基于深度學習的技術改善城市河道污染治理問題

劉湯琪 張可欣 周鈺蓉 魏宏杰

摘要：河流是城市重要的自然資源，為城市發展提供了良好的基礎，但隨著城市的不斷擴張，城市人口不斷增加，城市河流的污染也日益加劇，國民經濟高速發展下水資源的過度開發以及城市化深入發展所帶來的負面作用開始凸顯，水污染范圍不斷擴大，工業污水的超標排放以及底層淤泥的堆積等多種因素共同引起的河道污染，不只嚴重影響城市生態文明的建設和城市居民的日常生活，而且阻滯城市河道發揮防洪排水、維持水生態系統穩定等綜合功能。

關鍵詞：城市河道;污染治理;深度學習

1.引言

近年來，國民經濟高速發展下水資源的過度開發以及城市化深入發展所帶來的負面作用開始凸顯，水污染范圍不斷擴大，工業污水的超標排放以及底層淤泥的堆積等多種因素共同引起的河道污染，不只嚴重影響城市生態文明的建設和城市居民的日常生活，而且阻滯城市河道發揮防洪排水、維持水生態系統穩定等綜合功能。以南京市為例，通過對城市河道的污染現狀以及成因剖析，提出針對性的改善措施，探究科學、高效治理城市河道污染問題的對策。

2.南京河道治理現狀

2.1城市河道污染治理的必要性

我國河湖眾多，水系發達，湖泊水域環境廣闊，水生態環境呈現多樣化，為了促進經濟社會的可持續發展和保障人民群眾的生命財產安全，在有效利用水資源的同時應當制定充分的保護措施以及防治水污染的對策。在黨中央“建設美麗中國”的政策號召下，城市河道的環境問題已經成為社會公眾關注的問題焦點，是城市生態文明建設的重要內容，解決城市河道污染的預防和治理難題是適應新形勢下保障生態安全的積極影響應和迫切需要。

城市河道污染治理應當按照統籌規劃、因地制宜的原則進行，首先會同發展改革、交通運輸等其他部門，確定防洪、水資源配置和保護的總體安排;其次，結合地域性城市河道特征以及污染成因，制定適當的河道清淤疏浚、水生植物清理等方案，促進改善城市河道環境生態，提高城市河道的自凈化能力。通過對水資源保護措施以及城市河道治理的強化，維護城市河道的健康生命，提升河道的生態功能，從而為城市經濟的可持續發展提供環境保障。

2.2城市河道污染的現狀及成因

2.2.1河道污染物質增多

隨著城市化進程不斷擴大，人口規模的持續增加，排放到城市河道的污染物質進一步增多，一方面，持續擴張的市域規劃不斷擠壓城市河流的空間，另一方面污染物質沿著地表徑流進入各河道分支，不僅加劇了水質的污染與惡化，同時削弱了河道的水體流動能力，從而影響河道的自凈化能力。此外，由于城市雨污分流系統的不完善，河道周邊的污染物以及未經處理過的污水會直接進入河道，導致黑臭水體的形成、大量淤泥的堆積堵塞河道，破壞城市的水生態環境。

2.2.2河道水質管理制度缺失

工業廢水的排放是城市河道污染的重要原因之一，許多城市在推進工業開發的進程中，忽略了對工業企業的排污設施建設的管理和監督，進而導致大量未達國家排污標準的廢水污染城市河道。而在這背后的是城市水環境監測系統的不完善、水質監測標準的單一以及先進儀器和設備的缺乏，使得對城市河道水質的監管工作難以執行，間接放縱了工廠肆意排放污水的違法行為，加重了城市河道的自凈化負擔。

3.南京城市河道治理面臨的問題

目前城市河道的治理在黨中央、政府部門、社會各方人士的共同努力下取得了重大進步。在河長制、中華人民共和國河道管理條例等制度、政策與法律法規的保障下，城市河道中的黑臭水體得到了極大的減少，河水重新變得清澈，城市排污也不再通過城市河道，而是通過組建大量的規劃合理的城市地下管網，經過處理后再排出。這些措施極大地改善了城市河道的污染程度，提高了人民生活的幸福指數。但城市河道污染的治理仍存在許多不足，如下所示：

3.1河長制的治理工作不夠深入

有相當一部分河長治理工作流于表面、不夠深入，他們錯誤的把城市河道污染治理的重點放在了城市河道的景觀上，忽視了城市河道水體本身。出現了過分注重城市河道兩岸的風景線在河里放塑料假花草;放一些不適合在該城市河道環境的生長的植物;水體凈化植物壞死后不能及時查找原因并更換等工作問題。

3.2污染治理新理論新方法未能有效落實

很多專業人士在城市河道污染治理這個問題上都用他們專業知識從不同角度呈現出了獨特而有創造力的解決方法 ，如利用城市河道底的污泥制作水泥的新興技術、生物柵和人工水草凈水技術、生物膜技術、微生物強化技術、城市黑臭河道底泥內源污染控制的固化與穩定化技術、數字管網技術、城市河道水生態修復技術以及海綿城市新城市下的河道運用治理理念等。但遺憾的是，由于種種原因，這些新興和理念的技術未能落實到實際的城市河道治理的工作中。

3.3河道治理理念不夠全面和先進

傳統的城市河道治理技術，過分注重河道的防洪蓄洪能力，為減少水土流失 一味地把城市河道兩岸堤壩混凝土化，但是這一舉措極大的降低了城市河道的水體自我凈化能力，不利于城市河道污染治理。新興的生態護岸各項技術指標都可以投入現實使用，沒有任何的技術缺陷，卻未能投入使用。如能使用即可兼顧水體自凈與水土流失問題，同時還能有效引導和凈化城市水體、補充地下水，加強防洪蓄洪能力，有利于海綿城市的建設。

3.4缺乏高效及時的動態監管

現在的水體治理的相關監督僅依靠河長有限的人力與人民群眾的舉報監督，以及部分水體監測站，這些天都方式都太過依賴人力或者太過固定，未能有效地利用新興的電子信息技術 ，缺乏高效的，動態的電子監管。

3.5針對河道現狀的分析

本項目依托于環境學和大數據專業。一方面，我們將通過實地考察，問卷調查以及搜集資料的方式來采集城市河道歷年的水質、水量、垃圾排放情況以及周遭的設施排放等數據;另一方面，我們將通過matlab等深度學習機器箱，對數據進行分析處理，并進一步對城市河道黑臭水體情況進行預測，為未來的水資源審計提供依據，以便更好地解決城市河道及黑臭水體整治不深入的問題。

對2017年-2020年南京廢水排放數據進行統計，如圖所示：

通過SVM預測接下來幾年，廢水排放量會呈現出波動減少的趨勢。

4.南京城市河道治理的解決方案

4.1城市河道修復問題

城市河道的修復首先要考慮到河流本身的天然生態體系情況，因為各種各樣不同的生命依托于河流以及河流周圍的土壤存在，但是由于之前城市人類活動的需求不斷的擴大，為了滿足日益增長的生活需要，從而不得已對河流的周邊環境進行了人為的一系列的相應的改造，造成河流之外的生命差異性的不斷增大，使得其他生命體的生存空間在不斷減少以至于消失。因此，我們必須要在尊重河道治理的自然規律的基礎上進行河道污染治理和修復，在不改變河道本身的基礎上，合理利用河道的資源，來有效降低河道污染和自然災害發生的可能性，保證其他生命體的生存，維持河道水環境的穩定。

4.2城市河道歷史文化問題

河流往往是城市文化的載體，所以在對河道進行恢復時，需要尊重城市的歷史文化進程。恢復工程開始之前，先要做好對城市的文化景觀資料的收集工作，結合保留城市歷史文化的需要，完成對河道的復原工作，以保證城市的歷史文化遺產。

4.3因地制宜

河道河流的調節會受到地理因素的影響，包括水文環境不同、建設條件不同、處理要求問題，導致生態環境的復原措施會有很大不同，因此河道的復原工作必須尊重當地的自然條件。首先，需要了解和到自然地理的特點，結合當前的地理分布情況，以及當地自然環境變遷，分析地區的自然景觀和生態特點，在完成對植物生態系統恢復的同時，也保證自然景觀符合人們的觀賞需要，例如對于植物就要充分考慮地方特色，滿足生態系統的調節要求。其次，河流周圍的城市會有屬于自己的區域人文特征，比如周圍會有一些歷史悠久的古建筑，都是重要的文化遺產。因此在河道修復時，需要恰當應用這些文化遺產，做好對河道的設計工作，保留城市的文化特征，比如加固河道沿岸的歷史性建筑，完善構建當地的人文特征。

4.4河道的生態性問題

河道修復工作需要堅生態性原則，充分應用生態學理論來建造土墻，確保河流神態的多元化。比如恢復工作中需要嚴格控制植物的選擇，減少河道的水土流失問題，還可以通過選擇合適的植物，來提升河道的精華能力，以及保證植物的存活概率。河道生態系統的分支、防護林等等都要和城市的道路相連通，保證和城市的建筑、城市郊區構成一個完整生態體系區域，來保證河道的生態的平衡。同時，要盡可能仿真自然棲息地，保護生態景觀，讓河道的生物能夠有良好的生活質量。對于河道兩側的行車道路，應該組好濱水綠化帶的建設，通過沿著河道綠化帶、河流兩側的植被控制周圍的溶解物質，降低河道的污染問題。

5.結論

綜上所述，隨著城市經濟的不斷增長，城市河道對于城市發展的重要性不言而喻，城市用水也成為城市發展的主要矛盾之一。相關部門應采取科學合理的措施治理河道水環境，根據自身發展狀況，堅持可持續發展理念，改善河道水環境生態質量，確保水環境生態平衡，提高水環境自我凈化能力，讓城市河道在城市發展建設過程中充分發揮其作用和價值。

作者簡介：

劉湯琪（2000-），女，漢族，江蘇南京人，南京審計大學本科在讀，數據科學與大數據技術方向。

基金項目：

2020年江蘇省大學生實踐創新訓練項目“基于深度學習的技術改善城市河道污染治理問題”（202011287074Y）。

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