人工稳定生态系统构建技术应用于宿迁马陵河道治理项目的效果分析

(上海汀滢环保科技有限公司，上海 201707)

随着人们生活水平的不断提高，对河流水质的要求也越来越高，水体清澈、鱼翔浅底、水清岸绿等成为居民向往的环境。针对我国水环境的严峻形势，2015年国务院发布《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)，水生态治理逐步成为河道修复治理的主流技术[1-2]。随着城市黑臭河道的逐步消除，“清水型河道”逐渐生成，但现阶段清水型河道存在岸坡硬质化，生态系统缺失、自净能力弱、水质不稳定、夏季易现蓝藻暴发、水体透明度不佳等问题，已成为当今河道修复治理的又一研究难点及热点。本文以宿迁马陵河为例，介绍该河道利用人工稳定生态系统构建技术的工艺方案，分析工程实施前后的水质变化情况及治理成效，以期为类似河道的治理提供参考经验。

1 宿迁马陵河道项目概况

马陵河为老城区雨水外排骨干河道，现状底宽8.0～35.0m，底高程18.0～15.6m，沿线地面高程22.7～19.5m。对试点马陵河宿城区段(即八一路至西湖路段)进行水环境生态治理，具体位置见图1，全长1.6km，平均河口宽10.0m。根据现场踏勘，马陵河宿城区段河道两侧均为硬质护岸，无植物生长；河道内仅有少量水生植物，河底有底栖藻类生长；河道生态系统严重缺失，水体基本丧失自净能力，为典型的中心城区硬质化河道，现状图见图2。高温季节水体发绿，感官较差，严重时大面积蓝藻漂浮；河道底部存在黑臭淤泥，持续向上覆水体释放污染物质；第三方水质监测数据表明(见表1)，马陵河道水质基本处于Ⅳ类水质，主要超标因子为氨氮。本工程治理目标为水质稳步提升至Ⅲ类水质。

图1 马陵河治理范围位置

图2 马陵河现状

采样时间采样位置DO/(mg/L)透明度/cmCOD/(mg/L)NH4-N/(mg/L)TP/(mg/L)2018-05-10(施工前)八一路4.4568160.840.085洪泽湖路5.1875181.020.083西湖路5.6570141.080.083地表Ⅲ类水质标准5.00—201.000.200

2 治理方案设计

2.1 治理思路

人工稳定生态系统技术坚持生态治理原则，主要针对城市硬质化河道底栖藻类暴发性上浮、底泥黑臭、生态系统丧失、物种单一、抗污染负荷能力弱等问题[3]，核心在于恢复和提高河道的自净能力，重点通过人工构建健康生物群落，维持水生态系统稳定平衡，从而实现河道水质及水景观良好。

2.2 三大关键技术亮点

本次水质提升主要考虑底泥改良和生态系统构建。本次设计因地制宜，充分运用三大关键技术，技术路线见图3。

图3 水环境治理技术路线

2.2.1 底泥界面重塑技术

秉承“泥水共治”理念，在精准诊断底泥污染分布及程度的基础上，针对性开展河流底质薄层生态清淤，大幅降低底泥清理工作量，并辅以投加生物底泥改良材料，改善底质条件，实现泥水共治。改变传统水环境治理中盲目清淤、不重视底泥氧化环境提升的问题，使硬质河道退化型恶化底质成功修复为河流污染物“消化池”及水生生物栖息地。

该项目选择改性材料怡水净。怡水净是以厚壳贻贝等生物材料，通过特殊的改性加工工艺制成的复合贝壳改性生物材料，具有吸附能力强、效果明显、见效快、成本较低、环境友好、无二次污染等优点。根据河道底泥深度及污染程度，项目设计怡水净投加密度为 300～600g/m2。

2.2.2 生态导流促生技术

运用水力生态导流手段，利用现有两道钢坝门，根据植物生长需要进行生态调控，形成梯级净化格局，跌水复氧，大大提高水质净化效果。使河道水体流态多样化、复杂化，辅助水质改善，并为各类水生动植物繁殖、生长、栖息创造良好环境。

马陵河在马陵路与西湖路上游处各有1座钢坝门，利用两座钢坝门形成梯级生物净化格局，对河道水位、流速进行人工干预，增加溶解氧，有利于水生植物的生长。另外，梯级布局可促进水体中悬浮颗粒物的沉淀，有效提高透明度，提升感官效果。梯级布局的设置是水力生态导流的一种形式，配合生物修复中的曝气增氧设备的使用，使河道水体流态多样化、复杂化，辅助水质改善。

2.2.3 生物竞争抑藻技术

以构建沉水植物为主，选用矮型苦草、马来眼子菜、狐尾藻及金鱼藻等品种(适宜本土生长，去除污染物及抑藻效果较好)[4]，沉水植物种植覆盖率达到60%，辅以挺水植物、浮水植物及水生动物人工构建生态系统，通过生态系统人工调控及优化，浮游动物、底栖动物及鱼类种群得到合理恢复，形成完善而稳定的河流水生态系统，抑制底栖藻类暴发，使得城市硬质化河道形成较强自净能力，水体清澈，景观优美宜人[5]。与传统抑藻技术相比，该技术具有抑藻效果好、生态建群快、水质及水景观改善效果迅速、良好水质维持时间长、污染吸收能力强、运行费用低、适用范围广等优点。

该项目共种植沉水植物10000m2，安装复合生态浮床540m2，种植浮水植物100m2，投放底栖生物200kg，并安装2台喷泉曝气机辅助增氧，以逐渐恢复河道内生态链的完整性。

3 结果与分析

3.1 水质效果分析

在马陵河及上下游共设置5个监测点，即上游监测点环城北路，治理段监测点八一路、洪泽湖路及西湖路，下游监测点钟吾路。点位分布见图4。

图4 监测点位分布

在项目施工前(2018年5月)和施工完成水质稳定(2018年9月)后6个月分别进行了采样监测，监测指标包括溶解氧、透明度、化学需氧量、氨氮及总磷五大常规指标。

3.1.1 水质横向对比

通过对上游段、治理段及下游段近6个月的数据进行整理、分析，其各监测点各指标含量变化见图5～图9，由图5可以看出，治理段各指标均优于上下段指标，其中溶解氧含量较上游段平均提升18%，主要是相对于挺水、浮水植物，沉水植物光合作用产生的氧气全部释放到水中，其增氧能力较强。

图5 监测点溶解氧含量变化

由图6可以看出，治理段水体透明度相对较高，基本处于150cm左右(2019年1月雨期较多，透明度略低)，相对上游平均提升45.3%。表明沉水植物能够截留水中颗粒物，易于颗粒物的沉积，从而改善水体透明度。

由图7～图9可以看出，治理段化学需氧量、氨氮及总磷指标均明显低于上下游段。其中中段(洪泽湖路)相对于上游，氨氮平均相对降低47.9%，总磷平均相对降低71.6%，其中氨氮、总磷指标达到地表水Ⅱ类水质标准，化学需氧量达到地表水Ⅲ类水质标准，表明治理段营养物质的吸收及污染物质的降解能力较强。

图6 监测点透明度变化

图7 监测点化学需氧量含量变化

图8 监测点氨氮含量变化

图9 监测点总磷含量变化

3.1.2 水质纵向对比

选取治理段中游监测点洪泽湖路为研究对象，对比治理前后水质变化情况(见图10、图11)，可以看出：2019年2月与2018年5月(治理前)相比溶解氧含量提升37.3%；透明度相对提升48%；氨氮含量相对削减72.5%；总磷含量相对削减73.49%；化学需氧量含量变化幅度不大，相对削减16.7%；可见稳定生态构建技术对氨氮、总磷营养物质去除效果最佳。

图10 洪泽湖点溶解氧及透明度变化情况

图11 洪泽湖点氨氮、总磷及COD变化情况

3.2 感官效果

3.2.1 底泥改良效果

项目实施前底泥黑臭，存在内源污染，对河道水质影响较大，对其进行泥水界面重塑后，底泥呈现出正常的黄色，无异味，见图12。

3.2.2 河道整体感官

选取马陵河河道两个断面进行治理前后实景效果对比，明显发现治理后的马陵河水体清澈见底，水下植

图12 底泥改良前后对比

被长势良好，河面挺水植物和浮水植物增加河道生态性和观赏性，整体感官良好，初步形成清水型河道效果，达到了设计目标，见图13。

3.3 生物多样性分析

为了评估工程效果，2018年11月对马陵河治理段进行了系统的生态学调查。

调查发现治理段植物共计19种，其中高等维管束植物18种，分属于15科18属；藻类1种。沉水植物密度高，河底植被覆盖率超过90%；挺水植物和湿生植物主要分布在河道两岸，相对盖度高。

a.沉水植物7种，苦草、伊乐藻、轮叶黑藻、狐尾藻、菹草、金鱼藻及大茨藻，占物种总数的37%。

b.浮水植物2种，睡莲及水绵，占物种总数的11%。

c.挺水植物7种，香蒲、芦苇、再力花、铜钱草、鸢尾、水葱及梭鱼草，占物种总数的37%。

d.湿生植物3种，鳢肠、卷耳、鹅肠菜，占物种总数的15%。

对马陵河治理段治理前后物种丰富度进行对比，见图14，不论是水生植物还是水生动物，治理后物种丰富度都明显增加，抗冲击能力大大增强。治理段已经

图13 治理前后对比

由以浮游藻类、底栖藻类为主的浊水态藻型生态系统转变为以沉水植物为主的清水态草型生态系统。

图14 治理段物种丰富度指数对比

4 结 论

a.宿迁马陵河为较典型的清水型河道，通过人工生态系统构建技术对其进行治理，水质基本稳定在地表水Ⅱ类水质，透明度提升至近1.5m。

b.坚持生态治理原则，应用泥水界面重塑、生态导流促生、生物竞争抑藻等关键技术，人工构建稳定生态系统，治理段较上下游段各指标均有改善，治理段相对上游段溶解氧平均提升18%，透明度平均提升45.3%；氨氮、总磷分别降低47.9%、71.6%。另外治理后，氨氮及总磷指标提升至地表水Ⅱ类水质标准，化学需氧量变化幅度不大，基本稳定在地表Ⅲ类水质标准。

c.该治理项目实施后，底泥感官及景观效果均有明显改善；生物多样性大幅度提高，治理段已经由以浮游藻类、底栖藻类为主的浊水态藻型生态系统转变为以沉水植物为主的清水态草型生态系统。

d.河道的水生态治理项目环境条件较为复杂，岸线、排口、水生植物养护及设备维修等都需要专业的维护及后期科学的管理，才能保障河道能够真正达到生态系统及水质稳定。