張鳳英

（河北省水利工程局集團有限公司，石家莊 050000）

1 問題的提出

河北省中部地區(qū)， 特別是太行山東麓與平原交界區(qū)域的滏陽河、唐河及界河、府河、漕河、瀑河的上游區(qū)域支流分散，小型河流密布，各河匯流面積非常有限， 自然狀態(tài)下， 天然徑流難以維持河道全年有水， 大多呈現(xiàn)為季節(jié)性河流。 除非承接城鎮(zhèn)排水任務(wù)，才能勉強維持，但部分河流水質(zhì)差、水生態(tài)環(huán)境堪憂，順平縣七節(jié)河就是其中之一。七節(jié)河上游入流很少，主要承接縣城污水處理廠尾水，入流污水污物及河道多年沉積污泥，再加上兩岸污物作用，河道下游出境所設(shè)監(jiān)測斷面，每年水質(zhì)均不達標。小型河流的水生態(tài)環(huán)境問題， 直接關(guān)系當?shù)厝罕姷纳钇焚|(zhì)與質(zhì)量， 改善小型河流水生態(tài)環(huán)境是當?shù)啬壳鞍l(fā)展的重要任務(wù)之一。為此，小型河流水生態(tài)環(huán)境修復技術(shù)，成為水利和環(huán)保工作人員關(guān)注的重要課題。

2 小型河流水生態(tài)環(huán)境問題和特征

河北省中部區(qū)域兩河上游小型河流眾多， 水流分散，大多處于洼地上游。順平縣七節(jié)河特點是匯水面積小、基流少，呈現(xiàn)季節(jié)性河流特征，承擔周邊城鎮(zhèn)排水任務(wù)，水質(zhì)相對較差，易于淤積，河岸不規(guī)則，環(huán)境狀況不理想，水生態(tài)難以持續(xù)。 其特點如下：

2.1 水源匱乏、補給量少

發(fā)源于太行山東麓迎風坡的各條支流， 大多源短流急，坡度大。 罕見的洪水年份，汛期水流陡漲陡降；多數(shù)干旱年份，水源匱乏。 究其原因是由自然氣候、地形條件所決定。 該區(qū)屬于半干旱半濕潤地區(qū)，年均降雨量僅550mm， 并且70%～80%分布在6—9月份，非汛期均為干旱季，季節(jié)性特征十分明顯。 小型河流匯水面積小， 由降雨產(chǎn)生的水資源量本身就非常有限；再加上河流沒有發(fā)育至背風坡的地形條件，河道基流很少，地下水與地表水之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，很少出現(xiàn)地下水補給河流的現(xiàn)象。補給量少，是河流生態(tài)環(huán)境不能持續(xù)良好的短板。

2.2 承擔城鎮(zhèn)排水任務(wù)

小型河流作為周邊城鎮(zhèn)排水河道的情況較普遍。 一方面，能夠承接排水任務(wù)的河道，可以增加部分水源，不至于經(jīng)常干涸裸露河床，使之維持河流最基本的流動狀態(tài)；另一方面，補給水源的質(zhì)量往往堪憂，特別是城鎮(zhèn)廢污水，可能會威脅河流生態(tài)環(huán)境。目前承接城鎮(zhèn)廢污水排放任務(wù)的河流是開展水生態(tài)環(huán)境治理所關(guān)注的主要因素。

2.3 無控下泄、淤積嚴重

由于河流發(fā)源于山區(qū)迎風坡，河長自然很短，縱坡相對較陡，不通過閘、壩控制，一般形不成水面；即便有城鎮(zhèn)排水水源補給， 干旱季節(jié)也很難形成常年水面， 只有低洼區(qū)域存留部分河水形成散落分布的局部水面，水生態(tài)狀況不佳；補給水源往往攜帶部分污染物，形成河道淤積，部分河段甚至堵塞。

2.4 岸坡失控、垃圾入河

小型河流周邊凡有村莊， 時有河岸堆積生活垃圾， 不僅嚴重影響河道景觀， 還有部分垃圾進入河道，是嚴重的河道污染源。 未經(jīng)治理的河道，河道不規(guī)則，岸坡坍塌、雜草叢生，環(huán)境狀況不理想，水生態(tài)難以持續(xù)。

3 小型河流水生態(tài)環(huán)境修復技術(shù)研究

水生態(tài)環(huán)境修復技術(shù)，就是針對以上問題，結(jié)合河流的具體特征， 優(yōu)化布置各類設(shè)施， 有效降解污物、控制水流、維持水面、增強景觀，構(gòu)成整體修復方案，自上而下逐級運作，綜合發(fā)揮作用，實現(xiàn)水質(zhì)達標、景色優(yōu)美、保持生態(tài)良性循環(huán)的效果。

3.1 修復技術(shù)及設(shè)施布置原則

小型河流水生態(tài)修復需要控制污染源、 降解河水污染物、 維持河道水面、 改善岸坡景觀等各類措施。 各類設(shè)施配置比例、布置方位、建設(shè)規(guī)模及運用方式的確定，是修復技術(shù)所要解決的核心問題，水生態(tài)環(huán)境修復效果是衡量修復技術(shù)的標準。為此，小型河流水生態(tài)環(huán)境修復對各類設(shè)施的采納， 以及各類設(shè)施在河道不同位置的分配布局，宜遵循如下原則：

3.1.1 治理與修復緊密結(jié)合原則

小型河流的防洪標準大多不高， 普遍存在河道治理缺失現(xiàn)象。 水生態(tài)環(huán)境修復最好能與河道治理結(jié)合實施，嚴格避免各行其是。

3.1.2 保持河道基本功能原則

在確保河道防洪、供水等基本功能的前提下，布置具有維持水生態(tài)環(huán)境功能、促進水質(zhì)凈化、改善河流景觀的各類工程設(shè)施。

3.1.3 注重實用性和經(jīng)濟性原則

緊密結(jié)合周邊區(qū)域地形地貌、 水源條件及群眾發(fā)展需求，注重與河道沿線的整體風貌相協(xié)調(diào)，以自然修復為主、人工修復為輔，采納實用性強、經(jīng)濟性相對較優(yōu)的修復措施。

3.1.4 具備科學性和適應(yīng)性原則

面對河流水量、水深、流速及河道斷面形態(tài)、地質(zhì)等眾多影響因素，需綜合分析，歸納提煉，慎重選用，保障總體布局的科學合理性，并適應(yīng)河道不同特征，創(chuàng)建健康的河道生境條件。

3.1.5 突出河道自然屬性原則

充分借助河流自凈和生態(tài)自我修復能力， 嚴格控制入流污染物和岸坡固態(tài)污染物入河， 為河道提供自然屬性環(huán)境，促進河道生態(tài)系統(tǒng)健康良性發(fā)展。

3.2 水生態(tài)環(huán)境修復核心技術(shù)設(shè)施

河流水生態(tài)環(huán)境修復，必須建設(shè)部分設(shè)施，使之實現(xiàn)控制水流、降解污染物、增強景觀效果等。 在此基礎(chǔ)上， 還要針對集體情況實施部分工程措施，例如，對已經(jīng)淤積嚴重的河道，實施清淤疏浚措施。 效果相對突出的設(shè)施及其功能如下：

3.2.1 穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘又稱氧化塘， 是一種天然的或經(jīng)過人工修整的有機廢水處理池塘。 河道周邊如果具備一些廢舊坑塘或具有相對寬闊的河道， 可以利用荒廢的河道、河灘或河槽來建設(shè)穩(wěn)定塘。

穩(wěn)定塘是以太陽能為初始能量通過塘中種植水生植物形成人工生態(tài)系統(tǒng)， 在日光輻射提供的初始能量推動下， 通過穩(wěn)定塘中的多條食物鏈的物質(zhì)轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和能量的逐級傳遞、轉(zhuǎn)化，將進入塘水中的有機污染物進行降解和轉(zhuǎn)化。

穩(wěn)定塘的設(shè)計規(guī)模，即面積的大小，按所需處理負荷確定，面積規(guī)模與入流水量、入出水污染物濃度的關(guān)系，按下式計算：

式中 NA為污染物面積負荷［g/（m2·d）］；Q為穩(wěn)定塘污水設(shè)計處理流量（m3/d）；S0為進水污染物濃度（g/m3）；S1為出水污染物濃度（g/m3）；A為穩(wěn)定塘表面積（m2）。

穩(wěn)定塘在河流水生態(tài)環(huán)境修復項目中， 布置的位置、規(guī)模大小、數(shù)量等，需緊密與河流自然地形來布置，還要重點考慮河流對穩(wěn)定塘出水水質(zhì)的要求。

3.2.2 人工濕地

人工濕地是人工建造和控制運行的地面， 與自然濕地相類似。人工濕地是綜合生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、 物質(zhì)循環(huán)再生原理， 增加水體活性。濕地植物能為水體輸送氧氣，對降解有害物質(zhì)具有重要作用。

人工濕地的生態(tài)修復原理與功能： 通過控制性工程，將低質(zhì)水流導向人工濕地，水流沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，對低質(zhì)水流中的污物進行降解處理， 同時結(jié)合生物的物質(zhì)循環(huán)和能量流動體系，構(gòu)建生物循環(huán)體系，完善食物鏈，塑造水生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高水系的自我修復、自我凈化能力。

人工濕地可分為表流濕地和潛流濕地， 選址要因地制宜，利用河道原有濕地坑塘，連通水系，盡可能避免另外征用土地。 人工濕地的設(shè)置需根據(jù)來水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求確定濕地系統(tǒng)的土地面積、設(shè)計水力負荷與系統(tǒng)可接受的污染負荷、 土壤滲透率等因素。設(shè)計方法主要利用濕地水文學理論，由水量平衡確定處理系統(tǒng)的水力負荷、 停留時間等水力參數(shù)，計算所需土地面積和污染物負荷量，同時結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行濕地水力計算。 水力停留時間t、表面有機負荷qos表面水力負荷qs采用規(guī)范相關(guān)公式計算，之后進一步推求所需濕地面積。

3.2.3 生物措施

為了實現(xiàn)穩(wěn)定塘或人工濕地對污染物降解的效果，無論是穩(wěn)定塘還是人工濕地，都要配合栽培相應(yīng)的水生植物，采取不同的生物措施。 不同水深區(qū)域，栽培不同品種，如：常用的挺水植物有蘆葦、香蒲、荷花、菖蒲、菱白、黃菖蒲、燈心草、水蔥、鳶尾、慈姑、千屈菜、風車草等；常用的浮水植物有睡蓮、浮萍、菱等；沉水植物常用狐尾藻、金魚藻、苦草等。

3.3 水生態(tài)環(huán)境修復技術(shù)附屬設(shè)施

穩(wěn)定塘和人工濕地措施是河流水生態(tài)環(huán)境修復技術(shù)的核心內(nèi)容，為使核心技術(shù)措施收到實效，必須同時配合實施附屬措施。 最為典型的附屬設(shè)施就是水流控導設(shè)施，保證穩(wěn)定塘、人工濕地保持要求的水深。 另外，還有護岸工程和清淤疏浚工程，其作用和功能各不相同，配合使用，可以收到良好效果。

3.3.1 控水設(shè)施

穩(wěn)定塘和人工濕地都需要對進水和退水水流加以控制，特別是退水水流，不加控制自然下泄，難以實現(xiàn)要求的停留時間和穩(wěn)定塘人工濕地的持水深度，污染物降解程度受到影響，也容易出現(xiàn)現(xiàn)實生活中的河槽河灘干涸現(xiàn)象；控制水流下泄，是保證河道維持水面景觀的有效措施。

控水設(shè)施除了穩(wěn)定塘、 人工濕地的周邊堤埝以外，最主要的是河槽河灘截流設(shè)施，即在深水河槽和灘地修建擋水工程，抑制河水快速下泄，保持河道水面，維持灘槽所要求的水深。

控水設(shè)施包括水壩，如橡膠壩、堆石壩、滾水壩等；水閘，如平板節(jié)制閘、翻板閘、疊梁閘等。 可以根據(jù)地形地貌等自然條件，結(jié)合防洪排澇功能，具體選擇不同類型。

3.3.2 護岸與清淤

護岸與清淤是水生態(tài)環(huán)境修復工作中不可或缺的措施。河流從村鎮(zhèn)附近流過，往往出現(xiàn)垃圾堆放現(xiàn)象，汛期難免有部分垃圾沖入河道，污染河流；還有河岸坍塌也時有發(fā)生。承接鄉(xiāng)鎮(zhèn)廢污水的河道，多數(shù)存在淤積現(xiàn)象，淤積底泥污染物組成復雜，遇汛期來水，沖泛底泥二次污染河水。 針對以上現(xiàn)象，在實施水生態(tài)環(huán)境修復工程之前， 應(yīng)首先實施清淤和護岸工程，使現(xiàn)存河底污染物得到清除，岸上污染源得到清理和有效控制。

河道清淤要針對底泥污染物的有機或無機性質(zhì)含量，決定其再利用方向或堆放掩埋處置等。岸坡保護需針對其陡緩程度，采取不同措施。陡坡以硬質(zhì)材料護砌，確保岸坡穩(wěn)定；緩坡實施種草植樹等生物措施。 局部可以增加部分親水平臺， 增強河道景觀色彩，為群眾親水提供條件。

綜上所述，水生態(tài)環(huán)境修復技術(shù)，就是將以上不同設(shè)施沿河進行布置，自上而下，一級接一級、一環(huán)套一環(huán)，出入有序，逐級降解河水污染物，改良水質(zhì)，增強河流生態(tài)功能。以河流自然形態(tài)、入流水質(zhì)為約束邊界條件，以出流水質(zhì)要求為目標，關(guān)鍵確定不同設(shè)施的數(shù)量、 沿河布置結(jié)構(gòu)和各類設(shè)施規(guī)模及各類設(shè)施之間的銜接方式。

4 七節(jié)河水生態(tài)環(huán)境修復實踐

界河支流七節(jié)河發(fā)源于順平縣甘城村西，河長10.4km，其中山區(qū)河長僅2.9km，縱坡24.6%；平原區(qū)河道長7.5km， 河道縱坡1∶1000。 七節(jié)河流域面積56km2，一般年份山區(qū)來水很少，主要承接縣城處理規(guī)模4萬m3/d的清源污水處理廠尾水。該廠主要收集順平縣城區(qū)生活污水及部分工業(yè)廢水， 經(jīng)處理后，尾水排放COD濃度≤30mg/L， 氨氮濃度≤1.5mg/L，總磷濃度≤0.3mg/L，BOD濃度≤6mg/L。七節(jié)河除了污水廠尾水，還存在內(nèi)外兩種污染源。 外源污染，包括兩岸垃圾、雨季溢流、沿線居民生活污水直排、企業(yè)污水偷排、農(nóng)田污染等；內(nèi)源污染主要是底泥返溶影響，底泥稍有攪動，返溶于水體，持續(xù)污染。 據(jù)河道下游出口斷面子城村2019年、2020年實地采樣檢測， 每年除了2—3月的部分時段水質(zhì)基本達標，其余時間都達不到IV類水標準。

為此，決定對七節(jié)河實施水生態(tài)環(huán)境修復治理。

本次對七節(jié)河水生態(tài)環(huán)境修復治理提出的目標是：確保七節(jié)河全年出境（順平—滿城）水質(zhì)COD、氨氮、總磷穩(wěn)定達到IV類水質(zhì)標準，并持續(xù)改善七節(jié)河的水生態(tài)環(huán)境，提升河道水質(zhì)。

七節(jié)河水生態(tài)環(huán)境修復治理， 在實施河道全線清淤外運底泥、 局部護坡、 兩岸生物措施植草前提下，結(jié)合河道特征，在中下游，自上而下逐級設(shè)置穩(wěn)定塘、人工濕地，并配合植物栽培生物措施。 具體布置如下：

從污水處理廠尾水入河處，到下游縣界，河道長度約8.6km，河寬10～120m。 首先，河道存在一段寬闊地形，利用該寬闊段，設(shè)置1處穩(wěn)定塘，位于河道K4+159～K4+375段，占用河長114m，可以形成水面面積1.07萬m2。 其次，在穩(wěn)定塘下游，距離1km設(shè)置2處人工濕地， 其中1處表流濕地， 位于河道K5+525～K7+253段，占用河道灘地長度1728m，面積7.14萬m2；另1處潛流濕地， 位于河道K7+523～K7+976段的南側(cè)灘地，占用河長453m，潛流濕地面積3.2萬m2。

為使穩(wěn)定塘和人工濕地具備所需要水深， 并形成河流水面景觀，在潛流濕地上游，增建了水流節(jié)制閘工程?？紤]生態(tài)修復與河道排澇功能的結(jié)合，在多種閘壩種類中，推薦采用了翻板閘，枯水期立閘板擋水，汛期翻板排澇。

七節(jié)河水生態(tài)環(huán)境修復技術(shù)的應(yīng)用， 以植物栽培方式增強河道自然屬性，促進河道自然修復能力，在此基礎(chǔ)上，形成了由穩(wěn)定塘、表流濕地和潛流濕地共同組成的人工修復系統(tǒng)， 人工設(shè)施占河道總長的25%左右。 帶有水生植物的河道長度占70%以上，在翻板閘節(jié)制作用下，保持河道常年水面10.23萬m2。污水處理廠尾水進入河道后，流入穩(wěn)定塘，經(jīng)天然河道連接繼續(xù)進入人工濕地二次降解， 最終進入潛流濕地，滲出水流出縣境。 這樣，依次經(jīng)過多次自然降解和人工降解水中污物，達到改善水質(zhì)的目的。

5 結(jié)語

通過理論測算， 以上項目實施的綜合效果達到了預(yù)期，即排入下游洼地的污染物進一步減少，實現(xiàn)COD年削減量156.9t，氨氮年削減量9.48t、總磷年削減量1.51t。 該項目已于2021年秋建設(shè)完成，至今，下游出境監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)顯示，水質(zhì)各類指標正常，均已達到預(yù)期要求；水生態(tài)環(huán)境修復實際效果初見成效，未來結(jié)果有待繼續(xù)監(jiān)測。