基于流域尺度的城市河流治理技术体系---以凉水河为例

王助贫，周　琳，闫丽娟，王大扬，李凌云，郑　蕾，曹　畅

（1.北控水务集团有限公司，100124，北京；2.北京师范大学，100875，北京）

随着社会发展与城市化进程不断推进，许多自然河流或河段逐渐演变成城市河流，其水文特性、物理结构和生态环境受到人类活动的影响更为强烈，致使城市河流问题成为我国面临的突出水问题，主要体现在几个方面：由于行洪排涝的需要，河道被改造后直线化、平面化；经济发展与人口增长带来的大量排污使水质恶化；河流生态系统遭受严重破坏，几近丧失自净能力。河流不再具有使用功能，而是成为人们避而远之的“臭水沟”，严重影响了城镇居民的正常生活和城市的健康可持续发展。因此，做好城市河流的治理工作，恢复并维持城市河流的健康尤为重要。

一、基于流域尺度的治理思路

早在19世纪中期，欧洲已开始有工程整治河流的先例，但人们发现单纯建设水利工程会破坏河流生态系统健康。20世纪50年代提出的“近自然河道治理工程”，能使流域内生物多样性有明显增长，“河流生态修复治理”理念成为河流治理的重要选择。日本在长期的河流治理实践中总结出基于流域管理的治理措施更能够有效对河流进行治理。Palmer在论述河流生态修复时指出，流域治理是一个复杂的系统，至少包括暴雨管理、湿地创建、土地覆盖等项目。

基于流域尺度的河流治理是一个复杂且没有固定形式的理念，主要可以归结为各类污染源控制、河流生态系统恢复与构建、河流与人类和谐发展。最近几年，我国对城市河流污染的治理工作也取得了突破性进展，但是由于我国的河流污染复杂多样，且河流所在地区差异性很大，治理起来相当复杂，必须根据不同地区不同河流的污染情况制定出不同的方案措施。因此，尝试探索基于流域尺度的城市河流治理技术体系有着很好的前景和实施空间。

二、凉水河流域尺度综合治理技术体系探讨

1.凉水河概况及存在问题

凉水河水系位于北京市东南郊，干流发源于石景山区首钢污水处理厂尾渠，流经海淀、西城、丰台、大兴、朝阳、亦庄开发区和通州区，在通州区榆林庄闸上游汇入北运河，总长67.2 km，流域面积624 km2，总人口450万人，横跨新首钢高端产业服务区、丽泽商务区、亦庄开发区、环渤海高端总部区、通州环球影城等重要城市功能区。

作为北京市城南区域主要的排水河流，凉水河在防洪、排水和生态方面发挥着重要作用。随着城市人口和经济规模的迅速扩张，凉水河水系原有的市政基础设施已经难以满足需要，问题频出，主要表现在：大量污水直接入河，水体黑臭严重，水质恶化；防洪排涝能力不足，部分河段防洪标准低；沿河存在大量违章建筑，环境脏乱。

2.治理技术与示范效果

凉水河水环境问题是其流域综合污染的集中表现，为了从根本上解决其水环境问题，必须从流域尺度出发，研究各种污染的去除机制，对造成水环境污染的诸多因素进行多维调控，包括综合运用高品质再生水处理技术、河道污水口除臭技术、促流净水技术和河坡植生增绿技术等，使城市河流治理从点状工程发展到点-线-面相结合的系统治理工程体系，即在保障行洪安全的前提下，兼顾河流治理与河流生态系统恢复，同时考虑滨水、亲水景观建设，促进人与河流和谐相处，实现凉水河的长治久清。

（1）高品质再生水处理技术

由于凉水河枯水期水量不足，地下水补给少，通过生态补水保证其生态基流十分必要。故凉水河流域考虑使用再生水作为生态补水入河，但需要提高再生水处理标准至地表水Ⅲ类，即高品质再生水，不对河流水质造成负面影响。通过提升现有水处理技术的可生化降解性、可生化能力和反硝化水平，研发适用性高、易实现的高品质再生水处理技术，并将该技术应用于水厂，再结合其他水资源配置工程，从而形成流域调度下解决凉水河生态水量和高品质水需求的整体方案。

通过处理规模为100 t/d的中试试验，选择出水水质稳定且占地面积、运行成本综合最优的高品质再生水处理技术方案。中试地点位于北运河与凉水河交汇处榆林庄闸管所东闸桥堤岸绿地，试验原水直接取自凉水河河道，闸前后分别设河道取水点，汛期能够随时调整取水位置以保障试验顺利进行。原水抽提至现场调节池（容积30 m3），从调节池取水，设计进水水质COD≤60 mg/L，氨氮15 mg/L。 从如下三种工艺方案中进行选择。

①方案一：预处理+生物处理（AO+MBR）+物理处理 （DF 膜）（以下简称AO+MBR）

图1　三种工艺出水COD浓度与标准值对比

②方案二：预处理+生物处理（FM-DBR)（以下简称 FMDBR）

③方案三：预处理+生物处理（BAF）+物理处理（超滤系统）+高级氧化（臭氧）（以下简称 BAF+UF+O3）

三种工艺方案中试装置稳定运行期间出水COD、氨氮浓度数据（2016年7月中旬至8月中旬数据）与标准值对比见图1、图2，三种工艺的出水基本能够稳定符合地表水Ⅲ类标准。其他日处理水量、电耗、药耗等评估数据对比见表1，虽然BAF+UF+O3工艺占地面积略大，但其出水水质稳定，运行成本较低，关键有大规模运行案例经验，最终选择该工艺作为未来凉水河高品质再生水厂的首选工艺技术。

（2）河道污水口除臭技术

由于城市建设需要，凉水河部分河道做成了涵洞形式。周边污水处理厂尾水以及降雨形成的地面径流排入涵洞河道，此外，涵洞内部还有部分生活污水排放口，水质较差，含有大量SS及容易腐败的有机物，对周围环境造成污染。在雨季和温度较高的季节，恶臭污染尤其严重，急需寻找合适方法进行解决。

目前采用的除臭方法，大致可以分为物理法、化学法和生物法三类，各种方法的原理与适用性介绍见表2。

在凉水河干流选取臭气较重的甘石桥下游5 m左岸排水口，选择合理方法进行除臭处理。由于点位除臭风量较小，根据上述除臭技术的比选，采用离子除臭法。离子除臭法工艺流程图、装置外形图及除臭效果如图3所示。

图2　三种工艺出水氨氮浓度与标准值对比

经监测，出口臭气浓度达到《恶臭污染物排放》（GB 14554-93）二级臭气排放指标，实现恶臭污染物主要指标消除控制99%以上，具体结果见表3。

（3）促流净水技术

促流净水技术是指在河流底部疏挖子槽、开闸运行，将原来静态大水面改变为流动的子槽小水面，通过提升流速来影响赋氧、促进氮磷循环和有机物降解等，进而提升河流的自净能力。通过在凉水河干流区域内设计浅滩、浅水湾、深潭等，以及布置亲水设施，保持河流水体具有一定的流动性，同时利用生态浮岛等景观工程作为水体净化场所，最终改善和维护河流促流增氧效果，达到提升水质的目的。

选择凉水河洋桥段，具体开展以下工程：①对河道底泥进行清淤，大幅度减少内源污染；②在水面增加大面积绿滩植物，让水面形成溪流从而促进水体流动，同时丰富水生植物生境，凭借植物根系吸收、吸附作用及所附着微生物对污染物的分解，增加其自净能力；③采取汀步、跌水等增氧措施，增加水体中溶解氧浓度，避免水体缺氧黑臭；④利用边缘结构护砌或河道自然淤积形成蜿蜒岸线的浅水湾（水深不超过0.7 m），满足安全亲水的规范要求，便于种植水生植物，以营造湿地型河流，形成水绿过渡空间。

表1　三种工艺各项评估指标对比

表2　除臭技术方法对比

图3　离子除臭技术工艺流程

表3　甘石桥下游排水口除臭前后指标对比

表4　凉水河洋桥段双指标水质监测数据对比　（单位：mg/L）

工程完工后，凉水河洋桥示范段治理成果日益明显，不仅水体清澈、景色优美，主要污染物浓度也明显降低，与2016年相比，2017年水质监测数据COD、氨氮双指标有显著下降，达到地表水Ⅳ类标准，具体对比见表4。

（4）河坡植生增绿技术

河坡植生增绿技术是指在保证安全行洪的基础上，结合面源入河特点和河流流态，优选适用性植物和配置模式，在硬质坡面上通过蜂巢约束覆种植土和铺设植草毯等，因地制宜构建整体生态恢复方案的技术。在凉水河干流上，通过护坡生态改造打造丰富的自然景观，使凉水河以城市湿地型河流的形式，串联城市各个功能区，连接城市开放空间，形成具有自然和文化特色的城市生态绿道，为居民提供亲水空间，激发人们的参与性，为城市注入新的活力，以实现城市河流“以水养绿”“以绿养水”的可持续发展。

选择凉水河洋桥段全段，河道两侧硬质岸坡实施“WE渗滤植生砌块+扦插柳枝护岸增绿”工程，渗滤砌块与植物根系“加筋”作用形成一阴一阳的互锁结构。该植生系统可以加强水体的生态平衡，如砖孔隙内生长着许多藻类植物，成为鱼类及其他生物的食物，构筑起生物之间演变的食物链与食物网，形成了循环的群落生态系统。扦插柳枝生长速度快、耐淹、单位面积生物量大，对氮、磷等营养质同化能力与重金属的吸收能力强，有利于水质净化并能固碳和释放氧气。砌块与扦插植物相互结合，形成一个渗透性良好的天然过滤器，既净化水质又防止河道两岸土壤流失及滑坡，还能有效减少雨水径流漫流入河时所携带的面源污染。

三、结 语

城市河流治理技术不能千篇一律，要借鉴国内外先进河流治理经验和技术，对其加以吸收和改造，根据我国河流不同问题和实际情况，综合运用不同的治理技术，做到相辅相成、因地制宜，从而提高河流的治理效果。凉水河治理方案从单纯以污水处理或河道治理的“末端模式”，逐渐延伸成以高品质再生水厂、管网、河道水系、岸线景观等组成流域环境单元的“系统模式”，可作为重污染城市河流治理的典型案例，具有较高的研究价值和参考意义。

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