河道水系治理的關(guān)鍵技術(shù)

盧 松 馮 濤 李夢(mèng)龍 張 永

中建三局集團(tuán)有限公司 北京 100097

當(dāng)前河道治理工作面臨的形勢(shì)十分嚴(yán)峻，在人為因素和自然因素的共同作用下，水資源存在嚴(yán)重污染問(wèn)題，水生物數(shù)量減少，河道阻塞現(xiàn)象嚴(yán)重。為了能夠?qū)崿F(xiàn)河道中水資源的合理利用，需要有效地解決河道中存在的一系列問(wèn)題，更好地維護(hù)河道生態(tài)系統(tǒng)的平衡，打造一個(gè)健康、和諧河流生態(tài)環(huán)境[1-3]。

1 工程概況

聯(lián)盟河是涪江的一條支流，位于四川省遂寧市境內(nèi)，項(xiàng)目生態(tài)修復(fù)范圍包括以陽(yáng)保堰為起點(diǎn)至永興鎮(zhèn)2.50 km、永興鎮(zhèn)下游河道8.30 km，以及下游支流罐子口河750 m，共約11.55 km，水域面積約為47.5萬(wàn) m2。河道上游寬約為10 m，水深1 m左右，下游河寬約為40 m，水深3 m左右，流速緩慢，補(bǔ)水為雨水以及部分生活污水，水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)水。

2 工程目標(biāo)

通過(guò)底質(zhì)改良、微生物系統(tǒng)構(gòu)建、沉水植被系統(tǒng)構(gòu)建、水生動(dòng)物系統(tǒng)構(gòu)建，使水體恢復(fù)穩(wěn)定的自然生態(tài)系統(tǒng)，保障水體無(wú)大面積藍(lán)綠藻暴發(fā)，無(wú)明顯垃圾漂浮物，透明度不低于50 cm；經(jīng)過(guò)區(qū)域的截污治污及生態(tài)系統(tǒng)凈化，水體水質(zhì)主要指標(biāo)在非雨季達(dá)地表水Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：化學(xué)需氧量≤30 mg/L，氨氮≤1.5 mg/L，總磷≤0.3 mg/L。

3 技術(shù)路線

本項(xiàng)目依據(jù)生態(tài)、自然、和諧的理念，結(jié)合聯(lián)盟河項(xiàng)目所在地的氣候條件，水體狀況、水質(zhì)現(xiàn)狀及水體景觀，有針對(duì)性地對(duì)聯(lián)盟河采取相應(yīng)的水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建和水處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)。

綜上所述，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和水質(zhì)分析的問(wèn)題歸類(lèi)總結(jié)，整體設(shè)計(jì)思路與技術(shù)路線如圖1所示。根據(jù)項(xiàng)目河道特點(diǎn)及水質(zhì)治理目標(biāo)，采取“物理、生物技術(shù)等綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)”，構(gòu)建以沉水植物為主的水生植物生產(chǎn)者群落，結(jié)合生態(tài)浮島和曝氣復(fù)氧技術(shù)，在完善食物鏈的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)河道水體自?xún)簦岣咚w透明度，改善河道水質(zhì)。

圖1 治理路線

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 出水口水生態(tài)凈化建設(shè)

聯(lián)盟河上游有大量農(nóng)田以及養(yǎng)殖業(yè)，導(dǎo)致農(nóng)田以及養(yǎng)殖廢水進(jìn)入河道，同時(shí)初期雨水匯入也增加了面源污染。針對(duì)河道上游道路雨水及部分生活用水未經(jīng)過(guò)水質(zhì)凈化便通過(guò)渠道出水口直接排入河道中，導(dǎo)致河道水質(zhì)污染嚴(yán)重的狀況，通過(guò)對(duì)原有渠道及出水口的生態(tài)修復(fù)，從源頭控制河道污染源。

4.1.1 出水口原狀

河道沿岸共47個(gè)出水口，由于垃圾堆積，水土流失及水體污染嚴(yán)重，已經(jīng)不具備凈水功能。

出水口主要分為以下幾個(gè)類(lèi)型：雨水溝，旱季沖溝為干溝；上游有污水，但水量不大，來(lái)水經(jīng)植被土渠凈化，或經(jīng)塘體凈化，末端水質(zhì)污染不嚴(yán)重；出水基本為污水，有蓄滯設(shè)施但有外溢風(fēng)險(xiǎn)；排污量較大，有大型水塘蓄滯。

4.1.2 出水口治理

生態(tài)凈化區(qū)：保留原狀沖溝內(nèi)的喬木和大型灌木等具有凈水功能的植物，對(duì)原有渠道進(jìn)行落葉、垃圾清除，沿原狀溝渠底坡清淤，對(duì)原有池塘進(jìn)行清淤，清除底部厚500 mm淤泥層后種植石菖蒲，爾后回填厚300 mm、粒徑28～32 mm的本地卵礫石，結(jié)合現(xiàn)狀地形地勢(shì)建設(shè)生態(tài)凈化區(qū)，凈化后水體進(jìn)入聯(lián)盟河。此外，在原狀渠道縱向設(shè)置磚砌擋水堰，增加在該區(qū)域水體流動(dòng)過(guò)程中的緩滯和沉沙功能，堰頂高于渠底0.15 m，寬度與渠道寬相同。污水由原有渠道流入生態(tài)凈化區(qū)，經(jīng)過(guò)生態(tài)凈化區(qū)的植物與卵礫石的生態(tài)凈化作用后，流入河道水生態(tài)系統(tǒng)。

4.2 河道生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

由于聯(lián)盟河控污系統(tǒng)不完善，河水長(zhǎng)期受到污染，導(dǎo)致河底積累大量淤泥，淤泥內(nèi)含有大量的污染物，在一定條件下又重新釋放出來(lái)，形成內(nèi)源污染。同時(shí)，部分河段有少量挺水植被，沉水植被缺失，水系內(nèi)缺失健康的水域生態(tài)系統(tǒng)，自?xún)裟芰Σ睢?/p>

針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合聯(lián)盟河河道特點(diǎn)及水質(zhì)治理目標(biāo)，采取“物理、生物技術(shù)等綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)”，構(gòu)建以沉水植物為主的水生植物生產(chǎn)者群落，結(jié)合生態(tài)浮島和曝氣復(fù)氧技術(shù)，在完善食物鏈的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)河道水體自?xún)簦岣咚w透明度，改善河道水質(zhì)。

4.2.1 底質(zhì)改良

底泥是水系內(nèi)源污染主要的來(lái)源，針對(duì)河道底泥環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行底質(zhì)改良，一方面分解剩余底泥中的污染物，控制內(nèi)源污染的繼續(xù)釋放，另一方面，恢復(fù)底泥環(huán)境以及底泥中的有益微生物系統(tǒng)，促進(jìn)底泥中底棲生物系統(tǒng)的自我恢復(fù)和沉水植被系統(tǒng)的人工恢復(fù)。

針對(duì)河底淤泥，采用底質(zhì)改良型微生物環(huán)境修復(fù)劑原位改善底泥，使得黑臭底泥表層的有益微生物系統(tǒng)得到恢復(fù)，改善底泥的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、氧化還原電位和溶氧狀況，促進(jìn)底質(zhì)有益微生物系統(tǒng)對(duì)黑臭底質(zhì)的分解作用。

1）底質(zhì)改良劑實(shí)施的必要性。聯(lián)盟河河道內(nèi)未進(jìn)行清淤，通過(guò)底泥改良工程有效控制內(nèi)源的污染。底質(zhì)改良劑可快速分解底泥中的污染物，從根本上解決水體的黑臭問(wèn)題。同時(shí)，底質(zhì)改良劑能夠解決底泥富營(yíng)養(yǎng)和強(qiáng)度低的問(wèn)題，防止植物根系腐爛，能提高水生植物成活率20%以上和生長(zhǎng)速率30%以上，并保證水生植物多樣性，提高水體生態(tài)凈化率。

2）底質(zhì)改良劑的用量。根據(jù)底泥的污染狀況，投加范圍為項(xiàng)目區(qū)全部水域范圍475 000 m2，投加量為62.1 t。

4.2.2 水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

水域生態(tài)修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)是基于復(fù)建完整、健康水生態(tài)系統(tǒng)的綜合技術(shù)，通過(guò)對(duì)水體生態(tài)鏈的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)水域的自?xún)簟；诤拥浪鷳B(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，針對(duì)性地設(shè)計(jì)以下幾項(xiàng)措施來(lái)進(jìn)行水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)：

1）有益微生物系統(tǒng)構(gòu)建。水生態(tài)修復(fù)劑是一種液體的微生物菌劑，不會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生危害，不會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)二次污染。能有效降低水體中氮、磷含量，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，從而減少藍(lán)綠藻暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，保障水體穩(wěn)定，提高水體安全性。

① 水質(zhì)調(diào)控型微生物工程的必要性。水體生態(tài)系統(tǒng)中凈化主體將是構(gòu)建的有益微生物系統(tǒng)，配合人工增氧措施迅速改善水體水質(zhì)，抑制藻類(lèi)暴發(fā)，提高水體透明度，為水生植物進(jìn)一步凈化水體提供條件。

② 水質(zhì)調(diào)控型微生物菌劑用量及作用效果。根據(jù)水域面積以及水質(zhì)情況，水質(zhì)調(diào)控劑的投撒量為47.5 t，投加面積475 000 m2，具體投撒時(shí)間、投撒頻次以及投撒量需要根據(jù)實(shí)際水質(zhì)變化情況進(jìn)行調(diào)整，用量變化一般不會(huì)超過(guò)5%。在水生植物種植前及種植初期，用以輔助水體凈化，保證沉水植物成活率，防止剛剛栽種的沉水植物因污染物濃度過(guò)高而死亡。在水生態(tài)構(gòu)建工程顯效期（始于水生植物種植完成，至其后60 d）內(nèi)，多次潑灑，用以避免剛剛構(gòu)建的尚未穩(wěn)定的較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。

2）沉水植被系統(tǒng)構(gòu)建。沉水植被的恢復(fù)和重建是水體水質(zhì)得到穩(wěn)定和改善的關(guān)鍵。當(dāng)沉水植被豐富時(shí)，水質(zhì)清澈、溶解氧高、浮游藻類(lèi)密度低。通過(guò)充分考慮聯(lián)盟河的氣候特征，優(yōu)先選擇本土物種，恢復(fù)河道本有的生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)行合理的生態(tài)構(gòu)建，選擇冷暖季沉水植被合理搭配，人為構(gòu)建仿自然的生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)原本的自然生態(tài)系統(tǒng)。伴隨著植物種類(lèi)的健全，既可逐步提高水質(zhì)凈化率，使水質(zhì)理化指標(biāo)均能達(dá)到水體的治理目標(biāo)，又可很好地抑制藻類(lèi)的暴發(fā)，加上后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，水體長(zhǎng)時(shí)間保持草型穩(wěn)定的狀態(tài)，水體感觀效果明顯。根據(jù)植物種類(lèi)能夠適應(yīng)水域的特點(diǎn)，選擇冷暖季沉水植被搭配種植，并能相互依存、形成群落，防止單一物種瘋長(zhǎng)。合理設(shè)計(jì)植被種植密度，密度過(guò)低不利于植物形成依存關(guān)系，導(dǎo)致生長(zhǎng)不良，不利于污染物去除；植被密度過(guò)高，植物缺少生長(zhǎng)擴(kuò)展空間，導(dǎo)致生長(zhǎng)受限，也不利于污染物的凈化去除。冷季型沉水植被群落（狐尾藻、龍須眼子菜）是維持冬天水體自?xún)舻闹黧w，也是促進(jìn)來(lái)年春天和夏天沉水植被自行修復(fù)的必要條件，種植面積占50%。暖季型沉水植被群落（苦草、輪葉黑藻）在夏季水溫較高、水質(zhì)不穩(wěn)定、容易變壞時(shí)，可保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，主要種植在水邊淺水區(qū)，種植面積占50%。在合適的水深（0.5～3.0 m）范圍內(nèi)設(shè)計(jì)沉水植被，冷暖型沉水植被交錯(cuò)種植。

3）挺水及浮葉植被構(gòu)建。挺水植物及浮葉植物不僅具有同化吸收污染物的作用，根和莖也有過(guò)濾污染物的效果，同時(shí)給微生物提供附著的場(chǎng)所。種植范圍為河道兩側(cè)駁岸景觀道路至水深50 cm內(nèi)，具體種植區(qū)域根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)岸坡平整情況而定。荷花睡蓮在生態(tài)塘內(nèi)種植。挺水植物主要選擇千屈菜、美人蕉、旱傘草、再力花、香蒲，種植面積64 000 m2。

4）水生動(dòng)物系統(tǒng)構(gòu)建。水生動(dòng)物的投加需先期水質(zhì)達(dá)到預(yù)期指標(biāo)后，在生態(tài)優(yōu)化和穩(wěn)定期時(shí)放養(yǎng)，選取具有可操縱性的魚(yú)類(lèi)烏鱧、環(huán)棱螺、河蚌等投放到水體中，幫助清掃水草表面的懸浮物，同時(shí)將水體中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從水體中去除。水生動(dòng)物的放養(yǎng)，不僅實(shí)現(xiàn)水體生態(tài)系統(tǒng)的平衡，同時(shí)水體中觀賞動(dòng)物與觀賞植物也能達(dá)到景觀效果。投放種類(lèi)有：烏鱧，選擇規(guī)格0.8～1.5 kg/尾，每畝（667 m2）投放2 kg；河蚌，選擇規(guī)格大于5 cm/只，25 m2投放1只；蘿卜螺，每180 m2投放1 kg；環(huán)棱螺，每180 m2投放2 kg；鲴魚(yú)，選擇規(guī)格0.8～1.5 kg/尾，每667 m2投放20 kg；花白鰱，選擇規(guī)格0.8～1.5 kg/尾，每667 m2投放20 kg。投放區(qū)域總面積84 000 m2。

5）高效生態(tài)浮島。高效生態(tài)浮島技術(shù)通過(guò)增加有益微生物的附著面積，提高對(duì)有機(jī)污染物的分解，并利用浮島上的植被吸收氮磷營(yíng)養(yǎng)元素，高效、快速地起到凈化水體的作用。為加大微生物附著面積，在河道內(nèi)安裝3 200 m2生態(tài)浮島，主要在陽(yáng)堡堰至上游生態(tài)塘以及下游入河口處（圖2）。

圖2 生態(tài)浮島放置區(qū)域

6）增強(qiáng)型推流曝氣機(jī)。聯(lián)盟河下游水體流動(dòng)性差，易造成水體缺氧、發(fā)黑發(fā)臭；同時(shí)，降雨后存在溢流污染，水質(zhì)超標(biāo)，水體自?xún)裟芰ψ內(nèi)酰謴?fù)時(shí)間較長(zhǎng)。為增加水體的流動(dòng)性，增大水體復(fù)氧能力，提高水體溶解氧，在河道內(nèi)布設(shè)13臺(tái)1.5 kW增強(qiáng)型推流曝氣機(jī)（圖3）。增強(qiáng)型推流曝氣機(jī)利用推流、循環(huán)原理將微生物擴(kuò)散到水中，不僅能吸收、轉(zhuǎn)化、降解、清除水中的黑臭污染物，還能隨著循環(huán)水流到達(dá)池底，將底泥分解，解決河道清淤難題。

圖3 推流曝氣機(jī)放置區(qū)域

5 結(jié)語(yǔ)

河道作為城市生態(tài)系統(tǒng)的一部分，其生態(tài)化治理是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱難的系統(tǒng)工程。通過(guò)設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)等措施，模擬出適合生物生長(zhǎng)的環(huán)境，為生活在水中、陸地的動(dòng)植物創(chuàng)造良好的生存環(huán)境，促進(jìn)其繁衍生息。同時(shí)，還需要根據(jù)河道當(dāng)前現(xiàn)狀，合理選擇動(dòng)植物，形成生態(tài)系統(tǒng)，重新構(gòu)建河道生態(tài)環(huán)境，能夠使得城市河道形成一個(gè)更為完善的整體。現(xiàn)在我國(guó)的水體治理技術(shù)處于起步階段，對(duì)于水質(zhì)的改善和景觀的建設(shè)還存在著諸多問(wèn)題，要重視綜合整治建設(shè)綠化河道，實(shí)現(xiàn)生態(tài)水系和城市河道發(fā)展的共同增長(zhǎng)、共同改善。