沈陽市滿堂河黑臭水體治理典型案例分析

路金霞，彭帥，孫坦，劉振新，宋楠楠，劉曉玲*

1.中國環境科學研究院流域水環境污染綜合治理研究中心 2.沈陽市城鄉建設局

沈陽市是地處東北亞經濟圈和環渤海經濟圈的中心，是中國東北地區的經濟、文化、科技、交通、金融商貿中心，也是全國的工業重鎮之一[1-2]。沈陽市水資源相對貧乏，是水生態環境較為脆弱的典型北方城市[3]。近年來，隨著工業及社會經濟的發展，沈陽市城市規模不斷擴大，其環境基礎設施薄弱和污水處理能力不足等問題日益凸顯，加劇了城市水體的黑臭污染[4-6]。據全國黑臭水體整治監管平臺顯示[7]，截至2016年12月底，沈陽市共上報5個黑臭水體，分別為滿堂河、南運河、輝山明渠、新開河、衛工明渠。其中，沈陽市的典型城市河流滿堂河屬于重度黑臭水體[8]。

滿堂河是東北地區典型的、特點鮮明的季節性河流，為渾河的一級支流，是沈陽市中心城區水系的重要組成部分。在枯水期，滿堂河來水主要為污水處理廠尾水。滿堂河的水質直接影響著兩岸居民的生活，也影響著渾河干流砂山國控斷面的水質。2017年初，住房和城鄉建設部、原環境保護部將滿堂河納入對社會影響較大的重點掛牌督辦的黑臭水體名單中[9]。沈陽市高度重視滿堂河黑臭水體治理。自2017年以來，圍繞控源截污、內源治理、生態修復等系列工程[8,10-13]，投入約1.9億元開展滿堂河黑臭水體綜合整治，治理后滿堂河水質得到顯著改善。目前，滿堂河已被打造成為集生態體驗、休閑游憩為一體的生態景觀廊道。

筆者選取滿堂河作為東北地區黑臭水體治理的典型案例，在分析主要污染來源及存在問題的基礎上，重點介紹滿堂河治理的總體方案、目標及措施，總結滿堂河黑臭水體整治的典型治理技術及經驗，比較整治前后的成效，以期為東北地區黑臭水體的治理提供借鑒。

1 流域(河流)概況

滿堂河又稱牤牛河，是一條天然河道，發源于滿堂鄉上木村，位于滿堂鄉中部溝川境內，自東北流向西南，河道蜿蜒曲折，河道總長24.56 km，流域面積為62.73 km2，在新立堡地區與新開河交匯，經榆樹屯閘終匯入渾河。河道平均比降約4.09‰，共有大小彎道60余處，金家屯處右岸有較大支流山梨河匯入。上游河道為窄深式，多為低山丘陵區，彎道較多，河道流速大，沖刷嚴重；下游河道為寬淺式。滿堂河屬季節性河流，平時無水或水量很小。

滿堂河流經渾南和沈河2個行政區，地理位置如圖1所示。滿堂河上游段位于渾南區，河段長度為14.99 km；下游段處于沈河區，河段長為9.57 km。滿堂河黑臭段位于沈河區，自三環繞城高速橋起，途徑后陵堡、富友家園、農大生活區等，至新開河入河口，長約6.1 km。河道兩岸主要為綠地、空閑地、耕地和建設用地等。

圖1 滿堂河的地理位置示意Fig.1 Geographical location of Mantang River

在整治前，滿堂河黑臭段水生動物種類稀少，河道內垃圾成堆，底泥淤積，沿河生態環境遭到破壞，河道自凈能力較差，水體發黑發臭。滿堂河黑臭段在整治前的水質指標如表1所示。滿堂河為重度污染河流，水質呈劣Ⅴ類，主要超標因子為揮發酚、氨氮及總磷。

表1 整治前滿堂河的水質指標Table 1 Water quality of Mantang River before treatment mg/L

2 主要問題識別與診斷

2.1 污染源分析

根據污水收集管網布設與排污口分布情況，結合黑臭水體水系特征，劃分滿堂河匯水單元，調查匯水單元內污染物排放情況，根據《沈陽市統計年鑒》，核算污染物入河負荷量，分析主要污染因子，識別和診斷滿堂河的主要水環境問題。經調查，整治前滿堂河黑臭段水體污染主要來源于城市面源、污水處理廠尾水及城市生活直排污水,這3類污染源排放的COD、氨氮、總氮和總磷入河負荷量占比如圖2所示。由圖2可見，2017年滿堂河黑臭水體匯水區域內COD主要來源于城市面源，占57%；而氨氮、總氮、總磷主要來源均為污水處理廠尾水，分別占總入河負荷量的77%、64%及53%。

圖2 滿堂河不同污染源入河污染負荷量占比Fig.2 Ratios of pollution load of different sources into Mantang River

2.2 主要水環境問題

滿堂河作為東北高緯度地區的典型河道，其來水具有明顯的季節性特征。此外，東北地區融雪水對河流水質的影響在滿堂河中也體現得較為明顯。在解凍期，融雪水進入滿堂河河道，結合水中腐爛的植物進一步加速了水質的惡化。在整治前，滿堂河存在的主要問題如圖3所示。

圖3 滿堂河整治前主要水環境問題Fig.3 Main water environmental problems of Mantang River before treatment

(1)城市面源污染負荷較大，初期雨水污染亟需治理。隨著城市化進程加快，城市地表硬化率急劇增加，不透水地面面積急速增加，雨季降水在不透水地面迅速形成徑流，而初期雨水沖刷地面后攜帶大量污染物，進入水體形成典型的非點源污染，明顯影響受納水體的水質[14]。

(2)污水處理能力不足，配套管網未完善。隨著城市化進程的不斷加快，滿堂河匯水區域內的環境基礎設施建設嚴重滯后，城鎮污水處理需求劇增，但相應污水收集處理的管網未配套完善，存在部分管網空白區，導致污水溢流或直排河道；部分區域仍存在歷史管網遺留問題及雨污管道混接、錯接現象，造成污水直排，進而污染水體。

(3)污水處理廠出水執行標準偏低，加劇了受納水體的污染負荷?？菟跐M堂河主要來水為滿堂河污水處理廠尾水。滿堂河污水處理廠位于新開河北側，主要處理上游輸送的污水，尾水達到排放標準后作為景觀補水排放至河內。在提標改造前，滿堂河污水處理廠尾水執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》二級排放標準，這導致尾水中營養鹽對滿堂河水體污染的貢獻增加[15]。

(4)河道淤積嚴重，內源污染未清除。初期雨水及城市徑流攜帶大量懸浮物、污染物及生活垃圾等進入河道，在水動力條件較差的河段淤積，同時由于附近村屯垃圾傾倒和多年生活污水的排放，長年自然沉淀，河道底部淤積了大量淤泥，河道斷面縮窄，而且在水流的沖刷下，底泥中營養物等其他污染物存在較高的釋放風險，從而加重水體污染并導致水體富營養化，河道內源污染嚴重，進而引起水體發黑發臭。

(5)地域特征明顯，生態補水不足。滿堂河屬于明顯的季節性河流，僅在雨季具有較大的徑流量，非雨季時來水主要為污水處理廠尾水。此外，滿堂河地處我國北方高緯度地區，冬季寒冷漫長。解凍期時，融雪水攜帶雜物進入河道，加上水中植物腐爛，會對河流水質有明顯影響，容易導致水體黑臭反彈。

(6)河岸被嚴重侵占，垃圾隨意傾倒。沿線居民利用河岸灘地建設房屋，種植作物，堆放雜物，侵占河道行洪空間；沿河村屯生活垃圾、廢物隨意堆放在河道及沿岸，嚴重破壞水生態系統，影響河道景觀，污染河道水質。

(7)缺乏長效管理機制。沈陽市黑臭水體水質監測與評估能力較弱，暫未完全建立水體及各類治污設施日常維護管理機制，黑臭水體治理工作考核機制、河長制考核管理機制不完善，未完全建立長效運行維護保障機制。

3 治理方案和措施

3.1 治理方案

沈陽市近年來深入開展黑臭水體整治，探索治理經驗和管理保障機制。2018年，沈陽市成功申報第一批全國黑臭水體治理示范城市，以此為契機，沈陽市將黑臭水體整治納入生態文明建設中，落實黑臭水體整治的相關指導意見，確保用3年時間使沈陽市城市黑臭水體治理取得明顯成效。

按照以源頭減排為基礎，過程控制為重點，系統治理為保障的思路，基于滿堂河黑臭水體污染源調查及問題識別結果，以水環境質量改善為核心，以環境基礎設施建設為抓手，按照“控、調、管”的思路，統籌考慮水質、水量、水生態3個方面，圍繞控源截污、內源治理、生態修復和能力建設四大主要治理措施，分類施策、因地制宜地實施“一河一策”治理措施，逐步改善滿堂河水質，確保滿堂河消除黑臭，并將滿堂河打造為水清岸綠、魚翔淺底的示范河流[8,16]。滿堂河總體治理方案如圖4所示。

圖4 滿堂河總體治理方案Fig.4 Overall treatment scheme of Mantang River

3.2 治理目標

根據《沈陽市水污染防治工作實施方案》要求，2017年年底前，實施截污、清淤、綠化等工程，基本消除滿堂河黑臭水體；2020年年底前，完成全部治理工作。沈陽市要求已經完成治理的黑臭水體在功能和景觀方面均有良好成效，基本達到水清岸綠、魚翔淺底的要求。滿堂河河流監測斷面馬官橋及榆樹苗圃吊橋斷面2017年考核目標為消滅黑臭，2020年水質考核目標為Ⅴ類。

3.3 治理措施

滿堂河黑臭水體綜合整治工作分為2個階段：第一階段為2016年3月—2018年6月，以沈陽市運河水系綜合治理工程為依托，開展截污、清淤、水利及護坡改造等，主要消除滿堂河的黑臭；第二階段為2018年6月—2020年10月，圍繞清障及生態環境整治等核心工程開展滿堂河水質持續改善與提升工作，以期打造示范河流。

3.3.1全面推進管網建設，實現雨污源頭控制

滿堂河截污納管工程是通過新建截污管線與雨水管線，對直排入河道的生活污水進行截污納管，補全不完善區域管網體系。主要工程內容包括：1)新建長度為1 145.6 m、直徑為0.5～0.6 m的截污管，采用開槽施工法將截流的污水最終排入東部污水處理廠(規劃)進行處理；2)新建溢流壩及污水提升泵站1座，泵站為地埋式全地下泵站，設計流量為0.10 m3/s；3)針對污水溢流，新建1條管徑為DN600、長度為1 074 m的排遷污水管線(農業開發院—古井路)，并新建雨水管線3條，總長度為7.014 km，管徑分別為DN1 500、DN1 800和DN2 000。

3.3.2推進污水處理廠提標改造，提升補水水質

滿堂河枯水期河道補水主要來源于滿堂河污水處理廠尾水。需將污水處理廠尾水排放標準由二級提升為一級A或優于一級A。滿堂河污水處理廠提標改造工程主要內容為保持現有的20 000 m3/d 的污水處理規模不變，新建膜格柵、曝氣沉砂池、生物除臭濾池及尾水深度處理設施等構筑物，優化處理工藝，由之前的浮動生物床+潛流濕地改為A2O+MBR處理工藝，大大增加各類污染物的去除率，尾水經臭氧消毒，最終實現出水水質由二級提升至優于一級A標準。提標改造工程共投入7 888萬元。

3.3.3有序實施內源治理，開展河道清淤

滿堂河的內源治理工程主要包括底泥治理工程及清淤工程。滿堂河底泥治理工程涉及東三環至新開河段，長6.1 km，水域面積為69 601 m2，處理淤泥34 801 m3，采用原位治理工藝(絮凝劑為主的化學類藥劑)進行河道修復，藥劑投加量為123 t，并對河道內垃圾及水草進行清理，對河岸西側直徑為0.5～0.8 m截污管進行清掏，管線全長2 400 m；滿堂河清淤工程內容為通過清淤(異位)清除河道的內源污染源(包括河道底泥及岸坡垃圾等)，范圍為沈陽市三環橋至新開河交匯口處，長度約6.1 km，清淤厚度約15～50 cm，清冰23 812 m3、清障59 508 m3、清淤及淤泥處置39 487 m3，底泥經脫水干化處理后再進行資源化處置，主要用于后續滿堂河(沈河段)生態環境整治工程的堤頂漫道中瀝青路的回填土料。清淤工程共投入1 998.37萬元。

3.3.4持續推進生態修復，改造河道護坡

滿堂河生態環境綜合整治工程包括岸坡修復、河底修復及生態修復工程。河道需要進行河底修復及岸坡修復工程，使河道順直、河底比降合理，最終達到設計要求的20年一遇的防洪標準。岸坡修復工程范圍為三環繞城高速橋至新開河，治理長度為5.7 km，采用生態固袋護岸形式對斷面堤岸進行加高配厚處理，護砌長度為1 600 m；鋪設膨潤土防水毯范圍為4 134 m；塊石護岸長度為134 m；在人文景觀段新建攔蓄建筑物4座，為氣盾閘門；采用石籠護腳加蜂巢約束系統護岸的結構形式，修整兩岸岸坡及護岸。河底修復工程內容為采用蜂巢約束系統及卵石回填至河底設計標高(與縱斷設計河底高程一致)。生態修復工程范圍為三環至新開河入口段兩岸岸坡及灘地，包含上游段岸濱帶修復、海綿城市節點公園、櫻花島公園及農大植物園建設，主要工程內容為堤頂漫道工程、景觀及鋪裝工程、小品工程、微型排水工程、綠化工程等，均在原有基礎上進行改建，整治長度為6.062 km，規劃面積為40.7萬m2，完成河道內格賓石籠16 768 m、蜂巢49 856 m2、卵石攤鋪60 986 m2、氣盾閘3座；完成櫻花島及廣場小排水5 274 m、透水混凝土6 522 m2、瀝青混凝土8 293 m2、毛石砌筑駁岸100 m、邊石砌筑11 512 m、景觀橋4座、景觀石籠1 243 m2、井砌筑120座、微地形10 000 m3、下沉綠地1 100 m2、喬木栽植1 191株、灌木栽植20 400株、綠籬栽植4 188 m2。

3.3.5建立長效保障機制，加強能力建設

沈陽市圍繞滿堂河黑臭水體整治工作，建立了多項長效保障機制，從政策與資金保障、技術支持及公眾參與等方面支撐黑臭水體的整治工作，如河長制、黑臭水體治理工作信息公開機制、“廠—網—河”一體化運維機制、垃圾收集及清運處置體系、排污許可管理等，從水環境管理角度在河道、河岸及管網等方面進一步確保水質長期保持良好狀態。

4 典型治理技術

近年，通過控源截污、內源治理、生態修復及長效管理等綜合措施，已基本解決了滿堂河河道污染問題，顯著改善了河道水質及水環境，提高了兩岸居民生活質量，在區域水環境改善和景觀生態建設等方面取得了一定成效，滿堂河水環境面貌得到了極大的改善[9]。滿堂河黑臭河道綜合整治采取的典型治理技術包括生態修復和清淤技術。

4.1 生態修復技術

滿堂河在常年累月的沖刷及進行控源截污和清淤疏浚工程后，其河道兩側石籠護腳破損嚴重，岸坡裸露，無植被緩沖，穩定性較差，雨水匯水缺乏海綿措施調蓄，容易形成徑流；河道岸濱帶無防護措施，河道生態系統脆弱；河道生態基流不足，納水空間有限。滿堂河岸坡修復前狀態如圖5所示。

圖5 滿堂河岸坡修復前(2019年)Fig.5 Bank slope of Mantang River before restoration(in 2019)

為進一步改善滿堂河的水質，修復河道生態環境和景觀環境，提高綜合生態環境效益，沈陽市結合城市景觀建設，開展滿堂河(沈河段)生態修復工程，主要內容為上游段岸濱帶修復、海綿城市節點公園、櫻花島公園及農業大學植物園建設工程，工程總投資為7 884.56萬元，主要生態修復工程如圖6所示。

圖6 滿堂河生態修復主要工程Fig.6 Main ecological restoration projects of Mantang River

滿堂河生態修復措施獨特性在于結合海綿設計思路，即植被緩沖帶(下滲、減緩)—雨水收集系統(下凹綠地、透水鋪裝、植草溝、道路管網、)—雨水蓄存〔調節池(處理設備)及調蓄濕地(生物凈化和儲存)〕—雨水利用(雨水花園、滲渠旱溪、草坪澆灌)，采取岸濱帶修復及因地制宜地建設景觀公園的措施恢復生態環境。岸濱帶修復是指采取植草溝、生態護岸、透水磚等形式，對原有河岸進行改造，通過恢復岸線和水體的自然凈化功能，強化水體的污染治理效果。此外，基于恢復生態環境的考慮，因地制宜地建設景觀公園如櫻花島公園、農業大學植物園等，不僅具有公眾游覽、觀賞、休憩、鍛煉及開展科學文化教育等作用，且對城市生態環境有良好的影響。

(1)岸濱帶修復：在河道匯水口位置規劃下凹綠地，構建3處旱溪洼地，設置濕地保育區域，提供動植物棲息場所；靠近山梨河入口區域，規劃景觀廣場，提供活動空間；右岸濱河靠近金家街設置觀景平臺，提供互動觀景空間。廣場均采用透水材料鋪裝。

(2)景觀公園建設：包括海綿城市節點公園及櫻花島公園建設，規劃面積為20.3萬m2，主要包括道路、廣場、綠化、景觀小品、服務設施、排水設施、海綿城市設施、雨水濕地、土方平衡等方面的建設及改造工程。充分利用公園原有地形地貌劃分功能區，結合現狀樹木特色及場地特點，設置濱河綠道及活動廣場；利用現狀坡地高差，設置生態滲渠及鋼筋石籠的臺地景觀，利用木棧道、水平臺結合景觀石營造多層次濱水空間；設置中心廣場，為市民提供活動場所，結合下凹綠地提升雨水調蓄能力，實現科普展示功能；利用雙櫻花島河道兩側岸坡及東陵路至大廟子右岸灘地，打造櫻花島濕地及蘆花坡主題濕地；利用農業大學植物園現狀豐富的樹種資源，設置生態活動場地，提供林下健身活動場所；結合現狀喬木骨架，補植草本修復植物，構建河岸保護屏障。

通過自凈自滲、蓄泄得當、排用結合、生態修復的綜合治理項目建設，不僅有效緩解城市內澇、削減城市徑流污染負荷，而且可以起到凈化初期雨水，減少污染物排放，提高水體水質，節約水資源，增強自然生態調節能力的目的。

4.2 清淤技術

整治前滿堂河長時間未進行清淤，污染物及淤泥長時間積累，導致河道底泥發黑發臭；河道縮窄，岸坡被侵占，影響河道過流。為清除滿堂河內源污染，解決滿堂河局部斷面過流不暢現狀，在對滿堂河河道底泥氮、磷污染，重金屬生態風險等進行調查與評估后，確定采取清淤措施治理底泥污染，工程投入約2 000萬元。滿堂河清淤工作流程主要包括底泥污染調查與評估、河道清障、清淤、底泥處置場防護工程及后期恢復、底泥無害化處置、無害化底泥資源化利用等工程(圖7)?；诘啄辔廴菊{查與評估結果，科學實施滿堂河清淤工程，采取在冬季封凍期進行干清的方式(清冰、清障和清淤)開展清淤工作。

圖7 滿堂河清淤工作流程Fig.7 Dredging process of Mantang River

滿堂河實施清淤工程后，防洪標準提升為20年一遇，滿足渾河一級支流的河道防洪要求。同時，清淤后的河道具有承接城市雨水排放，污水處理廠尾水受納河道、景觀水系等多重功能，可承載62.73 km2的雨水排放，也是寶馬廠二期雨水排放的重要通道，提升了河道的排澇能力，為周邊居民提供安全的生產、生活環境，進一步改善了水環境質量及城市生態環境。

5 整治成效

通過控源截污、內源治理、生態修復及能力建設等綜合整治工程，滿堂河各項水質指標均顯著優于《城市黑臭水體整治工作指南》中的輕度黑臭標準[8]。滿堂河綜合整治成效顯著(圖8)，水質指標檢測結果如表2所示。綜上，滿堂河已基本消除水體黑臭。

圖8 滿堂河黑臭段綜合整治前后Fig.8 Photographs of Mangtang River before and after comprehensive treatment

表2 整治后滿堂河的水質Table 2 Water quality of Mantang River after treatment

6 結語

滿堂河現已基本消除黑臭，水質得到明顯改善，后續仍需堅持建立長效保障機制，嚴格落實河長制，加強河道的監測和日常管養，鞏固現有黑臭水體治理成果，實現黑臭水體精細化管理，確保水體“長治久清”。