城市水体生态修复综合施策研究——以北京市西郊雨洪调蓄工程为例

邹广迅，杨连生

（1.北京翔鲲水务建设有限公司,100192,北京;2.北京市西郊雨洪调蓄工程管理处,100049,北京）

随着快速城市化，经济与人口集聚发展，加上水资源季节性干枯，北京地区城市水体污染和水生态退化问题已十分突出，威胁城市人居环境和饮水安全，亟须开展系统的水体治理与水生态修复。传统的水环境治理仅限于水质的改善与提升，未系统地解决外源和内源污染问题，因此治理后水环境问题容易反弹，探索系统治理城市黑臭水体的综合策略是当前城市黑臭水体治理的重要方向。

一、水体治理及生态修复方案

水体治理及生态修复的方式包括外源截污、内源治理、生态恢复、清水补给和增加水体流动性。其中，外源截污是治理前提，包括雨污分流管网改造、排污口截流、农业面源治理等；内源治理包括水体治理和底泥的清淤；生态恢复措施包括引水保障生态需水，利用水生动植物重新构建水生态系统；增加水体流动性是通过水力设施增加水动力，提升水体自净能力，防治水体富营养化。水体治理及水生态修复主要措施见表1。

表1 污染水体治理及生态修复措施

二、北京市西郊雨洪调蓄工程案例分析

北京市西郊雨洪调蓄工程（简称西蓄）是利用西郊砂石坑建成洪水调蓄工程，是北京“西蓄、东排、南北分洪”的城市防洪体系中的重要组成部分。西蓄汇水区域为八大处沟流域及北八排沟、琅璜沟流域，共计27 km2，总蓄洪量为700万m3。在永引渠杏石口闸上游、渠道右岸建设分洪闸，闸下建分洪暗涵，一路就近接入西黄村砂石坑，一路沿永引渠南侧、西五环东侧绿化带接入阜石路砂石坑。主体工程阜石路砂石坑蓄洪量680万m3，共设4个雨水（地表径流）汇入口，一个永引渠分洪暗涵，一个退水渠。湖体自西向东依次为净湖、浣湖、灈湖、润湖、沁湖，由水面构筑物分割成8个区域，分别为1号净湖、2号净湖、3号净湖、4号净湖、5号润湖、6号沁湖、7 号灈湖、8 号浣湖（图 1）。

图1 阜石路砂石坑平面布局图

治理前，西蓄的水环境问题主要为水体黑臭且出现大面积水华，水质为劣Ⅴ类。分析水体污染来源，可归纳为两类：一类是外源污染输入，工程汇水区范围内琅璜沟、北八排沟雨污管网存在雨污混流问题，一部分污水通过雨水管网进入水体，且汇水范围内初期雨水污染较重；另一类是水体流动性差，复氧能力弱，易造成水体富营养化，出现水华等水环境问题。

针对西蓄的水环境问题，采取包括外源截污、水体治理、清水补给、生态治理的治理方式。

1.外源截污

在工程建设时，对排入阜石路砂石坑的琅璜沟、北八排沟的雨污管网进行分离改造；开展对琅璜沟和北八排沟清污；且石景山区对琅璜沟、北八排水暗沟、车辆段雨水方沟、西五环路雨水管及老山雨水管等5条雨水管线建设初期雨水分流工程。

外源控制后，西蓄净湖（雨水汇入湖体）水质监测结果显示，由截污前的劣Ⅴ类上升为Ⅲ类，水质明显好转。截污前后水质监测指标变化见图2。

2.水体治理

采取物理化学以及生物的方法，包括在4个雨水汇入口设置拦污栅、吸油索，截留砂石、垃圾、浮油等；在雨水汇入的第一个湖体净湖，采取人工曝气增氧、石墨烯光催化以及投撒微生物制剂的方法进行治理，能有效控制西蓄水质在Ⅳ类左右。但出现较大降雨时，排入湖体的地表径流污染较严重，采取投撒微生物菌剂，能有效降解污染物，提升水体透明度。

图2 外源控制前后西蓄净湖水质变化

某场雨后西蓄水质下降，经监测COD、氨氮、总磷等指标均出现超标，总体来看1号净湖超标最严重。其中 COD 1、2、3、7、8 号湖为劣Ⅴ类（＞40mg/L），1 号湖最高达 158.1 mg/L；氨氮7号、8号湖为Ⅴ类（≤2.0mg/L），1～6 号湖好于Ⅳ类（≤1.5mg/L）；总磷仅 1 号湖为劣Ⅴ类（＞0.2mg/L），4、6、8号湖好于Ⅳ类（≤0.1mg/L）。立即投撒水澄清剂，24小时后取样分析，结果显示COD除6号湖外均显著下降，降幅最大的为3号湖，降幅达到77.77%。 氨氮 1～3、5、6、8 号湖显著下降，3号湖降幅最大为43.86%，4号、7号湖略有上升，分别上升0.25 mg/L、0.29 mg/L。总磷 1、5-7号湖下降，1号湖降幅最大为40%，2～4号湖略上升，4号湖上升最多为0.3 mg/L，8号湖无显著变化，如图3所示。

3.清水补给

通过永引渠分洪暗涵不定期补给活水，可有效控制雨后大量污染的地表径流汇入造成底泥上泛。汛期某场暴雨后水质恶化，底泥微生物厌氧反应产生大量气体，导致底泥上泛，水体透明度下降。排水口取样监测结果显示，除老山排水沟外，各排水口以及退水渠COD都为劣Ⅴ类，其中北八排最高为100.8 mg/L，其次是琅璜沟为81.27 mg/L，这与北八排、琅璜沟地表径流污染严重一致。退水渠污染物浓度以及浊度高，原因可能是退水渠使用率低，渠前水流动性小，不利于水质净化。采取投撒菌剂治理外加分洪闸补给清水，活水补给能有效改善水体低溶解氧状态，同时提升水动力，促进水体流动性增强，底泥上泛消失，48小时后水体透明度恢复，浊度分析显示北八排、琅璜沟、退水渠浊度下降明显，但退水渠浊度仍较高，原因为退水渠距离补水口较远，水体更新缓慢。

图3 1～8号湖投撒微生物制剂前后水质变化

4.生态治理

有机物、氮、磷浓度高是造成水体污染的重要因素，但同时这类污染物又是水生植物生长所需的营养物质来源。 可利用水生生物转移水体污染物，从而削减水体污染物含量。由于西蓄具有洪水调蓄功能，种植大面积水生植物阻碍行洪，因此采取在水域四周种植芦苇、香蒲、菖蒲等，水面种植凤眼莲，起到净化水质作用的同时美化生态环境。芦苇、香蒲和凤眼莲均能有效去除水中重金属、COD、BOD、氮、酚类物质等，菖蒲能一定程度上抑制藻类生长，防治水华。其中芦苇每公顷种植面积存储氮磷量约为6~35t，香蒲每公顷种植面积存储氮磷量约为4.3~22.5 t，菖蒲每公顷种植面积存储氮磷量约为8.6~32.7 t，凤眼莲每公顷种植面积存储氮磷量约为20~24 t。西蓄凤眼莲种植采取物理方法限制生长范围，生长密度大，故计算氮磷存储量采用系数法，对比自然状态生态密度，系数值取1.7，即西蓄种植的凤眼莲存储氮磷量约1.4~1.6 t。同理，芦苇存储氮磷量约9.0~52.5t，香蒲存储氮磷量约0.9~4.5t，菖蒲存储氮磷量约1.7~6.5 t，即西蓄水体每年约12.9~65.1 t（以氮磷计）营养物质通过水生植物转移。

三、结论与建议

采取引水维持生态基流、外源截污、雨污分流、清水补给、生态治理以及持续水体治理等综合治理的措施有利于保持和改善西蓄水环境质量，但距离稳定达到地表Ⅲ类水质目标仍有一定的差距。分析原因，外源排污是造成西蓄水质变化大、改善难度较大的主要原因。北京年降雨量小（多年平均降水量585 mm），且集中在夏季6—9月，导致夏季地表径流污染严重，尽管采取初期雨截流，由于西蓄水量较小，对湖体的污染冲击依然较大。此外，在项目管理过程中发现雨季汇水渠上游污水处理站事故排放频繁，造成夏季水质波动较大。因此，解决汇水区范围内地表径流污染以及上游污水处理站事故排放问题，有利用巩固西蓄治理成果，实现水质稳定达标。

西蓄的水污染综合治理与生态修复工程为北京地区水体治理与水环境改善提供案例经验，对区域类似黑臭水体的治理具有借鉴意义。