黑臭静脉支浜生态修复工程设计及工程示范

纪国林　汤润芝　周新程　陶勤峰　张文艺

摘要：采用“‘三清除+植物生態修复+管道截污”工程方案对江苏省常州市某镇区域黑臭静脉支浜（5条河浜）治理工程进行设计。通过“三清除”工序清理河浜中的淤泥、垃圾和杂草，人工围堰存放、干化淤泥，并复垦于农作物栽种，实现了淤泥中的N、P营养物质再利用;采用耐湿树种、湿生灌木及草本植被构建的生态护坡系统生态拦截、削减入河污染物;采用挺水植物、浮水植物和沉水植物构造出立体式植物生态修复模型，吸收水体中的N、P等污染物。工程运行1年的监测结果显示，5条河浜基本消除了黑臭现象，水体透明度较高，COD、氨氮、 TP、高锰酸盐指数、DO、透明度等水质指标均达到地表水环境质量标准（GB 3838-2002）中的Ⅳ类标准。该生态修复方案是一种适宜于苏南地区村镇黑臭静脉河浜治理的好方法，实现了黑臭静脉河浜的水环境生态修复和生态自然演替，具有工程示范作用和推广应用价值。

关键词：黑臭静脉支浜;清淤;植物生态修复;管道截污

中图分类号：X703         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）11-0112-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.11.028           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Design and engineering demonstration of ecological restoration

project of black stinky bang

JI Guo-lin1，2，TANG Run-zhi1，2，ZHOU Xin-cheng3，TAO Qin-feng3，ZHANG Wen-yi1

（1.School of Environmental & Safety Engineering， Changzhou University，Changzhou 213164，Jiangsu，China;

2.Jiangsu Longhuan Environmental Technology Co.，Ltd，Changzhou 213001，Jiangsu，China;

3.Changzhou Shui Zhongtian Ecological Garden Limited Company，Changzhou 213100，Jiangsu，China）

Abstract： The use of "'three clearance'+plant ecological restoration+pipeline decontamination" project management Changzhou a town area Black Stinky bang （5 rivers Bang）. Clean up the silt， garbage and weeds in the river through the'three removal 'process. The artificial cofferdam stores and dries the silt， and uses the silt for crop planting， which realizes the reuse of N and P nutrients in the silt. The ecological slope protection system constructed by the use of wet-resistant tree species can intercept and reduce pollutants. A three-dimensional plant ecological restoration model was constructed by using the plants， floating plants and submerged plants to absorb N， P and other pollutants in the river. After 1 years of operation， the test results show that 5 rivers eliminate the phenomenon of black odor， water transparency is high， COD， ammonia nitrogen， TP， permanganate index， dissolved oxygen， transparency and other water quality indicators have reached the surface water environmental quality standards（GB3838-2002） in the Ⅳ category standards. This method is a good method suitable for the treatment of black smelly river in the villages and towns of southern Jiangsu， and realizes the ecological restoration and ecological natural succession of the water environment of the vein river， which has the function of engineering demonstration and the value of application and popularization.

Key words： black stinky creek; dredging; plant ecological restoration; pipeline decontamination

进入市场经济时期以后，中国苏南地区乡镇经济发展进入快车道，享受经济高速发展的同时，乡镇水域接纳的工业尾水、生活污水和初期污染雨水[1-3]也日益增多，致使一些乡镇地区水环境污染问题突出。尽管苏南地区乡镇经济发达并且建有污水管网和污水处理站，城镇垃圾也规范收集、处置，但苏南河网地区的河流介于长江和太湖之间，村民填河造田使得部分河流出现断流，水体静止、自净能力较弱，水环境容量较小[4-6]。众多的乡镇工商业及生活污染物如工业废水、粪便、垃圾及含多种有机物生活废水进入水体后，造成水体COD、NH3-N、TP含量激增，水体溶解氧急剧下降，同时水体散发甲硫醇、氨气、硫化氢等恶臭气体。根据《江苏省太湖流域水环境综合治理省级专项资金和项目管理办法》，太湖流域重点考核断面以及河网水功能区水质达标率需达到80%，流域内5个区市地表水丧失使用功能（劣于V类）的黑臭水体基本消除[7]。

目前黑臭水体治理的主要手段有底泥疏浚、滨岸带衬砌，微生物修复技术，综合运用曝气复氧、多功能水体生态修复等工程措施，生物修复与自然修复相结合是实现水体生态系统恢复的主要手段。受常州市某镇委托，对该镇某片区5条黑臭静脉支浜展开相关设计，以贯彻江苏省生态文明建设规划中“一河一策”的行动方针[8]。通过现场调研，在前期工业、生活点源治理的基础上，以恢复水体生态系统为目标[9]，采用“‘三清除+植物生态修复+管道截污”技术，消除该片区5条河流黑臭现象，重现其特色水乡小镇水环境面貌。

1  工程概况

该镇地处常州南部，属于武进港流域。武进港是常州市3条入太湖主要河流之一，连接长江与太湖，水系复杂。仅该镇有大小静脉支浜30多条，总长44.961 km，5条河道基本水文信息如表1所示。

2  河浜水质、底泥及生物相调查

2.1  水质原状

2.1.1  例行监测断面水质  片区内分布2个省控考核断面，分别是东尖大桥和戴溪桥断面。由图1可知，2011—2015年，断面水质综合污染指数总体呈下降趋势，戴溪桥断面水质综合污染指数由0.74降至0.49，下降了33.8%;东尖大桥断面水质综合污染指数由0.76降至0.52，下降了31.6%。随着污染治理力度加大，片区流域水质总体呈现好转趋势。

2.1.2  现场监测水质  考虑到示范区境内现有水质监测数据不足，2016年12月24日对示范区范围内水质进行监测。共设置5个采样点，分别分布在牛郎浜、东尖河、老鸦浜等重点河道出入口区域。采样点设置如图2和表2所示。监测点位水质均在Ⅴ类水及以上，主要污染因子为氨氮和CODcr（不计总氮）。

2.2  河道底泥及生物相原状

2.2.1  河浜生物相及景观现状  片区河网密布，但水质黑臭，水生动物有田螺、龙虾和少数耐污鱼类。河浜低洼处主要水生植物有浮萍、菱、荷、茭白、水花生、水龙等，河道原状如图3所示。目前各条河道均受到不同程度的污染，主要包括：①河底淤泥淤积严重，部分河道出现断流;②水草等水生植物任意生长，没有管护收割，植物死后在水中腐败，对水体造成二次污染;③排入含有大量污染物的初期雨水，河道黑臭。

2.2.2  底泥污染情况  该项目河道均为城市河道，河底泥主要来自周边生产、生活产生的污水及废弃物[10]，根据区域其他河道清淤实践来看，底泥有机质含量相对较高，氮、磷含量也相对较高。一般长期未疏浚过的主干河道淤积深度在0.5～1.2 m，非行洪中小河道淤泥深度在0.8 m左右，污染较严重的厚度在0.8～1.0 m，部分缩窄处的水流不畅、污染严重河段的淤泥厚度多在1.2～1.4 m。

建设单位进行了简单的现场测量淤泥深度，淤泥深度在0.6～1.0 m;开挖上来的淤泥垃圾、杂质较多，淤泥污染较重，主要为生活污水以及河道附近农田杂草、垃圾入河所致。

2.2.3  清淤深度及斷面  清淤主要清除河底淤泥，适当增大过水断面，减少河道内源污染。河道污染较重的淤泥深度达0.6～1.0 m。结合每条河道的实际情况，河道清淤情况如表3所示。

3  设计任务及技术工艺流程

3.1  主要工程设计内容与水质控制要求

为缓解片区黑臭静脉河浜带来的环境压力，该工程设计生态清淤工程及生态修复技术相组合的方法。对照《水污染防治行动计划》和江苏省《“两减六治三提升”专项行动方案》（简称“263”行动）[11-13]，到2020年，江苏长江段等重点流域的水质指标在Ⅴ类水的比例不得高于1/3，地级及以上城市水体的黑臭现象不得高于1/10。要求本工程出水水质达到Ⅲ～Ⅳ类。

3.2  工艺流程

黑臭静脉支浜生态修复工程主要包括生态清淤工程和生态修复技术方案。通过“三清除”工程，清除了河道的垃圾、淤泥和水花生，减少内源污染，增加过水能力及环境容量。生态护坡拦截了欲进入河道水体的污染物;生态护岸渗透性较强，使得河浜与河岸未隔离，为水分的交换提供渠道。河浜护岸的大量植被拥有固土蓄水能力。该设计利用边坡的地形结构，乔灌结合，种植污染物吸附强、水土保持效果好的护坡植物[14]。水生植物种植可以削减水体污染物，如水中的氮、磷、有机物和悬浮物[15，16];同时，可对河浜进行复氧，经水生植物的净化调节和生物吸附，实现对氮磷污染物的生态拦截。

项目的各单项工程相辅相成，共同起到修复水体、恢复植被、拦截氮磷的作用。技术路线如图4所示。

4  主要工程设计

4.1  生态清淤方案

4.1.1  选择依据  清淤方法选择一般要考虑以下几方面因素：①施工现场工场布置条件;②清淤机械的效率、精度，确保尽可能地清除污染物，尽量减少超挖，降低工程成本;③尽可能避免泥沙被大幅度搅动，且要避免施工及转移时污染物对水体再次污染;④对转移后的淤泥采取安全方式处置，避免污染物再次污染其他水系及环境。

4.1.2  清淤设备及方案  该项目大部分河道具有河窄、水浅等特点。清淤方式一般采用小型挖泥船或泥浆泵直接抽吸，两种清淤设备特点情况如表4所示。在疏浚河道时，选用宽小于6.0 m、吃水小于1.0 m且高度低于2.5 m的小船。该清淤工程涉及河道沿线多为农田或农户，两岸农业生产、群众生活与其密切相关，河道施工宜采用机械施工，同时考虑尽量减少对整治河道引排功能的影响，拟采用干水清淤的方式。针对目前河道现状，考虑设备的适应性与成本，本次清淤工程对大部分的小型河道拟采用泥浆泵清淤，少数大型河道采用挖泥船。

4.1.3  排泥场及后续处置方案  根据区域淤泥特性，河道清淤工程拟根据各河道沿岸情况，选择合适的废弃用地修建临时排泥场，河道淤泥由泥浆泵泵入就近的排泥场中。排泥场建设围堰，围堰采用土堆的方式，顶宽1.0 m，底宽3.0 m，高2.5 m，为保证围堰堆积淤泥量的稳定性，淤泥堆积高度为2.0 m，占地面积合计约20.87 hm2，该工程临时占地时间定为3年，淤泥干化后，可复垦用于栽种农作物。排泥场如图5所示。

4.1.4  清淤工程量  河道清淤量根据每条河道典型断面现状与规划进行相减，得出清除淤泥的断面面积，再利用断面法，求出清除淤泥的体积。具体计算公式为：

Vi=（A0-Ai）×Li

式中，Vi为河道清淤体积，m3;A0为典型断面清淤前横断面面积，m2;Ai为典型断面规划的横断面面积，m2;Li为河道长度，m。

牛郎浜、东尖河、东尖引河、老鸦浜、朱家河等5条河道清淤总长度5 680 m，清淤量58 420 m3（表5）。

4.1.5  清淤工期  清淤工程宜于枯水期进行，鉴于该镇每年11月至次年4月河道及水塘水位低、风浪小，沉积物中污染物与水体污染物的交换基本处于相对静止状态，且枯死的水生植物及动物残骸沉积于底泥上层，水面植物较少，因此清淤效率最高。

4.2  生态修复技术方案

4.2.1  总体方案  根据已有工程积累经验，结合本工程设计区域实际情形，项目采用“三清除（清除垃圾、淤泥、杂草）+生态护坡+水生植物”组合技术对拟实施工程地点的氮磷进行生态拦截削减。生态护坡种植乔灌木等护坡植物;水生植物分为挺水、浮水和沉水植物。氮磷拦截工程典型断面如图6所示。

4.2.2  乔灌木种植  为减少后期维护，护坡植被主要由耐湿树种、湿生灌木搭配草本植被组成，拟采用规定品种和乡土品种相结合的植物配置方式，具体品种包含垂柳、香樟、杨树等乔木，灌木柳、黄金条等灌木。根据同类植被的生长习性和河流的护坡宽度，生态护坡中植被种植密度为：乔木株距5 m，灌木柳1丛/5 m2，5枝/丛;黄金条1丛/5 m2，10枝/丛。

4.2.3  水生植物种植  工程设计的水生植物有挺水、浮水和沉水植物，这些氮磷吸附能力强的水生植物与护坡的乔木、灌木共同组成自然的陆生-湿生-水生生态系统，达到净化水质、改善环境的目的。

挺水植物以美人蕉和蒿草为主;浮水植物以荇菜、睡莲、菱为主;沉水植物则以金鱼藻、车轮藻、眼子菜为主。根据各类植被的生长习性和河道的自然现状，水生植被种植密度为挺水植物12株/m2，浮水植物6株/m2，沉水植物12株/m2。

通常情况下人工将挺水植物上部分割除，留下的根茎可在第二年春季发芽。如蒿草在湿地栽植时，当幼苗有3～4片叶子时，可移栽，为降低蒸发量，提高栽植的成活率，还需对植株进行切叶处理。浮水植物在夏季繁殖速率高的時段，需及时进行收割和清捞，保持一定的植物密度以维持净化效果。沉水植物通过茎叶可吸收水中少许营养盐，但其根系对底泥中的营养盐吸收较多，植物死后营养物质会再次回到水体中。因此，对净化水体的沉水植物可选择在旺盛生长期进行不间断收获和打捞。

4.3  生态修复工程量

根据河道实际情况，本项目拟对牛郎浜、东尖河2条河道实施护坡植物种植和水生植物种植，另外对老鸦浜实施截污工程。护坡植物中种植乔木830棵、灌木830棵、草本植物20 000 m2;水生植物种植挺水、浮水和沉水植物分别为71 520、14 880和20 400株;共敷设DN300截污管1 300 m。具体工程量如表6所示。

5  运行效果与工程投资分析

5.1  运行效果

该镇5条河浜无黑臭现象，水体透明度较高。河道整体水质达到地表水Ⅳ类标准。工程建设后河浜水质监测结果如表7所示，治理后现状如图7所示。

5.2  工程投资分析

清淤工程及生态修复工程估算采用单位实物工程量投资估算法，河道整治长度为5 680 m，总投资约338.2万元，每米河道工程投资约600元（表8）。

6  小结

随着污染治理措施的实施，该片区黑臭静脉支浜水质总体呈现好转趋势。水质由劣Ⅴ类转变为Ⅳ类，随着生态修复工程的持续运行，生态系统将愈加完善，水质总体可达到Ⅳ类，部分水质指标有望达到Ⅲ类。

人工清淤、植物生态拦截和初期雨水的收集管道组成了一个多层次的净化组合系统，清淤量58 420 m3，护坡植物中种植乔木830棵、灌木830棵、草本植物20 000 m2;水生植物中挺水植物71 520株、沉水植物20 400株、浮水植物14 880株;共敷设DN300截污管1 300 m。

参考文献：

[1] 张文艺，刘明元，罗  鑫，等.苏南水网地区表面流人工湿地示范工程[J].中国农村水利水电，2012（2）：78-80.

[2] 韦雨婷，逄  勇，罗  缙，等.苏南运河对太湖主要入湖河流污染物通量的贡献率[J].水资源保护，2015（5）：42-46.

[3] 刘明元，李晓霞，何业俊，等.村镇污水原位生态修复示范工程及减排分析[J].中国给水排水，2012，28（4）：49-52.

[4] 江苏省人民政府办公厅.江苏省太湖流域水环境综合治理省级专项资金和项目管理办法[Z].2017-06-18.

[5] SINGH P，KUMAR P，MEHROTRA I，et al. Impact of riverbank filtration on treatment of polluted river water[J].Journal of environmental management，2010，91（5）：1055-1062.

[6] 张  林，牟子平，孙洪泉，等.苏南某市河流水质参数时空变异性研究[J].环境污染与防治，2012，34（2）：28-33.

[7] 李学萌.黑臭水体的产生原因及综合治理研究[J].当代化工研究，2016（8）：85-86.

[8] 江苏省人民政府.省政府关于印发江苏省生态文明建设规划（2013-2022）的通知[Z].2013-07-20.

[9] LIU J，WANG F，LIU W，et al. Nutrient removal by up-scaling a hybrid floating treatment bed （HFTB） using plant and periphyton：From laboratory tank to polluted river[J].Bioresource technology，2016，207：142-149.

[10] ITO T，ADACHI Y，YU Y，et al. Long-term natural remediation process in textile dye-polluted river sediment driven by bacterial community changes[J].Water research，2016，100：458-465.

[11] 中華人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国环境保护部.城市黑臭水体整治工作指南[Z].2015-08-28.

[12] 国务院.国务院关于印发水污染防治行动计划的通知[Z].2015-04-16.

[13] 中共江苏省委，江苏省人民政府.“两减六治三提升”专项行动方案[Z].2016-12-01.

[14] SAEED T，PAUL B，AFRIN R，et al. Floating constructed wetland for the treatment of polluted river water：A pilot scale study on seasonal variation and shock load[J].Chemical engineering journal，2016，287：62-73.

[15] ZHENG Y，WANG X，XIONG J，et al. Hybrid constructed wetlands for highly polluted river water treatment and comparison of surface-and subsurface-flow cells[J]. Journal of environmental sciences，2014，26（4）：749-756.

[16] YUAN X，QIAN X，ZHANG R，et al. Performance and microbial community analysis of a novel bio-cord carrier during treatment of a polluted river[J].Bioresource technology，2012，117（10）：33.