北市河河流特征及治理对策分析

2021-06-21钟小彦

陕西水利 2021年5期

钟小彦

（中交水运规划设计院有限公司，北京100101）

1 引言

生态文明是人与自然和谐共生的反映，体现一个国家的发展程度和文明程度［1］。2019年中央经济工作会议中强调必须坚决摒弃损坏甚至破坏生态环境的发展模式和做法，决不能以牺牲生态环境为代价换取一时一地的经济增长，创造绿色的城市河流是推动绿色发展的重要核心任务。

随着我国工业化的进程，城市河流污染严重，截止2015年，我国80%以上城市河流受到污染，超过10000 km的城市河流丧失了V类水的最低使用功能，导致生态功能退化甚至崩溃［2-3］。住房和城乡建设部与生态环境部联合发布的《城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》，明确提出，至2020年年底，全国地级及以上城市建成区黑臭水体消除比例高于90%。

本文以常州市北市河为例，通过对其流域内环境调查分析和水质的实际监测，分析其水质特征，以期为后续同类河流水质提升和保障提供参考。

2 研究区域概况

2.1 城市概况

常州市属亚热带季风气候，干湿冷暖，四季分明，雨量充沛，无霜期长，全年平均气温17.5℃，年降水量1243 mm。市区河道与江湖沟通，水资源丰富。境内或过境河流达200余条；沟塘3000余条（个），水域面积700 km2，占全市总面积的16%。地下水潜水含水层厚度一般在4 m～8 m之间；第I、Ⅱ、Ⅲ系承压含水层厚度分别在2 m～20 m、25 m～45 m、25 m。每天取水量分别在5.71万t、1000 t～5000 t、13万t；第V系以下灰岩含水层单井涌水量在86 t～143 t。

常州市城区人口密集，密度达1.9万人/km2，生活污水与生活垃圾产生量大，致使水体污染来源复杂而且负荷强度高。

2.2 河流概况

北市河位于常州市中部，该河道北起关河，南至东市河（见图1），全长2.12 km，水域面积约32000 m2。沿线主要交汇河道为三条。河道平均宽度13 m，其中最宽23 m，最窄11 m，河道水深2 m～3.5 m。河道沿途流经天宁区北直街、博爱路，主要穿过商业区、居民区，存在内外源污染，生物链简单，生态功能低下，水体生态系统自净能力较弱。

图1 河流现状

根据常州市政府批文表示，该河道为景观娱乐用水区、水质管理目标均为Ⅳ类。为充分了解其水质，2019年1月至2020年3月，共计15个月，对该城市河流COD、NH4-N、TP进行了水质监测，进行全方位的时空分析，结果见图2～图4。

图2 河道COD情况

图3 河道氨氮情况

图4 河道TP情况

由图3可知，COD最低浓度1.8 mg/L（2019年4月），最高浓度为4.5 mg/L（2019年2月数据），平均浓度为3.1 mg/L，均达到地表水环境质量标准Ⅳ类标准10 mg/L；氨氮最低浓度为0.104 mg/L（2019年8月数据），最高浓度为4.64 mg/L（2019年11月数据），平均浓度为2.309 mg/L，其中有10个月的数据超过地表水环境质量标准Ⅳ类标准1.5 mg/L，占总监测时间67%；总磷最低浓度0.13 mg/L（2019年8月数据），最高浓度为0.64 mg/L（2019年10月数据），平均浓度为0.275 mg/L，其中有5个月的数据超过地表水环境质量标准Ⅳ类标准0.3 mg/L，占总监测时间33.3%。

3 特征分析

3.1 降水特征

降水不仅仅是一个重要的气候条件因素，同时也是影响河流水质污染的重要关键因素，一些污染物通过自然降水汇入河道，对河道造成污染［4-5］。因此，对城市水量的特征分析是至关重要的，本文通过对比常州市近8年降水量数据，见图5。发现常州市年降水量为1289 mm，水量丰富，其中2016年降水量最大，达到2059 mm。

图5 2012年～2019年常州年降水量

3.2 河流特征

3.2.1 先天水动力不足

北市河北部与关河相连，交汇处有闸门控制，平时不开启。尽管有时也会调关河的水引入北市河，但关河的水质状况也不理想。关河景观娱乐用水区2019年双指标评价和多指标评价水功能区均不达标，主要超标因子是氨氮，超标0.2倍，水质为V类。根据现场调研情况，关河水体也出现了严重的蓝藻水华暴发情况。北市河北部与东市河相连，东市河与京杭大运河的交汇处有闸门控制。东市河常州景观娱乐用水区2019年双指标评价和多指标评价水功能区均不达标，主要超标因子是氨氮和五日生化需氧量，水质为V类。北市河平时为封闭水体，没有上游客水污染，但是水体流动很差，进一步弱化河道的自净能力，加剧了水体质量的恶化。

3.2.2 河道外源输入

北市河位于天宁区，是常州市的老城区，河道岸边的截污工程尚未完成。该老城区的排水管网系统中存在明显的雨污混流、管道错接等现象，导致北市河沿岸存在部分源头不清的入河排放口。统计了北市河沿河两岸雨水口以及污水口现状，共检查到雨水口105个、污水排放口52个，见表1。由现状调查结果可知，该段河道穿过居民生活区、商业区，生活污染源通过PVC管直接排入河道现象较为严重，见图6。为避免生活污水直接入河导致的污染冲击，北市河曾在红梅桥—鹤园桥沿线构建了悬空截污管道，但由于年久失修，截污管道出现严重的破损、错接等问题，导致直临河道的餐饮、厕所等污水直接入河，极大影响了河道水质。

表1 沿河排污口情况

图6 沿河入河口

3.2.3 内源污染

沉积物（淤泥）造成的污染是水体内源污染的最重要组成。北市河河道驳岸年代长久，且该河道已按轮浚计划实施完毕。但因北市河河道穿过居民生活区，大量生活废水中的污染物经长期作用下累积在了河道底部，同时，加之蓝藻胞体衰亡沉降，进而在河底形成了大量淤泥。河床底泥中污染物向上覆水体释放，如此循环，水体污染加剧。

为进一步了解北市河内源污染情况，进行了现场底泥查勘和测定分析，发现淤泥均为生活污水淤泥，局部地区黑臭严重，河道河底淤泥最深达2.2 m，河段的底泥厚度在0.6 m～2.2 m。选择一个断面进行监测并分析，检测全氮、全磷及有机质含量，结果见表2。

表2 北市河河道底泥检测数据

沉积物中有机质主要由生物遗体及其转化、降解的有机化合物组合而成。北市河河道中有机质的来源可能为初期雨水冲击泥沙及水体动植物遗体。检测结果如下，根据EPA沉积物等级的分类，河道全氮2.84×103mg/kg，属于重度污染水平，河道总磷1.82×103mg/kg，属于重度污染水平。故本河道应控制内源污染释放，尤其氮营养盐的抑制。

3.2.4 生态功能

北市河河道两侧为硬质水泥直立挡墙驳岸，该驳岸的河道建设功能较为单一，水域和陆域之间物质流动及能量交换频率较低。河道中大型水生维管束植物及水生动物生物量较少，生物链简单，生态系统脆弱，导致水体生态系统自净能力较弱。北市河的水生植物群落主要的水生植物为铜钱草。北市河由于部分河段水体滞留、营养过高，导致大量的铜钱草疯长。铜钱草属多年生水生植物，其适应性强，对富营养化水中的氮磷均有较好的净化作用，对天气温度变化的耐受性好。丰富的水生植物群落可为提升北市河水体的自净能力、物种群落多样性发挥重要作用。

4 治理策略

4.1 外源污染控制

北市河穿过居民生活区、商业区，河流的外源污染直排对河道水质影响非常大。针对外源污染问题，在工程项目允许情况下：①对已有沿河简易悬空截污管道进行修缮，在原有工程的基础上进行查漏补缺，实现截污的目标。②在沿河两岸的主要污水直排口处布设“立体生态浮床缓冲净化区”，尽量缓冲污水直排对河道水环境的冲击影响。

4.2 内源污染控制

北市河河道底泥污染非常严重，底泥黑臭、污染物含量高、且底泥容易再悬浮，不断向上覆水体释放污染物影响其水质，使得河道水体也容易发黑发臭。针对外源污染问题，采用“底质改良型环境修复剂”在河道到投加的方式，进行河道底质环境的快速改良，消除底泥黑臭，控制内源污染，为后续的沉水植被修复和水质长效稳定打好基础。

4.3 水质快速提升

北市河水体已呈现蓝藻水华和水体黑臭，且河道属于封闭水体、流动性差，自净能力差，这些特征都使得其水质达标非常困难。考虑到现有水体悬浮物浓度高、污染物含量高，且河道底质修复施工过程中易导致局部水体悬浮物浓度高、透明度低，需要快速改善和提升水质，采用“改性植物单宁强化絮凝快速净化”，利用天然提取的植物多酚改性后的新型水质净化材料结合曝气装置，快速去除悬浮物和污染物，使水质快速达到Ⅳ类，同时降低浊度、提高透明度。

4.4 生态系统构建

针对沉水植物群落物种单一和净化能力不足问题，通过“沉水植物部落建设技术”“水生动物群落构建技术”“营造完整水生食物链”，共同构筑“水下生态系统构建技术”的体系，吸收水体中氮磷等富营养物质污染物，实现水体通过其自净能力的增强以长效维持Ⅳ类及以上水质。

4.5 长效稳定维护

针对北市河水体封闭和不流动、水质容易恶化的问题建议：①增加局部小循环动力系统，设置太阳能推流曝气装置，促进河道滞留水体流动交换，并通过增氧作用使水体处于好氧状况，与“沉水植物-水生动物-土著微生物”构成的水下生态系统协同作用，长效保持Ⅳ类及以上水质。②制定定期巡查制度，尤其是夏季高温梅雨期间，植物繁殖能力旺盛的季节，加强巡查强度，加强水质恶化的预防意识。