眉蕉河水系綜合整治技術探討

黨宏祖，陳 新，孫杲辰，唐自強，侯延福

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著我國經濟的高速發展，人們對城市人居環境的要求逐漸提高，伴隨而來便是生活污水和工業廢水排放量的急速增加，而配套污水收集及處理系統的建設不及時、不協調，污染源分布零散，大量未經處理的廢水直接流入河流，導致城市內河受到不同程度的污染，以及出現大量水體黑臭現象，導致人居環境急劇下降[1]。由于黑臭水體成因復雜，對治理技術要求高，盡管目前許多學者對黑臭治理技術已有一定研究[2-3]，但整體上相關治理技術尤其是組合技術研究尚不完善，且組合技術治理效果定量分析不足，嚴重制約著黑臭水體治理工作。

1 研究背景

眉蕉河水系綜合整治工程北側緊靠容桂水道，南側緊臨桂州水道，東側洪奇瀝水道環繞，水流呈自北向南，由東向西的流動趨勢。項目涉及塘埒涌、龍華大涌東段及北段、德龍涌、合勝圍涌4 條河，眉蕉河、扁滘涌、高黎上、下涌、華口涌、大岑瀝、東升瀝、天九涌、高東河、合法圍涌、急流涌、公路河、容桂大涌及小黃圃新涌14 條，共計18 條河涌（見圖1）。眉蕉河水系主河道達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標準（時空分布90%）；其他支涌消除黑臭水體，水質基本達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅴ類水標準（雨后3d 除外）。研究區水系存在不同程度的污染，水動力差、淤積嚴重，存在不正常使用污染治理設施和偷排、漏排、超標排放等污染水環境的現象，研究區水生態環境整體較差。

圖1 水系分布圖

2 研究對策

基于眉蕉河水系的現狀情況，遵循國家標準、廣東地標及相應的項目要求，以“河暢、水清、堤固、岸綠，景美”為工程目標，以“五位一體”的治水理念和“治污、排澇、景觀生態”+“城市建設”的“3+1”治水思路統領全局，研究提出水環境綜合整治7 大治理系統：水安全、控源截污、內源治理、生態修復、水動力、景觀文化及長效管理，其中技術路線見圖2。

圖2 技術路線圖

2.1 堤岸整治

基于《眉蕉河河岸綠地景觀規劃》及《廣東省水利工程生態設計指導意見》（2019 年6 月）生態性要求，對護岸型式進行優化研究：河涌位于中心城區且臨河側為市政路，斷面形式以硬質懸臂式為主，擋墻前部設置仿木排樁，排樁與擋墻之間形成生態微型表面流濕地，對城市面源污染產生一定凈化作用（見圖3）；河涌位于農田段，采用仿木排樁生態護岸+滲濾型生態草溝，可通過排樁間的生態微型表流濕地和生態草溝有效攔截農業面源污染物入河，同時仿木排樁對地基承載力要求低，節省投資又能滿足河道防洪排澇的要求（見圖4）。

圖3 城區段堤岸整治橫斷面

圖4 農田段堤岸整治橫斷面

2.2 控源截污

2.2.1 點源治理

基于研究區現狀，建設污水截流系統和收集系統。通過在河道兩岸布置截污管網，進行污水改道，將其改至污干管，并輸送至污水廠處理達標排放。另外，對于收集困難點源也可利用預處理、生態處理技術等提升水質標準。

2.2.2 面源治理工程

（1）垃圾清運工程。眉蕉河水系部分河涌段缺少垃圾收集設施配套，部分居民環保意識差，沿岸生活垃圾、建筑垃圾隨意堆積。研究確定完善垃圾收集轉運系統，并設置臨時建筑垃圾。

（2）農業面源控制。通過現場詳細調查研究，眉蕉河水系河涌旁菜地分布廣泛，為了減輕農業面源污染對河涌水質的影響，研究確定通過仿木排樁間梯級微型表面流濕地和滲濾型生態草溝攔截農業面源污染。

2.3 內源治理工程

隨著截污管網完善，河涌黑臭現象有所改善，但底泥中污染物長期釋放，影響河涌水質及生態功能恢復，通過對比分析《眉蕉河水系綜合整治工程底泥監測報告》《眉蕉河水系綜合整治工程水質監測報告》確定合理的清淤范圍、清淤深度、清淤方式。

2.3.1 精準清淤

河道污染底泥界定，國內外還未有統一方法，目前我國有5 種方法被工程領域使用，分別為釋放風險法、經驗值法、背景值比較法、視覺法、含量分析法。眉蕉河水系綜合整治工程中對每條河涌底泥都進行了分層取樣檢測，根據檢測結果由上到下底泥可分為浮泥層、過渡層和底質層，主要采用含量分析法，對底泥垂向污染物含量進行分析，河涌浮泥層中總氮和總磷的含量明顯大于過渡層，綜合考慮清淤成本及水質等因素，研究確定僅清除表層浮泥層。

2.3.2 清淤方式

清淤方式主要有帶水清淤和干式清淤。經清淤方式的對比，從經濟性、適用性、清淤徹底性和高效性綜合考慮選擇清淤方式。①對于公路河等內涌河道，寬度較窄，水位較淺，可以排干以水力沖挖式清淤為主；②對于華口涌和扁滘涌等河涌，由于清淤深度略大，淤泥呈固態，需輔以圍堰干挖的方式清除深層淤泥；③對于容桂大涌、龍華大涌等河涌，河道較寬，水域面積較大，無法通過排干河道水體進行清淤，該類河涌擬采用水陸兩用攪吸泵清淤。

2.4 水生態修復工程

生態修復技術原理是通過人工輔助措施，增強生態系統的自組織能力以及自我調節能力，促使其朝向有序的方向發展，同時發揮生態系統自我恢復作用，改善已經被破壞的生態系統。本工程水生態修復工程技術措施主要應用曝氣增氧、生態浮島廊道（景觀生態浮島+碳素纖維生態草），旁側系統、生態攔截技術、超磁分離技術、水生植物塘等措施開展修復治理，能夠獲得不錯的效果。

2.4.1 曝氣增氧技術

針對溶解氧較低的河涌，前期利用曝氣增氧技術恢復河涌自然生境，后期利用植物增氧維持河涌本身生境需要，達到工程措施與生物措施的有機結合。

2.4.2 生態浮島廊道（景觀生態浮島+碳素纖維生態草）

在截污后溢流制排口下游，設置景觀生態浮島廊道對溢流水體進行進一步處理，減小污染物對河涌的影響。

2.4.3 旁側系統

本次整治河涌兩側農田居多，有部分農田退水渠直接匯入河涌，嚴重影響河涌水質。旁側系統是人工礫石床與碳素纖維過濾前池相結合的一種新型污水處理系統，在農田退水渠出口設置旁側系統，對農業面源污染進行嚴格控制。

2.4.4 生態攔截技術

龍華大涌東段上游水體攜帶漂浮物無法控制，為了有效的阻止工程區范圍外漂浮物進入工程水體，影響工程區域水體質量，在龍華大涌東段設置兩道生態攔截網，對水體中的懸浮物（SS）及水面漂浮物進行有效生態攔截。

2.4.5 超磁分離技術

通過對現場詳細踏勘，工程整治范圍外仍存在部分支涌水體水質惡劣，對工程區內水體水質造成嚴重威脅，工程主要對天九涌、高黎下涌支涌出口處設置超磁分離系統，對支涌水質進行凈化，待其達標后再排入治理河涌。

2.4.6 水生植物塘

針對短小支涌，無外源污染物匯入河涌，采用水生植物塘技術恢復河涌自然生境。水生植物塘是在其內種植纖維管束型水生植物，包括沉水植物（能夠有效地去除水中的污染物，對N、P 有較好的去除效果）、浮水植物（水浮蓮、睡蓮、浮萍）、挺水植物（蘆葦、香蒲、菖蒲）。眾多研究表明，沉水植物的根能吸收底泥中的N、P，莖和葉能吸收水中的N、P，比其他水生植物具有更強的富集N、P 的能力，沉水植物也會影響水中懸浮固體濃度和沉降，抑制藻類生長[4]。

眉蕉河水系中合勝圍涌及東升瀝的水動力、水質均較差，為保持河涌水質，同時達到一定景觀效果，水生植物覆蓋率約占60%（挺水植物10%，沉水植物50%）。

2.4.7 生態系統構建

水生態系統構建主要包括水生植物、水生動物群落構建，水生植物包括挺水、浮水和沉水植物的栽植，水生動物包括魚類群落和底棲動物群落的投放及調控等。區域水系四通八達且水系連通，水生動物群落動態變化，在水環境綜合治理中生態系統構建主要涉及水生植物群落構建，待河涌生境改善后，水生動物群落自我恢復。

水生植物群落構建主要結合生態護岸，河涌岸邊種植挺水植物和沉水植物。研究確定挺水植物為美人蕉、風車草、黃菖蒲、再力花和梭魚草，在滿足花期長、景觀效果好、維護簡單的前提下，兼顧根系發達能夠固著土壤、削減營養鹽等水質凈化功能；沉水植物為矮生苦草、輪葉黑藻、大茨藻、菹草以及馬來眼子菜5 種沉水植物構建組成3 種沉水植物群落，形成優美的水下森林，起到固土吸收營養物質的作用，增加沉水植物的抗逆性，穩定生態系統。

2.4.8 水質原位生態修復技術

德龍涌水環境底質較差，因此，針對德龍涌自身的水環境狀態，采用水質原位生態修復技術對其生態環境進行修復，其中主要采用ISSA PGPR 原位生態修復技術。

2.5 水動力系統構建

黑臭水體多具有緩流且自凈能力差等特征，生態系統穩定性弱，若污染，水質難恢復。已有研究和工程實踐表明，利用水體流動可抑制水華現象的發生。竇明等[5]對漢江宗關斷面1992—2000 年的平均流速進行了分析,表明漢江中下游在1992 年、1998 年、2000 年的2、3 月份發生的3 次水華事件均與水體流速密切相關（水體流速均在0.25 m/s 以下）。王紅萍等[6]對漢江水華發生的內在機理做了進一步研究,提出了基于Monod 方程的藻類濃度與流速的關系式，并確定漢江宗關斷面發生水華警戒流速為0.225 m/s。廖平安和胡秀琳[7]就流速對藻類生長的影響進行了水槽試驗,結果表明流速達到0.20 m/s 時能夠延緩藻類的生長。研究確定本工程常水位下流速不小于0.3 m/s 為條件設計一體化泵閘。

通過工程水動力分析可知，扁滘涌、華口涌在常水位下河涌平均流速為0.019 m/s、0.135 m/s，河涌水動力差。為了增加水動力條件，在扁滘涌與華口涌匯合處、扁滘涌起端各設置一體化泵站一座，增加河涌水體循環。

2.6 景觀文化

運用新綠色技術等海綿城市理念，結合流域綜合整治思路，踐行低影響開發技術，建設海綿城市。本次工程方案采用生態雨水明溝系統，運用雨水花園、濕地、生態草溝海綿體、生物濾床、下凹式綠地、下滲路面等海綿城市技術，形成“林地集水、路面滲水、濕地凈水、湖面蓄水”的低碳生態、低影響開發雨水系統，雨水通過海綿體下滲、滯蓄、凈化、回用，最后剩余部分徑流通過管網外排。

2.7 長效管理

智慧水務系統建設，需利用互聯網技術、水情、水質表等在線監測設施實時感知水務系統的運行狀態，通過可視化的方式統籌水務管理各部門與設施，組成“水務物聯網”，可將大量水務信息數據進行及時分析與處理，并提供輔助決策建議，以更加高效、精細和動態化的模式管理水務系統的運營服務。

3 預期成效

工程實施后，防洪排澇安全作用顯著，河道生態逐步改善，也可美化環境，水資源科學調度，開發旅游業、吸引外資，形成高質量發展的生態活力濱水經濟帶，為提高人民健康水平和生活治理創造了有利條件。項目實施后多方面因素使定量計算社會效益和環境效益難度增大，但項目實施后周邊生態環境改善，防汛排澇等綜合效益可以充分發揮，較大程度帶動區域經濟發展，結合實際工程經驗并參考同類項目其間接效益可達2 000 萬元/年。

4 結語

（1）工程可使眉蕉河水系主河道達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標準（時空分布90%）；其他支涌消除黑臭水體，水質基本達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅴ類水標準。

（2）眉蕉河水系整治工程為系統工程，涉及面廣、投資大，但隨著工程的實施可恢復河涌自然生境，改善人居環境，具有顯著的環境效益、社會效益和一定的經濟效益。