南京市水環境整治思路探討
——以金川河水環境提升工程為例

朱國忠，李 郁，喻 石

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

南京主城內，低山、丘陵、階地、平原與江、河、湖泊交錯相會，河網較為發達，對城市的排水起到非常重要的作用，并可適當地調節市內氣候。寧鎮山脈向西延伸的殘丘及黃土崗地橫亙老城區中北部，它與紫金山主峰構成主城內兩大水系的分水嶺，南屬秦淮河水系，北屬金川河水系。城東北的曉莊至老山一線高地是北十里長溝諸支與金川河水系的分水嶺，北十里長溝向北直接排水入長江。河西新城區分別排水到周邊的秦淮河、秦淮新河與長江。

河溪是人類活動最密集的地方，河溪生態系統是流域中最具有生命力和變化的景觀形態，是流域中最理想的生境走廊[1]。本文將以金川河水環境提升工程為例，對南京水環境整治思路進行探討，這對實現計劃中所提出的目標具有十分重要的意義。

1 金川河流域概況

南京城區外金川河、內金川河主流、內金川河老主流、內金川河西支、內金川河中支、內金川河東支6條河道均屬金川河水系。內金川河主流—外金川河東起玄武湖大樹根閘，經金貿橋、金川河節制閘、長平橋、水關橋、回龍橋，一路向北經寶塔橋入長江。以金川河節制閘作為分界線，金川河節制閘至入江口為外金川河，長約2.9 km；大樹根閘至金川河節制閘為內金川河主流，長約2.9 km。此外，內金川河還包括4條支流：老主流長約1.3 km，西支長約1.3 km，中支長約2.45 km，東支長約1.3 km。

2 金川河水環境現狀、問題及治理歷史

2.1 水資源現狀

區內現狀主要補水水源來自外秦淮河和玄武湖，輔以部分清潔水源，如表1所示。主要補水工程為小桃園泵站、定淮門泵站、大樹根閘和和平門閘。

表1 金川河片區補水點情況

2.2 水環境現狀

2.2.1 污水處理系統概況

目前，本項目涉及區域有城北污水處理廠1座，金川河周邊區域均屬于城北污水處理系統范圍。城北污水處理系統設計規模為30萬m3/d，實際已超負荷運行。原污水收集系統主要為截流制，目前正逐步改造為分流制。

南京城北污水收集區域劃分為五個區域，即內金川河片區、原下關片區、外金川河片區、南十里長溝區域以及玄武路區域。

2.2.2 水質概況

根據南京市生態環境部門提供的內金川河水系和外金川河水系2018年1-5月水質監測數據進行水環境質量評價，結果如下：溶解氧均達到地表水環境質量Ⅴ類標準，部分月份達到Ⅳ類標準；透明度月均值保持在30～60 cm；pH值均處于6～9，滿足地表水環境質量Ⅴ類標準要求；各斷面的氨氮均超過地表水環境質量Ⅴ類標準限值，為劣Ⅴ類。

從檢測結果看，內金川河東支、中支、西支、老主流、金川河主流、外金川河、南十里長溝主流、城北護城河、西北護城河水質為劣Ⅴ類，張王廟溝、南十里長溝一支水質未能穩定達到Ⅴ類。各河道水質主要超標因子是氨氮。

2.2.3 污染源概況

項目區域內，河流污染源主要有面源、內源、點源三類。

（1）面源污染。面源污染主要來源于河道兩岸的企事業單位、居住區等硬質化的地面及路面，由于缺乏初雨截流調蓄系統，地表污染物隨雨水沖刷通過城鎮地表徑流進入區域河道。

（2）內源污染。內源污染主要指進入河道中的各類物質通過各種物理、化學和生物作用，逐漸沉降至河道底質表層。積累在底泥表層的氮、磷、重金屬等物質，在一定的物理化學及環境條件下，從底泥中釋放出來而重新進入水中，形成二次污染。由于河道水動力條件差，目前，河道存在一定程度的淤積，淤泥釋放出的污染物會持續惡化河道水質。

（3）點源污染。沿河排口污染主要來源如表2所示。

表2 排口污染來源情況調查

2.2.4 排口調查概況

根據本項目可行性研究報告，外金川、內金川主流、內金川老主流、內金川東支、內金川中支、內金川西支、城北護城河晴天有污水下河的排口共21個，兩座雨水泵站旱天排水。

兩座旱天排水的雨水泵站分別為方家營泵站及金陵鄉泵站，其排水情況如下。一是方家營泵站，由于城北水廠現狀已滿負荷運行，通過泵將泵站前池中的水向外抽排至外金川河，夜間排放，每晚2次，總排放量約為8 000 m3/d；二是金陵鄉泵站，通過泵將二仙溝中的河水向外抽排至外金川河，夜間排放，每晚2次，總排放量約為13 600 m3/d。

2.3 水生態現狀

2.3.1 外金川河水生態現狀

外金川河2016年進行過生態水環境的治理，兩側岸線以上景觀布置環境較好，目前已完成兩側景觀護欄設施施工。兩側護岸采用漿砌石硬化，河底兩側靠岸區域也已硬化，中間為土質底泥。水體透明度較低，河底底泥外翻現象嚴重，河道兩側均勻分布種植池，池內水生植物有再力花、美人蕉、菖蒲等，局部區域長勢較好。在寶塔橋附近河道岸邊發現少量水泥砌塊盆栽，沉水植物零星生長，但由于水質較差和底質的限制，沉水植物長勢較差，以單株形式或單叢形式生長為主，生長量極少，無法形成規模，而且沉水植物的品種單一。河道內有成群小魚游動，底棲動物對于底層水體改善起到關鍵性作用，而在河道內暫未形成規模底棲動物生長。

西北護城河部分河段河岸為直立和塊石擋墻，岸坡上有植被分布，水流較深，河道內有成群小魚游動。城北護城河岸邊設置有生態護坡及人行步道，具有一定的親水空間。二仙溝兩岸呈現居民側植被稀疏、對岸植被茂密的境況，兩岸擋墻直立。

2.3.2 內金川河水生態概況

內金川河水系河流大多位于居民區內，河道兩側多為與河道緊鄰、排列緊密的建筑群，部分區域兩側景觀綠化完善，但河道整體呈現一種內向、封閉的空間狀態，水生態功能基本喪失。河道兩側已無生態護坡，以直立和塊石擋墻為主，河底大部分已硬化。從大樹根閘至入江口，內金川河河道內未看到水生生物存在，魚蝦基本絕跡，生態系統極為脆弱，對于污水下河情況非常敏感，嚴重依賴上游補水，河道基本喪失自凈能力。駁岸與水系多為垂直關系，人無法靠近水面。現狀駁岸形式難以形成依水而生的生態體系，減弱了水體對城市的生態調節作用。

內金川河中支、東支河道中均設置有曝氣設備，東支河道中無水生植物生長，河岸兩側固化明顯，植被稀疏。中支兩側岸坡固化明顯，河道中無水生植物，但岸上植被較為豐富。老主流河段兩側岸坡固化明顯，部分河段岸坡上有茂密植被。

2.4 歷年河道整治情況及遺留問題

隨著經濟社會發展方式的轉變，人們對城市環境提出了新的要求，對城市河道環境的期望也越來越高[2]。

2016年，內金川河主流、內金川河老主流實施了清淤工程、排口截污工程和景觀工程。2017年，外金川河、內金川河西支、中支、東支實施了清淤工程、排口截污工程、景觀工程、引流補水工程、岸坡整治工程和生態治理工程。工程范圍內，河道在整治前共有排口511個，通過歷年河道整治，目前晴天仍有21個污水下河排口，河道基本消除黑臭。現階段，與污水處理系統直接連通的雨水排口有4個，在污水處理系統高水位運行情況下有大量污水排出。此外，方家營塘泵站每天有8 000 m3污水排到寶塔橋考核斷面上游，影響考核斷面水質。現狀內金川河河道兩側多為與河道緊鄰、排列緊密的建筑群，河道兩側以直立和塊石擋墻為主，河底大部分已硬化，無生態緩沖和污染截留能功能，河道整體呈現一種內向、封閉的空間狀態，水生態功能基本喪失。

由于污水系統高水位影響，在對現狀排口進行治理后，污水由其他排口排出的概率很大，難以有效緩解污水下河壓力，河道水質惡化風險很大，嚴重影響水質達標。由于金川河流域仍有大量雨污合流管道、板涵、泵站，雨況下大量雨污合流水進入河道，現狀無相應治理應對措施，雨后河道水質超標現象難以及時有效解決。金川河沿線雨污泵站、合流板涵閘門、應急排放口晴天排污現象普遍，嚴重影響河道水質達標。

3 水環境整治實施方案

3.1 工程設計原則

工程設計原則為：明確目標，整體規劃；因地制宜，標本兼治；生態改善，長效保持；智慧運維，科學管理。

3.2 水環境整治技術路線

河道整治工程所追求的重要目標就是要協調城鎮發展與河道生態保護的關系，同時盡量維護河道原有的自然地貌和水文特征，保持河流景觀與其周圍環境的和諧[3]。水環境綜合整治的技術路線為“控源截污、內源治理；活水循環、清水補給；水質凈化、生態修復”，其中“控源截污”處于首要地位，關系到河道整治的最終成果。在工程治理中，以控源截污為主，內源治理為輔，同時考慮結合雨污分流的推進，杜絕污水直排入河，處理處置污染底泥，減少合流溢流與初小雨污染，嚴格控制污染物入河，提升河道水質。在此基礎上，進行活水調度、調蓄攔蓄、生態改善以及景觀建設等活動，保證整治措施的系統性和長效性。水環境整治技術路線如圖1所示。

圖1 水環境整治技術路線

3.3 水環境整治方案

3.3.1 控源截污工程

截污治污是一個系統工程[4]。通盤考慮金川河水系，目前8條河道存在晴天有污水下河的排口21個，外金川河有排口1個，內金川主流有排口7個，內金川河東支有排口7個，城北護城河有排口1個，西北護城河有排口5個。需要對其進行整治，確保旱季污水不入河。根據排污口特征，本次21個排口分4種，分述如下。

一是前期治理方案中有治理措施，但因污水水位較高，截流措施失效的雨水排口。此類排口整治措施為將現狀截流井改造成雙控型智能截流井，通過控制截污管及出水管口的液壓閘起閉，以達到晴天污水不下河的目的。

二是目前沒有整治的雨水直排口。此類排口整治措施為新建截流井，將污水接入污水管道。近期城北污水處理廠無法處理服務范圍內產生的污水以及新建截流措施后污水管網內增加的污水，勢必會引起污水管網內的污水量增加，進而引起污水井內水位上升，為防止污水溢流，本次新建的截流井采用雙控型智能截流井。

三是合流排口。整治措施為拆除原有閘門，新建電動閘門。

四是現狀旱天排污的雨水泵站排口。整治措施為對雨水泵站前池污水來源進行調查，滿足關閉污水下河通道條件的關閉下河通道；對無法關閉的，采用一體化處理設備進行處理，處理后的水達標后回流到水體中。

3.3.2 清淤疏浚工程

關于河道淤積的研究和對策，現有的成功經驗和研究成果可以作為工程治理的參考[5]。根據相關測量成果及河道歷年淤積速度，結合現狀河底硬質情況以及河道岸坡穩定情況，外金川河平均清淤深度為0.51 m，內金川河及其主流平均清淤深度為0.64 m，內金川河老主流平均清淤深度為0.32 m，內金川河東支平均清淤深度為0.23 m，內金川河西支平均清淤深度為0.15 m，內金川河中支平均清淤深度為0.31 m。

由于清淤工期很短，清淤工程量較大，為盡可能降低工程實施對周圍環境的不利影響，經綜合分析，筆者確定本工程清淤采用水力沖挖法。清淤總量約為49 700 m3。清淤疏浚前后，工程現場實際情況如圖2所示。

圖2 清淤疏浚工程現場照片

3.3.3 生態補水工程

研究表明，采取適當的引補水措施，可保障入江口斷面水質達標[6]。生態補水工程主要包含三部分：上元門水廠至大廟溝補水系統、金陵鄉泵站長流水功能改造、定準門泵站擴容改造。

（1）上元門水廠至大廟溝補水系統。現狀上元門水廠至玄武湖為28萬t/d的DN1000補水管道，該管道在中央北路與金碧路交叉口管道處新增直徑800 mm“T口”，引上元門水廠部分補水通過DN800管道（流速為1.13 m/s）至大廟溝起點，補水管道長1.7 km，日補水量約為5萬m3。

（2）金陵鄉泵站長流水功能改造。金陵鄉現泵站站房內增加2臺（1用1備）625 m3/h、揚程10 m、功率30 kW泵組。

（3）定準門泵站擴容改造。現狀定淮門泵站規模為0.4 m3/s，共3臺泵，管徑為DN700（流速1.05 m/s）。改造工程將原3臺泵換為720 m3/h、揚程25 m、功率75 kW泵組。

3.3.4 水位優化控制工程

為優化金川河水位調控方案，營造適宜景觀水面，建設水位優化控制工程。工程具體包括：改造外金川河口閘1座，氣盾壩閘門尺寸為4 m×20 m；新建內金川河主流分水堰（閘1座，壩寬17.0 m，蓄水高度為2.4 m）；新建東支跌水堰3座，蓄水高度為0.5 m。改造前后，外金川河口閘現場情況如圖3所示。

圖3 外金川河口閘改造現場照片

3.3.5 生態修復及自動化工程

對內金川河、外金川河、內金川河老主流、東支、西支、中支、城北護城河等和二仙溝等水體實施生態修復工程。另外，根據金川河河道及水環境管理的具體需求，設置水文水質感知監測斷面，對金川河河道水環境質量進行管控。

（1）生態修復。對內金川河、外金川河、內金川河老主流、東支、西支、中支、城北護城河等和二仙溝等水體實施生態修復工程，包括曝氣復氧工程、載體固化微生物工程、生態驛站工程、沉水植物構建工程和生態岸線優化工程等。

設置微納米曝氣復氧設備10臺，噴泉曝氣機6臺，載體固化微生物設備2臺，EHBR系統3 492組，生態驛站2 000 m2，沉水植物構建13 700 m2，生態綠墻700 m2，生態滯留池550 m2。

（2）信息自動化工程。在金川河流域設置6個河道水文水質感知監測斷面，主要監測指標包括常規五參數（溫度、pH、電導率、溶解氧、濁度）、COD、氨氮、水位、流量等。

結合配套建設的視頻采集系統、數據傳輸系統、數據處理中心等，構建河道水質感知監控網絡，并在此基礎上開發河道水質監控預警系統，系統包括PC桌面版本和手機APP版本，為金川河水環境長效管理提供技術支撐。

3.3.6 水景觀工程

近年來，國內相關部門吸取了國外經驗，在城鎮河道整治中注重河道的生態保護及城鎮的景觀效應，生態河堤建設是目前國際上河流治理與建設的新趨勢[7-8]。景觀部分內容主要分為新建景觀工程和提升景觀工程兩個部分。新建景觀工程為外金川河跌水迎賓、玉翠玲瓏2個景觀節點設計；提升工程為金川河回龍探珠、瓜圃賞櫻景觀節點提升、金川河老主流景觀提升工程、清源亭重建工程。整治工程布置如圖4所示。

圖4 整治工程布置

主要建設內容有：跌水迎賓景觀節點包括燈光1項、背景音樂1項；玉翠玲瓏景觀節點包括霧森系統1項、燈光1項、背景音樂1項、植物提升2 300 m2；回龍探珠景觀節點包括木平臺設計250 m2，燈光設計1項，植物提升330 m2；瓜圃賞櫻植物提升2 500 m2；金川河老主流垂直綠化改造1 200 m2，硬質平臺設計1 500 m2，淺水景觀1項，植物提升8 000 m2；清源亭重建1項。

4 結語

隨著城鎮化進程的不斷加快和城區工商業的不斷發展，越來越多的城市河道呈現出污染加重的狀況，河道黑臭現象也越發普遍。南京市作為長江下游的一座特大型城市，水系發達，城市經濟充滿活力，同時也面臨著河道水質較差、部分區縣水環境狀況不容樂觀的問題。金川河作為南京城區內主要水系之一，其治理工程具有十分重要的代表性和借鑒意義，充分理解與吸收該工程從源頭控制、過程循環補給、生態修復與景觀再造等方面的治理經驗，對治理其他水質較差河道、改善南京市水環境、提升群眾生活滿意度具有十分重要的作用。