高旺河流域水环境治理

朱华刚，张孟颖，廖 涛，宋翠萍

(江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225000)

当前，我国一些地区水环境质量差、水生态受损重、环境隐患多等问题十分突出，影响和伤害群众健康，不利于经济社会持续发展。水环境保护事关人民群众切身利益，事关全面建成小康社会，事关中华民族复兴中国梦。为切实加大水污染防治力度，保障国家水安全，2015年4月国务院《关于印发水污染防治行动计划的通知》(国发〔2015〕17号文件)要求，“到2020年，全国总体水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，水环境质量稳中趋好”[1]。

目前，区域水环境综合治理是国内外环境治理领域研究和应用的热点，相关研究和应用尚处于摸索阶段，成果地域差异性很大。高旺河水环境治理项目为浦口区消除劣Ⅴ类水体及入江支流达标整治工作重点推进的项目之一。高旺河流域兼有山丘和平原河网特征，项目区又属于城乡结合地带，污染类型、污染程度、污染成因具有一定的代表性；区域干、支流水质管理目标衔接不合理，在区域支流消除劣V类的前提下，干流并不能达到水质管理目标(Ⅲ类)的要求，而干支流水质管理目标衔接不合理而导致水功能区“达标难”，也是目前普遍存在的问题。因此，本论证方案旨在对类似项目的论证或实施提供借鉴。

1 研究区域概况

1.1 流域概况

高旺河为南京市浦口区境内的重要通江支流，流域面积68.5 km2，其中山丘区位42.1 km2，圩区26.4 km2；流域发源于长江北岸浦口区老山南麓的天井山和西华山，流域北部基本为山丘区，山丘区的4条主要支流于山圩分界处的高旺桥汇合后成为高旺河主河道，穿沿江圩区汇入长江，山圩分界点距入江口滚水坝5.6 km，见图1。

根据《江苏省水功能区划》，项目内涉及的水功能区包括：高旺河中支保留区(纪家洼至高旺老桥)，水质管理目标为III类；高旺干流开发利用区(高旺老桥至解放涵)，水质管理目标为III类。

1.2 水环境现状及存在的问题

高旺河在区域防洪排涝、水资源开发利用与配置、水环境保护等方面占有重要地位。由于多年来缺乏合理保护和整治，高旺河及周边水系存在明显的水环境问题，主要包括：①支流非汛期生态基流明显不足，水体流动性差，水质严重恶化；②干流两侧圩区河网水质常年处于劣Ⅴ类水平；③滨水空间环境品质不佳，沿岸缺乏基本的亲水平台建设。

2 治理方案

2.1 治理思路

本次方案论证在充分调研和分析现状与规划年研究区域水环境与社会经济情况的基础上，坚持问题导向，以水质改善为核心，以控源截污污染减排为前提，以水质净化提质增容为基础，以清水补给动力改善为补充，以生态修复系统重建为辅助，统筹考虑全面布局，分期实施逐步提升，实现活水循环与水资源的高效利用与调配，助推河流自净能力恢复。

2.2 方案概况

总体方案主要工程措施包括：控源截污、引水补水、水位控制、净水活水、生态修复等。工程措施框架图如图2所示。

图2 高旺河水环境提升体方案工程措施

控源截污工程主要包括河道清淤疏浚、支流沿河生活污水的截污纳管等。在控源截污的基础上，计划在纪家洼西北空地处新建生态砾石床，并将解放涵泵站南边的水塘改造成人工湿地(西江湿地)，利用湿地和生态砾石床两级净化高旺干流、支流(包括部分补水至东支观桥河的中水)的水质，净化后的清洁水反补河道。主要生态补水点为中支纪家洼和高旺老桥。纪家洼生态补水主要来自生态砾石床的出水，高旺老桥的补水由一体化泵站从西江湿地抽取。

流水不腐，户枢不蠹，高旺河及周边水系水环境恶化与其间各支流水系连通程度不足、只外排不循环有极大关系。水系联通性不足导致水体流动性差，水体静止不动对蓝绿藻生长有利，进一步导致水体水质恶化，这种情况在非汛期尤为明显，需要进一步提升高旺河及周边水系的水力连通性。因此，本方案在控源截污、水质提升、生态修复等措施的基础上，结合区域内现状水利工程建设情况及水系特点，通过管网、提泵站及水位控制工程穿针引线，沟通水系，形成互联互通的巨大网络，形成“水润高旺”的壮美图景。

利用高旺老桥及解放涵翻板坝，提升干流上游段及中游段水位(高旺老桥节点最高水位控制在8.5 m，解放涵节点最高水位控制到7.5 m)，形成逐级跌水，促进水体流动，并且抬高水位有利于非汛期干流水体自流进入团结圩内。工程建成后的主要活水循环路线有2条，其一为高旺老桥和观桥河水经一体化泵站抽送至生态砾床，水体净化后进入中支纪家洼，然后汇入干流；其二为，高旺干流水体自流进入人工湿地，水体净化后通过提水泵站输送至高旺老桥，最终形成净水、活水循环。

另外，考虑到生态砾石床和人工湿地的建设周期长、工程投入大，而项目区又急需进行生态补水，建议先期引调长江水对高旺干流进行生态补水，补水点为高旺老桥和西江泵站。西江泵站补水为一级补水，引水规模根据河道为5万t/d，富余水量调入西江湿地作为高旺老桥补水水源；高旺老桥补水为二级补水，设计引水规模5万t/d。待生态砾石床和湿地工程实施生效后，二级补水泵站和输水管道仍继续使用，作为活水系统的有机组成，水源为水质净化后的河水(含部分中水补水)，长江引水措施作为应急备用措施。

2.3 水质提升工程

高旺河干流水质管理目标要求较高，项目区内现状支流及圩区河网水质恶化严重，即使经消劣整治后，支流退水仍无法稳定满足高旺河干流的水质管理目标。另一方面，根据浦口区再生水规划，项目区内可以利用中水进行补水，但水质不能完全满足高旺河干流水质管理目标要求。因此，项目内河水在很长一段内时间仍属于微污染水体，需要进一步提升水质。

根据微污染水体水质再提升需求，筛选了目前较为常用的微污染水体处理技术，详见表1[4-8]。综合对比各种技术的优缺点，考虑水质要求及土地使用要求，初步推荐采用占地面积较小的生态砾石床技术。另外，原位投加多孔矿物介质可作为河道早期生态重建的先导技术，为微生物繁殖提供空间。

表1 微污染水处理技术比选

生态砾石床净化工艺开发于20世纪70年代，由于对污水尤其是低污染水的处理效果显著，自80年代起该技术在东亚的日本、韩国和中国台湾等国家和地区得到了大量的工程应用，并获得了令人满意的水质净化效果和环境效益[2-3]。我国台湾地区的一些工程实例显示，设计、施工和运行得当的生态砾石床净化对于主要污染物的削减成效显著，如其中BOD5、NH3-N的平均去除率分别可达70%和90%以上。

生态砾石床净化工艺的构造核心为生态砾床净化槽，其净化机理由物理、化学和生化等多重作用组成。生态砾石床净化槽内填充有形状圆滑及粒径均匀的砾石，由于砾石间存在许多大小不同的孔隙，孔隙率一般保持在40%左右，形成连续的水流通道，当污水流经这些孔隙时，水流受砾石阻挡而致流速减缓，水中的悬浮物质与砾石接触并在很短的孔隙距离内沉降；同时，砾石粗糙的表面亦作为生物膜附着生长的载体，表面黏性的生物膜一方面负责吸附悬浮物质，另一方面水中溶解性的有机物在流经这些生物膜时，被其中包含的大量微生物摄取和利用，从而使水质获得净化。而经由沉降、吸附及生物氧化实现固液分离的污泥，则被阻留于砾石中进行生物分解，通常系统设计赋予污泥较长的自降解时间。

生态砾石床的规模分析主要依据水质净化需求确定。初步估计活水循环内的槽蓄水量约30万m3，以V类水为假设初始水体水质，生态砾石床污染去除率按50%考虑，循环处理1次后，CODMn质量浓度为7.5 mg/L，NH3-N质量浓度为1.0 mg/L，考虑其他生态修复措施的处理效果，保守估计循环1.5次，水质基本可以满足要求(相当于处理45万m3)，控制一次净化的时间在15～20 d，所需规模为2.25～3万m3/d。综合考虑生态流量和水质净化的需求，建议处理规模为2.5万m3/d。

工程稳定运行后，在净化能力有富余的情况下，可处理团结圩内的微污染水，促进水体流动，全面净化干流及周边水系水质，改善水环境，为水生态恢复奠定基础。

本方案推荐的生态砾石床除了技术上的优势，通过合理布局优化，有以下几个优点：①解决非汛期中支补水水源问题；②解决非汛期观桥河污水出路问题，削减入高旺河污染量；③利用团结圩内污水，减轻圩内排污压力；④避免洪水影响；⑤占地少，主体建筑上方可做景观绿化。

另外，高旺河干流及支流布置了植物修复和人工喷泉曝气措施，其中植物措施主要为浮叶植物和沉水植物，主要布置在水流相对平缓、水面较为宽阔的下游入江口段，以增强水体的净化能力及景观效果。

3 结 语

本方案从研究区域内的水污染现状、防洪排涝、水资源合理配置与高效利用、水质达标与保持、生态修复等方面出发，进行了综合论证。主要工程措施包括控源截污、引水补水、水位控制、净水活水、生态修复等。核心理念为对水网内的微污染水体(包括污水处理厂的再生水)进行处理再利用，是人水和谐自然观、绿色发展观、整体系统观等的具体体现。本方案所推荐采用的技术基本为能耗较低的生态技术，核心工艺生态砾石床主要依靠微生物净化水质，属生态生物处理范畴。另外，本方案推荐的技术基本成熟可靠，建设成本较低，应用案例丰富，具有一定的可行性。