常熟市城区兴福片区断头浜水环境生态修复实践

(1.南京瑞迪建设科技有限公司，江苏 南京 210029；2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

常熟市位于江苏省南部，地处太湖流域，境内水网密布，湖荡众多，河港纵横，集镇临河，村落傍水，是典型的江南水乡，人们习惯将小河流称为河浜，而断头浜[1]是指一端是盲端的小河沟。由于其水体流动不畅、周边环境污水灌入，流得进排不出，水体易发黑发臭[2]，严重制约了区域水质的整体提升。

目前，断头浜采用的活水[3]措施通常是在断头浜底部埋设钢管，通过翻水泵将下游主干河道活水抽至断头浜上游，再让活水从断头浜河槽自流进入下游主干河道。该方法对断头浜上游水质改善效果较好，下游效果较差，加之河道两岸均为居民生活区，部分生活污水排入河道，水质基本处于Ⅳ～劣Ⅴ类，底泥污染严重。单一的活水措施可谓是治标不治本，现在难以满足城市水环境生态综合修复的要求，迫切需要探索标本兼治的综合治理措施。

本文以常熟市城区兴福片区断头(花园)浜整治为例，结合水动力与生态补水技术、原位生物强化与太阳能充氧耦合技术，通过河道清淤、翻板闸建设、生态浮床建设、系统集成等综合治理措施对断头浜进行系统整治及效益分析。

1 区域水系概况与断头浜现状

常熟市主要引排河道22条，200亩以上的湖荡13个。河道和湖泊组成了一个可供引、排、调、蓄、航的水网水系，服务于工农业生产和人民生活。南福山塘是主城区北部一条重要的纵向引排水河道，南起北门翻水站，长3.2km，河底高程0.5m，平均河宽18.0m。雨季时，虞山北麓洪水沿兴福片区内的报慈浜、花园浜等河道排入南福山塘。

花园浜全长865.0m，正常水深约1.7m，河口宽7.0～10.0m，西侧连接虞山，东侧连接福山塘。雨季时，花园浜作为虞山洪水的行洪通道，具有一定流动性，除雨季外，花园浜上游几乎无水源补充，水体流动性差，为典型的断头浜形态。地理位置上，花园浜紧邻古城区，老旧城市管网存在截污不彻底的现象，两岸时有生活污水直排入河，导致河道水体黑臭，水质基本为劣Ⅴ类，尤其在7月、8月水体发灰严重，水面漂浮底泥发酵物质，严重影响周边人居环境。而花园浜水体进入下游主城区主要引排水河道，将进一步影响福山塘水体水质。目前，花园浜底部埋设钢管，通过泵站将下游主干河道河水抽至花园浜上游，再让水体从断头浜河槽自流进入下游主干河道，形成活水。但是由于花园浜河道坡度较缓，水体在上游100.0m范围内流动性较好，中下游水体流动性仍然很差，对水质的改善效果不明显。近年来，随着常熟经济的发展，人民群众追求舒适、健康生活品质的愿望日益强烈。为了改善常熟城区水环境及人居环境，避免影响下游区域水质达标，对花园浜这一典型黑臭断头浜进行源头整治十分必要。同时，通过花园浜整治工程，探索形成一套行之有效、成本适中、易于维护管理、普遍适用的平原地区断头浜“黑臭”河道整治技术，并推广到江苏省内，乃至长三角地区，为建设水生态文明城市、宜居城市提供技术支持，也具有重要参考意义。

本文遵循传统黑臭河道治理“截污、控源、活水、生态修复”四大原则，针对断头浜水体流动性差等特点，常熟市采用了“截污控源、内源治理、活水循环、清水补给、水质净化、生态修复”的技术路线进行综合整治修复。

2 修复工程措施

花园浜整治工程是一个系统性的工程，河道整治工程首先进行截污纳管、底泥清淤，控制好外源和内源污染；在原有上游活水工程的基础上，采用液压翻板闸与微氧推流机相结合的梯级水力调控方法[4]，形成整体活水与局部活水相结合，逐级改造花园浜水质；针对现状水体黑臭明显的情况，临时投放絮凝剂，加快河道水体悬浮物的沉降，改善感官效果；长期修复采用生态水草、生态浮床等措施进行水质净化、改善生态。具体分类措施如下。

2.1 截污控源措施

花园浜整治工程采用干地进行清淤，淤泥无重金属污染，淤泥封装外运，晒干后弃置于指定的弃土区并填埋。清淤过程中同时对河道两岸排水口进行调查，区别雨水口、排污口以及雨水污水混合口，发现排污口及时汇报河道管理部门，查明污水来源；在妥善安排好原污水去处后，对排污口进行封堵。

2.2 局部活水措施

针对花园浜现有活水工程仍然满足不了水体流动性与水质要求的情况，治理工程在花园浜中下游采用液压翻板闸与微氧推流机相结合的梯级水力调控方法，提高水体流动性。微氧推流机[5]利用专用潜水电机直接传动叶轮高速旋转，同时产生强大的轴向推力和径向搅拌力，将吸入的空气粉碎成细微气泡，并且将气、水混合体强力注入水中产生的气水混合流，在离心力作用下急速排出，推动水层间的强劲流动，从而达到曝气和推流搅拌混合的双重作用。潜水推流曝气机使水体搅动与充氧同时进行，气泡细密，既可获得较高的氧转移率，又具有叶轮无堵塞优点。该方案集曝气、搅拌、混合、推流于一体，解决有机废水，有效曝气充氧于一体(不需要配置鼓风机、管道、阀门及水泵等设备)，投资少、成本低、安装简捷、维护便利。通过充分曝气与搅拌，能有效增加水体溶解氧含量，具有富氧、曝气双重功能，在加速水体循环的同时，可加速长期滞留于水体中的不易腐化的有机物分解，较大程度改善水体环境，促进城市河流生态系统恢复。

2.3 临时投放絮凝剂

花园浜现状水体浑浊、悬浮物较多，自然沉降较慢，为进一步提高花园浜水环境质量，改善花园浜河道感官效果，提高河道水体透明度，改善城市水景观和沿河居民生活质量，该治理工程在河道蓄水初期投放絮凝剂。根据工程实施需要以及河道实际情况，采用原位水质净化处理方案，在花园浜和福山塘交汇口处北侧的花园浜翻水站位置处，建造絮凝剂(PAC)掺加系统。花园浜翻水站引福山塘来水进入泵站后，通过絮凝剂(PAC)掺加系统投加絮凝剂，用来强化悬浮物的沉淀效果。混合絮凝剂的河水通过地下暗管，从花园浜翻水站输送至花园浜上游区域，悬浮物经混凝沉淀快速沉入上游河底，降低河道水体悬浮物浓度，河道水体感官效果和透明度改善明显。

然而，若长期投放化学药剂，将对河道底部土壤的pH环境和生物养分固结产生不利影响，因此后期水体净化需依靠活水循环和生态水草等措施。

2.4 生态净化措施

根据花园浜河道特性及水质特点，采用植物生态浮床与生态水草技术相结合的方式对花园浜进行生态治理[6]。

生态浮床[7-8]技术是运用无土栽培方式，以高分子材料为载体和基质，采用现代农艺与生态工程措施综合集成的水面无土种植技术。通过水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生动物的摄食以及微生物群落的降解作用，去除水体中有机物、氮、磷等营养盐，从而达到水质净化的目的，同时营造优美的水面景观。

生态水草[9]技术是将苦草、黑藻等生态水草布置于水中，生态水草表面将自然形成生态膜，生态膜中外层为藻菌共生层，内层为厌氧层。外层藻类通过光合作用产生氧气供给好氧菌使用，促进好氧菌生长，而细菌代谢释放出的CO2又成为藻类的碳源，促进了藻类的光合作用，形成了良好的共生环境。内层厌氧菌则承担着反硝化作用，可将水体中的氨氮转化成氮气排入大气，通过生态水草技术，配合曝气工艺，可有效降解COD、BOD、NH3-N达20%以上，提高水体透明度30%以上。另一方面，形成的生态膜微生态系统中，藻类、原生动物等饵料生物还可作为食物来源供给水生动物，有利于提高食物链的初级生产力。

2.5 综合自动化系统集成

生态治理工程一般具有一系列关键的调控设施、设备，而各类设施、设备的联合调度和自动化管控能够大幅节省人力、提高环境治理工程的整体效果，也为后续水环境的适应性管理提供了有力手段。该工程涉及的调控设施包括3台微氧推流机、1号和2号液压翻板闸、临时絮凝剂掺加系统。建设远程自动化控制系统，一方面可实现所有工情的自动化远程监视和集群监控，提高工程自动化、集群化、智能化管理水平。另一方面，自动化监控系统建设完成后，可通过预留标准化接口，集成到整个常熟市城区畅流活水联控联调系统中，这将大幅提升城市河流的生态治理与有效管控效率。

该工程的远程自动化监控系统包括工情遥测系统和远程监测系统两个子系统。工情遥测系统由遥测站和中心站两部分组成，遥测站分别设置在微氧推流机、液压翻板闸、絮凝剂掺加系统设备现场，中心站设置在花园浜水行政主管部门，实时接收现场监测信息。遥测站按照设定的工作方式自动采集传感器的信息，通过分析处理单元、存储单元、通讯单元向中心站发送最新遥测数据。中心站实时接收遥测站发来的数据包、自动检查数据的帧格式，并进行合理性判断，分类自动存储，以立即数的形式进行显示。系统对采集的各类数据进行计算与统计。显示包括各类显示图、曲线、表格等，显示实时数据及运行状态、提供历史数据曲线、报表查询，各类报警信息统计表，操作记录统计表、各类运行报表等。远程监测系统采用分层分布开放式结构，控制权分“远控、现地”两级，越接近设备，控制权限越高，控制权顺序为：现地、远控。远程控制与调节的对象主要为3台微氧推流机、1号和2号液压翻板闸、絮凝剂掺加系统。控制内容包括微氧推流机的开、停机操作，液压翻板闸的升、降、停操作，絮凝剂掺加系统的启、停操作等。现地通过按钮或触摸屏人机界面控制，远程利用鼠标或键盘通过监控软件控制。监控系统按照当前的运行控制方式和预定的参数进行控制调节，以满足工程的实时控制要求。

2.6 整治效果

治理前花园浜水质多为劣Ⅴ类，部分水体黑臭，水动力条件差，部分河段淤积严重，底泥易扰动。

修复工程完成后，花园浜水动力提升明显，尤其是下游河段表面流速达到0.1m/s以上。经过约半年的运行，花园浜水体透明度达到1m左右，水质得到明显改善。

2018年6月对花园浜河道沿程取5处水样进行检测，主要水质指标达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类水标准，水体全面消除黑臭，沿河检测指标见表1。

表1 花园浜水质检测结果

3 结论与建议

花园浜整治工程是常熟市断头浜水环境生态修复技术示范工程，该工程针对断头浜水体流动性差等特点，采用了“截污控源、内源治理、活水循环、清水补给、水质净化、生态修复”的技术路线，在每个环节结合具体问题实施了较为有效的工程措施，并将各类关键调控设施进行自动化集成。工程实施后，花园浜水质环境得到较大改善，居民生活品质得到显著提升。通过对花园浜整治进行总结，形成一套合理有效的断头浜治理系统，可为常熟市消除黑臭河道、改善城市水环境的目标提供技术支撑，也为其他城市河流环境治理，尤其是断头浜治理提供有益参考。但是在工程具体实施及后续运行管理过程中，仍存在如下问题有待进一步深入研究和探讨：

a.花园浜整治工程属于试验性整治工程，工程中虽然采用了活水循环、清水补给、水质净化、生态修复等一系列工程措施，但实施过程中发现河流沿线排污管截污不彻底，治理效果大打折扣，控源截污是基础工作，施工过程中应协调处理现状排污问题，对截污不彻底的污水口进行封堵。

b.工程实施后配套建设的远程自动化监控系统是水环境治理工程联合调度和高效运行管理的有力手段。但是目前各集成系统还处于试运行阶段，因此开展试验性调度，探索配套设施的调控与水环境质量的响应关系，建立相应的反馈调节机制，可为常熟市断头浜水环境治理工程提供科学依据，也可为后续水环境的适应性管理提供参考借鉴。꿞