村級(jí)河道水生態(tài)修復(fù)策略與技術(shù)措施研究
——以閔行區(qū)浦錦街道為例

施安康

（上海陳政市政工程股份有限公司，上海市200940）

0 引言

鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是當(dāng)前建設(shè)美麗中國(guó)的關(guān)鍵舉措與實(shí)現(xiàn)手段。其中，鄉(xiāng)村生態(tài)文明建設(shè)是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要組成部分，即通過(guò)對(duì)鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境、人居環(huán)境、人與自然和諧關(guān)系的塑造來(lái)實(shí)現(xiàn)“以生態(tài)保護(hù)支撐綠色發(fā)展，以綠色發(fā)展引領(lǐng)鄉(xiāng)村振興”的基本目標(biāo)[1]。

鄉(xiāng)村河流是鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，其承載了生態(tài)、景觀、文化三大功能[2]。鄉(xiāng)村排水、旅游資源開(kāi)發(fā)、歷史風(fēng)貌、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均與河流有著密切關(guān)系，是河流串聯(lián)起了鄉(xiāng)村的不同的地域景致元素、人與建筑空間的聯(lián)系、人與自然的聯(lián)系。河流為鄉(xiāng)村提供了持續(xù)可行的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益。

但隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鄉(xiāng)村水生態(tài)污染問(wèn)題日益加劇。受工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)加劇、鄉(xiāng)村生態(tài)意識(shí)有待提升、排水基礎(chǔ)建設(shè)欠賬多、政府監(jiān)管力度與投資強(qiáng)度不足等諸多因素的影響，現(xiàn)階段鄉(xiāng)村河流污染嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在：（1）有機(jī)污染物、固體懸浮物超標(biāo)引起的黑臭水體問(wèn)題尚未得到完全控制，氮磷超標(biāo)排放引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題又逐步涌現(xiàn)；（2）除生活污水外，多數(shù)河流還過(guò)度接納了工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水、固體廢棄物，導(dǎo)致河流環(huán)境容量大幅降低[3]。

針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)工程技術(shù)手段恢復(fù)水體自凈能力、提升其環(huán)境容量，同時(shí)控制點(diǎn)源與面源的持續(xù)性污染是河流生態(tài)修復(fù)的主要途徑與手段[4]。現(xiàn)以閔行區(qū)浦錦街道為例，通過(guò)河道水生態(tài)修復(fù)改造工程對(duì)污染成因進(jìn)行解析，提出工程設(shè)計(jì)思路和關(guān)鍵性工程措施，從而為后續(xù)類似工程提供借鑒。

1 工程概況

該施工項(xiàng)目涉及上海市閔行區(qū)浦錦街道河道共4條，包括環(huán)南河、孫家宅河、張家宅河、洪家宅河。項(xiàng)目河道總長(zhǎng)約3 923.4 m，工程總投資2 351.54萬(wàn)元。河道類型主要分為斷頭河道、水質(zhì)不穩(wěn)定的劣V類河道、富營(yíng)養(yǎng)化藻類爆發(fā)河道。生態(tài)修復(fù)前現(xiàn)場(chǎng)踏勘與水質(zhì)檢測(cè)如圖1所示與表1、表2所列。

表1 河道基本信息與污染輸入狀況一覽表

表2 修復(fù)前水質(zhì)情況一覽表

圖1 環(huán)南河?xùn)|側(cè)浜頭河道現(xiàn)狀之實(shí)景

2 污染源識(shí)別與成因解析

環(huán)南河道水深較深，水域面積較大，藍(lán)藻爆發(fā)性生長(zhǎng)，水華現(xiàn)象十分嚴(yán)重，古河道治理難度較大。河兩旁為垂直駁岸，駁岸上排口較多，日常會(huì)有居民在河道附近垂釣，同時(shí)段頭浜處有農(nóng)田種植。污染主要成因?yàn)橐?guī)模化畜禽養(yǎng)殖。污染存在未有效治理的現(xiàn)象。雨季時(shí)，畜禽糞便尿液未經(jīng)處理便形成徑流排入河道。部分水產(chǎn)養(yǎng)殖及農(nóng)田退水未見(jiàn)有效處理凈化設(shè)施，直接進(jìn)入河流，導(dǎo)致水質(zhì)逐漸惡化，且存在污水外溢下游水體的風(fēng)險(xiǎn)。

孫家宅、洪家宅、張家宅所涉及河道多為鄉(xiāng)村河道，河道蜿蜒曲折，周邊居民區(qū)較多，河道周圍普遍存在居民生活污水。生活垃圾，以及公共衛(wèi)生間污水等隨意傾倒入河道的情況。由于雨季降雨集中、河道淤積嚴(yán)重。沿河生活垃圾隨意堆放，且水面存在污染性漂浮物，水生動(dòng)植物貧乏。

3 水生態(tài)修復(fù)策略

考慮到鄉(xiāng)村河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃策略的首要目標(biāo)是生態(tài)系統(tǒng)功能的構(gòu)建與恢復(fù)。故在空間上采用生態(tài)保護(hù)的策略：即在河道與坡岸銜接處修建生態(tài)廊道與溝渠濕地，實(shí)現(xiàn)對(duì)河道的生態(tài)緩沖與保護(hù)。這樣不僅可以起到遲滯雨季雨水的徑流侵入，還可通過(guò)植物配置起到豐富景觀，提升人居環(huán)境的效果。

針對(duì)河道內(nèi)源污染的特點(diǎn)采用物理、化學(xué)與生物處理方法。其中，先通過(guò)底泥疏浚與底質(zhì)改良的方式對(duì)黑臭底泥進(jìn)行疏浚與異位處理；再通過(guò)內(nèi)循環(huán)+紫外催化裝置實(shí)現(xiàn)水體難降解有機(jī)物的去除，同時(shí)增設(shè)沉水曝氣裝置提升水體中的溶解氧，強(qiáng)化水體自凈能力和對(duì)水中可降解有機(jī)污染物的去除。然后，在水體中設(shè)置底部生物載體、生態(tài)浮島、漂浮草墊、點(diǎn)源凈化裝置，通過(guò)物種共生關(guān)系、水體空間生態(tài)位的方式防止氮磷超標(biāo)排放引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化、水體生物量較小的現(xiàn)象。最后，再以種植挺水植物、浮水/浮葉植物的形式完成包含有河道與周邊生態(tài)緩沖區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。整體修復(fù)策略如圖2所示。

圖2 水生態(tài)修復(fù)策略圖

4 關(guān)鍵性技術(shù)措施

4.1 生態(tài)廊道與溝渠濕地

生態(tài)凈化廊道組成主要包括廊道框架、廊道主體、生物載體、水生植物，如圖3所示。其中，廊道框架要求堅(jiān)固、耐用、抗風(fēng)浪，工程采用UPVC管搭建成的框架。廊道基質(zhì)主要起到固定植物、植株的作用；同時(shí)，還需要保證植物根系生長(zhǎng)所需的水分、氧氣條件及能作為肥料載體。根據(jù)上述要求基質(zhì)材料必須具有彈性足，具有高固定能力，不易腐爛和不污染水體，能重復(fù)利用的特點(diǎn)。為保證植物直立與正常生長(zhǎng)，工程使用細(xì)密網(wǎng)和HDPE高密度聚乙烯作為材料。圍隔系統(tǒng)是整個(gè)廊道對(duì)外部水體起圍護(hù)作用，為不污染水體，工程中使用的是改性高分子纖維。

溝渠濕地凈化包括：生態(tài)溝、圍堰、挺水植物群落。生態(tài)溝是從排口附近的土質(zhì)駁岸上開(kāi)挖一條溝渠通向河道，在溝渠附近選擇合適植物種植。其出水口采用“導(dǎo)流出水匯入圍堰+挺水植物（接觸氧化）”工藝進(jìn)行污染的匯集和凈化，布置于溝渠的尾端，對(duì)排水進(jìn)行過(guò)濾處理。對(duì)于沒(méi)有駁岸開(kāi)挖溝渠條件的點(diǎn)源排口設(shè)置點(diǎn)源凈化裝置，進(jìn)行雨污水的截流凈化后再排入河道，減少外來(lái)水體對(duì)治理河道水質(zhì)的沖擊影響。

4.2 底泥清淤與改良

工程施工前，先降低水體的水位，對(duì)存留的垃圾和雜草進(jìn)行清理。完成或進(jìn)一步降低水位對(duì)水體底泥進(jìn)行清淤與消毒，其目的是：一方面，清理底部腐爛淤泥；另一方面，清殺水體底質(zhì)中的病原體，建立或恢復(fù)底質(zhì)本土有益微生物處理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)促進(jìn)沉水植物群落的生長(zhǎng)及系統(tǒng)的恢復(fù)和穩(wěn)定，提高水體水質(zhì)凈化的效果。使用的主要技術(shù)是進(jìn)行本土微量元素系統(tǒng)調(diào)控，去除原底泥不利于植物生長(zhǎng)的污染物，創(chuàng)建利于沉水植物生長(zhǎng)存活的條件。

底質(zhì)處理的另一部分是根據(jù)底泥現(xiàn)狀，進(jìn)行底泥的內(nèi)部均衡消化；同時(shí)改善底質(zhì)緊實(shí)度，以創(chuàng)造沉水植物快速扎根、擴(kuò)繁的有利條件，防止后續(xù)因曝氣造成的底泥反復(fù)懸浮惡化水質(zhì)的情況。

4.3 底部生物載體

底部生物載體組成主要包括：生物載體、浮球、配重。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，以及底部生物載體的長(zhǎng)度，確定提供浮力的浮球大小，及配重大小，將生物基上端固定在浮球上，下端固定配重。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到：載體長(zhǎng)度0.5~1 m，材質(zhì)為聚烯烴類和聚酰胺等，載體密度16根/m2。

4.4 漂浮草墊

漂浮草墊主要包括：草墊框架、水生植物，如圖4所示。草墊框架材質(zhì)采用符合纖維，其特點(diǎn)主要是輕柔、彈性好。水生植物選用高大型挺水植物品種如美人蕉、黃菖蒲、鳶尾等，搭配少量低矮型挺水植物如粉綠狐尾藻、香菇草等，構(gòu)建錯(cuò)落有致的水景觀。高大型挺水植物固定在浮床床體中，挺水植物固定在復(fù)合纖維固定物中，粉綠狐尾藻及香菇草接種在細(xì)密網(wǎng)上。

圖4 漂浮草墊與沉水曝氣之實(shí)景

4.5 點(diǎn)源污染凈化裝置

點(diǎn)源污染凈化裝置主要包括：點(diǎn)源框架、點(diǎn)源主體、生物載體、水生植物。點(diǎn)源框架要求堅(jiān)固、耐用、抗風(fēng)浪。該項(xiàng)目利用UPVC管搭建成的框架。點(diǎn)源主體是植物栽種的支撐物，同時(shí)是整個(gè)點(diǎn)源浮力的主要提供者，基質(zhì)材料必須具有彈性足，固定力強(qiáng)，不腐爛，不污染水體，能重復(fù)利用的特點(diǎn)，保證植物直立與正常生長(zhǎng)。該項(xiàng)目使用細(xì)密網(wǎng)和HDPE高密度聚乙烯。生物填料按照合理密度固定在點(diǎn)源框架下部，避免河水沖刷掉落。植物選用挺水植物，挺水植物固定在點(diǎn)源主體中。

4.6 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

由于該項(xiàng)目中的環(huán)南河水深較深，正常種植的浮水/浮葉植物無(wú)法在較深河道處生長(zhǎng)、存活。因此采用墊高做法，使用支撐架與浮水/浮葉植物配合進(jìn)行施工。支撐架采用膨脹螺絲固定支撐架與河道底部，并在支撐架適宜位置上焊接布置平臺(tái)，將花盆等種植槽固定在布置平臺(tái)內(nèi)。植物種植在適宜的水深處放置花盆等種植槽。選用時(shí)應(yīng)注意植物安裝好以后，在水中不致傾倒或被風(fēng)浪吹翻。

5 工程量與修復(fù)后效果

各河道具體工程量如表3所列。

表3 總工程量清單一覽表

自項(xiàng)目竣工后，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了1個(gè)月。之后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘與水質(zhì)檢測(cè)情況如圖5所示與表4所列。由表4可知：由于增設(shè)了沉水曝氣設(shè)施使治理完成后水體中溶解氧濃度較治理前有了大幅上升；同時(shí)，由于生態(tài)廊道、溝渠濕地、漂浮草墊、生態(tài)浮島的設(shè)置豐富了河道生物量，使得水體中總磷濃度也有了很大程度削減。相較而言，氨氮去除效果不是十分明顯。這可能是由于：受前期曝氣產(chǎn)生的氣泡影響，使底部生物載體中富集的硝化與反硝化細(xì)菌被吹脫驅(qū)離所致[5]，故在后續(xù)運(yùn)行中可考慮適當(dāng)降低曝氣強(qiáng)度，減少對(duì)底部生物載體的擾動(dòng)。

圖5 環(huán)南河治理前后對(duì)比圖（左：治理前；右：治理后）

表4 修復(fù)后水質(zhì)情況一覽表

6 工程經(jīng)濟(jì)與污染物削減

工程年運(yùn)行費(fèi)包括動(dòng)力費(fèi)、工資福利及勞保統(tǒng)籌費(fèi)和工程維護(hù)費(fèi)、管理費(fèi)及其他費(fèi)用等。采用類比法估算，年運(yùn)行費(fèi)212.12萬(wàn)元。

經(jīng)測(cè)算，該工程措施實(shí)施后，每年削減的污染物總量見(jiàn)表5所列。

表5 河道治理后污染物削減量一覽表

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)閔行區(qū)浦錦街道河流水生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，獲得了其污染特征與污染物來(lái)源。對(duì)此，提出了空間上通過(guò)生態(tài)緩沖區(qū)、河道及植物種植的方式構(gòu)建河道生態(tài)系統(tǒng)的方法。同時(shí)，根據(jù)污染特性，制定了底質(zhì)改良、紫外催化、沉水曝氣、底部生物載體、生態(tài)浮島、漂浮草墊、點(diǎn)源凈化設(shè)置的水體內(nèi)源污染防治策略。并進(jìn)一步闡述了治理中的關(guān)鍵性技術(shù)措施。治理后河道水生態(tài)恢復(fù)較好：溶解氧濃度大幅提升、總磷得到了有效控制。后期可根據(jù)水體溶解氧濃度對(duì)曝氣進(jìn)行調(diào)控以促進(jìn)對(duì)氨氮的去除。