王永平， 郭 蕭， 劉軍民， 楊金紅， 周 游

(1.南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室， 江蘇 南京 210029；2.江蘇沅芷生態(tài)環(huán)境有限公司， 江蘇 南京 210037； 3.中交河海工程有限公司， 江蘇 南京 210012 )

近年來，生態(tài)環(huán)境問題日益受到廣大群眾的關注，針對河道水質惡化、形態(tài)破壞和生態(tài)環(huán)境失衡等問題開展了大量的研究和實踐[1-3]。特別是《水污染防治行動計劃》頒布以后，河道生態(tài)修復工作在各地全面鋪開。

作為國民經濟重要支柱的工業(yè)園區(qū)，同時也是環(huán)境污染的主要源頭之一，存在環(huán)保管理要求高、污染防治難度大、環(huán)境治理技術性強的現(xiàn)實情況，園區(qū)內乃至周邊區(qū)域河道、土壤、大氣環(huán)境更是環(huán)境保護的重點對象。工業(yè)園區(qū)的河道普遍存在渠化、水淺、水少、流速慢、污染重等特點，環(huán)境容量小，生態(tài)系統(tǒng)脆弱。因此，工業(yè)園區(qū)河道生態(tài)修復工作與一般河道相比，既具有共性，又有其特殊性。

本文以某工業(yè)園區(qū)典型河道為例，通過現(xiàn)場采樣分析和公式計算等手段，研究了開展水生態(tài)修復的方案，以期為類似工作提供參考。

1 河道現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)場情況

河道口寬15 m，長約2 800 m，平均水深1.1 m，常水位以下砌塊石擋墻以上混凝土護坡，閘站系統(tǒng)成熟，引排水較為便捷。河道水面可見工廠管網搭設，河道兩側多設有清下水排放口。兩側以香樟為基礎樹種，搭配大葉黃楊、云南黃馨和海桐等下層木，喬灌草搭配適宜。

1.2 水質狀況

在河道兩頭及中部間隔約700 m共布置4個采樣點位，水體中DO、pH等參數采用多參數水質監(jiān)測儀現(xiàn)場測定，其他指標依據《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范(SL219—2013)》帶回實驗室分析檢測。

表1 河道水質指標

由表1可知，河道水質主要超標因子為NH3-N和TP，其中2號點位NH3-N質量濃度高達7.04 mg/L，有發(fā)生輕度黑臭(8 mg/L)的趨勢；4個監(jiān)測點位的TP質量濃度均在0.3 mg/L以上，2、3和4號點位的TP質量濃度超過V類水規(guī)定的0.4 mg/L。根據單因子評價法，該河為地表劣V類水體。

1.3 底質狀況

在水樣相同點位使用彼得森抓泥器采集表層泥樣，裝入密封的塑料袋后帶回實驗室，采用燒失量法測定有機質，用ICP-AES法測定重金屬[4]，測定結果見表2。

參照《全國河流湖泊水庫底泥污染狀況調查評價》，該河1號和3號點的有機質為二級斷面、4號點為三級斷面、2號點為四級斷面，屬于重度有機質污染，存在嚴重的內源釋放風險。根據《土壤環(huán)境質量標準(GB15618—1995)》，該河底泥重金屬除鎘和鉛外，其余檢測指標均存在嚴重的超標問題。特別是2號點位，超標重金屬為銅、鋅、砷，超標倍數是對應指標三級標準的1～2倍。

2 河道特征分析

作為工業(yè)園區(qū)的典型河道，該河道具有明顯的園區(qū)河道特征，主要表現(xiàn)在：

(1)河道整潔，整齊劃一，硬質護坡，渠化嚴重，形態(tài)筆直。閘站系統(tǒng)完備，水位可控。

(2)水體溶解氧偏低，水環(huán)境容量差。水環(huán)境容量即水體在環(huán)境功能不受損害前提下所能接納的污染物最大允許排放量，分為稀釋容量(E稀)和自凈容量(E自)兩部分[5]：

E=E稀+E自

其中，E稀=86.4×(S-Cb)×Qr

(3)河道內基本無水生植物，游泳動物也很少見，水生態(tài)系統(tǒng)單一，脆弱。

(4)受近年來相關環(huán)保政策的影響，廢污水偷排現(xiàn)象已不可見，河道水體污染物主要來自面源污染和上游徑流。但是底泥污染是長期沉積的結果，因此受園區(qū)企業(yè)的特征污染物影響明顯。

(5)日常期間河道水動力不足，河水流速很慢，影響自凈能力。

表2 河道底質指標

3 生態(tài)修復方案

3.1 護坡的生態(tài)化改造

護岸結構選型首先考慮結構的安全可靠性和經濟性，除了滿足防汛除澇的功能要求外，還應考慮河道沿岸的周邊環(huán)境、河道的景觀生態(tài)效果等，充分發(fā)揮河道在防洪、排澇、改善周邊環(huán)境等方面的綜合功能。

該河道選擇聚氨酯生態(tài)護坡，是利用環(huán)保型堤岸聚氨酯優(yōu)良的物理力學及粘結性能，將普通碎石(包括卵石)強化整合成一個堅固、穩(wěn)定、孔隙率高的彈性結構，有很高的抵御水流沖刷能力。聚氨酯生態(tài)護坡通過了英國飲用水監(jiān)督管理局的飲用水源地安全使用認證，對環(huán)境無污染，孔隙率為40%～50%，多孔結構有助于植被生長，并且可以為河流中的底棲生物提供棲息地。另外，堤岸聚氨酯生態(tài)護坡可以機械化施工，大幅縮短了施工時間，降低整個工程的造價。

3.2 生態(tài)清淤

清淤是快速消除河道內源污染的重要手段之一。由于河道兩岸基本為廠區(qū)，且部分河段沒有達到口寬，大型機械船舶無法進入進行疏浚，因此采用水力沖挖的清淤方式。同時，針對底泥中含有機質污染和重金屬超標等特點，為杜絕出現(xiàn)淤泥處置不當而引發(fā)二次污染等問題，對水力沖挖產生的淤泥采用土工袋高干脫水技術進行固化和資源化利用。

3.3 曝氧增氧

河水中溶解氧的含量是反映水體污染狀態(tài)的一個重要指標，受污染水體溶解氧濃度變化的過程反映了河流的自凈過程。

河道治理需氧量計算[6]：

Q=V×[0.7+1.7(ρ0COD-ρeCOD)+4.57(ρ0NH3-N-ρeNH3-N)+1.2(ρ0DO-ρeDO)]

式中：V，治理水量(河長×河寬×水深)，m3；ρ0、ρe，分別為治理前和要求達到的質量濃度，mg/L。

太陽能曝氣機數量計算[6]公式為

式中：w為氧傳輸效率，取25%；P為曝氣增氧機功率kW；t為曝氣增氧機每天工作時間；m為要求工作m天后達到目標。

該河曝氣主要用于提高水體溶解氧，要求治理河道各斷面水層長久保持溶解氧質量濃度在地表Ⅳ類水以上。根據計算，在沿河道中心線每間隔50 m布置太陽能曝氣機，提高底層水體溶解氧質量濃度，恢復和增強底層水體中好氧微生物的活力，提高細菌在好氧環(huán)境下吸磷水平，使水體中的NH3-N和TP污染物得以凈化，從而改善河流的水質。

3.4 截污工程

由于園區(qū)已做相應截污納管工程，且對現(xiàn)有雨水及清下水排口的監(jiān)測未見水質指標明顯升高，因此該河道不涉及點源污染處理。

河道兩側基本為廠區(qū)，面源污染主要來自降雨造成的地表徑流，須加強兩側河岸底層綠化作為緩沖帶，部分河道地表裸露區(qū)段做“海綿化”處理。針對河南側大面積地表黃土裸露現(xiàn)象，為減少泥沙入河和豐富景觀效果，在該側布置生態(tài)植草溝，減少地表徑流污染。植草溝采用簡單實用的“海綿體”設計，由上至下依次設置有蓄水層(20 cm)、種植土層(20 cm)和素土夯實層。

3.5 水生態(tài)系統(tǒng)構建

重建河道水生態(tài)系統(tǒng)是河道生態(tài)修復的重要內容，也是實現(xiàn)河道水質自凈的關鍵。該河道中，水生態(tài)系統(tǒng)構建的第一步投放適量肉食性魚類，如烏鱧等，以減少草食性魚；隨后噴灑環(huán)境友好型絮凝劑，提高河水的透明度；然后在河道內種植矮生苦草、伊樂藻等沉水植物；最后投放適量河蜆、環(huán)棱螺、無齒蚌和日本沼蝦等水生動物，構建和諧、穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)。

4 小結與討論

4.1 工業(yè)園區(qū)開展河道生態(tài)修復的特殊性

改革開放以來，中國快速形成了以工業(yè)園區(qū)為主體的工業(yè)發(fā)展體系，工業(yè)園區(qū)建設是地方實現(xiàn)跨越發(fā)展和經濟騰飛的助推器。工業(yè)園區(qū)為所在地經濟發(fā)展作出貢獻的同時，也是資源消耗和污染排放的大戶，不同程度上對自然生態(tài)環(huán)境產生影響[7]。在生態(tài)文明建設逐漸深入人心的今天，各地工業(yè)園區(qū)都在通過加強生態(tài)環(huán)境保護和治理，實現(xiàn)由生態(tài)破壞型向生態(tài)友好型開發(fā)模式轉變，推動綠色集約發(fā)展。

工業(yè)園區(qū)水污染的行業(yè)性、復合性和區(qū)域性特征明顯，對工業(yè)園區(qū)水污染集中治理的研究甚多，“水十條”以及新的《水污染防治法》也從政策方面對工業(yè)園區(qū)污水集中處理提出了相關要求。但是，相對于“中小河流治理”和“黑臭水體治理”等項目大范圍的展開，園區(qū)內河道治理尚缺乏力度，也缺少科學的指導。

工業(yè)園區(qū)河道由于其自身特點，其生態(tài)修復治理也存在著特殊性。主要體現(xiàn)在：①與大部分城鎮(zhèn)河流一樣，工業(yè)園區(qū)河道渠化現(xiàn)象比較普遍，因此，硬質護坡的生態(tài)化改造是一個重點內容。②雖然現(xiàn)在大部分園區(qū)都實現(xiàn)了污水納管，但是長久以來沉積的河道底泥釋放，以及大氣沉降和工廠雨水徑流等，使進入河道的污染物不僅有常見的氮、磷營養(yǎng)鹽，還有跟廠區(qū)產品生產鏈相關的化工類物質，使河道污染物成分比較復雜且特殊。因此生態(tài)修復時水生動植物選種時必須做好小試，有針對性地選擇。③工業(yè)園區(qū)河道的閘站系統(tǒng)一般都很完善，這樣一方面造成河流水動力不足，影響自凈能力，另一方面有利于生態(tài)修復水生植物種植時進行水位控制。

4.2 河道生態(tài)修復的發(fā)展趨勢

西方發(fā)達國家由于較早得完成了工業(yè)化、城市化過程，河流管理已達到很高的水平，已進入“生態(tài)水利”或“環(huán)境水利”的高級階段[8]。早在1938年，德國的Seifert首先提出“親河川整治”概念，到20世紀50年代，正式創(chuàng)立了“近自然河道治理工程學”[9]，在瑞士，這種方法被稱為Naturan和Wasserbau[10]。日本1997年對《河川法》進行修改，提出“多自然型河流治理法”[11]。美國在20世紀70年代以后經歷了內河水資源管理模式的轉換，與自然相協(xié)調的可持續(xù)的內河護坡景觀管理理念得以確立。目前，我國城市河道生態(tài)修復也取得了很大的成績。各個城市對河道生態(tài)環(huán)境建設力度也越來越大，從以水利治水為主到景觀綠化、水利建設、防污、治污等多方面的綜合治理，從單一水利部門到住建、市政、園林、規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境等多部門參與建設。

由于生態(tài)修復的核心是生物，是用自然做功，這也就帶來很多不確定性。作為目前的一個熱點，河道生態(tài)修復技術種類繁多，國家也有相應的技術指南。開展河道生態(tài)修復工作實際已成為一項門檻似底實高的工作。因此，在吸取大量教訓后，大多數生態(tài)修復方案遵循當前“先改善環(huán)境，后修復生態(tài)”的主流思想，圍繞生態(tài)護坡、削減污染、生態(tài)系統(tǒng)和水動力改善等方面開展。而經過這么多年的發(fā)展，不僅是生態(tài)修復理念逐漸成熟，其科學性和研究手段也在不斷進步，如通過各種河網模型，各種技術方案的制定逐漸從定性走向定量或半定量，盡可能地通過數學手段介入生態(tài)系統(tǒng)，使方案更具有操作性和可行性。