眉蕉河水系综合整治技术探讨

2022-07-10党宏祖孙杲辰唐自强侯延福

甘肃科技 2022年5期

党宏祖，陈新，孙杲辰，唐自强，侯延福

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

随着我国经济的高速发展，人们对城市人居环境的要求逐渐提高，伴随而来便是生活污水和工业废水排放量的急速增加，而配套污水收集及处理系统的建设不及时、不协调，污染源分布零散，大量未经处理的废水直接流入河流，导致城市内河受到不同程度的污染，以及出现大量水体黑臭现象，导致人居环境急剧下降[1]。由于黑臭水体成因复杂，对治理技术要求高，尽管目前许多学者对黑臭治理技术已有一定研究[2-3]，但整体上相关治理技术尤其是组合技术研究尚不完善，且组合技术治理效果定量分析不足，严重制约着黑臭水体治理工作。

1 研究背景

眉蕉河水系综合整治工程北侧紧靠容桂水道，南侧紧临桂州水道，东侧洪奇沥水道环绕，水流呈自北向南，由东向西的流动趋势。项目涉及塘埒涌、龙华大涌东段及北段、德龙涌、合胜围涌4 条河，眉蕉河、扁滘涌、高黎上、下涌、华口涌、大岑沥、东升沥、天九涌、高东河、合法围涌、急流涌、公路河、容桂大涌及小黄圃新涌14 条，共计18 条河涌（见图1）。眉蕉河水系主河道达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类水标准（时空分布90%）；其他支涌消除黑臭水体，水质基本达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅴ类水标准（雨后3d 除外）。研究区水系存在不同程度的污染，水动力差、淤积严重，存在不正常使用污染治理设施和偷排、漏排、超标排放等污染水环境的现象，研究区水生态环境整体较差。

图1 水系分布图

2 研究对策

基于眉蕉河水系的现状情况，遵循国家标准、广东地标及相应的项目要求，以“河畅、水清、堤固、岸绿，景美”为工程目标，以“五位一体”的治水理念和“治污、排涝、景观生态”+“城市建设”的“3+1”治水思路统领全局，研究提出水环境综合整治7 大治理系统：水安全、控源截污、内源治理、生态修复、水动力、景观文化及长效管理，其中技术路线见图2。

图2 技术路线图

2.1 堤岸整治

基于《眉蕉河河岸绿地景观规划》及《广东省水利工程生态设计指导意见》（2019 年6 月）生态性要求，对护岸型式进行优化研究：河涌位于中心城区且临河侧为市政路，断面形式以硬质悬臂式为主，挡墙前部设置仿木排桩，排桩与挡墙之间形成生态微型表面流湿地，对城市面源污染产生一定净化作用（见图3）；河涌位于农田段，采用仿木排桩生态护岸+渗滤型生态草沟，可通过排桩间的生态微型表流湿地和生态草沟有效拦截农业面源污染物入河，同时仿木排桩对地基承载力要求低，节省投资又能满足河道防洪排涝的要求（见图4）。

图3 城区段堤岸整治横断面

图4 农田段堤岸整治横断面

2.2 控源截污

2.2.1 点源治理

基于研究区现状，建设污水截流系统和收集系统。通过在河道两岸布置截污管网，进行污水改道，将其改至污干管，并输送至污水厂处理达标排放。另外，对于收集困难点源也可利用预处理、生态处理技术等提升水质标准。

2.2.2 面源治理工程

（1）垃圾清运工程。眉蕉河水系部分河涌段缺少垃圾收集设施配套，部分居民环保意识差，沿岸生活垃圾、建筑垃圾随意堆积。研究确定完善垃圾收集转运系统，并设置临时建筑垃圾。

（2）农业面源控制。通过现场详细调查研究，眉蕉河水系河涌旁菜地分布广泛，为了减轻农业面源污染对河涌水质的影响，研究确定通过仿木排桩间梯级微型表面流湿地和渗滤型生态草沟拦截农业面源污染。

2.3 内源治理工程

随着截污管网完善，河涌黑臭现象有所改善，但底泥中污染物长期释放，影响河涌水质及生态功能恢复，通过对比分析《眉蕉河水系综合整治工程底泥监测报告》《眉蕉河水系综合整治工程水质监测报告》确定合理的清淤范围、清淤深度、清淤方式。

2.3.1 精准清淤

河道污染底泥界定，国内外还未有统一方法，目前我国有5 种方法被工程领域使用，分别为释放风险法、经验值法、背景值比较法、视觉法、含量分析法。眉蕉河水系综合整治工程中对每条河涌底泥都进行了分层取样检测，根据检测结果由上到下底泥可分为浮泥层、过渡层和底质层，主要采用含量分析法，对底泥垂向污染物含量进行分析，河涌浮泥层中总氮和总磷的含量明显大于过渡层，综合考虑清淤成本及水质等因素，研究确定仅清除表层浮泥层。

2.3.2 清淤方式

清淤方式主要有带水清淤和干式清淤。经清淤方式的对比，从经济性、适用性、清淤彻底性和高效性综合考虑选择清淤方式。①对于公路河等内涌河道，宽度较窄，水位较浅，可以排干以水力冲挖式清淤为主；②对于华口涌和扁滘涌等河涌，由于清淤深度略大，淤泥呈固态，需辅以围堰干挖的方式清除深层淤泥；③对于容桂大涌、龙华大涌等河涌，河道较宽，水域面积较大，无法通过排干河道水体进行清淤，该类河涌拟采用水陆两用搅吸泵清淤。

2.4 水生态修复工程

生态修复技术原理是通过人工辅助措施，增强生态系统的自组织能力以及自我调节能力，促使其朝向有序的方向发展，同时发挥生态系统自我恢复作用，改善已经被破坏的生态系统。本工程水生态修复工程技术措施主要应用曝气增氧、生态浮岛廊道（景观生态浮岛+碳素纤维生态草），旁侧系统、生态拦截技术、超磁分离技术、水生植物塘等措施开展修复治理，能够获得不错的效果。

2.4.1 曝气增氧技术

针对溶解氧较低的河涌，前期利用曝气增氧技术恢复河涌自然生境，后期利用植物增氧维持河涌本身生境需要，达到工程措施与生物措施的有机结合。

2.4.2 生态浮岛廊道（景观生态浮岛+碳素纤维生态草）

在截污后溢流制排口下游，设置景观生态浮岛廊道对溢流水体进行进一步处理，减小污染物对河涌的影响。

2.4.3 旁侧系统

本次整治河涌两侧农田居多，有部分农田退水渠直接汇入河涌，严重影响河涌水质。旁侧系统是人工砾石床与碳素纤维过滤前池相结合的一种新型污水处理系统，在农田退水渠出口设置旁侧系统，对农业面源污染进行严格控制。

2.4.4 生态拦截技术

龙华大涌东段上游水体携带漂浮物无法控制，为了有效的阻止工程区范围外漂浮物进入工程水体，影响工程区域水体质量，在龙华大涌东段设置两道生态拦截网，对水体中的悬浮物（SS）及水面漂浮物进行有效生态拦截。

2.4.5 超磁分离技术

通过对现场详细踏勘，工程整治范围外仍存在部分支涌水体水质恶劣，对工程区内水体水质造成严重威胁，工程主要对天九涌、高黎下涌支涌出口处设置超磁分离系统，对支涌水质进行净化，待其达标后再排入治理河涌。

2.4.6 水生植物塘

针对短小支涌，无外源污染物汇入河涌，采用水生植物塘技术恢复河涌自然生境。水生植物塘是在其内种植纤维管束型水生植物，包括沉水植物（能够有效地去除水中的污染物，对N、P 有较好的去除效果）、浮水植物（水浮莲、睡莲、浮萍）、挺水植物（芦苇、香蒲、菖蒲）。众多研究表明，沉水植物的根能吸收底泥中的N、P，茎和叶能吸收水中的N、P，比其他水生植物具有更强的富集N、P 的能力，沉水植物也会影响水中悬浮固体浓度和沉降，抑制藻类生长[4]。

眉蕉河水系中合胜围涌及东升沥的水动力、水质均较差，为保持河涌水质，同时达到一定景观效果，水生植物覆盖率约占60%（挺水植物10%，沉水植物50%）。

2.4.7 生态系统构建

水生态系统构建主要包括水生植物、水生动物群落构建，水生植物包括挺水、浮水和沉水植物的栽植，水生动物包括鱼类群落和底栖动物群落的投放及调控等。区域水系四通八达且水系连通，水生动物群落动态变化，在水环境综合治理中生态系统构建主要涉及水生植物群落构建，待河涌生境改善后，水生动物群落自我恢复。

水生植物群落构建主要结合生态护岸，河涌岸边种植挺水植物和沉水植物。研究确定挺水植物为美人蕉、风车草、黄菖蒲、再力花和梭鱼草，在满足花期长、景观效果好、维护简单的前提下，兼顾根系发达能够固着土壤、削减营养盐等水质净化功能；沉水植物为矮生苦草、轮叶黑藻、大茨藻、菹草以及马来眼子菜5 种沉水植物构建组成3 种沉水植物群落，形成优美的水下森林，起到固土吸收营养物质的作用，增加沉水植物的抗逆性，稳定生态系统。

2.4.8 水质原位生态修复技术

德龙涌水环境底质较差，因此，针对德龙涌自身的水环境状态，采用水质原位生态修复技术对其生态环境进行修复，其中主要采用ISSA PGPR 原位生态修复技术。

2.5 水动力系统构建

黑臭水体多具有缓流且自净能力差等特征，生态系统稳定性弱，若污染，水质难恢复。已有研究和工程实践表明，利用水体流动可抑制水华现象的发生。窦明等[5]对汉江宗关断面1992—2000 年的平均流速进行了分析,表明汉江中下游在1992 年、1998 年、2000 年的2、3 月份发生的3 次水华事件均与水体流速密切相关（水体流速均在0.25 m/s 以下）。王红萍等[6]对汉江水华发生的内在机理做了进一步研究,提出了基于Monod 方程的藻类浓度与流速的关系式，并确定汉江宗关断面发生水华警戒流速为0.225 m/s。廖平安和胡秀琳[7]就流速对藻类生长的影响进行了水槽试验,结果表明流速达到0.20 m/s 时能够延缓藻类的生长。研究确定本工程常水位下流速不小于0.3 m/s 为条件设计一体化泵闸。

通过工程水动力分析可知，扁滘涌、华口涌在常水位下河涌平均流速为0.019 m/s、0.135 m/s，河涌水动力差。为了增加水动力条件，在扁滘涌与华口涌汇合处、扁滘涌起端各设置一体化泵站一座，增加河涌水体循环。

2.6 景观文化

运用新绿色技术等海绵城市理念，结合流域综合整治思路，践行低影响开发技术，建设海绵城市。本次工程方案采用生态雨水明沟系统，运用雨水花园、湿地、生态草沟海绵体、生物滤床、下凹式绿地、下渗路面等海绵城市技术，形成“林地集水、路面渗水、湿地净水、湖面蓄水”的低碳生态、低影响开发雨水系统，雨水通过海绵体下渗、滞蓄、净化、回用，最后剩余部分径流通过管网外排。

2.7 长效管理

智慧水务系统建设，需利用互联网技术、水情、水质表等在线监测设施实时感知水务系统的运行状态，通过可视化的方式统筹水务管理各部门与设施，组成“水务物联网”，可将大量水务信息数据进行及时分析与处理，并提供辅助决策建议，以更加高效、精细和动态化的模式管理水务系统的运营服务。

3 预期成效

工程实施后，防洪排涝安全作用显著，河道生态逐步改善，也可美化环境，水资源科学调度，开发旅游业、吸引外资，形成高质量发展的生态活力滨水经济带，为提高人民健康水平和生活治理创造了有利条件。项目实施后多方面因素使定量计算社会效益和环境效益难度增大，但项目实施后周边生态环境改善，防汛排涝等综合效益可以充分发挥，较大程度带动区域经济发展，结合实际工程经验并参考同类项目其间接效益可达2 000 万元/年。