城市“黑臭河”治理技术应用探讨

城市“黑臭河”治理技术应用探讨

范科飞1郝本超2胡野3马志恒4

（1南京江北新区公用资产投资发展有限公司江苏南京210061；2南京生物医药谷建设发展有限公司江苏南京210061；3南京市建筑安装工程质量监督站江苏南京210007；4南京天之诚工程项目管理咨询有限公司江苏南京210003

摘要：围绕我国城市河网水环境现状，结合国家水环境治理新要求，本文提出了基于“黑臭河”治理技术新思路。针对不同城市河网特点，提出了“因地制宜，一城一策”、“综合治理，多措并举”的城市水环境治理理念；从控源截污、引排畅通、动力调控、河道管理等几个方面总结了城市“黑臭河”治理思路；详细阐明水环境综合调控技术，为城市“黑臭河”治理提供借鉴。

关键词：城市“黑臭河”；水环境改善；治理技术

引言

城市“黑臭河”原本作为城市景观并兼具防洪排涝功能，同时可维持生态平衡，改善城市景观[1-2]。随着城市化进程逐步加快，城镇化率逐年提高，河道挤占、河网分割、水系连通性差、河道淤积，水体污染日益加剧等现象已成为制约国家社会经济发展的瓶颈[3-4]。我国城市水环境恶化问题正受到越来越多的关注，国家科技规划从控源减排、减负修复、综合调控三个层次推进，出台了一系列政策法规，特别是“河长制”的全面实施，对水环境治理提出了更高的要求，以期获得水环境治理长效机制，为城市经济社会发展和生态文明建设提供有力保障。

城市“黑臭河”治理可以通过物理、化学和生物等方法来解决。物理方法主要包括控源截污、底泥疏浚、水动力调控和水体曝气等[5-7]；化学方法主要包括絮凝沉淀和投加除藻剂等；生物方法主要包括微生物降解技术、水生植物净化技术、人工湿地净化技术等[8-9]。目前，不同水环境治理方法各单项技术都已相对成熟，其中，物理法和生物法应用广泛，在此基础上，结合水动力调控改善河道水环境效果显著。应用实践表明，城市“黑臭河”治理应根据实际情况，统筹应用各类方法，有效改善河网水环境。

1城市“黑臭河”治理理念

围绕城市“黑臭河”的特点，在开展了大量的应用研究的基础上，逐渐形成以“水生态修复”为主线，强化水利工程联控联调，增加水动力，实现畅流活水和水务管理智能化的城市水环境治理理念。

1.1因地制宜，一城一策

城市“黑臭河”水环境状态存在差异性，无法遵循统一修复模式。

一是水系格局的差异。地形特征、水系连通特点以及水力边界属性差异形成了平原河网、山丘区河网；二是分类控制污染源。城市管网排水机制、管网标准、河道底泥以及下垫面的情况造成污染物负荷来源、贡献比、分布的差异；三是活水水源的差异。外围河湖水系与水环境约束形成不同水源保障，城市“黑臭河”水环境治理需要统筹考虑，因地制宜，一城一策。

1.2综合治理，多措并举

面对城市“黑臭河”污染严重，脏、乱、差等问题，应以水质水动力学精细化数学模型为驱动，从流域、区域、市域层面，综合治理，多措并举，兼顾防洪。合理利用优质丰富的水资源，综合运用现有闸泵工程，通过控源截污、河道整治、水系连通、调水引流、动力调控、强化净化、生态修复、保洁管理等多种措施并举，多管齐下，实现城区河网的畅流活水和水环境生态系统改善的良性循环。

2畅流活水治理思路

2.1污染解析，控源截污

针对城市“黑臭河”污染的来源进行解析是改善城市“黑臭河”水环境的基础，开展污染源解析工作并建立相应的河道水质响应关系，也是制定控源截污防治工程的依据。

通过解析城市“黑臭河”目标污染物负荷的主要来源可以量化各污染源对总污染负荷的贡献比率、建立河道控制断面水质对入河污染负荷的响应关系、明确污染负荷削减和河道水质改善关键策略。优化污染负荷监测方案，进行污染负荷通量监测，按照完整的调水周期进行河道断面的流速、水位和水质监测，完成污染负荷来源解析。

2.2城市“黑臭河”整治，应强化净化

河道水动力条件充足、引水水源水体品质好为城市畅流活水奠定良好的水环境基础。城市“黑臭河”整治不仅着眼于因除涝泄洪、水土保持和航运功能要求而进行河道疏浚和护岸建设，而且需要从污水截流、清淤、底泥处理、两岸绿化、水质强化净化等多方面进行整治。

2.3水系连通，动力调控

城市河网是城市区域水资源的载体和水循环的基础，其连通格局影响城市水安全保障能力、水资源配置能力以及水循环能力。

日益加快的城市化进程往往使城市河网水系连通性降低，区域水循环受到影响。社会经济的快速发展对水资源格局及保障能力提出了更新、更高的要求，城市河网水系连通已逐步成为对城市的发展的重大需求。城市河网水环境改善应以加强水资源统筹调配能力为目的。对提升城区河网水循环调控能力，促进平原河网水体有序流动，恢复和维系城区河网水环境具有十分重要的作用。

2.4生态修复，精细管理

健康的水生态系统是城市水环境品质的重要组成部分，开展城市“黑臭河”生态修复、构建适宜生物链是维系健康生态河流系统的重要举措。进行“黑臭河”生态修复首先需建立负反馈调节机制，通过人工干预手段精细管理调控生态系统来实现河流生态健康长效维系。其次，需要监控河流生态系统种群结构和生产力，分析生态能量状态、物种多样性和种间关系，评估生态系统自我循环和恢复能力，预测生态平衡变动状况。再次，要研究各种状态变化导致的生态失衡敏感度和影响后果，提出生态系统稳定调控策略，形成城市河流生态系统健康长效维系与监管技术。

3水环境综合调控管理

3.1智能模型构建

我国南方城市的河网水系发达、水利工程众多且调度复杂，城市下垫面变化快，一般的城市河网模拟技术通常难以满足模型数据动态更新和多尺度分级模拟以及精细化要求。且平原河网水动力学软件模拟中存在的文件管理繁杂、圩区河道处理弊端多、管网模拟不健全以及模型参数选择不合理、模拟精度与时效性矛盾等问题。城市河网多尺度分级智能水文-水动力-水质耦合精细化模拟技术，具有异构模型交互、多尺度分级、智能一体化模拟以及精细化模拟特点。

建立不同区域及应用业务要求的长三角地区平原河网流域-区域-城镇等多尺度、水文-水动力-水资源等多属性异构模型库，实现支持不同功能应用目的和适应任意复杂下垫面边界地形的平原河网水动力功能模型自适应生成。通过建立河网-管网多尺度水文-水动力-水质耦合模型，实现城镇化地区河网多尺度分级全过程精细化模拟。在充分掌握平原河网区水系格局、河道分级特性、工程及调度、基础地理的基础上，借鉴数据库管理、GIS分级显示、离散化建模技术，构建河道槽蓄量自动提取、河道连通拓扑关系自动矫正功能的模型网络，基于变分、卡尔曼滤波等同化算法对多源信息数据提取、融合并同化分析，构建水情、雨情、工情、社情等多源信息数据集，实现水动力模拟初始信息场的高精度动态重构。

3.2监控网络布控

充分利用城市已有信息采集设施基础，通过在监控网络布控，全面灵活地接收雨量、水位、水质、视频等多源监测信息，实现雨水工情的全覆盖、全自动实时监测，有效改善以往监测站点覆盖不全、人工测量时效性低的不足。同时，利用通信技术和自动化技术整合水利信息资源，保障多源水利信息的高效传输和安全共享，为模型计算、原型试验提供数据支撑。根据监测指标的差异，水质自动遥测站点可以分为简易单项指标监测站、箱式黑臭水体指标监测站、站房式多指标监测站。

3.3闸泵联控联调

为满足城区防洪排涝、河道水环境综合管理的需求，针对城区范围内重要闸门、泵站建设闸泵联控联调系统。闸泵联控联调系统可实现闸门、泵站工情的自动化监测和集群监控，提高闸泵测控的信息化、集群化、智能化管理水平。

3.4系统平台构建

联控联调系统平台对于城市防洪排涝、河网活水、污染减排、创新社会管理具有十分重要的意义。结合城市水动力调控和水环境治理基础条件，以需求为向导，以模型为核心，构建功能全面、实用高效的联控联调系统平台。系统平台以城市防洪与活水为中心，利用先进的传感器技术、自动化控制技术、现代通信技术、数学模型技术、GIS分析处理技术等，实现从点信息到面信息、从地面到空间的全方位、多尺度智能计算分析，利用系统平台共享信息资源，在线监测采集的实时雨水情、工情等信息，结合协同决策管理需要，评价区域内雨水情、水环境、水资源状况及时空分布。防洪排涝时，依据获取的实时雨水情数据，以水文-水动力-水质耦合模型为基础，通过模型网络、边界条件、调度规则在线修改，开展洪水模拟预报工作。根据模型计算成果对区域内闸泵站实施远程精细化调度，实现防洪排涝效益最大化。河网活水时，依据获取的实时水质、水位数据，通过模型计算分析，智能分配区域引水量，精细调控水位差，调活水体增加流速，从而达到改善水质、增加水环境容量的目的，大大提升城市水质、水量调控能力和效率。

4结语

城市河网水环境改善是近年来的热点问题，其理论与技术方法在实践中正逐渐得到完善。本文通过以水动力调控为核心的城市“黑臭河”治理技术探讨，为城市“黑臭河”的水环境改善和应用提供技术参考。在对具体的城市“黑臭河”治理时，还需要根据每个具体“黑臭河”水质、污染源等方面的特点，因地制宜的提出具体对策；有限截断污染源是“黑臭河”治理成效的关键；然后再通过水系连通、水动力调控等手段提升河网流动性，增大河网水环境容量；另外，也可以对城市“黑臭河”采用生态修复，从而达到提升城市河道水质目的。

在水环境综合调控管理方面，应构建河网-管网多尺度水文-水动力-水质耦合模型，并布控监控网络，实现雨水工情的全覆盖、全自动实时监测，同时结合城市水动力调控和水环境治理基础条件，以需求为向导，以模型为核心，构建功能全面、实用高效的联控联调系统平台。

参考文献：

[1]邹丛阳，张维佳，李欣华，等.城市河道水质恢复技术及发展趋势[J].环境科学与技术，2007，30（8）：99-102.

[2]吴阿娜，车越，张宏伟，等.国内外城市河道整治的历史、现状及趋势[J].中国给水排水，2008，24（4）：13-18.

[3]吕永鹏.平原河网地区城市集水区非点源污染过程模拟与系统调控管理研究[D].华东师范大学，2011.

[4]袁雯，杨凯，吴建平.城市化进程中平原河网地区河流结构特征及其分类方法探讨[J].地理科学，2007，27（3）：401-407.

[5]梅新敏，阮晓红，张兰芳，等.调引太湖水改善苏州市水动力条件研究[J].环境科学与管理，2006，31（1）：60-62.

[6]王超，卫臻，张磊，等.平原河网区调水改善水环境实验研究[J].河海大学学报：自然科学版，2005，33（2）：136-138.

[7]J.Xia，X.Y.Zhai，S.D.Zeng，etal.SystematicSolutionsandModelingonEco-waterandItsAllocationAppliedtoUrbanRiverRestoration：CaseStudyinBeijing，China[J].Ecohydrology&Hydrobiology，2014，14（1）：39-54.

[8]耿震，华伟，沈晓铃.仙蠡墩人工生态活水工程的设计[J].中国给水排水，2007，23（6）：35-37.

[9]周怀东.水污染与水环境修复[M].化学工业出版社，2005