城郊地区黑臭水体整治的综合措施

城郊地区黑臭水体整治的综合措施

章笑

（上海友为工程设计有限公司上海200093）

【摘要】本文结合实际的黑臭河道整治工程实例，提出了针对城郊地区黑臭水体整治的综合措施处理方案，通过工程措施和管理措施相结合，以较低的工程投资、较少的后期管理维护投入达到明显的、长效性的整治效果。

【关键词】截污；内源治理；生态修复；活水循环

【中图分类号】X52【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）08-0254-03

黑臭水体不仅给群众带来了极差的感官体验，也是直接影响群众生产生活的突出水环境问题，黑臭水体整治已经成为地方各级政府改善人居环境工作的重要内容。

对于黑臭水体的治理不仅要目标明确，也要根据各区域社会环境的不同因地制宜地采取措施进行整治，同时为了保持长效整治效果，需进行水生态系统的修复，提高水体自净能力，最终实现水环境的持续改善。

1.工程概况

本工程位于上海郊区，所涉及的河道均为村级河道，河道现状规模较小，现状河口宽度5~30m。现状水质均为劣五类水质，根据黑臭水体分级的透明度、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）和氨氮（NH3-N）等四项评价指标评定，本工程河道均为轻度黑臭水体。河道黑臭的主要原因分析如下：

（1）河道周边污水直排入河：河道周边村宅密集，通过现场踏勘发现多处生活污水直排入河，甚至有部分企业向河道排污。

（2）河道淤积严重、现有管涵阻水，水体流动性差：局部河段缩窄严重，河道岸坡坍塌、淤积甚至阻断河道，导致水流不畅。河道均为一端断头，水体流动性差，无法进行活水循环，更是明显加重了污染情况，并且给后续治污工作带来难度，对于维持水质长效改善非常不利。

（3）硬质护岸构造、岸坡植物单一或者被破坏，河道生态系统失衡，水体自净能力丧失：多数河段出现土体裸露、混凝土插板护岸等情况，对水体生态系统的恢复非常不利，水体没有足够强大的自净能力，加之水生动植物的死亡带来底泥污染，更是恶性循环，导致水环境恶化。

（4）岸坡垃圾较多，水体保洁较少：大部分河段周边房屋密集，岸坡堆放的生活垃圾、建筑垃圾较多，不仅直接影响河道水质，更是对岸坡植被恢复非常不利。

（5）河道岸线、陆域管理不严，违章搭建较多：除了私自搭建的棚架、畜禽养殖拦网，这些构筑物不仅对防汛通道的畅通形成阻碍，对陆域生态的恢复不利，而且多数临河建筑均有生活污水直排入河的情况，畜禽垃圾更是直接影响水质。

2.总体设计思路

总体思路：生态护岸的构建与生态修复措施相结合，采取综合措施改善水质。

本工程主要任务是消除水体黑臭、改善河道水质，按照“控源截污、内源治理；活水循环、清水补给；水质净化、生态修复”的基本技术路线实施。

本工程总体设计思路如图1所示。

3.控源截污

3.1截污纳管

根据入河污染源性质及分布、已建污水管网或已建污水处理站分布及建设情况，并结合当地污水系统规划，拟定截污工程的设计原则：

（1）严格实行雨、污分流原则；雨污合流管道应先进行雨污分流改造，再进行截污纳管处理。

（2）具备污水纳管条件的生活污水收集后就近接入市政污水管网；不具备纳管条件的污水收集后，就地处理符合相关标准后清水入河。

（3）企业生产废水，在厂区内部进行管网改造并进行水质达标处理，不得直接排入市政管网。

（4）设计方案便于实施，易于运行维护和管理。

3.2面源污染控制

面源污染主要来自于生活垃圾、地表径流以及水土流失等，针对上述问题本工程采取绿化隔离和岸坡植物缓冲带修复的方法进行处理。

（1）绿化隔离

绿化隔离的主要作用在于减少村民直接在岸坡上丢放生活垃圾等行为，主要布置方案是在村宅集中位置的岸顶布置长势较密集的灌木隔离带，既能与其他植物搭配有较好的观赏性，又能起到隔离带的作用。

（2）岸坡植物缓冲带修复

滨岸植物缓冲带可设置在面源污染源和收纳水体之间、在管理上与污染源分割的地带。

①固土护坡、保持水土

在满足河岸整体稳定要求的前提下，导致河岸水土流失的主要自然因素有雨滴击溅、坡面径流、风力侵蚀和波浪冲刷。河道堤岸采用植物措施防护，植被及其凋落物可以吸收雨滴的能量，减少地表土壤飞溅侵蚀；植物位于地表的部分可过滤地表径流中的沉积物，同时植物的茎、叶部分可增加地表粗糙度，从而延缓地表径流速度，降低地面径流的侵蚀能力；植物及其凋落物可提高土壤的孔隙率和渗透性，增加雨水入渗量，从而涵养水源和延缓径流产生洪峰的时间；植物及其凋落物通过蓄水作用而增加土壤湿度，从而降低了风力对土壤表面的侵蚀影响。

②缓冲过滤、水质净化

河道植被通过过滤、渗透、吸收、滞留、沉积等作用使陆地生态系统流向河流的污染物毒性减弱及污染程度降低，可有效减少农药、化肥等面源污染，进而影响河水中泥沙、化学物质、营养元素等的含量及时空分布，有利于保护水域生态环境质量。

③生态修复、改善环境

河岸植物带能够降低直射到水面的太阳辐射，从而使水体保持在一个较低的温度，水中的溶解氧在一个较高的水平上，创建一个有利于水生生物生长发育的环境。河道植物带是生态过渡带，是物种源和野生动物的重要栖息地，能够为各种生物提供食物、水分、隐蔽场所等生物生存所必需的条件。

④调节气候、美化景观

河道缓冲带植物不仅为动物、微生物提供了生存繁衍的栖息地，其气候调节功能也为人类生活提供了更为舒适的环境。

本工程在岸坡植物缓冲带进行乔灌木搭配种植，斜坡则种植了具有良好固土护坡效果的狗牙根等植物。

为充分发挥岸坡植物缓冲带对于陆域面源污染的拦截净化能力，结合周边主要是农村住宅和农田的实际情况，本工程在堤顶设置生态拦截沟，口宽1.5m，沟内植物以自然演替为主，人工辅助种植狗牙根、黑麦草等。

4.内源治理

4.1垃圾清理和漂浮物打捞清理

河道水体沿岸垃圾清理是污染控制的重要措施，其中垃圾临时堆放点的清理需一次清理到位。水面漂浮物主要包括各种落叶、塑料袋、其他生活垃圾等，需要长期清捞维护。

4.2清淤疏浚

污染河道整治不仅仅要控源截污，而且要结合内源治理，彻底清理河底污染的底泥，防止河道污染季节性的反复。

河道底泥是各种来源的营养物质经一系列物理、化学、生化作用沉积于河底，形成疏松状、富含有机质和营养盐的灰黑色淤泥。河道污染底泥对上覆水体水质的影响，主要表现为消耗水体溶解氧，释放各类污染物以增加其在水体中的浓度，从而导致水质下降、恶化。底泥中的污染物一般以溶解形态和悬浮微粒结合形态，通过孔隙水扩散和沉积物再悬浮作用进入上覆水体，由于这一过程在底泥和上覆水体之间持续不断地循环进行，因此即使所有的外污染源全部消除，底泥这一内污染源仍将在较长时间里影响上覆水体水质，可见清除河道污染底泥对改善水质的重要性。

5.生态修复

河流生态修复是指在充分发挥生态系统自修复功能的基础上，采用工程和非工程措施，促使河流生态系统恢复到较为自然的状态，改善其生态完整性和可持续性的一种生态保护行动。由于河流已经经过了人类活动的改造，已不可能恢复到完全自然、未经人类大规模干扰前的生态状况，更不能创造一个全新的生态系统，所以本工程着眼于生态系统结构和功能的恢复，重点是改善当前生态系统的完整性和可持续性，争取实现这种复合型河流的生态修复，谋求河流生态状况得到一定程度的改善。

5.1工程修复

（1）生态护岸

传统的河道整治工程从稳定河道的目的出发，常采用浆砌石、混凝土板等岸坡防护措施，这些工程措施会对河道岸坡自然栖息地造成不同程度的影响，影响河道栖息地质量。河道渠化造成关键生物栖息地丧失或连续性中断，加速了栖息地破碎化，使河流廊道的潜在栖息地消失，影响了河流水生生物群落的迁移与生态演替，导致生物多样性丧失。由于栖息地丧失、破碎化，兼具生物栖息或迁移功能的河流廊道发生严重退化，进而使生物群落多样性降低。

生态护岸除满足防洪安全、岸坡冲刷侵蚀防护、环境美化等功能外，同时还须兼顾维护各类生物适宜栖息和生态景观完整性的功能，此类护岸结构须具有表面多孔、材质自然、内外透水等特点。

本工程根据不同河道规模，分别采用不同的护岸形式。

绝大部分河段均布置密排木桩护岸，河道断面采用复式断面，挡土结构采用梢径150mm的密排木桩结构，桩长4m，桩顶位于常水位上限高程，为了增加对于面源污染的拦截效果，在堤顶布置农田生态拦截沟一道，沟口宽1.5m，沟内边坡和沟底种植狗牙根、黑麦草等吸收能力强、生长旺盛的植物，并以砖石、炉渣等多孔材料填充。密排木桩前设置水生植物种植平台，其上间隔布置水生植物和块石，块石既能为水生动物提供遮蔽场所，又能形成天然生物膜表面，帮助微生物系统的创建，在满足岸坡稳定的条件下，对于有条件的河段可以适当挖深形成深潭，而对于河道收缩较为明显的河段河底可适当抬高，但是仍需对河底污泥进行清淤。如此设计既能满足岸坡稳定性要求，又能形成深潭~~浅滩序列。为了营造较为完善的水生态系统、对水下环境进行生物修复，本工程在河底适量布置沉水植物。

新建土坡护岸布置在设计河口较宽的河段，主要目的在于创建较为宽阔的深潭，并在断面范围内形成深潭~~浅滩相接的效果。断面仍采用复式断面，在常水位以下适当深度布置平台，并且布置堆石挡墙，堆石空隙可以成为水生动物天然的遮蔽所，该处水深较浅，为挺水植物和上层水生动物提供较好的生存空间，分别在不同高程处营造不同水深的平台，为不同生活习性的动植物提供了生存和活动空间，对于生态系统和生物多样性的恢复具有一定的益处。

（2）增氧曝气

缺氧是污染水体较普遍的特征，黑臭型水体尤其如此。恢复水体耗氧/复氧平衡、提高水体溶解氧含量是水环境治理与水生态恢复的重要目标。水体增氧有多种方法，如植物光合作用增氧、水力增氧、投加化学药剂增氧和机械曝气增氧等。其中，机械曝气能快速提高水体溶解氧、氧化水体污染物，还兼具造流、景观、底泥修复和抑藻作用，是水体增氧的主要方法。

5.2生物修复

河流水体中的水生植物、水生动物以及微生物等是在水质改善中起重要作用的生物要素。河道生态治理过程中的水生态系统生物要素的恢复设计是发挥其水质改善净化功能的关键环节。

（1）水生植物的配置

水生植物是水域生态系统中重要的初级生产者，可以直接吸收水中营养物质从而净化水质，也为水生动物提供生活、繁殖、觅食和躲避天敌的场所，增加水生物多样性，从而提高水体生态系统稳定性。

水生植物不同生态类群的配置原则一般是从河道沿岸向水体深处依次为挺水植物、浮叶植物和沉水植物。本工程水生植物品种的选择优先选用土著种，并且考虑水生植物形态搭配、生活型搭配、季节性搭配、观叶和赏花多种类搭配，增强水生植物的多样性，由于本工程河道均位于农村地区，常见的水体污染类型是氮磷超标，故选择植物时不但要选择耐污能力强的先锋植物，同时也要求植物具备较强的净化能力。

本项目水生植物详细介绍如下：

水葱：匍匐根状茎粗壮，具许多须根。秆高大，圆柱状，平滑，基部具3~4个叶鞘，鞘长可达38厘米。花果期6~9月。种植水深20~40厘米，植株高度100~120厘米，净化水质为主。

千屈菜：茎直立，多分枝，叶对生或3片轮生，狭披针形。总状花序顶生；3月份发芽，花期7~10月；种植水深20~40cm，植株高度60~120cm。易长气生根，要注意剪枝整理。

黄菖蒲：多年生湿生或挺水宿根草本植物，植株高大，根茎短粗。叶子茂密，基生，绿色，长剑形，长60~100厘米。花黄色，花期4~6月，绿叶期达11个月左右。种植水深20~30cm，植株高度50~60cm。

马来眼子菜：多年生沉水草本。根茎发达，白色，节处生有须根叶条形或条状披针形，具长柄，稀短于2厘米；叶片长5~19厘米，宽1~2.5厘米。马来眼子菜适合流水环境，且耐污力强，且对生长环境要求不高，在上海城郊有自然分布。

金鱼藻：多年水生草本植物，植物体从种子发芽到成熟均没有根。叶轮生，边缘有散生的刺状细齿；茎平滑而细长，可达60厘米左右。金鱼藻是沉水植被恢复过程中的先锋种，其生命力旺盛，耐污力极强，适应光照弱的环境，对基底等要求不高，且具有较好的耐寒性，是上海河道生态修复的适宜种类。

（2）水生动物的恢复

水生动物在水域生态系统中主要充当消费者的角色，在维持水体物质循环和能量流动方面具有非常重要的地位，可以增强生物多样性，延长水体食物链，稳定水生态系统。由于水生动物食性不同，在生态系统中的营养地位不同，对水环境的影响也不同，本工程主要选择对水质改善起到重要作用的功能性种类，选用虑食性和碎屑食性为主的鱼类和底栖动物。本工程鱼类主要投放鲢、鳙鱼，为完善鱼类群落结构，投放少量乌鳢；底栖动物主要投放铜锈环棱螺和河蚌。

5.3生境修复

遵循水生态系统的完整性，除了进行生物修复外还需要进行生境保护和修复，根据工程实际情况，本工程主要从河道蜿蜒度构建、横断面多样性修复、生态型护岸、河道内栖息地加强以及河道岸线控制等方面进行设计。

（1）河道蜿蜒度构建

主要是为了修复河流的平面蜿蜒性特征，主要目的是在满足河道行洪能力的前提下，通过改善河流蜿蜒度提高河流平面形态多样性，从而形成异质性的地貌单元。由于本工程河道受到人工干预较多，河道形态已基本稳定，加之用地范围受限，且河道现状已基本形成蜿蜒形态，故本工程平面布置即按照现状进行整治。

（2）横断面多样性修复

河流横断面多样性修复技术是指根据自然河流的横断面特点，采用人工设计与河床演变相结合的方式对横断面的多样性特征进行修复。主要目的是在满足河道行洪能力的前提下，对现有梯形断面河道进行多样性修复。主要方法和设计思路是在构建典型复式断面的基础上，对于有条件的河段局部设计深槽、浅滩等形式，形成不规则、不对称的断面形态，最终营造多样化的生境。

（3）河道内栖息地加强

河道内栖息地是指具有生物个体和种群赖以生存的具有物理化学特征的河流区域。利用木材、石块、适宜的植物等生态性较好的材料相结合在河道内局部区域构筑特殊结构，通过调节水流及其与河床或岸坡土体的相互作用而在河道内形成多样性的地貌和水流条件，从而增强鱼类和其他水生生物栖息地功能，促使生物多样性提高。技术关键在于通过河道坡降及流场的局部改变，调整河道泥沙冲淤变化格局，形成相对蜿蜒的河道形态，使之具有深潭~~浅滩序列特征；同时利用遮蔽物，增强水域栖息地功能。结合本工程特征、规模及周边实际情况，确定的主要设计目标包括：创建深水区，重建深潭栖息地；缩窄局部河道断面，创建浅滩；增加遮蔽物，为鱼类创造生存空间；通过添加木质残骸，为水生生物提供适宜的河床底质和食物等。

本工程主要采用生态性好、建设和养护成本较低的天然材料块石构建内栖息地。由于大部分河段河口较窄，为保证岸坡稳定，河底高程较高，主要为浅滩区域，在局部有条件的河段适当设置深潭，在深潭及浅滩适当布置河床抛石等，河床抛石面积不超过河底面积的5%，石块直径不小于0.3m，每处抛石区石块间至少2~3倍石块直径。

（4）河道岸线控制

河道岸线控制技术主要是合理确定岸线的范围、划分岸线功能区，提出岸线控制利用与保护措施，主要目的在于保障河道行洪安全和维护河流健康，结合本工程实际情况，主要方式在于管理部门加强对岸线的管理，减少违章搭建、垃圾堆放等问题，严格控制河道填埋情况的发生。

6.活水循环清水补给

6.1拆除拦河坝

为有效提高水体溶解氧水平、促进污染物流动分解，需加强水体的流动性，而本工程现有拦河管涵明显缩窄了河道过流断面，具有阻水效果，须对其拆除建设桥涵。

6.2清水调度补给

上海地区河道的水动力条件较差，通过区域调水进行活水循环和清水补给，利用雨洪水、清洁地表水等作为河道水体的补充水源，增加水体流动性和环境容量。

7.非工程措施

非工程措施既是河流生态修复工程的重要保障条件，也是发挥生态系统自组织、自设计功能的重要促进因素。结合本工程的实际情况，对于非工程措施主要从污染源管控、内源治理等方面设计。从截断污染源角度分析，需对陆域范围内的违章搭建进行拆除，以减少生活污水的排入，更要对企业污水排放严格控制，通过对生活污水和企业污水的综合管理，最终减少排放入河的点源污染。通过对河道岸坡管理，减少岸坡垃圾堆放，特别是工程周边工民建施工产生的建筑垃圾对岸坡植物缓冲带的生长影响较大，需对岸坡垃圾严格管控。

附图1

图1本工程总体设计思路

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