人工穩定生態系統構建技術應用于宿遷馬陵河道治理項目的效果分析

(上海汀瀅環保科技有限公司，上海 201707)

隨著人們生活水平的不斷提高，對河流水質的要求也越來越高，水體清澈、魚翔淺底、水清岸綠等成為居民向往的環境。針對我國水環境的嚴峻形勢，2015年國務院發布《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)，水生態治理逐步成為河道修復治理的主流技術[1-2]。隨著城市黑臭河道的逐步消除，“清水型河道”逐漸生成，但現階段清水型河道存在岸坡硬質化，生態系統缺失、自凈能力弱、水質不穩定、夏季易現藍藻暴發、水體透明度不佳等問題，已成為當今河道修復治理的又一研究難點及熱點。本文以宿遷馬陵河為例，介紹該河道利用人工穩定生態系統構建技術的工藝方案，分析工程實施前后的水質變化情況及治理成效，以期為類似河道的治理提供參考經驗。

1 宿遷馬陵河道項目概況

馬陵河為老城區雨水外排骨干河道，現狀底寬8.0～35.0m，底高程18.0～15.6m，沿線地面高程22.7～19.5m。對試點馬陵河宿城區段(即八一路至西湖路段)進行水環境生態治理，具體位置見圖1，全長1.6km，平均河口寬10.0m。根據現場踏勘，馬陵河宿城區段河道兩側均為硬質護岸，無植物生長；河道內僅有少量水生植物，河底有底棲藻類生長；河道生態系統嚴重缺失，水體基本喪失自凈能力，為典型的中心城區硬質化河道，現狀圖見圖2。高溫季節水體發綠，感官較差，嚴重時大面積藍藻漂浮；河道底部存在黑臭淤泥，持續向上覆水體釋放污染物質；第三方水質監測數據表明(見表1)，馬陵河道水質基本處于Ⅳ類水質，主要超標因子為氨氮。本工程治理目標為水質穩步提升至Ⅲ類水質。

圖1 馬陵河治理范圍位置

圖2 馬陵河現狀

采樣時間采樣位置DO/(mg/L)透明度/cmCOD/(mg/L)NH4-N/(mg/L)TP/(mg/L)2018-05-10(施工前)八一路4.4568160.840.085洪澤湖路5.1875181.020.083西湖路5.6570141.080.083地表Ⅲ類水質標準5.00—201.000.200

2 治理方案設計

2.1 治理思路

人工穩定生態系統技術堅持生態治理原則，主要針對城市硬質化河道底棲藻類暴發性上浮、底泥黑臭、生態系統喪失、物種單一、抗污染負荷能力弱等問題[3]，核心在于恢復和提高河道的自凈能力，重點通過人工構建健康生物群落，維持水生態系統穩定平衡，從而實現河道水質及水景觀良好。

2.2 三大關鍵技術亮點

本次水質提升主要考慮底泥改良和生態系統構建。本次設計因地制宜，充分運用三大關鍵技術，技術路線見圖3。

圖3 水環境治理技術路線

2.2.1 底泥界面重塑技術

秉承“泥水共治”理念，在精準診斷底泥污染分布及程度的基礎上，針對性開展河流底質薄層生態清淤，大幅降低底泥清理工作量，并輔以投加生物底泥改良材料，改善底質條件，實現泥水共治。改變傳統水環境治理中盲目清淤、不重視底泥氧化環境提升的問題，使硬質河道退化型惡化底質成功修復為河流污染物“消化池”及水生生物棲息地。

該項目選擇改性材料怡水凈。怡水凈是以厚殼貽貝等生物材料，通過特殊的改性加工工藝制成的復合貝殼改性生物材料，具有吸附能力強、效果明顯、見效快、成本較低、環境友好、無二次污染等優點。根據河道底泥深度及污染程度，項目設計怡水凈投加密度為 300～600g/m2。

2.2.2 生態導流促生技術

運用水力生態導流手段，利用現有兩道鋼壩門，根據植物生長需要進行生態調控，形成梯級凈化格局，跌水復氧，大大提高水質凈化效果。使河道水體流態多樣化、復雜化，輔助水質改善，并為各類水生動植物繁殖、生長、棲息創造良好環境。

馬陵河在馬陵路與西湖路上游處各有1座鋼壩門，利用兩座鋼壩門形成梯級生物凈化格局，對河道水位、流速進行人工干預，增加溶解氧，有利于水生植物的生長。另外，梯級布局可促進水體中懸浮顆粒物的沉淀，有效提高透明度，提升感官效果。梯級布局的設置是水力生態導流的一種形式，配合生物修復中的曝氣增氧設備的使用，使河道水體流態多樣化、復雜化，輔助水質改善。

2.2.3 生物競爭抑藻技術

以構建沉水植物為主，選用矮型苦草、馬來眼子菜、狐尾藻及金魚藻等品種(適宜本土生長，去除污染物及抑藻效果較好)[4]，沉水植物種植覆蓋率達到60%，輔以挺水植物、浮水植物及水生動物人工構建生態系統，通過生態系統人工調控及優化，浮游動物、底棲動物及魚類種群得到合理恢復，形成完善而穩定的河流水生態系統，抑制底棲藻類暴發，使得城市硬質化河道形成較強自凈能力，水體清澈，景觀優美宜人[5]。與傳統抑藻技術相比，該技術具有抑藻效果好、生態建群快、水質及水景觀改善效果迅速、良好水質維持時間長、污染吸收能力強、運行費用低、適用范圍廣等優點。

該項目共種植沉水植物10000m2，安裝復合生態浮床540m2，種植浮水植物100m2，投放底棲生物200kg，并安裝2臺噴泉曝氣機輔助增氧，以逐漸恢復河道內生態鏈的完整性。

3 結果與分析

3.1 水質效果分析

在馬陵河及上下游共設置5個監測點，即上游監測點環城北路，治理段監測點八一路、洪澤湖路及西湖路，下游監測點鐘吾路。點位分布見圖4。

圖4 監測點位分布

在項目施工前(2018年5月)和施工完成水質穩定(2018年9月)后6個月分別進行了采樣監測，監測指標包括溶解氧、透明度、化學需氧量、氨氮及總磷五大常規指標。

3.1.1 水質橫向對比

通過對上游段、治理段及下游段近6個月的數據進行整理、分析，其各監測點各指標含量變化見圖5～圖9，由圖5可以看出，治理段各指標均優于上下段指標，其中溶解氧含量較上游段平均提升18%，主要是相對于挺水、浮水植物，沉水植物光合作用產生的氧氣全部釋放到水中，其增氧能力較強。

圖5 監測點溶解氧含量變化

由圖6可以看出，治理段水體透明度相對較高，基本處于150cm左右(2019年1月雨期較多，透明度略低)，相對上游平均提升45.3%。表明沉水植物能夠截留水中顆粒物，易于顆粒物的沉積，從而改善水體透明度。

由圖7～圖9可以看出，治理段化學需氧量、氨氮及總磷指標均明顯低于上下游段。其中中段(洪澤湖路)相對于上游，氨氮平均相對降低47.9%，總磷平均相對降低71.6%，其中氨氮、總磷指標達到地表水Ⅱ類水質標準，化學需氧量達到地表水Ⅲ類水質標準，表明治理段營養物質的吸收及污染物質的降解能力較強。

圖6 監測點透明度變化

圖7 監測點化學需氧量含量變化

圖8 監測點氨氮含量變化

圖9 監測點總磷含量變化

3.1.2 水質縱向對比

選取治理段中游監測點洪澤湖路為研究對象，對比治理前后水質變化情況(見圖10、圖11)，可以看出：2019年2月與2018年5月(治理前)相比溶解氧含量提升37.3%；透明度相對提升48%；氨氮含量相對削減72.5%；總磷含量相對削減73.49%；化學需氧量含量變化幅度不大，相對削減16.7%；可見穩定生態構建技術對氨氮、總磷營養物質去除效果最佳。

圖10 洪澤湖點溶解氧及透明度變化情況

圖11 洪澤湖點氨氮、總磷及COD變化情況

3.2 感官效果

3.2.1 底泥改良效果

項目實施前底泥黑臭，存在內源污染，對河道水質影響較大，對其進行泥水界面重塑后，底泥呈現出正常的黃色，無異味，見圖12。

3.2.2 河道整體感官

選取馬陵河河道兩個斷面進行治理前后實景效果對比，明顯發現治理后的馬陵河水體清澈見底，水下植

圖12 底泥改良前后對比

被長勢良好，河面挺水植物和浮水植物增加河道生態性和觀賞性，整體感官良好，初步形成清水型河道效果，達到了設計目標，見圖13。

3.3 生物多樣性分析

為了評估工程效果，2018年11月對馬陵河治理段進行了系統的生態學調查。

調查發現治理段植物共計19種，其中高等維管束植物18種，分屬于15科18屬；藻類1種。沉水植物密度高，河底植被覆蓋率超過90%；挺水植物和濕生植物主要分布在河道兩岸，相對蓋度高。

a.沉水植物7種，苦草、伊樂藻、輪葉黑藻、狐尾藻、菹草、金魚藻及大茨藻，占物種總數的37%。

b.浮水植物2種，睡蓮及水綿，占物種總數的11%。

c.挺水植物7種，香蒲、蘆葦、再力花、銅錢草、鳶尾、水蔥及梭魚草，占物種總數的37%。

d.濕生植物3種，鱧腸、卷耳、鵝腸菜，占物種總數的15%。

對馬陵河治理段治理前后物種豐富度進行對比，見圖14，不論是水生植物還是水生動物，治理后物種豐富度都明顯增加，抗沖擊能力大大增強。治理段已經

圖13 治理前后對比

由以浮游藻類、底棲藻類為主的濁水態藻型生態系統轉變為以沉水植物為主的清水態草型生態系統。

圖14 治理段物種豐富度指數對比

4 結 論

a.宿遷馬陵河為較典型的清水型河道，通過人工生態系統構建技術對其進行治理，水質基本穩定在地表水Ⅱ類水質，透明度提升至近1.5m。

b.堅持生態治理原則，應用泥水界面重塑、生態導流促生、生物競爭抑藻等關鍵技術，人工構建穩定生態系統，治理段較上下游段各指標均有改善，治理段相對上游段溶解氧平均提升18%，透明度平均提升45.3%；氨氮、總磷分別降低47.9%、71.6%。另外治理后，氨氮及總磷指標提升至地表水Ⅱ類水質標準，化學需氧量變化幅度不大，基本穩定在地表Ⅲ類水質標準。

c.該治理項目實施后，底泥感官及景觀效果均有明顯改善；生物多樣性大幅度提高，治理段已經由以浮游藻類、底棲藻類為主的濁水態藻型生態系統轉變為以沉水植物為主的清水態草型生態系統。

d.河道的水生態治理項目環境條件較為復雜，岸線、排口、水生植物養護及設備維修等都需要專業的維護及后期科學的管理，才能保障河道能夠真正達到生態系統及水質穩定。