金澤水源地綠色基礎設施技術示范工程

楊 雪，王磊磊，呂永鵬

(上海市政工程設計研究總院〈集團〉有限公司， 上海 200092)

金澤水庫是除陳行、青草沙、東風西沙之外上海市飲用水的第4個水源地，可為上海市西南五區提供更清潔的原水，是上海市落實“兩江并舉、多源互補”的水資源規劃格局、實現上海市西南五區集約化供水的重要舉措。目前，金澤水源地的 23 項水質指標大部分基本滿足 III 類水水質標準，但溶解氧(DO)、氨氮、總氮(TN)等指標在汛期仍會超出標準限值，使得金澤水源地水質總體上不能穩定達標。金澤水源地污染源調查結果顯示，面源污染占污染負荷的比重正逐步提高，且會集中在雨季排放，污染強度大。因此，有必要構建金澤水源地雨水徑流污染防控技術體系，全面保障上海市供水水質安全。

1 課題研究背景與目標

本課題針對太浦河金澤水源地水質安全保障的需求，細致分析金澤水源地雨水徑流污染特征并建立面源污染數據庫，研究金澤水源地徑流污染控制策略。針對金澤水源地特點，形成包括源頭強化調蓄凈化技術、排水過程污染物強化凈化技術、及湖蕩及河道末端生態強化調蓄凈化技術的徑流污染強化調蓄凈化技術，并開發水源地綠色雨水基礎設施環境效益評估模型，構建綠色雨水基礎設施區域規劃、工程建設、運行管理和環境效益評估于一體的綜合決策管理平臺。最終，開展雨水徑流污染防控技術集成和工程示范，研究金澤水源地綠色雨水基礎設施建設管理實施辦法，為金澤水源地及上游地區雨水徑流污染防控提供重要參考和指導。

《金澤水源地雨水徑流污染防控關鍵技術研究與工程示范》(2017ZX07207001)屬于項目《太浦河金澤水源地水質安全保障綜合示范》(2017ZX07207)的課題，由上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司聯合上海市環境科學研究院、同濟大學、上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司和華東師范大學共同開展。

2 示范工程建設

2.1 示范工程建設前區域概況及主要水環境問題分析

2.1.1 示范區概況

青西郊野公園是上海市首批重點建設的七處郊野公園之一，位于青浦區西南部，東至規劃路、西至攔路港、練西公路、南至南橫港、北至北橫港，總面積約為5.1 km2(包含蓮湖村和山深村)。公園物種資源豐富，以“湖、灘、蕩、堤、圩、島”為主要特色，濕地、湖泊、河流、森林形成多樣化的生態系統，是上海市唯一一個以濕地為特色的郊野公園。郊野公園是響應青浦區土地整治項目建設而成，以大蓮湖為中心，利用原有地理、生態等資源，打造生態保育區、漁村休閑體驗區、水鄉農田示范區三大片區。在此基礎上，根據青西郊野公園水質提升需要，增加居民區，采取4個功能區的劃分方式(圖1)。

圖1 青西郊野公園下墊面特征Fig.1 Underlying Surface Characters of Qingxi Country Park

示范區內以大蓮湖為核心水域(面積約為1 km2)。示范區外與大蓮湖聯通的水系包括：北橫港(依靠旗桿港與大蓮湖連通)、蓮橫港、攔路港、金口門港。其中，蓮橫港、金口門港、以及攔路港連接處均設置水閘控制。具體情況如下：

(1) 金口門港、攔路港匯入大蓮湖，大蓮湖通過大包圍港匯入北橫港；

(2) 蓮橫港閘口常閉，金口門北泵閘和蓮湖港水閘會在雨天開啟；

(3) 謝莊村內微小河道流入金口門港，最終流入大蓮湖；

(4) 山深村內微小河道部分直接流入北橫港，部分直接流入大蓮湖；

(5) 在池杉林水質較差時開閘引大蓮湖的湖水，頻率約為一周2次。

2.1.2 水環境問題分析

2018年課題對區域水質進行了細致調研，得到如下結果。(1)保育區內氮素和COD總體滿足III類水水質標準，部分在Ⅲ～Ⅳ類；SS平均是大蓮湖的2.1～3.8倍，最高時達到81.4 mg/L，懸浮物污染問題突出；部分區域的DO平均值僅為0.14 mg/L(<0.2 mg/L)，表明已出現厭氧情況。(2)魚塘區排污渠氮素類在Ⅳ～Ⅴ類，水質波動較大；COD在Ⅲ～Ⅳ類。排污渠內雨天COD是旱天COD的1.9倍；SS均值在34.2～65.4 mg/L，且在不同時期波動較大；DO僅達到Ⅴ類水標準。(3)村莊內微小河道水質波動大，春季TN、TP分別高于地表水Ⅴ類標準2～3倍、降雨后COD介于Ⅳ～Ⅴ類；河道表面漂浮物較多，影響整體感官。示范工程建成前示范區內水環境如圖2所示。

圖2 示范工程建成前示范區內水環境現狀(2018年)Fig.2 Existing Situation of Water Environment in Qingxi Country Park (in 2018)

2.2 綠色基礎設施示范工程方案設計

2.2.1 保育區水質提升示范工程

為了實現保育區水質能長久性地處于良好狀態，應首先打破其封閉式的現狀。其次，因保育區內池杉種植、木棧橋游覽區域的設置而產生了很多滯留區，易使水質進一步惡化。因此，擬在保育區內因地制宜地通過湖蕩濕地的建設、生態系統完善、局部水動力條件改善3個方面，提升保育區入口水質、穩定滯留區水環境質量，改善局部水質惡化現象。

(1)根據人工濕地的功能定位，綜合考慮保育區內污染控制的實際需求，確定擬建人工濕地的功能為凈化保育區進水水質。原進口位于保育區西北側，由手動閘門控制；原出口位于東南側，由1臺軸流泵控制。鑒于現有進水位置建設用地的限制，擬將原進水口調整為出水口，原出水泵站(經改造后)作為人工濕地進水泵站，保育區東南側的水塘升級改造為人工濕地，水塘南北兩側與保育區內河道連通處作為人工濕地出水口。最終，使得保育區進水經人工濕地凈化提升后流入。

(2)在綠色基礎設施基礎上構建完善的水生生態系統，遵循生物與環境相互平衡、穩定、統一的原則，充分考慮生物與環境之間相互影響、相互制約、環環相扣的特點，建立包括水生植物、水生動物、水體微生物的完整生態系統，以維持穩定的動態平衡狀態。底質改良面積為117 206 m2，水生植物系統修復面積為31 511 m2，水生動物投放共5 000 kg，微生態調節菌群的投放活菌數量為107CFU/mL×7 000 L。

(3)為提升區域水體流動狀態，提出現有泵站增能和滯留區增設曝氣機2項措施，以保證溶解氧充足，改善水動力條件，以長效維持區域水環境質量。保育區內微孔曝氣機如圖3所示。

圖3 保育區內微孔曝氣機Fig.3 Microporous Aeration Machine

2.2.2 蓮湖村水環境質量提升示范工程

蓮湖村水環境質量提升示范工程共在2處開展，分別為蓮湖村謝莊港和漁村休閑體驗區內排污渠(簡稱“魚塘區”)，根據2處環境條件，通過生態護岸梯級阻控技術為主體的綠色基礎設施技術進行綜合示范。

(1)謝莊港

生態護岸升級改造全長為420 m，分別設置3個生態單元：生態步道、生態護岸、近岸水域生態構建。其中護岸單一植物以狗牙根、黑麥草為主，約按1∶1比例種植，種植密度為60～80 株/m2。近岸水域生態構建選用的水生植物以矮生苦草為主，配有黑藻和金魚藻混種，種植密度為20～25 株/m2。在此基礎上，為了進一步長久地保障謝莊港水質，完成底質改良(面積為9 000 m2)，修復棧橋景觀(面積為2 848 m2)，投放水生動物1 000 kg，完善了謝莊港水生生態系統；并同步投放微生物菌群(投放量為107CFU/mL×1 105 L)，構建菌藻共生系統。

(2)魚塘區

生態護岸升級改造全長為1 450 m，結合漁村休閑體驗區排污渠現有設施情況，設置2個生態單元，分別為：生態護岸和水生植物緩沖帶子單元。生態護岸子單元的植物選配，由于本排污渠在魚塘換水期間會受到較大沖刷，選用根莖蔓延力強、固土護坡能力強的狗牙根，種植密度為100株/m2。水生植物緩沖帶子單元的種植植物選配：選用土著物種美人蕉和香蒲，種植比例為1∶1，種植密度為每間隔25 cm交替種植1株。

在此基礎上，于排污渠接近攔路港處的一處較開闊水域開展人工濕地改造，總面積約為422.5 m2，其中：潛流人工濕地面積為200 m2，表流人工濕地面積為222.5 m2；潛流人工濕地以沸石為主要填料，吸附氮、磷等污染物，填料層厚度約為30 cm，沸石粒徑為φ10～φ30 mm。表流人工濕地改造依托現有自然條件進行，通過植物種植規劃河道水體流線，濕地植物選取蘆葦、香蒲、紫葉美人蕉、常綠水生鳶尾，種植密度在20～25株/m2。

圖4 示范工程建成后效果Fig.4 Water Body after Demontration Project

2.3 示范工程建設初步成效

示范工程建成后保育區SS去除率達到65.06%，部分懸浮物污染嚴重點位得到了很大改善，SS自51.47 mg/L降低至14.8 mg/L，最低可達到4.80 mg/L。蓮湖村內SS去除率達到62.42%，示范工程建成后SS降低至5.15 mg/L。因采用相同示范技術，魚塘區SS去除率與蓮湖村相似，達到62.45%，示范工程建成后SS自36.01 mg/L(平均值)降低至13.57 mg/L。表1為示范工程建成前后徑流污染去除情況，圖4為示范工程建成后效果。

3 研究展望

本課題根據金澤水源地雨水徑流污染特征，以“點、線、面”的工程形態屬性選擇具有代表性的區域，分別進行了源頭減排技術、過程控制技術和末端生態阻控技術的工程示范，示范區服務面積為5.1 km2。示范工程建成后，經綠色基礎設施處理后SS去除率可達60%以上；通過示范工程探索，能夠為長三角生態綠色一體化示范區提供一套可復制、可推廣的雨水徑流防控集成技術體系，科學支撐太浦河清水綠廊建設。