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河道生态治理规划中的污染物降解设计以姜堰市四支河生态景观设计为例

于建勋
摘 要：当前在我国新的发展阶段，新型城镇化不仅仅在于城市住房、道路等基本硬件的建设，也包括如何建设生态文明，包括城市水环境质量的全面改善。本文以姜堰市四支河的生态景观设计为例，从生态目标及规划策略，到上下游统筹布局，再到具体的生态设计及绿化选择，探讨了污水厂下游河道治理中促進污染物降解、促进水生态循环的生态规划设计方法，为提高城市水环境生态承载力、建设城市水生态文明提供参考。
关键词：河道生态治理；污染物降解；规划设计
0 引言
近年来，在国内城市化和工业化进程中，城市河流生态状况却普遍不容乐观。特别是接纳污水厂尾水排放的部分河道，随着城镇污水的总量的增加，河道因接纳污水厂尾水而面临着更大的水质恶化压力，往往给下游水环境质量带来重大负面影响。如何促进这些河道污染物的生态化降解并减小不利环境影响、改善下游水环境质量、保障下游水生态环境和用水条件，仍是当前城镇化和生态文明建设中亟待解决的重要问题。本文以姜堰市四支河的生态景观设计研究为例，探讨当前城镇污水处理厂下游河道的生态规划设计策略及方法。
1 河道生态治理目标
城镇中污水处理厂下游河流水系往往已经面临多重生态危机：如河道因人工渠化造成丧失自然净化能力，沿岸硬化造成生境缺失生态不可持续。污水厂尾水虽已经初级乃至多级处理达标排放，其尾水中各类污染物仍然远远高于河道自然本底水体，尾水排放到河道必然大幅影响河道水环境质量，尤其在河道水体容量不大的情况下问题往往更加严重，甚至在下游产生几百米至几千米长的污染超标带。
对于城市规划工作而言，对污水厂尾水下游河道的规划治理目标还应更多着眼于用生态办法来解决问题、面向未来。在此基础上河道治理规划力求达到三大相互联系的主要目标：
1、 提高河道的污染物降解能力，降低环境影响；
2、 恢复河道自然生态属性及生态稳定；
3、 积极建设生态水乡城镇水生态文明。
2 路径分析下的规划策略
2.1污染物降解路径与对策
在姜堰市四支河的生态景观设计中，根据四支河上游污水处理厂尾水中的氨氮、COD、重金属三大类污染物质降解转换路径，制定生态降解策略。
图1.污染物降解路径及对策示意图
2.2生态环境恶化问题与对策
在生态规划设计中，面对生态问题提出有针对性的基本对策极为重要。
主要问题 基本对策
硬质化和快速排水导致的生态隔断 1、采用生态化河
河道直线渠化导致的生境恶化消失 2、恢复自然线型
生态廊道的断裂与生物多样性消失 3、还河流以生命
2.3可持续生态文明建设策略
可持续生态文明建设应重点从两个方面考虑：
从可行性上注意社会效益、经济效益、环境效益相结合：社会效益上考虑便于施工、少占土地资源；经济效益上选用低成本、高可靠方案。
从前瞻性上力求可持续的发展导向：选用节能低碳的增氧技术；水工处理秉承海绵城市的理念；建设生态水乡从绿化乡土化的生态亲和性入手。
2.4上下游统筹规划布局策略
在污水处理厂以下河道生态治理中，上下游统筹规划布局极为关键。上游应重点考虑对污水厂尾水的稀释和环境缓冲功能；中游通过综合生态措施强化污染物降解自净功能；下游通过进一步的生态措施改善生态循环，提升河道水环境质量。
图2.姜堰市四支河生态规划设计总体布局示意
在姜堰市四支河生态景观设计中，上游通过局部拓宽河道和筑坝提升水位的方式，使河道本底水容量增加一倍以上，大幅增强河道水体对尾水的稀释作用；同时远期利用高压走廊绿化带建设人工湿地，使污水厂尾水经过人工湿地预处理后再进入四支河，进一步降低尾水污染物对河道水质的环境冲击。中游则通过综合生态景观措施强化降解能力，具体包括：生态水坝形成生态曝气、提高水位以增加水体环境容量和降解净化能力、延长污染物在河道中的降解时间、现有直线型河岸改造以加强水体自然循环、增加水体内生物膜面积提高降解效率等。下游通过沿岸水生植物布局使河道柔性曲化，调节水流方向和速度，增强水体循环交换。此外加强对沿岸村庄农田的面源污染整治，全面规划统筹治理。
3 针对性生态水工设计
如何在有限的河道长度和空间条件下，通过针对性设计实现污染物降解在时间和规模、质量上的大幅提升？为达成规划目标，有针对性的生态景观设计措施极为关键。
图3.河道生态设计重点及设计技术
3.1竖向筑坝增容
考虑到现有河道汇水收水范围相对小、防洪高程有富余、无鱼类洄游，在满足水利部门防洪排涝要求的前提下，改变快速排水的治理思路，转为蓄滞水、利用水。设计引入组合水坝，一可增大河道常年水位和水体容量，提升河道污染物降解能力规模；二可通过增加过流截面面积，降低水流速度，增加水体流经四支河的生态净化时间；三可通过滚水坝与潜流坝多级组合，促进上层水与下层水的交换循环。下层水通过潜流坝和滚水坝跌水紊流优先得到自然增氧。每级滚水坝上下游落差控制在0.2至0.4米，坝顶设计人工浅滩，形成上下游之间动植物的物种交流生态通道。
图4.组合坝促进水循环增氧
3.2平面拓宽曲化
在城镇河道两岸用地紧张的情况下，四支河上游通过河岸的间隔式局部拓宽，使原有的直线渠化河道部分恢复类自然型河道曲线。四支河下游河道较宽，两岸用地受限不能拓宽，设计采用水生植物群落的有机布局形成“柔性丁坝”，常水位时水流呈曲线流，流量大时水流急而水位高，河水可径直穿过和漫过植物群落以直线流为主。河段河道曲线化后将带来多重生态效益，一是曲线型河道利用上层水和下层水的流速差在弯道中形成自然循环，使水体零耗能增氧；二是直线流改曲线流后实际水流路径将变长，在有限的河道空间里增长了污染物降解流程；三是曲线河道将在河道内形成类自然的深泓浅滩，为更多水生动植物提供多样化的适生环境，有利生态多样性。
图5.河道的拓宽改造示意
图6.“柔性丁坝”作用方式示意
3.3采用生态护岸
不论从改善河道生态多样性稳定性，还是从提高河道污染降解能力的角度，建设生态型河道护岸都是必要的。在生态护岸的规划设计上，要求满足生态环境修复需要；体现人水和谐理念；构建自然与美学结合的水景观；因地制宜，就地取材，节省投资。目前可采用的生态型护岸技术有：水生湿生植物固土护坡、柳条编柴扦插加竹木桩护岸、多孔质石质或多孔砌块结构护岸、土工网格材料复合种植枝术护岸等。在四支河的生态护岸设计中，考虑到其水流速度低、生态降解要求高及注重经济性考虑的特点，推荐采用前两种护岸方式为主，其它护岸技术为补充。
3.4增加水生物膜
在类似四支河这样宽度小、泄洪流量小、水坝上下落差小的平原河道中，可借我国古老的水工理念，采用多孔火山石或多孔砌块建设滚水坝和局部护岸。这样在不规则的多孔石料或砌块之间将形成微生物附着，较大的生物膜面积将显著促进水体中营养性污染物物质的降解。此外大量种植金鱼藻、苦草、菹草、芦苇等水生植物，在水中的植物茎叶也可大幅度增加水中微生物膜的面积，加速生物降解作用。
4 复合型生态绿化设计
4.1生态绿化设计目标
污水厂下游河道生态绿化景观设计的主要指向是：强化水生植物吸收降解污染净化水体为主；恢复生态系统为辅；兼顾美化城市形象。
4.2水生植物的选择方法
国内外对水生植物在污染物方面有较多相关研究。沉水植物能减缓水浪，可以促进水中悬浮物、污染物质的沉积，限制底泥的再悬浮，提高水体的透明度，为水体提供更好的光照生化条件。沉水植物光合作用产生的氧气全部释放到水体中，增加水体溶氧量效果明显，可促進水体污染物氧化分解从而净化水质。沉水植物还可吸收水中营养盐，从而抑制水体内浮游藻类爆发，可吸收部分重金属元素，净化水生态系统。浮叶植物有较强的过滤和吸收作用，吸附污染物、悬浮物的作用，同时还是水中生物栖息繁殖的场所，能够为水生动物提供食物。挺水植物往往生长量大，生态降解能力强，可以直接从水体中吸收氮、磷、有机物等营业性污染物，通过光合作用固定转化为植物本体；同时还能吸收重金属和有毒有害物质。挺水植物可以延缓水流速度，根系发达，与水接触面增加，形成密集的生态过滤网。挺水植物可以抑制藻类生长，同时为微生物和各类湿地动物提供栖息地。
综合分析，在水体增氧效果上，沉睡植物效率相对较高。在氨氮污染物的降解吸收上，沉水植物效率显著强于挺水植物和浮叶植物。在降解吸收清除COD污染物上，不同类型水生植物效率相差不大，建议合理复合配置，达到较好效果。在水体重金属元素的清除上，不同植物品种对特定重金属元素吸附作用差异明显，需有针对性地选择搭配使用。在姜堰四支河的生态绿化设计中，就根据河道治理目标需求和各类植物的特点，沉水植物占比最多，挺水植物其次，浮叶植物为辅。
4.3水生植物的布局方法
复合化立体化：在确定绿化构成比例的同时，在水生态绿化中每个生境“位”上可布置多种植物有机搭配，根据水深的不同从河岸到河底形成复合立体布局。
图7.复合化立体化的水生植物布局断面示意
自然化群落化：各类植物成组团种植，形成类自然的成群落生态布局结构，有利于河道生态稳定性、有利各种依赖特定植物群落生境的其它野生动植物 “落户” 繁殖。
乡土化和高效化：重点选用乡土适生植物品种，避免外来生态入侵或选用植物“水土不服”。同时又重点选择对周边生态环境效益较高的植物。在四支河的生态绿化中，选用的主要水植物品种包括眼子菜、苦草、金鱼藻、菹草、芦苇、茭白、香蒲等，这些植物除污染物降解能力较强外还有以下特点：本土适生、生物量大、能促进生成其它动植物生境、有利其它动植物微生物的附着繁殖。
图8.自然化群落化的水生植物布局平面示意
5 可持续生态措施
在河道生态治理规划中，除生态景观设计所采取的各类工程和种植措施外，还需要在运行过程中采取必要的持续生态维护措施。首先对污水厂尾水下游河道应定期清除河底淤泥，可极大降低底泥中的COD、氨氮磷、重金属沉积物对水质的危害影响，改善水生态环境。其次对河道中生长量较大有可能导致河道壅塞的植物定期进行收割或间隔移出，以将转化为植物体的污染物质最终从河道中清除。此外河道中可适当放养滤食性和草食性鱼类，辅以少量杂食性鱼类，投放螺丝河蚌、蛙类、龟鳖等杂食动物，形成对植物和微生物的消费，促进有机质的完全降解和生态循环，改善河道生态系统稳定性。此外，如经济条件允许的情况下可在河道中适当配备微动力增氧设备甚至采用微生物制剂，改善生态降解能力的稳定性，增强水体抗污染冲击能力。
6 结语
污水处理厂下游河道通过采用生态治理其主要污染物的降解能力将显著提高。当然四支河的生态规划治理方法是在该河道的特定水文条件下采用的，在条件差异较大的其它河流中还需因地制宜进行研究，有针对性地采用生态治理手段，如增加湿地、增加水体容量、增强水体循环和溶氧、采用生态化河道形态、利用好水生植物净化水体等，才能达到较好的效果。
综上所述，城市河道特别是污水厂下游河道必须重视水生态治理，加强水利防洪、城市用水、生态环境等多个目标之间的协调统筹，多采用综合性生态化规划治理措施，少采用河道硬化渠化拉直等片面治理方法，才能促进城市与水环境的和谐，降低城市排放对水环境的不利影响，改善下游城市用水安全，为建设城市水生态文明提供可持续发展基础。
参考文献：
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-全文完-