黑臭水体生态修复集成设计策略探究

刘 敏，蒋 跃，罗鼎晖

(上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335)

1 引言

针对我国黑臭水体这一重点要解决的污染问题，各地政府相关部门积极推进整治工作，截至目前，我国地级及以上城市建成区的黑臭水体的治理取得了阶段性成果。2019 年全国生态环境保护工作会议提出，我国1940个国家地表水评价考核断面中，GB 3838—2002《地表水环境质量标准》劣Ⅴ类断面占比为6.7% ，基本消除了36个重点城市的1009个黑臭水体，消除的黑臭水体占比为 95%。但我国黑臭水体存量大、分布广泛，仍有许多乡镇的大量黑臭水体尚未被统计和开展治理。

目前广泛应用于各河道治理的生态技术，往往未能达到长期稳定的处理效果，尤其对于跨区域或分支较多的河道，现行单段治理的方式虽然能够实现短时间成效，但是从片区系统性而言，短时片面的治理方案治标不治本，治理后期往往出现水质生态的迅速恶化，导致治理时投入资源的巨大浪费[1～5]。因此，突破当前非体系式的治理思路和治理方式是实现河道水质提升的首要关键，研究实现多种生态治理技术针对性的集成化，则是达到这一目标的关键出路。

2 黑臭水体分类及修复重点

《城市黑臭水体整治工作指南》根据污染程度将城市黑臭水体分为“轻度黑臭”和“重度黑臭”[8]。该种分类在工程实践中难以针对性覆盖黑臭水体，不利于针对性的治理策略的研究。本文根据水体规模、周边的用地类型、功能定位等方面的因素将黑臭水体分为引排河道、连通河道、湖库水体及小微水体4类。

2.1 引排河道及其修复重点

引排河道是形成城市河网系统的主干河道，在河网中起着主要的引排水作用，部分河道兼具通航功能，此类河道引水排涝期间水文情势变化相对较大，防洪排涝安全等级高，常为硬质护岸，一般为市、区级河道。

引排河道为承接两个以上水利片区的主要引排通道，河道贯穿城镇建成区与农业种植区，应适度加强陆域绿化，一方面可以通过滨水陆域绿化对面源污染进行拦截吸收，另一方面还可提升沿河滨水景观，改善沿河居民宜居水平。引排河道常为顺直型河道，河道平面形态单一，且定期轮疏造成河底环境异质性较低。在具备用地条件的区域，可适度恢复河道自然蜿蜒的形态特征，且在河道设置深潭-浅滩生境，提升河道生境异质性，为生物多样性保育提供有利条件，此外，还可考虑采用复式断面结构，结合河道需求进行河道护岸生态化改造，进一步提升河道行洪排涝能力，为周边居民和野生动物提供亲水空间。在河道主要污染输入通道，可结合污染削减需求，设置旁路净化设施，进一步削减入河污染负荷。分别对引排河道、连通(静脉)河道、湖库水体、小微水体的定义、特征，以及修复原则、重点进行分析。

2.2 连通河道及其修复重点

连通河道在水利片区内，对区域防洪排涝、城市排水、生态景观、联系引排河道等方面起作用的河道，此类河道在市域范围内广泛分布，护岸类型多样，一般为乡(镇)及村管河道。

连通河道行洪排涝需求相对较低，且一般无行船扰动，应重点开展生态护岸建设与生物群落构建。生态护岸一方面可以拦截外源面源污染，另一方面其透水多孔的结构形态可以为微生物及水生动物提供附着和栖息环境，进而起到净化水质和生物保育的功能。生物群落构建技术通过恢复生态系统生产者及消费者，构成生态系统良性循环基础，是水体生态系统长效维持的基础保障。连通河道周边用地条件限制较小，可适度调整修复河道平断面形态，并结合污染物控制及景观需求，开展陆域绿化及原位处理净化。

2.3 湖库水体及其修复重点

湖库水体在区域内具有重要生态调节功能，承担生物多样性保育、景观营造、蓄滞洪等功能的湖泊和水库，护岸类型多样，一般为自然湖泊、水库、大型公园水体等。

湖库水体生态景观要求较高，应重点开展原位修复、水体周边陆域绿化及水生生物群落生态修复，促进湖库水体生态系统良性演替，为构建草型清水湖库水体提供基础条件。护岸型式方面，在确保防洪安全的基础上需尽量选用生态型护岸结构型式。

2.4 小微水体及其修复重点

主要包括为满足农业灌溉、绿化浇灌、排水要求的断头浜、纳污坑塘、沟汊或池塘，此类水体多分布在郊区、村镇周边，两岸主要为农业生产用地或农村建设用地，护岸类型以自然生态型为主，一般为无蓝线规划的极小型河道或水体。

小微水体不承担区域行洪排涝和蓄滞洪功能，其护岸型式多为自然土坡护岸，生态修复应尽量保留自然土坡护岸，在有水土保持及边坡结构安全需求的水体应选用生态型护岸，此外本类型水体无日常管护条件，应重点构建自然型水生生物群落，保障水体长效自净。小微水体周边用地条件限制小，可考虑对水体形态及断面进行调整，并结合生物群落结构技术，收集回用雨水。

3 黑臭水体生态修复思路与集成策略

3.1 黑臭水体生态修复思路

黑臭水体的治理是一项复杂而庞大的系统工程[6，7]，目前，我国黑臭水体治理较系统的思路为《城市黑臭水体整治工作指南》中所提出的在污染源和环境条件调查基础上，进行控源截污、内源治理和生态修复，同时辅以活水循环、清水补给等其他措施。其中生态修复措施主要包括岸带修复、生态净化和人工增氧三类[8～13]。张碧莹[14]，郑进熙[15]等将生态护岸建设、生境塑造、微生物、生态浮岛及其他新型技术囊括到黑臭水体生态修复中。

总体而言生态修复是在控源截污和内源治理各项污染治理工程全面完成的基础上进行的，本研究将生态修复总结为物理结构修复、水质生态净化、生物群落构建三个方面，其中物理结构方面是其他两类措施的前提，主要包括生态断面、生态护坡、微地形的塑造及改造，主要通过生态结构的设计营造更加多样的生境；水质生态净化措施主要是作为辅助性措施，一般用于入河污染业已消除水体自净能力羸弱还不具备生物恢复的条件或对水面景观有较高要求的黑臭水体，主要包括生态浮床技术、微生物净化技术、曝气增氧技术、人工湿地技术及一些新型的集成技术，如一体化净水设备、高通量生态净化廊道等；生物群落构建主要包括陆域植物构建、水生植物构建和水生动物构建，通过搭配不用营养级的生物群落，构建完整健康的生态系统，实现水体的自净能力。

3.2 黑臭水体生态修复集成策略

3.2.1 引排河道

引排河道形态调整难度较大，宜遵循河道现有的形态布局，生态治理重点放在河道内部的微地形改造、护岸适当美化覆绿、适度水质净化和生物群落恢复。河道微地形改造可通过在不同区段设置深潭-浅滩生境，提升河道生境异质性，为生物多样性保育提供有利条件；护岸改造，在较宽河道可考虑增加复式断面结构，塑造边岸种植平台；在不具备改造护岸的河道可结合陆域绿化在直立护岸上用攀援植物进行覆绿，为河与岸的物质交流提供载体；引排河道水位变幅一般较大，如有净水需求，可采用微生物投放及在靠岸边的位置布设浮动湿地；生态绿化在有条件的基础上可完善河道两侧现有绿化，有效拦截面源污染。

根据河道的污染类型，水文和驳岸条件，主要考虑的技术应用模式包括以下几种：①直立硬质立式驳岸引排河道：陆域绿化完善+河道内生境微塑造+断面调整+直立护岸攀缘植物覆绿+微生物投放+浮动湿地；②非直立硬质护岸引排河道：陆域绿化完善+河道内生境微塑造+微生物投放+滨岸带水生群落恢复。

3.2.2 连通河道

该类河道一般用地较为宽裕，景观要求较高，河道生态治理的重点宜放在河道生境多样性的营造、水质净化、水生动植物恢复及生态景观营造上。河道生境多样性的营造应充分考虑河道形态地貌及河道内微地形改造两个方面，营造多样的河道生境；适当增加河道的蜿蜒性，断面形式宜多采用复式断面；河道护岸材料宜采用生态亲和性较高的材料。水生净化可采用生态浮床、曝气增氧设备、微生物投加、生物膜等辅助技术。水生生物群落的恢复主要为水生植物的恢复，宜通过适度人工干预手段，加速恢复进程。生态景观营造除了在水生植物的搭配上进行配置，同样可在陆域现有绿化的基础上，合理配置乔灌草及海绵措施，提高河道的面源拦截能力和景观效果。

根据不同的河岸类型，有以下应用模式推荐：①直立驳岸：河道内微地形塑造+生态浮床+人工生物膜+沉水植物群落恢复+增氧曝气设备；②坡岸：河道内微地形塑造+生态护岸营造+微生物投放+滨岸挺水植物带+沉水植物群落恢复+增氧曝气设备+人工生物膜+生态浮床+陆域海绵措施。

3.2.3 湖库水体

湖库水体是在区域内具有重要生态调节功能，承担生物多样性保育、景观营造、蓄滞洪等功能的湖泊和水库，护岸类型多样，一般为自然湖泊、水库、大型公园水体等。该类水体一般规模较大，用地较为宽裕，在生态修复中要适当考虑防风浪的等因素，治理重点宜放在水体生境多样性改在、分功能区水质净化、水生生物群落恢复及陆域海绵和景观绿化方面。湖库水体生境多样性的营造宜充分考虑水体现状形态地貌，因地制宜进行深潭-浅滩等微地形塑造、生境岛和导流堤构造；自然湖泊和大型公园水体断面宜采用自然生态岸坡或抛石护岸类型，水库断面宜采用复式断面，护岸材料宜采用生态亲和性较高的材料。水质净化可采用浮动湿地、生态浮床、曝气增氧设备、人工生物膜、生态净化廊道等辅助技术。生物群落恢复主要包括水生植物和水生动物的人工构建。陆域生态布置宜在现有绿化基础上，合理配置乔灌草、海绵措施等，提高面源污染拦截能力和生态景观效果。

主要推荐以下的技术应用模式：①自然湖泊：湖底地形塑造+生境岛及导流堤构造+生态护岸+微生物投放+滨水挺水植物带+沉水植物群落配置+人工生物膜+生态净化廊道+曝气增氧设备+浮动湿地+陆域海绵措施；②水库：库底地形塑造+净水功能区塑造(通过生态净化廊道、人工膜、水生植物的布置实现)+生态复式断面+浮动湿地+曝气增氧设备+水生动物投放+陆域海绵措施；③大型公园水体：生态护岸+滨水挺水植物带+微生物投放+人工湿地系统+沉水植物群落布置+浮叶植物群落点缀+水生动物投放+生态浮床+增氧曝气设备。

3.2.4 小微水体

该类水体一般周边用地较为宽裕，景观要求相对较低，无后期管护条件，水体治理重点宜放在生境多样性的保护及营造、水质净化及水生生物群落恢复上。水体生境多样性的保护宜尽量维持原有地貌和自然地形，在保证安全的基础上保持现有断面，适当增加蜿蜒性，有条件的小微水体宜适当进行连通。水质净化可考虑增氧曝气设备，在成片的小微水体的修复方面可考虑利用相应的净水设备。生物群落恢复以偏自然型水生植物为主。

主要推荐以下的技术应用模式：生境多样性微塑造+微生物投放+挺水植物带人工恢复+沉水植物群落人工恢复+浮游动物投放+鱼类投放+底栖动物投放+曝气增氧设备布置+净水设备。

4 结论与展望

黑臭水体不仅给群众带来极差的感官体验，也是直接影响群众生活的突出水环境问题。对黑臭水体的治理我国虽然已有大量的研究和工程实践，但效果还远未达到预期。我国黑臭水体的治理已经从以物化、生化为中心治标不治本的技术不断过渡到目前以生物、生态为中心的长效技术[14]，同时向着各项技术针对性的集成应用不断探索和实践。本文将黑臭水体根据实际按照规模、功能等指标进一步分为引排河道、连接河道、湖库水体和小微水体四类，同时对每一类对应的生态修复集成模式进行了探索。

目前我国黑臭水体还存在污染源头复杂、治理效果反复、缺乏长期评价考核机制、后期管控协调不完善等问题[16]，在黑臭水体今后的研究和实践中除了明确各单向技术的应用工况，继续针对性地筛选适合不同类型黑臭水体的生态集成技术之外，还应该结合现状关注黑臭水体复黑复臭的机理和对策；同时不断摸索总结创新的管理和评价体系，让黑臭水体能彻底根治。