長江流域典型城市河段黑臭水體生態整治案例分析

韓璐，李慶龍，曾萍，陳思琪

1.中國環境科學研究院水生態環境研究所

2.環境基準與風險評估國家重點實驗室，中國環境科學研究院

3.揚州經濟技術開發區管委會建設局

隨著長江流域經濟社會快速發展，長江水生態環境面臨的壓力日益加大，受人類活動和全球氣候變化影響，長江流域水資源、水環境和水生態承載能力與經濟社會發展需求不協調仍是影響可持續發展的重要制約因素。污水和垃圾入河，會引起城市水體黑臭，破壞河流的生態系統。污水和垃圾含有豐富的營養物質，會引起水體富營養化而影響水環境質量，嚴重影響著城市的生態景觀和市民的生活[1-6]。近年來我國對長江流域進行污染治理和水生態保護，從國家戰略、政策、資金、項目等方面部署了具體工作。國家戰略層面提出了共抓大保護、經濟社會可持續發展、環境友好、綠色發展等具體要求[7]。2015年4月國務院發布《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)，明確了黑臭水體治理的目標[8-9]。2018年12月，江蘇省啟動“江蘇省城市黑臭水體治理攻堅戰實施方案”，2020年，揚州市按照《城市黑臭水體整治工作指南》[10]要求，組織開展了黑臭水體大排查，并對確定的黑臭水體實施了綜合治理。

揚州市地處長江流域，域內水系發達，河網密集。部分河道水體流動性差，污染嚴重。黑臭河道成因復雜，其污染造成的危害極大[11-14]。揚州市制定了《揚州市黑臭水體治理專項行動方案》，對市區內的黑臭水體進行了系統整治 。筆者基于長江流域典型城市河段黑臭水體，對其水生態整治案例進行分析，旨在為長江流域城市河段黑臭水體整治提供經驗借鑒。

1 研究區域概況

揚州市區南臨長江，東靠京杭大運河，區內河渠縱橫交錯，水資源豐富。隨著經濟發展與人口增長，加之城市改造，城市水生態環境問題凸顯，其中童套河、西沙河水體污染嚴重，成為典型的城市黑臭水體[15-16]。童套河、西沙河都是匯入長江的四級河道，其水質狀況最終會影響下游的國控斷面水質，影響周邊居民生活，因此亟需采取綜合整治工程措施，促進水生態環境健康發展[17-18]。

1.1 河道水體現狀

童套河西起新城河，流經龍莊小區、梅香苑小區，向東止于新城花園小區，通過排澇站流入新城河。維揚路東將童套河分隔成3個水塘并以涵洞相連，附近有幼兒園、農貿市場及沿街商鋪。童套河全長約900 m，最寬處約40 m，平均寬度約23 m，水面面積約25 200 m2，枯水季平均水深約1.6 m，上、下游為垂直型駁岸，駁岸頂高程約7.2 m，下游設計水位約4.8 m。童套河治理前狀況如圖1所示。

圖1 童套河治理前狀況Fig.1 Status of Tongtao River before treatment

西沙河位于揚州經濟開發區東部，北起揚州經濟開發區春江花園（北門），南至財富廣場蜿蜒向東與古運河交界。河道全長2.11 km，平均寬度9 m，水域面積7 590 m2，平均水深1.6 m。西沙河是揚州經濟技術開發區預防洪水災害的重要排洪河道，整個水系相對封閉，流域出水口在連接古運河涵洞處，整治前水質狀況見圖2。

圖2 西沙河治理前狀況Fig.2 Status of Xisha River before treatment

2017年11 月，對童套河、西沙河水體布設9個點位進行水質監測，結果見表1。由表1可見，童套河6個點位的溶解氧濃度為1.34～1.96 mg/L，總磷濃度為0.35～1.04 mg/L，氨氮濃度最高值達到8.69 mg/L，水體透明度為26～80 cm，氧化還原電位為31～48 mV，水質處于輕度黑臭狀態。西沙河3個點位的溶解氧濃度為1.11～1.91 mg/L，總磷濃度為0.17～2.15 mg/L，水體透明度為15～24 cm，氧化還原電位為-3～36 mV，水質處于輕度黑臭狀態。

表1 童套河、西沙河水質監測數據Table 1 Water quality monitoring data of Tongtao River and Xisha River

1.2 主要問題分析

（1）管網雨污混接、污水直排入河

童套河、西沙河兩岸居民小區較多，排水系統的雨污混流較為嚴重。由于管道建設年代較久，滲漏、破損、堵塞等問題嚴重，導致污水排放不暢，造成部分生活污水排入市政雨水管道；另外由于當地居民有陽臺放置洗衣機、陽臺改廚房的行為，導致大量生活污水隨雨水排入童套河、西沙河。由于河道周邊商業繁華，沿街小餐飲企業林立，流動性人口較多，生活、餐飲污水通過雨水管網進入河道，造成污染。此外，農貿市場沖地污水流入也對河道造成污染。

（2）上游來水水質較差

西沙河起始段橋下1.8 m的涵洞用于引蒿草河、荷花池水來沖涮西沙河，由于蒿草河已是重度黑臭水體，故引來的水就是劣Ⅴ類水質，導致西沙河從起點開始就已黑臭。由于小區老舊，沿岸部分污水管道破裂，有污水通過駁岸裂縫流入。

（3）垃圾入河，水域面積減少

整治前童套河上游南側、北側均有生活垃圾、建筑垃圾亂倒堆積，傾倒童套河內或坑塘，使水域面積縮小、河床淤塞，形成黑臭底泥，上覆水受底泥釋放影響，水體發黑發臭。童套河沿岸綠化較密，落葉入河中形成污染。西沙河周邊部分餐飲企業直接將餐廚垃圾拋入河中，造成水體污染。

（4）水體流動性差

西沙河水體靠涵洞相連，流動性嚴重不足，水體嚴重缺氧。水體底泥淤積較厚，特別是下游底泥最厚處達70 cm，淤積嚴重。夏季水體富營養化，有害藻類繁殖旺盛，水體出現腥臭，危害下游水生態安全。

（5）水體生物多樣性不足

水體生物多樣性是保障水生態系統穩定的基礎。童套河、西沙河的部分河道兩側采用了砌石駁岸，導致水體與土壤間缺乏有效的滲透與呼吸。與自然岸坡河道相比，這2條河道水生植物、水生動物種類與生物量明顯減少，生物多樣性受損，生物群落結構單一，對水中污染物的降解速度變慢，加速了水體的污染。

2 黑臭水體整治方案設計

2.1 設計原則

（1）“一河一策”原則

因地制宜，按照“一河一策”的原則開展黑臭水體整治，分析城市黑臭水體污染特征及污染物來源，根據目標水體污染程度、污染原因的不同，篩選技術可行、經濟合理、效果明顯的技術方法。

（2）控污與生態治理并舉

改善河道水質，堅持一手抓污染源控制，一手抓生態修復。污染源控制是關鍵，通過整治城市非點源污染及控制河道底泥污染，大幅度削減河道污染負荷。同時，應注重河道的生態修復功能，通過在河道中種植水生植物，恢復和改善河道生態的自我修復功能，保護生物多樣性。

（3）留有生態用水，完善水系

在方案設計時考慮下游的生態用水問題，重點完善水系，增加河道流動性，避免河道死水。

2.2 技術路線

針對河道兩岸污水收集能力不足、生活垃圾任意堆放，河道內水體流動性差、底泥淤積嚴重、水生態系統退化等問題，采取控源截污、內源清理、水動力復氧、生態修復、活水換水、長效管理的工程技術措施，對黑臭河道進行治理。具體包括管網雨污分流改造、生態河床、生態岸坡、生物列陣技術、水生動植物群落調控等技術措施。治理目標是實現減輕污染負荷、提升水體透明度、強化水體自凈能力、增加水體流動性、恢復水體生態系統的效果。黑臭水體的生態修復與整治技術路線如圖3所示。

圖3 黑臭水體生態修復與整治技術路線Fig.3 Technical route for black and odorous water body ecological treatment and restoration

3 黑臭水體整治措施

童套河、西沙河綜合整治是一項系統工程，總體以建立河道生態平衡、提高河道自凈能力、提升水生態系統功能為主要目標。水質方面，目標是消除劣Ⅴ類和水體黑臭；水生態方面，目標是恢復適宜多種生物生息繁衍的水生生態系統，提高水體自凈能力。按照黑臭水體治理控源截污、內源清理、水動力復氧、生態修復、活水換水、長效管理的總體思路，童套河、西沙河采取了一系列工程措施，不斷提升水體自凈能力，使水體水質能夠穩步提升。

3.1 控源截污

控源截污是黑臭水體治理的重中之重。在對童套河、西沙河的截污治理中，首先對水體中污染物的來源及混流管道的流向、出處、沿河的排污口進行系統調查。針對發現的問題，實施控源截污工程，主要包括：1）整治排污口，保留雨水排口，在部分排口設置標識。2）新建污水管道。在梅香苑小區新建一條長150 m、最大直徑500 mm的污水管道，西沙河沿線新建雨水管道約300 m、污水管道約200 m、雨水檢查井16座、污水檢查井18座。3）整治緊鄰童套河處的積水點，確保河道出水暢通。4）雨污管網改造。對蔣莊新寓小區雨污管網進行了分流改造，并對梅香苑內排水設施進行局部改造。5）封堵排污口。沿西沙河共封堵18處排污口，小區污水排入市政污水管道。通過截污工程有效改善了河道淤積嚴重的問題，提高了排水能力，增加了水體流動性。

3.2 內源清理

底泥是河道水環境的重要組成部分，一方面，河道底泥是保障水體自然屬性、恢復河道自凈能力的重要載體；另一方面，河道底泥受到污染時，底泥中淤積的污染物會釋放到水體，成為水體污染的內源。針對河道污染底泥的治理，要在綜合考慮河道水環境容量、底泥污染程度、資源循環利用等要素的基礎上，因地制宜地選擇機械清淤或原位處置的方式。

根據對河道底泥的評估結果，制定了清淤方案，對童套河梅香苑小區及周邊的河道進行清淤，對西沙河全線2.02 km河道進行清淤疏浚。清淤工程設計時合理確定清淤深度，以避免清淤對河底水生生態系統造成破壞。

針對部分河段藍藻水華爆發嚴重問題，采用鎖磷控磷技術，向河道水體機械拋灑天然沸石粉與鎖磷石子，使水體中的磷酸鹽被封鎖在河道底部而無法釋放。該技術實施后可控制水體總磷濃度在0.4 mg/L 以下，達到降低水體富營養化，滅殺有害藻類，防止藍藻水華爆發的目的。

3.3 水動力系統復氧

溶解氧是河流中水生生物生存的必要條件，其濃度是判斷河流水體污染的重要指標，也是衡量水質的綜合指標。水體流動性是反映水體水動力條件的綜合指標，自然水體流速影響藻類的生長，增加水體流動可以提高水體自凈能力，減輕富營養化。

針對童套河水體流動性不足問題，在目標水體E段增設水循環造流增氧設備(圖4)：自藕式潛水泵2臺（一備一用），電源要求11 kW；A段、B段各加設1臺噴泉增氧設備（圖5）。設備原理為水下葉輪的巨大扭矩帶動大范圍水體流動以及噴泉造成表層水體的大量攪動，為水體提供了極高的增氧率。C段、E段各加設1臺推流增氧設備（圖6）；裝置采用管式曝氣器作為曝氣執行件，經轉接硬管、橡膠軟管與主氣管相連，主氣管上排布馬鞍四通連接管式曝氣器固定在桁架支撐體上形成整體，平行于河道斷面、水平放置在河床上，岸上回轉風機產生的壓縮空氣通過管式曝氣器向水體曝氣。相對增高維揚路壩體上下落差在80 cm，形成上下堰塞，通過溢流增加下游溶解氧濃度，使循環暢通。針對西沙河水體溶解氧濃度降低、水質惡化問題，在西沙河水體增設1臺推流增氧設備，定向將水推送到設定方向，加速水循環，達到造流、曝氣、增氧的效果。

圖4 水循環系統機理示意Fig.4 Mechanism chart of water circulation system

圖5 噴泉增氧機理示意Fig.5 Mechanism chart of fountain oxygenation

圖6 推流增氧機理示意Fig.6 Mechanism chart of push flow and oxygenation

3.4 生態修復

生態修復是在控源截污的基礎上，通過營造功能完整、結構均衡的水生態系統，提高河流自凈能力;通過構建生態河床、生態岸坡，營建動植物群落，恢復水生態系統的完整性，提升水環境質量，最終實現形態、生態的和諧統一。

（1）生態河床構建

將西沙河目標河段的水和底泥充分攪拌后分段抽干，建設圍堰，栽種水生植物重筑生態河床，效果見圖7。栽種的水生植物主要包括沉水植物、挺水植物。河床處理分為3步：1）底泥疏松除臭。通過專用設備攪動，讓多層次死板的底泥疏松、曝氧，降低水體和底泥中有害物質對微生物的危害，擴大降解外源、內源污染的能力。2）擴增提取本河道優勢土著微生物。將具有特定功能的微生物擴繁，并將其固定于適宜載體中，使其高度密集并保持生物活性，通過營造適宜條件，促進其快速增殖并實現高效凈化功能。3）恢復水體原有生物鏈，完成生態系統重建，持續長效修復水環境。

圖7 生態河床效果示意Fig.7 Effect chart of eco-bed

（2）生態岸坡構建

生態岸坡可以對匯入雨水徑流的水質起到凈化作用，還能軟化硬質駁岸，提升駁岸的生態性。在童套河900 m治理范圍內，放置長15 m，寬2 m的生態床，數量為4個，總面積為120 m2，生態床采用松木樁固定，內填填料及種植土，種植土厚度0.5 m，恢復沿岸挺水植物。在西沙河700 m治理范圍內，放置長20 m，寬2 m的生態床，數量為5個。生態床栽種挺水植物200 m2，主要品種有再力花、美人蕉、菖蒲、野高瓜等。

（3）生物列陣技術凈化

生物列陣是由靶向菌、天然礦物火山巖及微生物促進材料復合而成，用于水中微生態的復建，實現水質長效修復。其原理是通過微生物促進材料促進溶解氧的釋放和恢復，有效刺激和加速自然的生物反應，激發土著菌的活性，加速生長和繁殖，提高生化反應效率，提高水體微生態系統的代謝活性，使水體得到凈化（圖8）。在童套河排水管口及兩段河道80 cm以上雨水管入口處增設生物列陣。在西沙河道北端、江陽路北側分別加設生物列陣。在童套河及西沙河污染水域分離出以典型有機物為主要碳源生長的菌株，經誘導、馴化、人工培養及沉積物富集培養，制成液體及干粉高活性靶向微生物菌材料。通過微生物之間的各類代謝作用降解水中的難降解污染物。通過吸附、離子交換、靜電、降解和轉化作用，降低水體毒性和異味。

圖8 生物列陣機理示意Fig.8 Mechanism chart of biological array

（4）水生動、植物群落調控

生態浮島技術是通過植物根系及其周圍聚集的微生物來吸收和轉化水體中過剩的氮、磷等營養成分及污染物。其構建過程中，以不引進外來物種、保障生態平衡為原則，通過水生植物、水生動物群落結構調控，進一步完善食物鏈，增加生物多樣性(圖9)。其中水生植物群落結構調控包括挺水、沉水及浮葉植物群落的調控，水生動物群落結構調控包括大型魚類、底棲動物及原生動物群落的調控。將童套河劃分為5個河段，按設計區域每50～100 m間隔投放生態浮島，規格為10～20 m2/個，總面積為500 m2，生態浮島上水生植物的主要品種為金錢草。在西沙河投放一定數量的生態浮島，總面積為200 m2，生態浮島上水生植物的主要品種為金錢草。

圖9 生態浮島機理示意Fig.9 Mechanism chart of ecological floating island

3.5 活水換水

活水換水是保持水體流動性、增加水環境容量、提升水體自凈能力的措施。按照先排臟水再引活水的思路，調來古運河水對西沙河進行活水換水。換水期間先開啟安墩河閘站、西沙河閘站，抽排西沙河片區內臟水，然后開啟黃金壩閘站引古運河水對片區進行活水換水。

3.6 長效管理

（1）河道養護

依據《揚州城區河道考核細則》，針對治理河道上游來水污染、雨污混流、底泥較多的情況，在前期“標本兼治、河岸同治”生態治理、修復的基礎上，每月對生態水系水體采樣檢測，并根據每次檢測結果對采樣點進行調整。水質檢測指標包括水溫、pH、溶解氧、氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數、濁度、懸浮物（SS）、葉綠素a等。

（2）生態浮島養護管理措施

生態浮島的各項結構管理在于保證系統穩定運行，延長浮島使用年限。每月對生態浮島池體如壩、泄洪溝及其他控制水流的設施進行檢查和維修。

水生植物是生態浮島處理的核心，后期管理主要注意以下方面：1)水生植物栽種初期通過控制水位，促使浮島上植物根莖向下生長；2）生態浮島植物一般生長較快，根據不同的植物類型，在其生長茂盛、成熟后應對植物進行及時收割，并進行處理和利用；3）防止浮床內其他雜草滋生，及時清除已生長的雜草；4）及時清除植物的枯枝落葉，防止腐爛等污染；5）暴風雨后，及時扶正浮床上歪倒的植物，排除積水。

（3）水生植物養護管理措施

植物殘體在水中積存，會分解產生H2S 等氣體，使水質惡化，并導致水體營養素的循環而使水體處于富營養化狀態。針對挺水植物，養護主要是枯萎枝葉的整修清理，殘枝敗葉堆制漚肥或深埋焚毀，減少病蟲害，使植株保持美觀、整齊的姿態。針對浮水植物，及時打撈枯黃、枯死和倒伏植株，及時清除浮水植物的枯枝落葉。定期修剪生長擴張出種植網框外部的浮水植物；冬季及時打撈清理枯死植株。及時清除岸邊淺水區的挺水類雜草，如雙穗雀稗、糠秕草等，采用人工打撈方式去除非目標漂浮植物。對沉水植物及時收割，保持水下森林平坦、美觀。

（4）水生植物病蟲害防治

根據水生植物的生長習性和生長環境特點，加強對有害生物的日常監測和控制。根據不同水生植物種類、生長狀況確定有害生物重點防治對象。禁止使用菊酯類等對魚蝦敏感的農藥。提倡使用生物防治、物理防治為主的無公害防治方式。

4 整治效益

4.1 環境效益

童套河、西沙河黑臭水體綜合整治完成后，有效減少了入河污水量，改善了水動力特性，提高了水體自凈能力和生物多樣性。斷面水質由原來的地表水劣Ⅴ類標準提高并逐漸穩定達到Ⅴ類水質。目前，童套河、西沙河水質得到顯著改善，水體消除黑臭，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。2018 年，2條河流水體均達到溶解氧濃度≥2.0 mg/L、氨氮濃度≤8.0 mg/L、水體透明度≥25 cm、氧化還原電位≥50 mV。

4.2 生態效益

通過水生態系統構建，實現了童套河、西沙河排水暢通、水清岸綠、人水和諧。整治后風景優美、河水清澈，吸引了大量垂釣愛好者。整治后的童套河成為居民休閑納涼、欣賞美景的好去處。

通過對西沙河河道清淤疏浚，增強了水體流動，增加水環境容量。通過岸坡整治，新建生態護岸，修復河道的生態功能，提高水體自凈能力和水環境承載能力。通過新建西沙河閘站，配合片區內安墩河閘站、黃金壩閘站進行活水換水，改善了區域水生態、水環境的總體質量，促進區域的生態文明建設。

4.3 經濟效益

童套河、西沙河黑臭水體整治后，周邊環境得到改善，帶動了周邊房地產行業的發展，提升了經開區的水生態環境質量。整治效果有助于發展綠色循環經濟，促進城市整體形象提升，進而帶來經濟效益。

5 結語

（1）綜合分析典型河段童套河、西沙河水體水質、區域排水管網及水體生態情況，發現河段主要存在水體污染、管網缺損、內源污染、排污口直排、生物多樣性不足、垃圾入河等問題。

（2）圍繞河段水生態綜合整治，提出了控源截污、內源清理、活水換水、生態修復、水動力復氧、長效管理等措施集成的黑臭水體整治措施。

（3）基于微生態環境構建，通過河床處理、水生態修復、水質凈化等河道綜合治理措施，成功改善了童套河、西沙河的水質，經檢測水質基本穩定。表明該技術方案下采取的河道水生態綜合治理措施可提高城市水環境質量，減少水環境污染，可為長江流域城市河段黑臭水體的生態整治提供經驗借鑒。