黑臭水體生態修復集成設計策略探究

劉 敏，蔣 躍，羅鼎暉

(上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335)

1 引言

針對我國黑臭水體這一重點要解決的污染問題，各地政府相關部門積極推進整治工作，截至目前，我國地級及以上城市建成區的黑臭水體的治理取得了階段性成果。2019 年全國生態環境保護工作會議提出，我國1940個國家地表水評價考核斷面中，GB 3838—2002《地表水環境質量標準》劣Ⅴ類斷面占比為6.7% ，基本消除了36個重點城市的1009個黑臭水體，消除的黑臭水體占比為 95%。但我國黑臭水體存量大、分布廣泛，仍有許多鄉鎮的大量黑臭水體尚未被統計和開展治理。

目前廣泛應用于各河道治理的生態技術，往往未能達到長期穩定的處理效果，尤其對于跨區域或分支較多的河道，現行單段治理的方式雖然能夠實現短時間成效，但是從片區系統性而言，短時片面的治理方案治標不治本，治理后期往往出現水質生態的迅速惡化，導致治理時投入資源的巨大浪費[1～5]。因此，突破當前非體系式的治理思路和治理方式是實現河道水質提升的首要關鍵，研究實現多種生態治理技術針對性的集成化，則是達到這一目標的關鍵出路。

2 黑臭水體分類及修復重點

《城市黑臭水體整治工作指南》根據污染程度將城市黑臭水體分為“輕度黑臭”和“重度黑臭”[8]。該種分類在工程實踐中難以針對性覆蓋黑臭水體，不利于針對性的治理策略的研究。本文根據水體規模、周邊的用地類型、功能定位等方面的因素將黑臭水體分為引排河道、連通河道、湖庫水體及小微水體4類。

2.1 引排河道及其修復重點

引排河道是形成城市河網系統的主干河道，在河網中起著主要的引排水作用，部分河道兼具通航功能，此類河道引水排澇期間水文情勢變化相對較大，防洪排澇安全等級高，常為硬質護岸，一般為市、區級河道。

引排河道為承接兩個以上水利片區的主要引排通道，河道貫穿城鎮建成區與農業種植區，應適度加強陸域綠化，一方面可以通過濱水陸域綠化對面源污染進行攔截吸收，另一方面還可提升沿河濱水景觀，改善沿河居民宜居水平。引排河道常為順直型河道，河道平面形態單一，且定期輪疏造成河底環境異質性較低。在具備用地條件的區域，可適度恢復河道自然蜿蜒的形態特征，且在河道設置深潭-淺灘生境，提升河道生境異質性，為生物多樣性保育提供有利條件，此外，還可考慮采用復式斷面結構，結合河道需求進行河道護岸生態化改造，進一步提升河道行洪排澇能力，為周邊居民和野生動物提供親水空間。在河道主要污染輸入通道，可結合污染削減需求，設置旁路凈化設施，進一步削減入河污染負荷。分別對引排河道、連通(靜脈)河道、湖庫水體、小微水體的定義、特征，以及修復原則、重點進行分析。

2.2 連通河道及其修復重點

連通河道在水利片區內，對區域防洪排澇、城市排水、生態景觀、聯系引排河道等方面起作用的河道，此類河道在市域范圍內廣泛分布，護岸類型多樣，一般為鄉(鎮)及村管河道。

連通河道行洪排澇需求相對較低，且一般無行船擾動，應重點開展生態護岸建設與生物群落構建。生態護岸一方面可以攔截外源面源污染，另一方面其透水多孔的結構形態可以為微生物及水生動物提供附著和棲息環境，進而起到凈化水質和生物保育的功能。生物群落構建技術通過恢復生態系統生產者及消費者，構成生態系統良性循環基礎，是水體生態系統長效維持的基礎保障。連通河道周邊用地條件限制較小，可適度調整修復河道平斷面形態，并結合污染物控制及景觀需求，開展陸域綠化及原位處理凈化。

2.3 湖庫水體及其修復重點

湖庫水體在區域內具有重要生態調節功能，承擔生物多樣性保育、景觀營造、蓄滯洪等功能的湖泊和水庫，護岸類型多樣，一般為自然湖泊、水庫、大型公園水體等。

湖庫水體生態景觀要求較高，應重點開展原位修復、水體周邊陸域綠化及水生生物群落生態修復，促進湖庫水體生態系統良性演替，為構建草型清水湖庫水體提供基礎條件。護岸型式方面，在確保防洪安全的基礎上需盡量選用生態型護岸結構型式。

2.4 小微水體及其修復重點

主要包括為滿足農業灌溉、綠化澆灌、排水要求的斷頭浜、納污坑塘、溝汊或池塘，此類水體多分布在郊區、村鎮周邊，兩岸主要為農業生產用地或農村建設用地，護岸類型以自然生態型為主，一般為無藍線規劃的極小型河道或水體。

小微水體不承擔區域行洪排澇和蓄滯洪功能，其護岸型式多為自然土坡護岸，生態修復應盡量保留自然土坡護岸，在有水土保持及邊坡結構安全需求的水體應選用生態型護岸，此外本類型水體無日常管護條件，應重點構建自然型水生生物群落，保障水體長效自凈。小微水體周邊用地條件限制小，可考慮對水體形態及斷面進行調整，并結合生物群落結構技術，收集回用雨水。

3 黑臭水體生態修復思路與集成策略

3.1 黑臭水體生態修復思路

黑臭水體的治理是一項復雜而龐大的系統工程[6，7]，目前，我國黑臭水體治理較系統的思路為《城市黑臭水體整治工作指南》中所提出的在污染源和環境條件調查基礎上，進行控源截污、內源治理和生態修復，同時輔以活水循環、清水補給等其他措施。其中生態修復措施主要包括岸帶修復、生態凈化和人工增氧三類[8～13]。張碧瑩[14]，鄭進熙[15]等將生態護岸建設、生境塑造、微生物、生態浮島及其他新型技術囊括到黑臭水體生態修復中。

總體而言生態修復是在控源截污和內源治理各項污染治理工程全面完成的基礎上進行的，本研究將生態修復總結為物理結構修復、水質生態凈化、生物群落構建三個方面，其中物理結構方面是其他兩類措施的前提，主要包括生態斷面、生態護坡、微地形的塑造及改造，主要通過生態結構的設計營造更加多樣的生境；水質生態凈化措施主要是作為輔助性措施，一般用于入河污染業已消除水體自凈能力羸弱還不具備生物恢復的條件或對水面景觀有較高要求的黑臭水體，主要包括生態浮床技術、微生物凈化技術、曝氣增氧技術、人工濕地技術及一些新型的集成技術，如一體化凈水設備、高通量生態凈化廊道等；生物群落構建主要包括陸域植物構建、水生植物構建和水生動物構建，通過搭配不用營養級的生物群落，構建完整健康的生態系統，實現水體的自凈能力。

3.2 黑臭水體生態修復集成策略

3.2.1 引排河道

引排河道形態調整難度較大，宜遵循河道現有的形態布局，生態治理重點放在河道內部的微地形改造、護岸適當美化覆綠、適度水質凈化和生物群落恢復。河道微地形改造可通過在不同區段設置深潭-淺灘生境，提升河道生境異質性，為生物多樣性保育提供有利條件；護岸改造，在較寬河道可考慮增加復式斷面結構，塑造邊岸種植平臺；在不具備改造護岸的河道可結合陸域綠化在直立護岸上用攀援植物進行覆綠，為河與岸的物質交流提供載體；引排河道水位變幅一般較大，如有凈水需求，可采用微生物投放及在靠岸邊的位置布設浮動濕地；生態綠化在有條件的基礎上可完善河道兩側現有綠化，有效攔截面源污染。

根據河道的污染類型，水文和駁岸條件，主要考慮的技術應用模式包括以下幾種：①直立硬質立式駁岸引排河道：陸域綠化完善+河道內生境微塑造+斷面調整+直立護岸攀緣植物覆綠+微生物投放+浮動濕地；②非直立硬質護岸引排河道：陸域綠化完善+河道內生境微塑造+微生物投放+濱岸帶水生群落恢復。

3.2.2 連通河道

該類河道一般用地較為寬裕，景觀要求較高，河道生態治理的重點宜放在河道生境多樣性的營造、水質凈化、水生動植物恢復及生態景觀營造上。河道生境多樣性的營造應充分考慮河道形態地貌及河道內微地形改造兩個方面，營造多樣的河道生境；適當增加河道的蜿蜒性，斷面形式宜多采用復式斷面；河道護岸材料宜采用生態親和性較高的材料。水生凈化可采用生態浮床、曝氣增氧設備、微生物投加、生物膜等輔助技術。水生生物群落的恢復主要為水生植物的恢復，宜通過適度人工干預手段，加速恢復進程。生態景觀營造除了在水生植物的搭配上進行配置，同樣可在陸域現有綠化的基礎上，合理配置喬灌草及海綿措施，提高河道的面源攔截能力和景觀效果。

根據不同的河岸類型，有以下應用模式推薦：①直立駁岸：河道內微地形塑造+生態浮床+人工生物膜+沉水植物群落恢復+增氧曝氣設備；②坡岸：河道內微地形塑造+生態護岸營造+微生物投放+濱岸挺水植物帶+沉水植物群落恢復+增氧曝氣設備+人工生物膜+生態浮床+陸域海綿措施。

3.2.3 湖庫水體

湖庫水體是在區域內具有重要生態調節功能，承擔生物多樣性保育、景觀營造、蓄滯洪等功能的湖泊和水庫，護岸類型多樣，一般為自然湖泊、水庫、大型公園水體等。該類水體一般規模較大，用地較為寬裕，在生態修復中要適當考慮防風浪的等因素，治理重點宜放在水體生境多樣性改在、分功能區水質凈化、水生生物群落恢復及陸域海綿和景觀綠化方面。湖庫水體生境多樣性的營造宜充分考慮水體現狀形態地貌，因地制宜進行深潭-淺灘等微地形塑造、生境島和導流堤構造；自然湖泊和大型公園水體斷面宜采用自然生態岸坡或拋石護岸類型，水庫斷面宜采用復式斷面，護岸材料宜采用生態親和性較高的材料。水質凈化可采用浮動濕地、生態浮床、曝氣增氧設備、人工生物膜、生態凈化廊道等輔助技術。生物群落恢復主要包括水生植物和水生動物的人工構建。陸域生態布置宜在現有綠化基礎上，合理配置喬灌草、海綿措施等，提高面源污染攔截能力和生態景觀效果。

主要推薦以下的技術應用模式：①自然湖泊：湖底地形塑造+生境島及導流堤構造+生態護岸+微生物投放+濱水挺水植物帶+沉水植物群落配置+人工生物膜+生態凈化廊道+曝氣增氧設備+浮動濕地+陸域海綿措施；②水庫：庫底地形塑造+凈水功能區塑造(通過生態凈化廊道、人工膜、水生植物的布置實現)+生態復式斷面+浮動濕地+曝氣增氧設備+水生動物投放+陸域海綿措施；③大型公園水體：生態護岸+濱水挺水植物帶+微生物投放+人工濕地系統+沉水植物群落布置+浮葉植物群落點綴+水生動物投放+生態浮床+增氧曝氣設備。

3.2.4 小微水體

該類水體一般周邊用地較為寬裕，景觀要求相對較低，無后期管護條件，水體治理重點宜放在生境多樣性的保護及營造、水質凈化及水生生物群落恢復上。水體生境多樣性的保護宜盡量維持原有地貌和自然地形，在保證安全的基礎上保持現有斷面，適當增加蜿蜒性，有條件的小微水體宜適當進行連通。水質凈化可考慮增氧曝氣設備，在成片的小微水體的修復方面可考慮利用相應的凈水設備。生物群落恢復以偏自然型水生植物為主。

主要推薦以下的技術應用模式：生境多樣性微塑造+微生物投放+挺水植物帶人工恢復+沉水植物群落人工恢復+浮游動物投放+魚類投放+底棲動物投放+曝氣增氧設備布置+凈水設備。

4 結論與展望

黑臭水體不僅給群眾帶來極差的感官體驗，也是直接影響群眾生活的突出水環境問題。對黑臭水體的治理我國雖然已有大量的研究和工程實踐，但效果還遠未達到預期。我國黑臭水體的治理已經從以物化、生化為中心治標不治本的技術不斷過渡到目前以生物、生態為中心的長效技術[14]，同時向著各項技術針對性的集成應用不斷探索和實踐。本文將黑臭水體根據實際按照規模、功能等指標進一步分為引排河道、連接河道、湖庫水體和小微水體四類，同時對每一類對應的生態修復集成模式進行了探索。

目前我國黑臭水體還存在污染源頭復雜、治理效果反復、缺乏長期評價考核機制、后期管控協調不完善等問題[16]，在黑臭水體今后的研究和實踐中除了明確各單向技術的應用工況，繼續針對性地篩選適合不同類型黑臭水體的生態集成技術之外，還應該結合現狀關注黑臭水體復黑復臭的機理和對策；同時不斷摸索總結創新的管理和評價體系，讓黑臭水體能徹底根治。