城區河道生態修復治理工程：以南京市金川河生態修復為例

周嚴 李士義 蔣心誠 魏俊

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

城區河道是城市防洪、排澇、蓄水、通航等天然或人工渠水道，同時也是城市生態環境的重要組成元素（曹仲宏等, 2018）。隨著城市的發展，人口的增多，城區河道空間受到嚴重擠占，伴隨著沿河污水直排，面源污染入河，截污不徹底，污水管網滲漏等現象，河道污染日益嚴重，加之河道護坡硬化，河道生態系統遭受破壞，水體自凈能力隨之喪失。城區河道綜合治理環境復雜，邊界條件多樣，加之河道兩岸空間有限，使得城區河道治理難度增大。清淤、截污等內外源治理措施只能通過削減入河污染物減緩水質惡化，不能完全解決河道水質污染問題。生態修復措施作為水環境綜合治理的手段之一，有利于恢復河道生態系統，提高河水自凈能力。

本文介紹了南京市金川河綜合治理過程中生態修復措施技術方案及應用效果，分析探討城區河道生態體系建設，為城區河道治理提供切實可行的治理對策，為類似工程提供參考。

1 河道概況

1.1 水系概況

金川河是南京城北地區的一條入江河道，分為內金川河和外金川河水系。發源于鼓樓崗和清涼山北麓，并與玄武湖相通，下游經寶塔橋入長江。金川河全長37.78 km，流域面積59.32 km2。內金川河分為主流、東支、中支、西支及老主流。外金川河水系由西北護城河、城北護城河以及內金川河在金川門匯合，通過外金川河匯入長江，沿途的南十里長溝、張王廟溝、大廟溝、二仙溝等直接或通過閘門控制匯入城北護城河及外金川河，金川河水系如圖1 所示。

圖1 金川河水系圖Figure 1 Jinchuan River System Map

本工程中外金川河、內金川河主流、內金川河老主流、內金川河西支、內金川河中支、內金川河東支6 條河道均屬金川河水系，全長共計12.15 km。內金川河水系河流大多位于居民區內，兩側多為排列緊密的建筑群，部分區域兩側景觀綠化完善，但河道整體呈現一種內向、封閉的空間狀態，水生態功能基本喪失。河道兩側已無生態護坡，以直立和塊石擋墻為主，河底大部分已硬化。內金川河從大樹根閘至入江口，河道內未看到水生生物存在，生態系統極為脆弱。水質對于污水下河情況非常敏感，嚴重依賴上游補水，河道基本喪失自凈能力。駁岸與水系多為垂直關系，人無法靠近水面?，F狀駁岸形式難以形成依水而生的生態體系，減弱了水體對城市的生態調節作用。

1.2 水質現狀

對各河道水質進行檢測分析后發現，內金川河東支、中支、西支、老主流、金川河主流、外金川河、南十里長溝主流、城北護城河、西北護城河水質為劣Ⅴ類；張王廟溝、南十里長溝一支水質未能穩定達到Ⅴ類，且各河道水質主要超標因子是氨氮。對2018年1-5 月各河道水體的NH3-N 指標監測發現，金川河主流及各支流1-5 月的氨氮含量基本均高于Ⅴ類標準。

2 生態修復措施

本工程采用“微生物水質凈化+生境修復+生態系統構建+生態岸線改造”的原位凈化措施對金川河流域進行水質提升，增加水體溶解氧，削減水體和底泥污染物，構建水生態系統，最終達到穩定水質的目標。其中，“載體固化微生物+生態驛站+生態滯留池+沉水植物”承擔了水質穩定、凈化的主要功能。

2.1 曝氣復氧

曝氣增氧技術是通過人工方式向水體充入空氣或氧氣，達到增加水中溶解氧的目的，從而增加好氧微生物的活性，促進污染物的降解速度(王蘇艷, 2018)。同時，還兼具景觀、底泥修復和抑藻作用，是水體增氧的主要方法。微納米曝氣設備是一種高效率曝氣設施，與傳統曝氣方式相比，微納米氣泡水具有氣泡小、比表面積大、上升速度慢、水中停留長等優勢。實驗表明，微納米氣泡水比普通水的含氧量更高、衰減速度更慢，更能夠適應水處理中曝氣的需要。

噴泉式曝氣是水體增氧常用方法之一，曝氣機由水泵、浮體和噴頭組成。通過水泵將水提升、噴灑至空氣中形成細小的水滴，水滴攜帶氧氣返回水中，提高水體溶解氧，適用于表層水體增氧需求；同時曝氣設備運行時具有一定的景觀效果，因此被廣泛應用于景觀水處理、封閉性水體、園林水景增氧處理等水資源、水環境生態修復工程。

針對金川河水域部分河道較寬，水深較深等情況，本工程選擇微納米曝氣增氧系統對水體增氧，同時在河流交匯處及一些景觀性要求高的河段，增設噴泉曝氣設備使區域保持局部微循環流動狀態，打破深水區溶解氧垂直分布的不均勻性，控制藍綠藻的富集層。

本工程曝氣設備局部布置，需氧量計算微生物降解氨氮所需要的氧，設備數量根據如下公式確定：

式中：Q0：曝氣設備的通氣量；η：氧在水體中的轉移效率；μ：氧氣在空氣中的占比。

根據計算得出擬在金川河水系布置微納米曝氣設備共10 臺，設備運行時間為12 h/d。按重點提升區域適當增補噴泉曝氣機，共布置噴泉6 臺，噴泉曝氣機啟動時段為6：00-11：30；12：30-19：00。

2.2 生物修復

微生物修復技術是指在受損的水生態系統的基礎上，通過一定的手段增加水體中特定微生物的數量，利用微生物消耗水中的污染物，同時利用微生物和動植物的促生作用，對水生態系統進行修復和提升，從而達到削減污染物、提升水質的目的。

針對金川河水系現階段水質的主要問題，宜選擇對氨氮去除能力強且對微生物有附著能力的技術措施。本工程采用去氨氮效果較強的措施—載體固化微生物。載體固化微生物設備為保證微生物設備的有效性，安置點必須保證有效水深在1m 以上。每臺載體固化微生物設備一天能夠降解化學需氧量（COD）5～10kg，氨氮去除量為2～5kg（溫度在10℃以上）。

2.3 生態岸線

生態岸線系統由重力流進水口、布水管、植物與功能填料、集水盲管、防滲層和出水管構成，內部設置淹沒層，營造局部厭氧環境，為各類微生物提供適宜環境，能有效提高N、P 去除率，提高出水水質。

生態岸線系統由生態綠墻（圖2）和生態滯留池（圖3）兩部分組成，系統采用雙模運行方式，即雨天截留雨水徑流，旱天則引地表水灌溉。在雨季，雨水或雨污合流水依靠重力流進入生物滯留池和生態綠墻，經過系統中的植物根系、填料、微生物的截留、吸收、凈化后排入河道，有效解決初期雨水污染問題，削減污染負荷，改善河水水質；在老城區特別是雨污分流不徹底的區域，運用生物滯留池、生態綠墻等綠色基礎設施，截流入河雨水、污水、雨污合流管道，使其經生物處理后再進入河道，從而去除氮、磷、顆粒物、有機物等污染物，削減污染負荷，改善河水水質。

圖2 生態綠墻橫斷面圖 Fig.2 Ecological green wall cross section

圖3 生態滯留池橫斷面圖Fig.3 Ecological detention poolcross section

2.4 沉水植物及生態驛站

2.4.1 栽植沉水植物 沉水植物作為主要初級生產者，在水生生態系統中起著重要的作用。沉水植被恢復后，可以使水體透明度提高，溶解氧增加，水體中的N、P 及浮游植物葉綠素a 的含量均明顯降低，原生動物多樣性也顯著增加。另外，沉水植物對藻類有化感抑制作用，比如菹草對柵藻有顯著抑制效應，蓖齒眼子菜對柵藻和微囊藻也有一定的化感作用。它們不僅會影響食物鏈結構、控制其它生物類群的結構和大小、維持水環境的穩定性，而且在恢復環境生態中也起到舉足輕重的作用，其群落的重建與恢復是水生態系統修復工程的基礎和關鍵。

沉水植物每天能夠降低氨氮0.8～1.5g/m2，降低COD 1.0～2.0g/m2。本工程植物品種選擇四季常綠矮型苦草、改良刺苦草、紅線草（龍須眼子菜）、小茨藻，種植在水流較緩的區域。根據河道基底情況共構建沉水植物13700m2。

2.4.2 構建生態驛站 生態驛站利用植物根系和人工載體及其附著的生物膜，通過吸附、沉淀、過濾、吸收和轉化等作用，提高水體透明度，有效降低水體中有機物、營養鹽和重金屬等污染物濃度。生態驛站是綠化技術與漂浮技術的結合體，還具有創造生物（鳥類、魚類）的生息空間、改善景觀和消浪 保護駁岸等作用。另外，考慮洪水的影響，緩解因水位變動引起的浮島間的相互碰撞，在浮島本體和水下固定端之間設置一個小型的浮子用以固定浮島。

結合以往的工程經驗，生態驛站布置在交通橋上下游水流較緩的兩側，同時提高河道觀感效果。本次工程根據河道基底情況共布置生態驛站2 000m2。

3 運行效果

南京市金川河生態修復工程于2019年5 月完工，投入運行以來，系統運行穩定。7-8 月對金川河水系下游斷面進行連續水質監測，監控了氨氮（NH3-N），總磷（TP）及溶解氧（OD）等主要指標。發現NH3-N 指標從1.70mg/L 降低到0.15mg/L；TP指標從0.35mg/L 降低到0.2mg/L；DO 指標從5.80mg/L 上升到7.0mg/L。以上主要指標已穩定達到地表水Ⅴ類標準，生態修復措施對河水的凈化起到了積極作用，同時逐步恢復了河道的生態景觀效果。

城區河道治理條件復雜，采用曝氣增氧、生態岸線改造、微生物生態構建、沉水植物及生態驛站局部生態構建等生態修復措施，恢復城區河道生態系統，提高河道自凈能力，從而改善河道水質。本項目河道生態修復技術方案對類似城區河道治理具有借鑒意義。