數字水利技術在城市河道污染治理工程中的應用研究

摘要：為了改善城市河道水質、治理河道污染。通過引入數字水利技術進行城市河道污染治理。治理過程中，選用山東省濟南市護城河作為研究區域，深入探索河道污染的根源。結合數字水利技術工作原理采集河道信息，通過對這些信息的分析，發現50％的點源污染是由于河道內氨氪和COD濃度過高所致。因此研究選擇直接投菌法作為治理護城河污染的方法，明確治理流程。結果表明，利用文章方法進行污染治理后，COD濃度和色度降低；河水中的溶解氧含量增加。表明所提技術在河道污染治理過程中具有良好的效果。

關鍵詞：數字水利技術；河道污染；信息采集；直接投菌法；城市河道

中圖分類號：X52 文獻標志碼：B

前言

河道污染是指由于人類活動或自然因素引起的污染物的排放和積累，導致河流、河道或水體質量下降的現象。在城市生態環境建設過程中，河道污染治理是一個重要的內容。河道污染治理的效果直接影響著城市用水系統的安全性以及河道生態系統的平衡。如果忽視河道污染問題，在城市生態環境建設過程中不及時治理，河道的污染狀況將會逐漸惡化，影響居民健康。為了提高城市用水的安全性并保持河道生態平衡，有必要治理城市河道污染問題。

胡官正等人根據人口因素、社會經濟因素和水資源因素等構建體系，評價研究區域內河段的污染程度，采用聚類分析的方法劃分研究區域的河段，將其分為生態修復區、水源保護區、污染控制區等，并根據各區的實際情況制定污染治理策略。熊鴻斌等人選取界首市界豪河作為研究區域，在SWMM降雨徑流污染模型的基礎上結合MIKE11水動力水質模型對河道水質的變化情況展開模擬，根據模擬結果采用雨水調蓄池展開污染治理。

上述方法治理后河水中的污染物較多，存在污染物去除率低的問題，為了解決上述方法中存在的問題，所提方法在城市河道污染治理過程中引人數字水利技術，采用該技術獲取河道信息，以此為依據展開污染治理。

1數字水利技術工作原理

數字水利技術中包含了現代信息技術、遙感技術和傳感器技術等，通過傳感器、遙感技術和實時數據采集，可以實時監測污染物的濃度、水質參數等關鍵指標，提供準確的數據支持。使得數字水利技術可以有效地監測和評估河道污染狀況。

（1）用戶層：面向用戶，實現系統統一操作與風格，共享與交互信息，提供實時監測、管理和控制河道污染治理功能，用戶可獲取污染相關信息并反饋建議。

（2）網絡層：使用TCP/IP協議，連接計算機，傳輸污染數據至監測和管理系統，實現遠程操作和控制，及時控制污染物排放。

（3）應用層：匯聚功能邏輯組件，包括二三維聯動、工程安全評估等功能，可視化呈現污染情況，評估治理效果和風險，優化治理方案。

（4）數據采集與管理層：采集地形地物數據，管理整合各類數據，分析污染源分布和水體流動情況，為污染治理提供基礎支持。

（5）支撐層：設計管理信息系統技術、虛擬實現技術與決策支持系統技術，實現污染治理的有效管理、模擬分析和科學決策。

2城市河道污染治理

2.1研究區域

將山東省濟南市護城河作為研究區域，采用上述數字水利技術獲取研究區域的城市河道信息，為河道污染治理提供數據支持。

根據數字水利信息系統采集的數據可知，城市河道污染包括內源污染和外源污染，其中外源污染包括面源污染和內源污染，具體的污染來源如下：

（1）點源污染：如匯入河道的支流、管網截污溝溢流等固定的污染排放和匯入點；

（2）面源污染：如地表徑流匯入護城河河道造成的污染負荷；

（3）內源污染：總磷、氨氮和COD等河道底泥污染物在底泥再生懸浮、沉積物有機物礦化和生物擾動作用下會釋放到河道水相中，形成內源污染。

在山東省濟南市護城河隨機設置10個監測點，分析各監測點處COD、氨氮和TP的濃度以及貢獻率，結果見圖1。

分析圖1可知，氨氮和COD為濟南市護城河的主要污染物，總磷在護城河內的濃度相對較低。存在50％的點源污染是由于河道內氨氮和COD濃度過高引起的。

2.2治理方法及材料器材

直接投菌法是一種治理河道污染的有效方法。通過選擇特定菌種來降解目標污染物，并將其投放到水體中，實現高效處理。這種方法具有持久性優勢，投放的微生物能形成生態系統，持續降解污染物，確保長期治理效果。在山東省濟南市護城河內投擲微生物促進劑和本源微生物菌劑，河道治理所需的材料和器材包括PVC管、塑料桶、本源微生物菌劑、微生物促進劑以及培養基等。

2.2.1本源微生物菌劑

將深圳博生生物有限公司提供的本源微生物菌按照一定比例配置特定菌種，形成復合微生物菌劑。在實驗室中，根據不同的比例和組合將腐殖酸、光合菌、芽孢桿菌、酵母菌、鐵細菌和白腐菌等優勢菌種在pH6-8、室溫環境下與河水混合培養七天，七天后觀察菌種在河水污染治理中的效果。實驗結果顯示，當芽孢桿菌、反硝化細菌、乳酸菌、褐腐菌和厭氧梭菌的比例為6：3：3：4：3時其處理效果最為出色，符合生態規定，且經過毒理實驗驗證對人體無害。因此以此作為本源微生物菌劑。

2.2.2微生物促進劑

從湖北中研生物科技有限公司購買專業比例配置的微生物促進劑，微生物在河水中的生長環境可通過催化反應得以控制，以此促進菌種的繁殖與新陳代謝，避免污染物在河水內出現厭氧分解現象以及有害微生物的生存，逐漸恢復河道水生態環境，提高水體自身的凈化能力。

2.3治理流程

2.3.1菌劑培養

按照7：2：1的比例將河水、培養基和本源微生物菌劑依次加入塑料桶中，在河道旁就近培養，當菌液的pH值達到3且塑料桶中出現生物膜時，獲得培養后的菌劑。

2.3.2菌劑接種

按照河水：微生物菌劑為5：1的比例進行稀釋，并按照1：1 000的比例將微生物促進劑投入其中，將稀釋后的微生物菌劑投入城市河道中。完成首次接種后，隨著河水的流動以及死亡現象會失去一部分菌劑，因此在十天后需要補充接種。

3結果分析

在護城河設置的10個監測點中隨機選取5個監測點進行分析，對比治理前后河道水質的變化情況。

3.1COD變化

河道污染治理前后，河道內COD的變化情況見圖2。

圖2中的2020年-2021年指的是2020年9月至2021年九月，2021年-2022年指的是2021年11月至2022年8月。監測期間內的1、2、3、4、7、8、9、11、12月的COD濃度均低于治理前的濃度，分析整個監測期間的COD濃度可知，2020年11月至2021年3月的河道水質明顯得到改善，從4月開始，水質基本沒有發生變化。

3.2色度變化

色度指的是對河道水體顏色展開測定獲得的指標。經調查發現，天然水存在不同的顏色，包括黃綠、淺褐或淺黃等，造成水體顏色發生變化的主要原因是水體中存在的無機物、有機物和腐殖質。監測期間內各監測點處的水質色度變化情況見圖3。

分析圖3可知，污染治理前，即2021年7月河水的色度最高，采用直接投菌法對河道展開污染治理后，河水色度逐漸下降，2021年11月上旬至2022年2月，河水色度高于監測期間內的平均值，出現這種現象的主要原因是河道內的底泥受到了微生物的擾動，在水流的波動下，底泥開始上浮，進而增大了河水的色度。微生物在2022年2月份開始逐漸繁殖，顯著的削減了河水中存在的腐殖質，與此同時，浮床植物在河內的數量增多，大量吸收了河水中存在的營養物質，如磷和氮等，進而降低了河水色度。通過上述分析可知，實施污染治理后，河水的色度有所降低，表明直接投菌法具有良好的治理效果，可提高河道水質。

3.3溶解氧變化

污染治理前后溶解氧在河道內的濃度變化情況見圖4。

如圖4所示，與污染治理前相比，治理后河道內的溶解氧濃度顯著升高，對比2021年-2022年與2020年-2021年的溶解氧平均濃度發現，溶解氧平均濃度有所提高，表明污染治理取得一定成效。

4結束語

所提方法利用數字水利技術，利用數字水利技術中的用戶層、網絡層、應用層、數據采集與管理層和支撐層的多層次架構，對山東省濟南市護城河進行了全面的河道信息采集。在實施直接投菌法治理河道污染后，通過對比2021年7月到2022年8月期間治理前后河道水質的變化情況。得出以下結論：河道水體治理前呈微濁、淡黃，采用直接投菌法治理后，水體的透明度和清澈度顯著增加，解決了水體的黑臭與富營養化問題，改善了河道水質的水體感官；利用文章方法進行污染治理后，河道水質的色度顯著降低，且溶解氧濃度在一定范圍內增加，COD濃度明顯降低；綜上所述，所提方法在河道污染治理過程中具有良好的效果。