運行階段，因此開展試驗性調度，探索配套設施的調控與水環境質量的響應關系，建立相應的反饋調節機制，可為常熟市斷頭浜水環境治理工程提供科學依據，也可為后續水環境的適應性管理提供參考借鑒。?