朱國忠，李 郁，喻 石

（1.南京水利科學(xué)研究院；2.南京瑞迪建設(shè)科技有限公司，南京 210029）

南京主城內(nèi)，低山、丘陵、階地、平原與江、河、湖泊交錯相會，河網(wǎng)較為發(fā)達，對城市的排水起到非常重要的作用，并可適當?shù)卣{(diào)節(jié)市內(nèi)氣候。寧鎮(zhèn)山脈向西延伸的殘丘及黃土崗地橫亙老城區(qū)中北部，它與紫金山主峰構(gòu)成主城內(nèi)兩大水系的分水嶺，南屬秦淮河水系，北屬金川河水系。城東北的曉莊至老山一線高地是北十里長溝諸支與金川河水系的分水嶺，北十里長溝向北直接排水入長江。河西新城區(qū)分別排水到周邊的秦淮河、秦淮新河與長江。

河溪是人類活動最密集的地方，河溪生態(tài)系統(tǒng)是流域中最具有生命力和變化的景觀形態(tài)，是流域中最理想的生境走廊[1]。本文將以金川河水環(huán)境提升工程為例，對南京水環(huán)境整治思路進行探討，這對實現(xiàn)計劃中所提出的目標具有十分重要的意義。

1 金川河流域概況

南京城區(qū)外金川河、內(nèi)金川河主流、內(nèi)金川河老主流、內(nèi)金川河西支、內(nèi)金川河中支、內(nèi)金川河?xùn)|支6條河道均屬金川河水系。內(nèi)金川河主流—外金川河?xùn)|起玄武湖大樹根閘，經(jīng)金貿(mào)橋、金川河節(jié)制閘、長平橋、水關(guān)橋、回龍橋，一路向北經(jīng)寶塔橋入長江。以金川河節(jié)制閘作為分界線，金川河節(jié)制閘至入江口為外金川河，長約2.9 km；大樹根閘至金川河節(jié)制閘為內(nèi)金川河主流，長約2.9 km。此外，內(nèi)金川河還包括4條支流：老主流長約1.3 km，西支長約1.3 km，中支長約2.45 km，東支長約1.3 km。

2 金川河水環(huán)境現(xiàn)狀、問題及治理歷史

2.1 水資源現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀主要補水水源來自外秦淮河和玄武湖，輔以部分清潔水源，如表1所示。主要補水工程為小桃園泵站、定淮門泵站、大樹根閘和和平門閘。

表1 金川河片區(qū)補水點情況

2.2 水環(huán)境現(xiàn)狀

2.2.1 污水處理系統(tǒng)概況

目前，本項目涉及區(qū)域有城北污水處理廠1座，金川河周邊區(qū)域均屬于城北污水處理系統(tǒng)范圍。城北污水處理系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模為30萬m3/d，實際已超負荷運行。原污水收集系統(tǒng)主要為截流制，目前正逐步改造為分流制。

南京城北污水收集區(qū)域劃分為五個區(qū)域，即內(nèi)金川河片區(qū)、原下關(guān)片區(qū)、外金川河片區(qū)、南十里長溝區(qū)域以及玄武路區(qū)域。

2.2.2 水質(zhì)概況

根據(jù)南京市生態(tài)環(huán)境部門提供的內(nèi)金川河水系和外金川河水系2018年1-5月水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行水環(huán)境質(zhì)量評價，結(jié)果如下：溶解氧均達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標準，部分月份達到Ⅳ類標準；透明度月均值保持在30～60 cm；pH值均處于6～9，滿足地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標準要求；各斷面的氨氮均超過地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標準限值，為劣Ⅴ類。

從檢測結(jié)果看，內(nèi)金川河?xùn)|支、中支、西支、老主流、金川河主流、外金川河、南十里長溝主流、城北護城河、西北護城河水質(zhì)為劣Ⅴ類，張王廟溝、南十里長溝一支水質(zhì)未能穩(wěn)定達到Ⅴ類。各河道水質(zhì)主要超標因子是氨氮。

2.2.3 污染源概況

項目區(qū)域內(nèi)，河流污染源主要有面源、內(nèi)源、點源三類。

（1）面源污染。面源污染主要來源于河道兩岸的企事業(yè)單位、居住區(qū)等硬質(zhì)化的地面及路面，由于缺乏初雨截流調(diào)蓄系統(tǒng)，地表污染物隨雨水沖刷通過城鎮(zhèn)地表徑流進入?yún)^(qū)域河道。

（2）內(nèi)源污染。內(nèi)源污染主要指進入河道中的各類物質(zhì)通過各種物理、化學(xué)和生物作用，逐漸沉降至河道底質(zhì)表層。積累在底泥表層的氮、磷、重金屬等物質(zhì)，在一定的物理化學(xué)及環(huán)境條件下，從底泥中釋放出來而重新進入水中，形成二次污染。由于河道水動力條件差，目前，河道存在一定程度的淤積，淤泥釋放出的污染物會持續(xù)惡化河道水質(zhì)。

（3）點源污染。沿河排口污染主要來源如表2所示。

表2 排口污染來源情況調(diào)查

2.2.4 排口調(diào)查概況

根據(jù)本項目可行性研究報告，外金川、內(nèi)金川主流、內(nèi)金川老主流、內(nèi)金川東支、內(nèi)金川中支、內(nèi)金川西支、城北護城河晴天有污水下河的排口共21個，兩座雨水泵站旱天排水。

兩座旱天排水的雨水泵站分別為方家營泵站及金陵鄉(xiāng)泵站，其排水情況如下。一是方家營泵站，由于城北水廠現(xiàn)狀已滿負荷運行，通過泵將泵站前池中的水向外抽排至外金川河，夜間排放，每晚2次，總排放量約為8 000 m3/d；二是金陵鄉(xiāng)泵站，通過泵將二仙溝中的河水向外抽排至外金川河，夜間排放，每晚2次，總排放量約為13 600 m3/d。

2.3 水生態(tài)現(xiàn)狀

2.3.1 外金川河水生態(tài)現(xiàn)狀

外金川河2016年進行過生態(tài)水環(huán)境的治理，兩側(cè)岸線以上景觀布置環(huán)境較好，目前已完成兩側(cè)景觀護欄設(shè)施施工。兩側(cè)護岸采用漿砌石硬化，河底兩側(cè)靠岸區(qū)域也已硬化，中間為土質(zhì)底泥。水體透明度較低，河底底泥外翻現(xiàn)象嚴重，河道兩側(cè)均勻分布種植池，池內(nèi)水生植物有再力花、美人蕉、菖蒲等，局部區(qū)域長勢較好。在寶塔橋附近河道岸邊發(fā)現(xiàn)少量水泥砌塊盆栽，沉水植物零星生長，但由于水質(zhì)較差和底質(zhì)的限制，沉水植物長勢較差，以單株形式或單叢形式生長為主，生長量極少，無法形成規(guī)模，而且沉水植物的品種單一。河道內(nèi)有成群小魚游動，底棲動物對于底層水體改善起到關(guān)鍵性作用，而在河道內(nèi)暫未形成規(guī)模底棲動物生長。

西北護城河部分河段河岸為直立和塊石擋墻，岸坡上有植被分布，水流較深，河道內(nèi)有成群小魚游動。城北護城河岸邊設(shè)置有生態(tài)護坡及人行步道，具有一定的親水空間。二仙溝兩岸呈現(xiàn)居民側(cè)植被稀疏、對岸植被茂密的境況，兩岸擋墻直立。

2.3.2 內(nèi)金川河水生態(tài)概況

內(nèi)金川河水系河流大多位于居民區(qū)內(nèi)，河道兩側(cè)多為與河道緊鄰、排列緊密的建筑群，部分區(qū)域兩側(cè)景觀綠化完善，但河道整體呈現(xiàn)一種內(nèi)向、封閉的空間狀態(tài)，水生態(tài)功能基本喪失。河道兩側(cè)已無生態(tài)護坡，以直立和塊石擋墻為主，河底大部分已硬化。從大樹根閘至入江口，內(nèi)金川河河道內(nèi)未看到水生生物存在，魚蝦基本絕跡，生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，對于污水下河情況非常敏感，嚴重依賴上游補水，河道基本喪失自凈能力。駁岸與水系多為垂直關(guān)系，人無法靠近水面?，F(xiàn)狀駁岸形式難以形成依水而生的生態(tài)體系，減弱了水體對城市的生態(tài)調(diào)節(jié)作用。

內(nèi)金川河中支、東支河道中均設(shè)置有曝氣設(shè)備，東支河道中無水生植物生長，河岸兩側(cè)固化明顯，植被稀疏。中支兩側(cè)岸坡固化明顯，河道中無水生植物，但岸上植被較為豐富。老主流河段兩側(cè)岸坡固化明顯，部分河段岸坡上有茂密植被。

2.4 歷年河道整治情況及遺留問題

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，人們對城市環(huán)境提出了新的要求，對城市河道環(huán)境的期望也越來越高[2]。

2016年，內(nèi)金川河主流、內(nèi)金川河老主流實施了清淤工程、排口截污工程和景觀工程。2017年，外金川河、內(nèi)金川河西支、中支、東支實施了清淤工程、排口截污工程、景觀工程、引流補水工程、岸坡整治工程和生態(tài)治理工程。工程范圍內(nèi)，河道在整治前共有排口511個，通過歷年河道整治，目前晴天仍有21個污水下河排口，河道基本消除黑臭?，F(xiàn)階段，與污水處理系統(tǒng)直接連通的雨水排口有4個，在污水處理系統(tǒng)高水位運行情況下有大量污水排出。此外，方家營塘泵站每天有8 000 m3污水排到寶塔橋考核斷面上游，影響考核斷面水質(zhì)?，F(xiàn)狀內(nèi)金川河河道兩側(cè)多為與河道緊鄰、排列緊密的建筑群，河道兩側(cè)以直立和塊石擋墻為主，河底大部分已硬化，無生態(tài)緩沖和污染截留能功能，河道整體呈現(xiàn)一種內(nèi)向、封閉的空間狀態(tài)，水生態(tài)功能基本喪失。

由于污水系統(tǒng)高水位影響，在對現(xiàn)狀排口進行治理后，污水由其他排口排出的概率很大，難以有效緩解污水下河壓力，河道水質(zhì)惡化風(fēng)險很大，嚴重影響水質(zhì)達標。由于金川河流域仍有大量雨污合流管道、板涵、泵站，雨況下大量雨污合流水進入河道，現(xiàn)狀無相應(yīng)治理應(yīng)對措施，雨后河道水質(zhì)超標現(xiàn)象難以及時有效解決。金川河沿線雨污泵站、合流板涵閘門、應(yīng)急排放口晴天排污現(xiàn)象普遍，嚴重影響河道水質(zhì)達標。

3 水環(huán)境整治實施方案

3.1 工程設(shè)計原則

工程設(shè)計原則為：明確目標，整體規(guī)劃；因地制宜，標本兼治；生態(tài)改善，長效保持；智慧運維，科學(xué)管理。

3.2 水環(huán)境整治技術(shù)路線

河道整治工程所追求的重要目標就是要協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)發(fā)展與河道生態(tài)保護的關(guān)系，同時盡量維護河道原有的自然地貌和水文特征，保持河流景觀與其周圍環(huán)境的和諧[3]。水環(huán)境綜合整治的技術(shù)路線為“控源截污、內(nèi)源治理；活水循環(huán)、清水補給；水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”，其中“控源截污”處于首要地位，關(guān)系到河道整治的最終成果。在工程治理中，以控源截污為主，內(nèi)源治理為輔，同時考慮結(jié)合雨污分流的推進，杜絕污水直排入河，處理處置污染底泥，減少合流溢流與初小雨污染，嚴格控制污染物入河，提升河道水質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，進行活水調(diào)度、調(diào)蓄攔蓄、生態(tài)改善以及景觀建設(shè)等活動，保證整治措施的系統(tǒng)性和長效性。水環(huán)境整治技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 水環(huán)境整治技術(shù)路線

3.3 水環(huán)境整治方案

3.3.1 控源截污工程

截污治污是一個系統(tǒng)工程[4]。通盤考慮金川河水系，目前8條河道存在晴天有污水下河的排口21個，外金川河有排口1個，內(nèi)金川主流有排口7個，內(nèi)金川河?xùn)|支有排口7個，城北護城河有排口1個，西北護城河有排口5個。需要對其進行整治，確保旱季污水不入河。根據(jù)排污口特征，本次21個排口分4種，分述如下。

一是前期治理方案中有治理措施，但因污水水位較高，截流措施失效的雨水排口。此類排口整治措施為將現(xiàn)狀截流井改造成雙控型智能截流井，通過控制截污管及出水管口的液壓閘起閉，以達到晴天污水不下河的目的。

二是目前沒有整治的雨水直排口。此類排口整治措施為新建截流井，將污水接入污水管道。近期城北污水處理廠無法處理服務(wù)范圍內(nèi)產(chǎn)生的污水以及新建截流措施后污水管網(wǎng)內(nèi)增加的污水，勢必會引起污水管網(wǎng)內(nèi)的污水量增加，進而引起污水井內(nèi)水位上升，為防止污水溢流，本次新建的截流井采用雙控型智能截流井。

三是合流排口。整治措施為拆除原有閘門，新建電動閘門。

四是現(xiàn)狀旱天排污的雨水泵站排口。整治措施為對雨水泵站前池污水來源進行調(diào)查，滿足關(guān)閉污水下河通道條件的關(guān)閉下河通道；對無法關(guān)閉的，采用一體化處理設(shè)備進行處理，處理后的水達標后回流到水體中。

3.3.2 清淤疏浚工程

關(guān)于河道淤積的研究和對策，現(xiàn)有的成功經(jīng)驗和研究成果可以作為工程治理的參考[5]。根據(jù)相關(guān)測量成果及河道歷年淤積速度，結(jié)合現(xiàn)狀河底硬質(zhì)情況以及河道岸坡穩(wěn)定情況，外金川河平均清淤深度為0.51 m，內(nèi)金川河及其主流平均清淤深度為0.64 m，內(nèi)金川河老主流平均清淤深度為0.32 m，內(nèi)金川河?xùn)|支平均清淤深度為0.23 m，內(nèi)金川河西支平均清淤深度為0.15 m，內(nèi)金川河中支平均清淤深度為0.31 m。

由于清淤工期很短，清淤工程量較大，為盡可能降低工程實施對周圍環(huán)境的不利影響，經(jīng)綜合分析，筆者確定本工程清淤采用水力沖挖法。清淤總量約為49 700 m3。清淤疏浚前后，工程現(xiàn)場實際情況如圖2所示。

圖2 清淤疏浚工程現(xiàn)場照片

3.3.3 生態(tài)補水工程

研究表明，采取適當?shù)囊a水措施，可保障入江口斷面水質(zhì)達標[6]。生態(tài)補水工程主要包含三部分：上元門水廠至大廟溝補水系統(tǒng)、金陵鄉(xiāng)泵站長流水功能改造、定準門泵站擴容改造。

（1）上元門水廠至大廟溝補水系統(tǒng)?，F(xiàn)狀上元門水廠至玄武湖為28萬t/d的DN1000補水管道，該管道在中央北路與金碧路交叉口管道處新增直徑800 mm“T口”，引上元門水廠部分補水通過DN800管道（流速為1.13 m/s）至大廟溝起點，補水管道長1.7 km，日補水量約為5萬m3。

（2）金陵鄉(xiāng)泵站長流水功能改造。金陵鄉(xiāng)現(xiàn)泵站站房內(nèi)增加2臺（1用1備）625 m3/h、揚程10 m、功率30 kW泵組。

（3）定準門泵站擴容改造?，F(xiàn)狀定淮門泵站規(guī)模為0.4 m3/s，共3臺泵，管徑為DN700（流速1.05 m/s）。改造工程將原3臺泵換為720 m3/h、揚程25 m、功率75 kW泵組。

3.3.4 水位優(yōu)化控制工程

為優(yōu)化金川河水位調(diào)控方案，營造適宜景觀水面，建設(shè)水位優(yōu)化控制工程。工程具體包括：改造外金川河口閘1座，氣盾壩閘門尺寸為4 m×20 m；新建內(nèi)金川河主流分水堰（閘1座，壩寬17.0 m，蓄水高度為2.4 m）；新建東支跌水堰3座，蓄水高度為0.5 m。改造前后，外金川河口閘現(xiàn)場情況如圖3所示。

圖3 外金川河口閘改造現(xiàn)場照片

3.3.5 生態(tài)修復(fù)及自動化工程

對內(nèi)金川河、外金川河、內(nèi)金川河老主流、東支、西支、中支、城北護城河等和二仙溝等水體實施生態(tài)修復(fù)工程。另外，根據(jù)金川河河道及水環(huán)境管理的具體需求，設(shè)置水文水質(zhì)感知監(jiān)測斷面，對金川河河道水環(huán)境質(zhì)量進行管控。

（1）生態(tài)修復(fù)。對內(nèi)金川河、外金川河、內(nèi)金川河老主流、東支、西支、中支、城北護城河等和二仙溝等水體實施生態(tài)修復(fù)工程，包括曝氣復(fù)氧工程、載體固化微生物工程、生態(tài)驛站工程、沉水植物構(gòu)建工程和生態(tài)岸線優(yōu)化工程等。

設(shè)置微納米曝氣復(fù)氧設(shè)備10臺，噴泉曝氣機6臺，載體固化微生物設(shè)備2臺，EHBR系統(tǒng)3 492組，生態(tài)驛站2 000 m2，沉水植物構(gòu)建13 700 m2，生態(tài)綠墻700 m2，生態(tài)滯留池550 m2。

（2）信息自動化工程。在金川河流域設(shè)置6個河道水文水質(zhì)感知監(jiān)測斷面，主要監(jiān)測指標包括常規(guī)五參數(shù)（溫度、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度）、COD、氨氮、水位、流量等。

結(jié)合配套建設(shè)的視頻采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心等，構(gòu)建河道水質(zhì)感知監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)河道水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)包括PC桌面版本和手機APP版本，為金川河水環(huán)境長效管理提供技術(shù)支撐。

3.3.6 水景觀工程

近年來，國內(nèi)相關(guān)部門吸取了國外經(jīng)驗，在城鎮(zhèn)河道整治中注重河道的生態(tài)保護及城鎮(zhèn)的景觀效應(yīng)，生態(tài)河堤建設(shè)是目前國際上河流治理與建設(shè)的新趨勢[7-8]。景觀部分內(nèi)容主要分為新建景觀工程和提升景觀工程兩個部分。新建景觀工程為外金川河跌水迎賓、玉翠玲瓏2個景觀節(jié)點設(shè)計；提升工程為金川河回龍?zhí)街椤⒐掀再p櫻景觀節(jié)點提升、金川河老主流景觀提升工程、清源亭重建工程。整治工程布置如圖4所示。

圖4 整治工程布置

主要建設(shè)內(nèi)容有：跌水迎賓景觀節(jié)點包括燈光1項、背景音樂1項；玉翠玲瓏景觀節(jié)點包括霧森系統(tǒng)1項、燈光1項、背景音樂1項、植物提升2 300 m2；回龍?zhí)街榫坝^節(jié)點包括木平臺設(shè)計250 m2，燈光設(shè)計1項，植物提升330 m2；瓜圃賞櫻植物提升2 500 m2；金川河老主流垂直綠化改造1 200 m2，硬質(zhì)平臺設(shè)計1 500 m2，淺水景觀1項，植物提升8 000 m2；清源亭重建1項。

4 結(jié)語

隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加快和城區(qū)工商業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的城市河道呈現(xiàn)出污染加重的狀況，河道黑臭現(xiàn)象也越發(fā)普遍。南京市作為長江下游的一座特大型城市，水系發(fā)達，城市經(jīng)濟充滿活力，同時也面臨著河道水質(zhì)較差、部分區(qū)縣水環(huán)境狀況不容樂觀的問題。金川河作為南京城區(qū)內(nèi)主要水系之一，其治理工程具有十分重要的代表性和借鑒意義，充分理解與吸收該工程從源頭控制、過程循環(huán)補給、生態(tài)修復(fù)與景觀再造等方面的治理經(jīng)驗，對治理其他水質(zhì)較差河道、改善南京市水環(huán)境、提升群眾生活滿意度具有十分重要的作用。