蘇州市中心城區清水工程水環境改善研究

王朝勇，程 穎，余歆睿，肖玲敏，喬利偉，胡玉青，姜 偉

(1.蘇州市水利工程管理處，江蘇 蘇州 215011；2.蘇州市水利工程建設處，江蘇 蘇州 215011；3.蘇州市河道管理處，江蘇 蘇州 215004)

平原河網區通過調水引流引入優質水源、合理調度運行，不僅能稀釋污水，增加水環境容量，更重要的是能激活水流，增加流速，使水體中氧濃度增加，水體自凈能力增強，水生生物活性增強，通過多種生物的新陳代謝作用達到凈化水質的目的[1]。在感潮河網地區，充分利用充沛的過境清水和感潮河網潮汐水動力特性，發揮己建水利工程作用進行調度，促進水體良性循環，具有效果好、費用低、運行管理相對簡單的特點。

國內自20世紀80年代末開始引水沖污、引清調水改善水環境的試驗嘗試[2- 5]。蘇州自2014年開展了“活水自流”工程建設，通過引清調水增加水環境容量、河道流速，利用已有閘泵站和新建活動溢流堰調控水位，合理分配河道分流比，實現河道按需分配，水體有序流動，最大程度地發揮河道的功能[6- 7]。

本文選擇水系發達的蘇州作為研究對象，通過源水清水工程，實現源水去污和清水入區，通過控導工程，實現片區內水系水量和流向的精準化控制，研究平原河網區引清入城的改善效果，以期為水資源高效利用、水環境改善提供參考。

1 區域概況及水環境現狀

1.1 區域概況

蘇州市坐落于富庶的長江三角洲地區地理中心，太湖之濱，地形以平原為主，本文研究區域所在的平江歷史片區屬于蘇州市姑蘇區，姑蘇區河道縱橫有序，水網密度大，區內西郭橋浜以南區水系呈發散性網狀分布，中部為已有千年歷史環繞蘇州古城的矩形環城河，環城河內水系發達，主要河道包括臨頓河、平江河、桃塢河、干將河、道前河、十全河、學士河等，現有河道總長34.72km。

姑蘇區內地勢低平，河流比降小，水流平緩、迂回，順逆不定。2014年古城區實施“活水自流”后，城內水位受人為控制，以西塘河-北環城河為界，北片北環城河水位控制在3.3m左右，南片大龍港等周邊河道水位控制在2.8m左右。南北形成穩定水勢，結合外圍控制樞紐的聯合調度，城區河道總體形成由北向南流水。

1.2 水環境現狀

蘇州近年來實施了一系列節水、減排、控源、截污、調水等工程[8]，全市水功能區水質達標率由2010年的50.5%上升到2017年的80.40%，V類和劣V類水質斷面則由43.9%下降到2.0%，水環境治理取得了較大的成效。但目前仍存在以下問題。

1.2.1源水水質濁度偏高

蘇州市區景觀河道的水源主要來自于西塘河、外塘河的引水。水源水質濁度較高，最高值達到87.3NTU，平均值為51.6NTU；水體的感官性指標如嗅味、透明度等較差，在5—9月期間，常能檢測出土腥味；區域供水水源水質基本保持穩定為III～V類。

1.2.2河道水質感觀效果不佳、質量不穩定

河道水體透明度仍基本維持在30～50cm，與百姓的期望值尚有較大差距。

1.2.3河道水生態系統受到破壞

由于水體懸浮物(濁度)較高，透明度低，河底光照差，難以滿足水生植物生長光照需求，河道水生態恢復非常不理想。同時，每年春、夏季藻類生長繁盛，外部調水將會引入大量的藻類進入古城區河道，進一步惡化水生態系統的健康。

1.2.4河道水流控制難度大

古城區雖然整體水勢由北向南而降，但由于古城區河道數量眾多，縱橫交錯，區域內部分河道缺少控導措施，局部河道水系呈現逆向流動或靜止“死水”現象。

2 清水工程內容

2.1 源水清水工程

通過水質調配、氣浮、沉淀、過濾等成熟的水質凈化處理方式；或者基于人工濕地和水生植物的自然凈化方式，源水去污，提升源水水質，實現“清水”入區。

2.1.1源水清水工程規模

平江歷史片區清水工程核心目標是透明度等感觀指標的改善，以清水作為補水水源為研究前提，在蘇州整個城區清水入城水質水量模擬的基礎上，根據實測模型和數學模型論證，清水供水模擬本著適當流速和清水置換速率、減少入區清水量的原則，結合平江歷史片區內河道分布分析流量對置換時間和生態流量的影響，適當考慮一定的抗風險能力和應急送清能力，綜合擬定入城凈水規模。

2.1.2源水清水工程工藝

平江歷史片區水源水質表現為常年濁度、色度高，并伴有藻類季節性繁殖的特點，水體環境基本為III～IV類的質量標準。由于河道水體污染物水平整體與黑臭河道有本質區別，結合本次項目目標，消除直接影響感官指標懸浮物因素，首要目標是提高水體的透明度，提升感觀效果，同時需要考慮降低耗氧量、氮和磷，有效控制藻類在后續河道內繁殖生長因素。

2.1.2.1 預處理技術

預處理作為水質固液分離凈化設施的第一個處理單元，對保證后續處理設施的穩定運行具有重要作用[9]。通過建設預處理設施，可初步去除水體中可能出現的沖擊性濁度、藻類等問題。水中無機顆粒和大直徑有機顆粒靠自然沉淀作用可去除，小直徑有機顆粒靠微生物降解作用去除，而小直徑無機顆粒(包括尺度大小在膠體和亞膠體范圍內的無機顆粒)則要靠絮體吸附、網絡作用，通過沉淀、氣浮去除。

2.1.2.2 凈水主體工藝

凈水處理工藝中常采用混凝氣浮一體化、人工濕地生態處理技術、保安過濾+生態膜過濾技術[10- 11]，其性能對比結果見表1。

結合源水水質情況、用地規模、運行穩定、水質要求等因素，混凝+氣浮+砂濾和人工濕地方案主要在出水生態兼容性、出水水質和占地面積幾個方面均存在難以克服的問題，而預處理+保安過濾+生態膜過濾方案可以利用生態膜的高效物理截留方法，處理效果穩定、高效、空間利用率高，特別適合于無充足土地可供、出水要求高的場合，在本項目條件下具有明顯的技術和配套條件等方面的優勢。因此本工程推薦選用預處理+保安過濾+生態膜過濾凈水方案，確保實現平江歷史片區河道透明度和感觀效果明顯提升的目標。

表1 三種凈水處理工藝比較表

2.1.2.3 排泥水處理方案

河道水體中含有多種有機與無機物質，通過凈水工藝處理，大部分均以生產排泥水的形式存在，由于含水率高、量大，需經過減量化處理，以便于運輸與后期處置，并盡量實現資源化。

本方案擬設計板框脫水機對排泥水進行處理，板框脫水機的優點是一次性處理量大，脫水泥餅含固率高，能夠很大程度上節省污泥堆置，對于河水懸浮物產生的泥餅可直接脫水至60%。盡量降低泥餅含水率，減少污泥產量，減輕后續運輸和處置壓力。脫水后泥餅由環衛部門統一處理。

2.2 控導工程

通過閘門修復和改造有控制地自流配水，確保經過處理后的清水可以針對性地自北向南、自西向東供給平江歷史片區河道，實現片區內水系流向有效控制，同時建設在線監測系統，實時監測平江歷史片區內河道關鍵水體交換點的水質變化，以更有效地遠程控制閘門啟閉及開度，精準控制河道水量分配，高效發揮清水工程實施效果，提高水體水質穩定性。

2.2.1閘門修復與改造

通過閘門修復和改造，建立基于在線監測系統的閘門精準化調控，實時動態調節各閘門的出水流量和水系流態。

對于具備修復條件的閘門進行修復，不具備修復條件的進行整體更換，避免閘板漏水，使其具備小流量出水條件，實現水流流向和流量的精準化控制。

2.2.2在線監測

在線監測裝置主要分布于各閘門附近，實時監測平江歷史片區內河道關鍵水體交換點的水質，包括濁度、溶解氧和液位等指標，以更有效地遠程控制閘門啟閉及開度。

3 結論

清水工程主要采用以生態膜過濾河道源水為主體單元的工藝路線，處理效果穩定可靠，出水水質生態兼容性好，有利于水體生態系統的恢復，風險較低，在政策、資金、技術工藝和工程實施方面均具有良好可行性，結合控導工程精準控制河道水量分配，促進水體流動，顯著提升蘇州姑蘇區河道水質，河道透明度達到1m以上，大大提升河道感官，具有顯著的環境和社會效益，可為其他平原河網地區水環境改善提供參考。