浅谈海绵城市建设在河道水系综合提升中的应用<br/>——以宁波江北水系为例

浅谈海绵城市建设在河道水系综合提升中的应用
——以宁波江北水系为例

2023-02-23程滨生高豆豆江炎林刘宇

城市建设理论研究（电子版） 2023年2期

程滨生高豆豆江炎林刘宇

宁波市政工程建设集团股份有限公司浙江宁波 315000

1 引言

宁波于2016年4月22日成功入选第二批全国海绵城市建设试点。江北水系工程包括试点区与扩展区两部分，位于甬舟高速-慈江-江北大河-九龙大道-倪家堰路-姚江-官山河范围内，涉及江北四个街道：前江街道、洪塘街道、庄桥街道、慈城镇，覆盖面积约44.7平方公里，涉及54条河，水域面积约120万平方米。

宁波江北水系项目建设将海绵城市建设理念融入到河道水系整治提升中，建设目标只要包括：河湖水质提升（河道水质不低于海绵化建设前，且达到地表V类水标准）、生态岸线保护、天然水域面积保持程度、水生态可持续发展、拓展多样的海绵技术措施。不仅可以有效地改善或解决区域水环境污染问题，而且能够提升流域居民的人居环境，促进城镇持续、快速、健康和稳定的发展，综合改善生态、水环境；美化环境及游览体验；学习、教育城市新理念，提升居民居住生活幸福感。

2 海绵化建设

江北区海绵城市水系整治及综合提升以削减污染、改善与提升河道水质为重点，以水体生态系统修复为目标，从水环境治理、水生态修复、水安全建设三方面着手，进行河道水环境治理工程、农业面源污染治理工程、海绵化景观提升工程等建设。通过开展污染源控制，控制沿河点源、面源、污染排放及内源污染释放总量，降低入河污染负荷；采取生物技术，人为投加水生动物、微生物及种植水生植物，强化整治入河污染，丰富水生动植物生态群落，净化水质；通过对项目中设备、设施、材料的运行维护及水质突发状况应急处理、对河道疏浚和拓宽，缓解区域内涝问题，来综合改善河道水质、恢复水体生态系统，从而达到长效管理的目的。

2.1 河道水系海绵化整治

河道水质提升整治包括水质提升、内源治理、曝气增氧、生态浮床+碳素纤维水草、原位生态修复、旁流净化、活水处理、以及水生态系统治理等方式。根据现状以及存在的问题，结合宁波市剿灭劣五类的工程，梳理得到以下治理措施。

2.1.1 水环境内源治理

河道水环境中的内源污染物主要有水体内的河道淤泥中含有的氮、磷、重金属等污染物以及水中的垃圾、枯枝落叶、水草、绿萍等漂浮物。通过对水面漂浮物进行人工打捞清理及外运处置，保持区域内景观及水环境；通过对底泥疏浚清理，减少底泥内源污染物的释放，进而减少污染，同时，性质合格的底泥经固化后外运，用作市政绿化或苗圃种植用土；通过投加生态试剂：底质改良、蓄磷剂、复合微生物菌剂、透明度提升剂，加强水域保护，推进河网的生态治理和修复，达到长期管理的目的。

2.1.2 曝气增氧

曝气增氧分为自然曝气增氧和人工曝气增氧。自然曝气设备包括提升曝气（喷泉），通过水体提升、跌落过程来实现水体充氧，改善或提升河道的生态环境。对水环境不产生负面作用，非常适用城市内河和景观水体的长效综合提升。人工曝气设备包括沿河布设的微孔曝气管道，通过人为控制，随时向处于缺氧状态的河段进行曝气增氧，增强水中微生物、植物脱氮除磷效果，达到净化水质、改善河道水环境的效果。

本项目中，沿河布设微孔曝气、提升曝气来实现对河道水体增氧，改善河道水环境。根据河道的水质实际情况，结合季节变化等，可分阶段制定水体曝气运行时间，同时，充分利用水闸放水等方式为水体增氧。从而保证水中微生物生命活动及其进行氧化分解营养物质所需的氧量，实现水体的自净能力，并达到节能和减排的目的。

2.1.3 生态浮床+碳素纤维水草技术

生态浮岛+碳素纤维水草组合措施通过水生植物根系、人工碳素纤维载体及其附着的生物膜，微生物可大量生活在碳素纤维表面，建立复合“好氧-兼氧-厌氧”的生态结构，实现微生物硝化和反硝化作用。微生物通过对水体中的有机污染物微生物全过程的吸附、沉淀、过滤、吸收和转化，实现对水体的污染物的消解。不仅可以提高水体能见度，还能有效降低有机质、重金属和氮磷等污染物，达到净化水体水质的效果。

本项目采样生态浮岛+碳素纤维水草作为水体原位净化组合措施，不仅结构稳定，可避免被水流冲散和一定程度的外力撞击，而且浮岛内的水生植物还具有较强的景观效果。

2.1.4 原位生态修复系统

原位净化微生物脱氮综合处理系统是将“AO工艺法”进行了简化和集成于整体化设备当中，设备内分成好氧区和缺氧区来模拟好氧池和缺氧池的环境，通过进出水循环系统将外部污水通过好氧区内的硝化菌和缺氧区内的反硝化菌进行脱氮处理。

本项目鉴于原设计中原位脱氮工艺设备受现场安装条件限制，工期难以控制。通过市场调研和现场试验，并在专家论证的基础上，对原脱氮工艺进行优化：取消原复合式微生物脱氮设备，替换为原位选择性激活土著微生物生态修复系统。

通过对河道水体中的土著微生物的进行选择性活化，可以促进微生物在生长的环境中消耗了水体中的富裕养分，同时利用了细菌的在有氧环境中的反硝化作用和动植物的促生功能，不断消耗水体中的有机物、营养盐，从而大大提高了生态系统的自净功能，实现水体环境改善的目标。同时，这些微生物丰富了水体中的群落种类，修复遭到破坏群落结构，维持水生态群落结构的稳定，不断对生态系统进行原位修复和综合提升。

2.1.5 旁流净化及活水处理

宁波属于平原河网地区，项目地区水系循环不畅，水体基本处于流动停滞状态，导致水体自净能力较低，生态系统脆弱。根据国内外相关河道治理成功案例，对平原河网水动力不足的河道在一定区域内进行封闭，并设置内部循环系统，提升河道水动力，并配置净化设施，改善河道水质。

（1）人工湿地+固相碳源反硝化

本项目区域河道中，适合进行源头控制减排控制的项目较少，对于没有进行源头减排的区域，在河道两岸沿线构建生态沟渠、湿地系统，采用水平潜流人工湿地，水平潜流人工湿地包括沿河条状人工湿地和块状人工湿地，对入河的面源污染进行最后的拦截和削减。通过湿地中有机填料、植物根系和微生物的硝化反硝化的协同作用，可有效去除河道水体中的悬浮物、有机物、氮磷污染物，强化出水效果。河水通过沿河新建提升井提升后通过配水管进入水平潜流人工湿地，河水经沿河人工湿地以及三级处理塘处理后通过末端出水井排出。一方面增加了水体流动性、净化了水质，另一方面配合绿地和景观规划使用，具有一定的观赏价值。

由于部分河道沿线区域有村落和大片农田，生活污水、灌溉用水氨氮浓度高，本项目积极引进新技术，在人工湿地原设计布设中增设“固相碳源反硝化脱氮技术单元”，其内填充固相碳源反硝化技术填料，作为反硝化微生物的碳源，同时作为微生物附着生长的生物膜载体，有助于形成“好氧-兼性好氧-厌氧”的溶解氧分布梯度，能有效避免传统工艺中液体碳源投加过量或不足而影响出水水质的风险，实现水中硝酸盐氮素与其他水质的综合改善，且对环境条件的变化具有很强的适应力，尤其是可以实现富养水体的有效脱氮。进而实现“固相碳源反硝化脱氮技术单元“对水体中氨氮和硝酸盐氮的去除效果。

宁波河网繁多，部分河道水动力不足、区域水系循环不畅，水体基本处于停滞状态，导致水体自净能力降低，生态系统脆弱。据现状地形及河道流向，新建活水泵站或沿河设置潜水推流器，通过管道沟通或推流，使区域内的河道水流动起来，使水体循环，起到活水的效果，提升河道水动力，提高河道的自净能力，同时，降低底泥沉淀量。

2.1.6 水生态系统

合理运用生态学、系统学原理，改善区域内水环境群落结构简单、物种多样性匮乏、生态系统失衡等问题，恢复水体生态系统，与周边区域和谐共处，确保生态系统的可持续发展。

（1）水生植物多样性修复

河道水体中的水生植物能够降低水体流速，促进悬浮物沉降；水生植物的吸收、转化水中的营养物质，满足自身生长发育，把营养盐物质固定在体内；水体中的植物可以为各种不同微生物的吸附和代谢提供良好的生存环境[9]。

本项目采用适宜于不同季节的沉水植物，主要有冷季型和暖季型，包括矮化苦草、菹草、轮叶黑藻、穗状虎尾草等。以群落形式种植，可以保证各季节的水体自净能力强、生态景观效果好。通过丰富的沉水植物品种，完善水体植物群落，以实现水体的植物自净能力，提升水体生态景观效益。

（2）水生动物多样性构建

考虑供热网储热特性的电-热综合能源系统优化调度//王婉璐,杨莉,王蕾,张平,黄晶晶,王康元//(21):45

人工投入适宜环境生长的鱼类和底栖动物，通过人工干预，丰富水域群落结构，促进了食物链的完整，能够迅速修复并扩展食物链，大大提高了生态系统生产力，进而提高水体中污染物的消减速度，有效的减少水环境污染，实现了水体环境改善的目标。

本项目中人工增加河道内食物链中消费者的数量，向河内投放鱼类：鲢鱼和鳙鱼、底栖动物：螺蛳和河蚌，将河道水体中的营养物质富集在人类可以利用的鱼类和底栖动物等产品中，与此同时，使水质得到净化[10]。

2.2 农业面源污染治理

农业面源污染主要来源于农田区域存在农业浇灌水未经净化，通过农田排水渠直接进入河道，对河道造成污染。需加强对农业农村区的面源污染管理与治理。农业面源污染控制包括源头控制、过程阻断、末端控制三部分。

源头控制主要为政策方面控制，采取“一控两减三基本”的措施。过程阻断主要采取设置生态拦截设施，通过阻断径流来阻止水中污染物进入河道水环境，目前，生态拦截设施主要有两种：一，农田内部的拦截，如生态拦截缓冲带等；二，农田外部的拦截阻断设施，如生态拦截沟渠等。末端控制主要在农田面源污染物离开农田、沟渠汇流后采取的末端处理控制设施，如三级处理塘、人工湿地等。

宁波随着城市的发展，耕地面积的不断减少，大量的化肥、农药被使用以提高农作物产量。姚江新区农田以大棚种植（主要为葡萄产业）为主，通过近些年加强管理，已基本实现生态循环农业的构建，但部分设施老旧，需牺牲改造。大棚以外的其他农田，农业浇灌水未经净化，通过农田排水渠直接进入河道，需要加强对农业面源污染治理。宁波江北水系项目以末端控制为主，在现状农田、沟渠末端新建人工湿地、三级处理塘，农村农田各类面源污染物随地表水离开农田汇流通过人工湿地实现污染物的末端拦截、滞留、净化，对面源污染进行全方位强化控制；或通过三级处理塘依次经过生态过滤塘、生态净化塘、生态景观塘进行强化净化与资源化利用。

2.3 海绵化景观提升

本工程海绵化景观提升拓展更多样的海绵技术措施，综合改善生态、水环境。将单一的河道整治（末端处理）调整为从源头、过程、生态修复等综合改善治理。

2.3.1 景观绿化

在现状河道的基础上，增加人工湿地和三级处理塘的水生植物种植，对现状河道绿化及节点绿化进行修复，营造较好的河道景观观赏界面。绿化种植、以适地适树为主，通过对不同季节观赏的观赏植物片状种植营造气势，形成季节变化的观赏区域，吸引、带动人气，四季有景可观。

本项目根据区域环境特征将重要整治线路景观分为两个主题区，分别为以村镇农田为依托的田园拾趣区、以奥体中心为依托的乐动活力区。沿河湿地布置耐水湿植物，采用墨西哥落羽杉、池杉、水杉、矮蒲苇、花叶芦竹、矮生金叶美人蕉、鸢尾、黄莒蒲等。另外根据岸线的退绿距离和岸线布置方式进行不同的绿化处理。

2.3.2 生态岸线

在现状河道的基础上结合规划河道岸线，河岸两侧有退让绿线的区域，可根据现有条件改造成生态岸线（植物型、木材型或石材型)，有条件的地方可以结合对坡造景，增加荷塘湿地和水生植物种植，营造较好的河道景观观赏界面。部分河道因河道的拓宽产生的土方，在岸线外侧进行堆坡，形成自然堤岸，增加河道断面面积，增加河道对于雨洪的处理能力。对一般河道以自然修复生态系统恢复式进行整治提升，于河道两侧5-25m 范围增设生态沟及下凹绿地，对周边地块排放及雨水进行收集和净化，综合治理河道水质环境。

本项目河道生态岸线分为现状保留和新建生态固土。河岸线位于村落、房屋及现状道路沿线以现状保留岸线为主；河岸线位于现状农田、大棚、池塘沿线以新建生态固土为主，新建生态固土采用松木粧护坡。部分河道以自然修复生态系统恢复式进行整治提升，于河道两侧5-25m范围增设人工湿地、三级处理塘，对周边地块排放及雨水进行收集和净化，综合治理河道水质环境。

2.3.3 拓展、美化、教育目标

现状区域周边景观建设多为点状未成系统，拓展多样的海绵技术措施，拉拢城市绿地格局，实现城市绿地资源共享，最终形成点、线、面结合的景观游览及生态修复系统，综合改善生态、水环境。从城市教育发展角度依托河网周边生态修复绿地、道路、农田以及村落，开展一系列的生态、自然、人文、农业生产教育及观光活动，将原本“荒野”的自然、人文资源变为“郊野”绿地公园，将原本城市中“未知”的领域变为“认知”的自然、人文课堂。美化环境及游览体验；丰富学习、教育城市新理念；提升居民居住生活幸福感。