• 10月03日 星期一

国家湿地水环境污染控制指南项目(四)

(接上篇)

三、河流湿地水环境污染控制资料汇编

随着人口的增加和社会经济的快速发展,我国河流湿地水环境污染和生态退化等问题日益严重,最突出的就是水质恶化,以及黑臭,水生态严重退化甚至破坏、河流形态几何化、城市洪涝灾害频发、河流景观破损严重等,已成为河流湿地水污染的重灾区。最新的中国环境状况公报显示,2015年,长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河的700个国控断面中,Ⅰ类水质断面仅占2.7%,Ⅱ类占38.1%,Ⅲ类占31.3%,Ⅳ类占14.3%,Ⅴ类占4.7%,劣Ⅴ类占8.9%,主要集中在海河、淮河、辽河和黄河流域,主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和总磷。我国河流湿地水环境质量状况不容乐观。

总体而言,我国河流湿地水环境污染问题主要体现在以下几个方面:(1)水体污染,氨氮、总氮、总磷严重超标;(2)溶氧性低,一些地区的河流水一直处于厌氧状态,河道净化能力丧失;(3)堤岸硬质化,城市河流面积减少;(4)河流生态退化甚至破坏,生物多样性丧失;(5)河流透明度下降,河流景观较差。

3.1 河流湿地污染源控制

河流湿地水环境污染源亦可分为点源、面源和内源三大类,其中针对河流湿地流域点源和面源污染的控制技术,可部分参照湖泊湿地污染技术的相应内容。根据河流湿地水环境的污染源特征,主要可分为生活污水、工业废水、农业废水及雨水4个方面。目前,河流湿地污染控制技术按照其性质可分为化学法、物理法和生物修复法等。

3.1.1 河流湿地化学处理技术

河水化学处理技术包括化学絮凝、化学除藻和重金属的化学固定等,化学处理法的突出特点在于其见效快、方法简单,在某些特殊的条件下对受污染严重的城市河流运用化学处理法,能够起到控制和缓解污染的作用。

(1)化学絮凝处理技术

该技术通过投加化学药剂(一般为混凝剂)去除水体中污染物,从而达到改善水质的目的。近年来,化学絮凝技术在强化城市污水一级处理的效果方面得到了广泛的研究和应用。随着水体污染的形势日趋严峻,对严重污染的水体如黑臭水体的治理,化学絮凝处理技术的快速和高效也受到人们的重视。絮凝沉淀对于控制污染河流内源磷负荷,特别是河流底泥的磷释放,有一定的效果。常用药剂有硫酸亚铁、氛化亚铁、硫酸铝、碱式氯化铝、明矾、聚丙烯酞胺、聚丙烯酸钠等。

化学絮凝处理技术应用于污染河水治理一般有两种。一种是直接将药剂投加到水体中改善水质,第二种是将河水用泵提升至建于岸边的构筑物中,投加药剂使之发生絮凝沉淀,出水回流至河道,从而净化水体。前者发挥作用快,但有一定局限性,其优点是简便易行,见效快,费用低。缺点是容易受水体环境(如pH值改变)变化的影响。另外,在选择絮凝剂时应考虑对水体中的生物有无毒害。第二种应用方式实质上就是污染河水的化学强化一级处理。需要在岸边适当位置建用于絮凝处理的构筑物,根据污染河流水文情况,还需确定是否建造闸或坝等辅助构筑物,因此工程投资较大。此法处理效果高且稳定,另外,由于化学絮凝沉淀在陆上进行,固液分离后沉淀物被截留处置,因此不会直接对水体产生二次污染。

受污染河流的治理往往需要投入大量费用。化学絮凝技术具有适应天然河道水力及污染物负荷变化大的特点,特别是去除磷与COD污染物的效果更明显。因此,暂时利用这些纳污河道进行人工强化絮凝净化处理,尤其是枯水期在其上游构筑简易强化絮凝净化处理设施,或在下游修建小型强化絮凝处理厂作为水环境污染治理的应急工程,对于缓解由于治理资金严重不足而无法开展治理区域性水环境污染的困难局面具有十分重要的意义。

(2)化学除藻技术

与湖泊内源污染处理中相关技术相似,在此仅做简要说明。化学除藻是针对营养化的水体投放胶原体,从而实现化学除藻的目的。要求相关技术人员在进行化学除藻工作之前,要对投放的药物进行长期实验,在保证其安全性达到国家要求之后,才能投入实际的应用,否则会给城市河流的生态系统造成一定的威胁。

(3)重金属化学固定技术

重金属的化学固定是通过投放特定的药物,将水质中的重金属元素进行一定的沉淀,从而保证水质的清澈。这种方法较为廉价,实施难度不高,因此被广泛的应用于实际的城市河流水污染的治理工作之中,并且取得了良好的效果。通过对碱性物质的溶解,能够提高河水的pH值,从而使河水中的有害物质,固定在河水的底泥之中,方便河流水治理的后续工作。常用的碱性物质有石灰、硅酸钙炉渣、钢渣等,施用量的多少,视底泥中重金属的种类、含最及pH的高低而定,但施用量不应太多,以免对水生生态系统产生不良影响。

3.1.2 河流湿地物理处理技术

主要包括截污分流技术、曝气复氧技术、底泥疏浚技术和调水引流水质改善技术等。

(1)截污分流技术

截污分流利用了城市的排水系统,通过修建污水截流的基础设施,从而减少河流湿地水污染的程度,从一定程度上缓解我国日益严重的河流湿地水污染现象。利用相关基础设施,可以达到对污水的净化处理。当然,截污分流的工作需要水利,市政与城市给排水多个部门的协调配合,才能达到较好的物理治理效果。

(2)曝气复氧技术

污染严重的河道水体由于耗氧量大于水体的自然复氧量,溶解氧很低,甚至处于缺氧或厌氧状态。向处于缺氧(或厌氧)状态的河道进行人工充氧的过程称为河道曝气复氧,可以增强河道的自净能力,改善水质、改善或恢复河道的生态环境,有助于加快恢复黑臭状态的河流恢复到正常的水生态系统。在国内外均得到了广泛应用。

(3)底泥疏浚技术

与湖泊内源污染控制技术中的环保疏浚技术相似,但对于具体的工艺要求存在明显区别。河流中的沉积物又称为底泥,城市河流的底泥由于历年排放的污染物大量聚集,称为内污染源。在污染控制达到一定程度后,底泥的污染将会突显出来,成为与水质变化密切相关的问题。河流底泥中的污染成分较复杂,主要污染物为重金属和有机污染物等。底泥中的硫和氮含量较高,是河流黑臭的主要原因之一。在河流洪水、蓄洪功能上,底泥疏浚主要体现在河流利用水面变化增加行洪、蓄洪能力。

不同的河流,遭受污染的类型、时间和程度不同,污染底泥的厚度、密度、污染物浓度的垂直分布差别很大,因此在挖除底泥前,应当合理确定挖泥量和挖泥深度此外河流底泥中通常还生长有一些水生动植物,底泥疏浚对生态系统有一定影响。一般不宜将底泥全部挖除或挖得过深,否则可能破坏水生生态系统。河流底泥疏浚通常使用小型挖泥船或水力冲挖等技术手段,对于枯水期断流的河流可以利用枯水期清淤。

(4)调水引流水质改善技术

贯穿城市的内河河网水系,因为控制结构的限制,使得河流水不能够连接到外部的水体,造成水处于静止的状态,当天气炎热的时候,溶解在水中的氧气浓度就会降低,容易导致水质变坏。通过改进水域水动力条件,提高水体污染物的稀释能力,增强局部水体的自净能力,许多城市在水资源利用和部署中,通过跨流域调水工程,解决空间分布不均的问题。调水是河流污染治理的重要辅助措施,通过调水对河网水流进行科学调度,尽量提高水体流动能力,是改善水的一项有效工程措施。其目的是通过水利设施(如闸门、泵站)的调控引入污染河道上游或附近的清洁水源改善下游污染河道水质。调水增大了污染河道的水量,加速河水流动,促进污水的稀释使河水在河道中的停留时间缩短,污染河水不易在河道中滞留而导致黑臭。同时,调水时河道水动力条件的改善使水体复氧量增加,有利于河道自净能力的提高。

3.1.3 河流湿地生物处理技术

河流湿地的生物处理技术主要包括生物净化技术、人工湿地技术、植物进化技术和多自然型河流构建技术等。

(1)生物净化技术

生物净化技术是充分利用天然水体自净的功能,采用人工措施,创造更有利的环境有利于微生物的生长和繁殖,并培养出大量的微生物从而增强水体净化能力,以提高纳污水体氧化降解有机物能力的一种净化方法。目前国内外最常用的生物净化技术是生物膜技术与投菌技术。生物净化技术,其成本低,对环境的影响小,能够有效降解污染物,是水体污染处理的最佳选择之一。生物净化技术及产品的开发,特别是分解菌株的培养也将被筛选到河流水污染控制技术之中,是未来城市水污染防治和治理的发展趋势。将具有特殊分解能力的菌种添加到河边,能够将水体中有毒有害物质分解为无毒无害的物质,从而加速有毒物质的分解、转化,不仅可以提高河流的净化能力,而且也实现了河流的生态修复。生物产品的运用将成为人工增氧、底泥疏浚等现有防治技术的有益补充。

(2)人工湿地技术

在湖泊、库塘湿地中均有相关应用。人工湿地对污染河水的净化主要有以下几个途径:1)通过过滤和截留去除颗粒物;2)通过湿地介质的吸附、络合、离子交换等作用去除磷和重金属离子;通过湿地微生物作用,降解有机污染物,去除水中的氮;3)通过植物吸收去除水中的氮磷,富集重金属。具体技术参数可参照湖泊湿地面源污染控制技术中相关内容。

(3)植物进化技术

河水植物净化技术主要有浮床植物技术,该技术的核心是将植物种植到水体水面上,利用植物的生长从污染水体中吸收利用大量污染物(主要是氮、磷等营养元素)。世界上第一个生物浮岛是德国人于年设计和建造的,此后,在河流、湖泊等的生态恢复和水质改善中得到了广泛的应用。

(4)多自然型河流构建技术

河流岸线的设计应在确保河道安全的前提下,采取生态系统修复和人工辅助相结合的措施,使城河流在保持河岸生态系统合理的内部结构和良好的生态功能的同时,也能满足景观要求。

德国、瑞士在20世纪80年代末提出“亲近自然河流”概念和“自然型护岸”技术;日本在20世纪90年代初展开了“创造多自然型河川计划”,这些构建多自然型河流思路的共同特点是通过河流生态系统的修复,恢复提高河流的自净能力。多自然型河流构建技术包括生物和物理两部分。

1)多自然型河流技术中应用的主要生物

多自然型河流构建技术中应用的生物主要是水生植物和水生动物。利用水生植物净化河水主要是吸收水中的氮、磷。此外,水生植物还能通过减缓水流流速促进颗粒物的沉降。利用植物净化河水与自然条件下植物发挥净化河水的作用有不同之处,必须考虑水生植物冬季枯萎死亡后二次污染和净化能力下降的问题。

2)多自然型河流的物理结构

多自然型河流的物理结构包括多自然型河道物理结构和生态护岸河堤物理结构。多自然型河道物理结构建设的思路是还河流以空间,构造复杂多变的河床、河滩结构。富于变化的河流物理环境有利于形成复杂的河流动植物群落,保持河流生物多样性。河流物理形态多样性的构建方法之一是采用植石法和浮石带法,即将直径的自然石块或钢筋混凝土框架经排列埋入河床,构造出深沟及浅滩。

生态护岸常采用蛇笼护岸、土工材料固土种植基、植被型生态混凝土等几种结构。它们共同的特点是采用有较强结构强度的材料包彼部分或者全部裸露的河堤或者河岸,这些材料通常做成网状或者格栅状,其间填充有可供植物生长的介质,介质上种植植物,利用材料和植物根系的共同作用固化河堤或者河岸的泥土。生态护岸在达到一定强度河岸防护的基础上,有利于实现河水与河岸的物质交换,有助于实现完整的河流生态系统,削减河流面源污染输入。

3.2 河流湿地生态恢复

河流湿地水污染的生物修复技术就是利用特定生物对污染河流中污染物的吸收、转化或降解,达到减缓或最终消除水体污染、恢复水体生态功能的生物措施。

目前已经开发出多种用于河流湿地水污染生物修复的方法及其实施技术,这些方法主要包括土著微生物培养法、投加外来微生物法、和高等生物修复法等,其工程实施主要有原位修复技术、异位修复技术和原位—异位联合修复技术。生物修复中可利用的生物包括微生物细菌、真菌、原生动物和高等动、植物等多种生物。

3.2.1 微生物修复技术

受污染的环境中有机物除小部分是通过物理、化学作用被稀释、扩散、挥发及氧化、还原、中和而迁移转化外,主要是通过微生物的代谢活动将其降解转化的。根据微生物的来源可将其分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌三大类。

(1)土著微生物

微生物的种类多、代谢类型多样。凡自然界存在的有机物几乎都能被微生物利用、分解。由于微生物有巨大的变异能力,难降解、甚至是有毒的有机化合物,如杀虫剂、除草剂、增塑剂、塑料、洗涤剂等,都已陆续地找到了能分解它们的微生物种类。据报道,能够降解烃类的微生物有70多个属、200余种,其中细菌约有40个属。可降解石油烃的细菌即烃类氧化菌广泛分布于土壤、淡水水域和海洋。

(2)外来微生物

在天然受污染的环境中,当合适的土著微生物生长过慢,代谢活性不高、或者由于污染物毒性过高造成微生物数量反而下降时,可人为地投加一些适宜该污染物降解的高效菌如光合细菌,对有机物有很强的降解转化能力。同时对硫、氮素的转化也起了很大的作用。

目前用于生物修复的高效降解菌大多系多种微生物混合而成的复合菌群,如美国生物实验室研制的ACF32菌,其细菌主要为硫杆菌属紫色细菌,含有好氧菌,厌氧菌及兼性菌,再生繁殖极快,,能够在有氧和无氧条件下灵活地处理污水中的各种有机物,是用于处理工业、农业和生活中的有机废水的污水处理剂。美国CBS公司开发的复合菌制剂,内含光合细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌、硝化菌等多种微生物,对水体的COD、氨氮、总磷,及底泥的有机质均有一定的降解转化效果。目前,我国已有一定数量的公司开始生产复合菌制剂,并投入市场使用。

(3)基因工程菌

70年代以来,采用基因工程技术,将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌面世。科学家们对某些基因工程菌的考察初步总结出以下几个观点:基因工程菌对自然界的微生物和高等生物不构成有害的威胁,基因工程菌有一定的寿命,基因工程菌进入净化系统之后,需要一段适应期,但比土著种的驯化期要短得多。基因工程菌降解污染物功能下降时,可以重新接种目标污染物可能大量杀死土著菌,而基因工程菌却容易适应生存,发挥功能。当然,对基因工程菌的安全有效性的研究还有待深入。

3.2.2 藻类及微型动物修复技术

着生藻类和浮游藻类生长过程中都有净化水质作用。着生藻类和附着生物已成为许多河流水质净化的主体,是目前进行河流水质净化的热点之一。

螺、蚌等底栖动物可过滤悬浮质,摄食生物碎屑,其分泌物有絮凝作用,螺有刮食着生藻类功能,虾和部分鱼类可摄食藻类、碎屑、浮游动物。浮游动物、游泳动物和底栖动物,它们以水体中的游离细菌、浮游藻类、有机碎屑等为食,可以有效减少水体中的悬浮物,提高水体的透明度。通过定期对游泳动物和底栖动物进行打捞,可以防止其过量繁殖造成的内源污染,同时也将已转化成生物有机体的有机质和氮磷等营养盐从水体中彻底输出。这些动物作为健康水生态系统的补充组成,也有重要作用。

3.2.3 植物修复技术

对于河流自然恢复应采取生态化措施,主要是通过恢复河岸植被、恢复天然湿地,在河岸种植芦苇、浮萍、睡莲、水生植物和其他湿地植物,以提高水体的净化能力。种植水生植物的河流水,一方面能够通过植物的根系的吸收,从而降低和遏制富营养化趋势;另一方面通过种植水生植物,可以也起到美化水体环境,提高景观的效果。

(1)挺水植物。

常用的挺水植物有芦苇、芦竹、水葱、灯心草、香蒲、藨草、莎草、伞草、苔草、水生美人蕉、富贵竹、茭白等。藨草对生活污水、农业废水或其他有机污染废水有很好处理效果。芦苇床处理系统是一种人工种植芦苇的湿地污水处理工艺。利用芦苇根系发达和优越的水土气交换能力,污染物与其茎部接触产生沉淀作用,芦苇的根部与茎部可吸收某些污染物,附着在茎部上的微生物可对污染物产生吸附分解作用,使污水流经种有芦苇的土壤或沙砾床而产生自然净化。芦苇对SS、COD和BOD具有较强的作用,但对氮、磷的去除能力较弱,需要其它水生植物的联合作用。如芦苇与茭白混种,芦苇的输氧能力较强,茭白对氮、磷有很强的去除作用。在具体运用中通常采用:污水→沉淀→人工湿地→生态塘。

国家湿地水环境污染控制指南项目(四)

图3.2-1 植物修复示意图

北京水利科学研究所曾进行芦苇塘净化污水的小区试验,其去除率分别为BOD5 55.6%、COD 53.9%、NH3-N 50.6%、SS 59.1%、TP 59.2%。人工芦苇床建设成本低,处理效果稳定,但冬天处理效果会受到影响。

(2)浮叶植物。

常用的浮叶植物的有凤眼莲、睡莲、慈姑、浮萍、菱角等。浮叶植物在浅水水体中有良好的净化水质效果,种植和收获较容易,在一定季节可以作为重要的支撑系统,但需要及时收获。有些飘浮植物和浮体陆生植物(加上浮力支撑后可水培的植物)是很好的观赏和食用植物,可在一定条件下组合应用,既有净化水质作用,又有经济效益、环境效益和观赏效益。

(3)沉水植物。

伊乐藻、黑藻、苦草、金鱼藻、睡莲等水生植物,可吸收和转化底泥中的营养物质,增加生物多样性。在低温季节,这些植物对TN、TP和硝态氮仍有较好的吸收效果。抗风浪较差的伊乐藻、黑藻,偏好泥质型底泥。抗风浪较好的有穗状狐尾藻、马来眼子菜、菹草。弱光植物苦草、菹草适宜在透明度较低的水体中。菹草偏好沙泥型底泥。在有机质含量较高的底质情况下,伊乐藻、穗状狐尾藻可作为沉水植物恢复的先锋种。镶嵌植物群落组合(由浮水、浮叶、沉水植物优势种的斑块构成)可使藻类的生物量下降57.7%。用覆膜、塑料袋或改变生态位能使喜旱莲子草安全越冬,并对总氮、氨氮和叶绿素a的去除效果较好。

(4)CBS水体修复技术

集中式生物系统(CBS)水体修复技术被认定为生物工程领域的高新技术,并在国内实施完成了多个项目。CBS水体修复技术可除臭去黑,去除碳、氮、磷等有机物、硝化底泥、降解H2S,NH3以及其他化学有害物质;同时可能锁定诸如Hg2+,Cr3+,Cu2+,Pb2+等重金属离子,降低重金属污染;唤醒水体中的有益微生物,净化水体中的有机物,形成水体的生物链,维护生态平衡,保护生态环境。

通过生态修复能够在一定程度上回复城市周边的河流生态系统的循环能力,从而达到自净化的目的。生态修复技术是如今学术界最为提倡的一种技术,因此受到了各个部门的关注。生态修复技术运用生态系统修复与人工辅助结合的方式,提高城市周边河流生态系统的自修复能力,从而提高城市的环境建设,给我国的城市化发展提供了一种可能。生态修复技术对相关技术人员的生态学知识提出了较高的要求,在相关工作人员开展生态修复工作之前,要求相关工作人员对城市周边河流的生态系统有一定的认识,从而保证环境多样化的前期下,开展河流水污染的防治工作,通过相关苗木的选择,能够固化城市周边的土壤,提高城市的抗腐蚀能力,从而保证不发生水土流失的状况,优化我国城市化的资源配置工作。

3.3 河流湿地环境管理

河流湿地一方面具有自然属性,主要包括自然(生态)功能,其演变遵循一定规律,另一方面具有社会属性,即社会(服务)功能,主要表现为人类社会通过开发利用河流的各种资源来发展社会、经济、文化等。古今中外大量的河流开发利用、治理与保护的实践表明,河流的生态功能与服务功能是矛盾的对立统一体,过分开发利用河流的服务功能,会损害河流的生态功能,甚至导致河流生态系统的崩溃而成为“死河”,过分强调河流的生态功能会影响服务功能的正常发挥,不利于经济社会与人类文明的发展,因此二者只有协调一致才能维持河流的永续利用。

人们通常以单一部门或从单一要素对河流进行管理,行政干预常常是解决水问题冲突的主要手段。但是,这种管理方式已经越来越不适应现代社会经济发展的需要,仅仅依靠单一部门或采取单一措施进行治理,只能是事倍功半。

3.3.1 管理问题分析

河流管理是一项复杂的系统工程,涉及到水利、农业、交通、环保等多个部门,而且关系到河流动力学、河床演变、河湖整治、工程泥沙、水文学、河流生态学、河流地貌学、环境科学、社会学与管理学等诸多学科。这些均增加了河道管理的难度与复杂性。

多年来,我国的河流管理亦呈现多部门、多行业管理的“九龙治水”现象,但因各部门、各行业的利益诉求不一样,统筹起来十分困难。目前河流管理主要依据已有国家、地方的法律法规来进行,但针对不同河流及流域而言,有其特殊性,已有法律、法规仍难以满足全国不同河流管理的现实需求。

(1)管理责任机制不完善

在我国河道管理工作中,相关的明确规定,相关工作开展应该由多个部门共同管理,形成了职能交叉,但是由于各个部门之间的配合不够默契,导致责任不能得落实,影响了相关工作的开展。有的部门存在管理机构分工不明确、职责模糊和管理机制不到位的问题,由于不具备完善的责任机制,导致不能落实到人,并且相关的管理机制不能有效衔接。

(2)管理力度不到位

我国河道治理着重河道建设,轻视河道管理,制定的管理制度比较粗放。相关负责人对自身所负有的责任不明确,造成在河道发展中只注重建设,而对已有河道的管理工作却很轻视,在工程建设及工程管理上产生很大差距。管理人员没有强制处罚的权力,管理困难,即使水务部门发现有占用河道或在水利工程周边违规搞开发建设等行为,也会因权限问题,难以履行职责。对破坏河道等,处罚力度不够。对河道保护方面的宣传教育力度不够,广大群众对有关法律法规缺乏应有的了解,给行政执法带来一定的难度。

(3)法律意识淡薄,执法力度不强

部分河道内存在的设障和违背相关的规章制度的现象较多,有一些地区沿河的居民或企业随意向河道内倾倒固体垃圾,造成河道堵塞,加重了河水的污染。同时,一些企业未经批准,随意向河道内大量偷排未经处理的污水,严重影响了河道的水环境。另外,群众到管理人员的管理意识薄弱,向水体排放生活污水、投放生活垃圾等,使得河道污浊不堪,不仅对水体以及生态环境造成了严重破坏,还容易产生一些难闻的味道,诱发各种疾病。相关部门虽然制定了一些相关的措施,对此种现象进行管理,但是由于其自身的环保意识较为薄弱,导致工作开展被动,阻力较大,使得河道脏乱差等现象更加严重。

(4)管理资金不充足

政府财政资金是河道的管理经费的主要来源,因为资金下达具有一定的额度限制,这使得相关的治理工程不能根据实际的资金幅度进行河道管理,因而下达的资金只能作为辅助资金来使用。河道管理资金不足现象严重。

(5)缺乏河道信息采集和共享制度

随着城市化进程步伐的加快,许多地区的水系发生了较大幅度调整,然而,由于部分河道管理部门信息采集滞后,掌握的河道信息与现状脱节。随着信息化技术的发展,电子技术日益普及,需建立市、区、镇三级河道管理部门信息的共享制度。

3.3.2 管理目标理念

河流管理首先应对河流本身的属性与功能进行认识。河流的社会功能主要有:日常水资源消费、水环境卫生、农业与工业供水、航运、发电以及景观、文化、娱乐休闲载体等,一直在被人类不断地开发利用着;其自然功能则是承载着河流生态系统,这一概念是20世纪60年代人们才逐渐认识到的,并在80年代时开始进行河流生态保护,于90年代提出了河流健康生态概念,目前正在不断完善其评估框架和方法,提出修复与恢复对策。

从工程哲学的角度来看,河流管理应逐渐重视河流的自然功能,并期望维持河流健康,实际是从“人类中心主义”到“生态整体主义”的有益转变。生态整体主义认为,人与河流是一个统一的整体,它们是相互作用、同构共生、协调发展的关系,人类不仅要利用河流生态对人的价值,还应当尊重河流生态自身的价值。因此,“维系河流健康、促进人水和谐”这一河流管理最高目标也就顺理成章了。为达到这一目标,在国内外的先进河流管理实践中体现出的管理理念可归纳如下。

(1)整体性。也称为一体化,有两层涵义:①流域整体性,即河流的资源开发及洪水管理,要着眼于流域单元;②河流系统整体性,即将河流生态系统考虑,按照生态学思想和进化论进行管理,协调、控制方向或人类活动,平衡长期和短期目标,维持生态系统产品、功能和社会需求的多样性等。

(2)适应性。也称为动态管理,亦有两层涵义:①对不同的河流应用的管理模式和目标,可按照河流地貌特征、开发利用程度、生态系统现状等进行分类管理,实行修复或恢复;②对同一条河流的不同阶段应用不同的管理模式,依据以往的经验教训和新的条件不断对管理方案加以调整。

(3)可持续。可持续是从流域整体性这个空间概念引申出的一个时间理念,即河流管理要着眼长远,使资源利用可持续、生态系统可持续、社会经济与河流伦理可持续。

(4)参与性。河流管理往往涉及多个方面,需要满足不同部门对河流管理的多方面需求,强化公众参与和协作,河流管理工作中需尊重流域内居民的参与权,充分反映居民的要求,调动公众保护河流的积极性,为广大居民创造良好、安全的河流生态环境,将河流环境视为公众舒适性的体现。河流管理即以河流管理理念采取措施来发挥河流的功能,实现河流管理目标。其主要内容包括:水量管理、水质管理、河岸带管理和河道管理,各方面既有传统内容也都面临新的挑战。其中,水量管理除了供水、发电、航运要求外,生态需水量的评估和调配是当前的工作前沿;水质管理则面临从末端治理向源头控制的转型阶段;河岸带管理则因为涉及国土、交通、农业、水利等多部门,目前亟需加强统一管理,以保证这一河流与陆地缓冲带的自然功能;河道管理在保证防洪安全的前提下,更加注重河流再造过程中的航运与岸线开发利用等科学论证与河道生态修复与保护。

河流管理主要内容包括:充分发挥流域综合规划及专项规划的指导作用,依法依规进行河流管理;充分利用河流水系中的水工程措施与非工程措施,统筹防洪、生态、水资源利用、发电、航运等进行综合调度;加强河道开发利用、采砂与生态环境保护的管理;组织推进防洪工程与河(航)道整治工程建设并强化运行维护与管理;及时组织防洪工程运行风险评估、河流生态与环境评估、人类活动干扰与自然条件变化对河流系统演变影响评估等。

“十八大”报告提出“尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念”,全新诠释了生态文明的内涵,同样,水生态文明理念提倡的是人与自然和谐相处的。新时期河流管理总体要求就是坚持人类社会、经济、文化与河流自然、生态与环境的和谐可持续发展,解决由于人口增加和经济社会高速发展出现的洪涝灾害、干旱缺水、水土流失和水污染等水问题,使人类与河流的关系达到一个和谐的状态,使宝贵有限的河流资源为经济社会可持续发展提供永续的支撑。

然而,河流管理要达到生态文明建设的相关要求也不是一蹴而就的,从“维系河流健康、促进人水和谐”这一河流管理最高目标来看,不同的河流有着不同自然功能和社会功能要求,在制定具体的治理目标时不能一概而论,而应该根据以自然功能为主、自然功能与社会功能兼顾以及以社会功能为主,进行分类划分。从管理理念上强调整体性、适应性、可持续和参与性,并需有理念、政策和机制上整体协调,从河段到河流、再到流域整体,各项相关管理政策和机制均要有在保证多部门和公众参与的基础上,满足适应性和可持续发展要求。从河流管理内容来看,目前的发展趋势是河流管理的区域有所加大,从河道至河岸带、从河流至流域;河流管理的对象要素在增加,从水量、防洪扩展到水环境、水生态;河流管理的措施从单一走向多样化,从单一的工程措施,走向多工程联合调度以及源头控制、条例制定等非工程措施。因此,在面临在不同河流、不同阶段、不同的治理目标, 考虑更多要素,需要灵活采取适应性的管理模式进行河流管理,以达到阶段目标和终极目标的有机统一。

3.3.3 管理对策建议

我国十几年的大规模水污染治理,难以改变流域水污染的严峻形势,流域水污染已成为可持续发展的严重威胁,而目前的流域水污染治理模式却难以有效地解决,必须通过创新流域水污染治理模式,突破“久治不愈”的水污染治理瓶颈。在流域治理过程中,重污染河流湿地水质的改善,是治理能否成功的关键,也是重点和难点。

(1)创新监督机制,强化政府责任

1)人大常委会有力督办

组织一次人大代表视察污染整治现场,召开整治工作协调会,还定期不定期开展调研、暗访、检查,走出了一条“人大监督、部门协同、科学谋划、联防联治、综合治污、精细管理”的流域治理新路子。在人大监督下,推进各级政府对重污染河涌治理挂牌重点督办。

2)社会各界广泛监督

做好水质信息公开。每季度发布重点河流月度水质状况,邀请媒体曝光环境违法行为,因势利导传播环保“正能量”,形成河涌整治社会氛围。

健全社会监督机制。充分发挥人大代表、政协委员和新闻媒体监督作用,鼓励公众检举、揭发、曝光环境违法行为,推行环境违法行为有奖举报制度或线人举报制度。

实施信用评价制度。实施国控重点污染源环境保护信用管理,每年评价一次,评价指标包括废水排放、水污染物排放总量等,评价结果分为环保诚信(绿牌)、环保警示(黄牌)及环保严管(红牌)并通过环境保护公众网等媒体公开。此外,每季度公布环境违法企业“黑名单”,红牌企业直接纳入“黑名单”。

(2)创新监管机制,建立长效制度

1)强化污染源监管

严格实施排污申报和许可证制度,对超总量、超标排污企业依法吊销排污许可证,按照“一企一档”原则建立重点污染源动态监管档案;加强污染源在线监控系统建设,推进国控、省控重点污染源及重金属特征污染物在线监控建设;加大重点流域重点污染源现场巡查力度和监测频次,一月一巡查;定期开展环保专项行动,按“两高”司法解释严厉打击、从重查处治污设施不正常运行、偷排超标排放、未批先建、违反“三同时”制度等违法行为。

2)完善环境执法机制

健全流域联合执法机制,定期开展联合执法和交叉执法检查行动,加大交接区域和插花地污染监管和检查力度,加强环保与其他部门的执法联动和信息共享,健全环境违法违纪案件查处协作机制;完善环保执法后督察机制,推动违法企业及时有效落实整改措施。建立流域环境监察协作、部门联合执法、边界联动执法和环境应急联动机制, 完善定期协调会商、信息互通共享、水质联合监测等制度。

3)建立区域联动机制

积极探索跨省水环境保护合作新途径,实现跨界水站上下游共同建设、共同运行、数据共享。建立联防联治机制,共同解决区域突出环境问题,逐步建立“部门监管、企业自律、社会监督”相结合的污染源长效监管机制。

(3)创新治理机制,改进整治思路

1)科学综合整治

坚持从区域流域整体出发,实施水污染综合系统防治,强化科学治水。坚持“水系入手、截污为先、方式多样、河道整治、适度美化、综合治理”的原则,创新整治思路。从单纯水污染控制向水环境整体优化转变,营造水环境安全、水生态优美、水空间宜人的水生态系统, 满足城市发展和市民对水更高层次的要求;从重建设向建设管理并重转变,深入推进精细化治污,完善“监测、监察、监督”联动平台;从单纯政府投入向全社会共同参与和市场化转变,坚持污染整治与城市改造升级结合,推广“水污染治理+环境整治+生态修复+土地整备+建设开发”的整治模式,运用市场经济手段,大力推进水污染整治市场化改革。

2)精细化管理

按照“流域-控制区-控制单元”三级分区体系推行水环境精细化管理,分区域、小单元治污,细化治理方案,做到 “一河一策”。

3)以园区建设推进整治

对电镀、印染、皮革等重污染行业企业“入园一批、关停一批”,加速产业转型升级及园区建设,集中建设、集中治污、集中管理。对逾期未建污水处理设施或污水处理不达标的园区,一律暂停审批园区内的新、扩、改建设项目。

4)创新整治考核机制

推行“河长制”、“段长制”及第三方评估。由各地政府主要负责人担任“河长”,负责水污染防治和生态保护。制定河长”考核奖惩办法,将重污染流域治理主要目标、任务纳入“河长”政绩考核,并向社会公布考核结果,对一年考核不合格的“河长”约谈;连续两年考核不合格通报批评;连续三年考核不合格一票否决,两年内不得提拔;对一年考核优秀的“河长”通报表扬,连续三年考核优秀予以奖励,并报组织部门作为提拔参考。

5)拓宽治理资金渠道

积极争取中央财政支持,设立河流湿地治理专项基金,用于污水处理厂网、人工湿地和镇污水生态处理池建设。实施有利于水环境保护的经济政策,深化“以奖促治”、“以奖代补”、“以奖促减”等政策,发挥财政资金引导和带动作用,同时发挥融资平台作用,引进社会力量参与建设,鼓励社会资金、港澳台及国外资金投入水环境保护。推进水污染防治领域政府和社会资本合作(PPP),鼓励和引导社会资本参与水污染防治项目建设和运营,加快水污染防治工作。

6)强化风险与生态管理

以国家水体污染控制与治理科技重大专项等研究成果为依托,开拓创新,坚持“达标管理”与“风险管理”并重,“水质管理”与“水生态管理”并举,创新流域水环境综合管理机制。提出水质风险识别、控制和综合管理的水环境保护创新转型新举措。

(4)健全淘汰机制,严格环保准入

1)严把环保准入关

全面推进规划环评,对未组织环评的规划所列项目不予受理;严格建设项目主要污染物排放总量前置审核制度,实行控制单元内污染物排放“等量置换”或“减量置换”;供水通道和水质超标的控制单元禁止接纳其他区域转移的污染物排放总量指标,鼓励向环境容量充裕的非敏感河流转移总量指标;对不符合产业政策要求、未取得总量指标、排放不达标的建设项目,一律不予审批环评文件。

2)严格区域项目限批

对未实现总量控制目标、水质达不到功能区目标要求、发生重大污染事件的区域实施限批。对交接断面不达标的区域实施限批,严控重污染项目建设,并实行环评责任追究制度,严禁违规和越权审批。

3)实行更严格的排放标准

推动企业转型升级,针对重点流域、重点行业制定更严格的地方标准。

4)健全落后产能淘汰机制

建立以水污染排放总量控制为重要依据的产业准入和落后产能退出机制;制订关闭、淘汰重污染企业名录;依法实行强制性清洁生产审核,对污染物排放超标超总量的企业及使用有毒、有害原料或排放有毒、有害物质的企业,强制清洁生产审核,督促重污染企业绿色升级改造。大力推进造纸、纺织印染、制革、电镀、化工等重污染行业及高水耗、高污染、低产出等落后产能的淘汰,综合运用价格、环保、土地、市场准入、安全生产等手段加快落后产能淘汰。

3.4 实践案例分析

分别对国内外的河流湿地水环境污染控制实践案例进行整理,选取昆明市海河湿地水环境治理和国外6条河流为典型案例进行实践经验分析。

3.4.1 国内案例分析

海河起点为东白沙河水库,在福保文化城入滇池,是昆明市东片区和东南片区主要防洪河道,总长度16.92公里,径流面积46.2平方公里,其中涉及盘龙区0.66公里。海河作为滇池治理要求达标的16条主要入滇河道之一,因连续多年水质未达标,水体呈黑臭,严重影响滇池水质,2016年2月被住建部、环保部列入云南省12条城市黑臭水体河道。

3.4.1.1 河流主要问题诊断

基于海河历年水环境变化及现状分析,得出海河目前存在的主要环境问题如下:

(1)沿河各项整治工程未完成

海河水环境整治工程于2009年开工,当年底工程完成,同步建成了沿河截污管道,已运行5年。工程建成后截污系统发挥了全线截污功能,河道水质一度明显好转。但近年海河排口有大量污水直排入主河道,水量约2000~4000m3/d。对下游河道的污染及其严重,并持续至今。近年海河周边建成了大规模建材市场,是造成污水量剧增的直接原因。

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图3.4-1 海河污水直排情况

(2)管网重建轻管、维护不到位、功能发辉不足

1)海河沿线于2014年已经建成单侧截污污水管道并接入广福路污水干管,主要解决当时两岸村民和少量作坊排水需要。

2)目前海河下游的广福路、洱季路均有现状管线,海河排水最终可以进入第六污水处理厂处理。因此,对于海河沿线来说,排污、处理系统均完备,问题在于管道不通畅。

3)调查期间广福路污水干管海河东侧、昌宏路西侧检查井水位均较高且水流基本静止,而洱季路西侧水位开始下降且流动剧烈,以后洱季路污水厂北侧检查井水位均较低,此现象初步证明广福路干管洱季路以西管段或老海河沿线管道存在堵塞,致排水不畅。需要进一步进行地下管网调查和疏通。

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图3.4-2 海河排污系统关联设施分析图

(3)沿线重点工程建设对沿河管网造成破坏

南连接线工程建设造成河道原管网损坏,虽修复但出现排水不畅溢流问题;飞虎大道建设破坏了海河管网至今未修复。

(4)截污不彻底,存在部分污染源点,点包括:

1)东白沙河水库上游支次沟渠污水进入水库导致水质较差(水质为劣Ⅴ类水);

2)东三环路部分污水经排洪管道进入海河;

3)轨道6号线二期施工产生的部分泥浆水进入海河;

4)铁路枢纽改造工程施工产生部分泥浆水经溴水河进入海河;

5)铁路货场段片区污水排入海河;

6)海河沿线村庄、市场、以及昌宏路部份市场污水进入海河,流量较大;

7)六甲片区村庄部分污水溢流排入海河。

(5)滇池水位顶托,交叉污染形成黑臭水体

海河下段地势相对较低,滇池水位正常状态顶托至广福路以上海河交叉口段,水体基本静止不动,严重影响海河水质,致使该段形成黑臭水体问题。

(6)海河存在内源污染的问题

海河下段2010年完工后,至今未进行过清淤,加之滇池水顶托,水体静止不动,河体存在内源污染的问题。经初步勘测,海河沿程泥厚从0~1.45m不等,平均泥厚约为0.8m,河道平均宽度15.5m。

海河底泥中总有机质含量平均值为7.15%,范围为0.22%~10.88%;海河底泥总氮含量平均值为3330.38 mg/kg,范围为1210 mg/kg~4967 mg/kg;海河底泥中总磷平均含量为566.80 mg/kg,范围为81.64 mg/kg~828.02 mg/kg,表明海河内源污染十分严重。

(7)片区污水处理能力有限,系统性的问题需要解决

目前,二厂、六厂、七厂、八厂、十一厂、十二厂、呈贡洛龙河水质净化厂还未能实现统筹联动运行调配。

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图3.4-3 海河沿线河道现状图

3.4.1.2 治理方案设计

根据《滇池流域水污染防治“十三五”规划(2016-2020年)》和《官渡区水环境综合治理“十三五”规划》要求,坚持“突出重点、分段实施”的方针,加大以海河为重点的黑臭水体污染治理力度,消除黑臭水体,通过实施河道截污、底泥清淤、生态修复等措施全面提升入湖河流水质的目标。重点开展海河水环境综合整治,加快推进海河(上段)水环境综合整治工程和海河(广福路下段)防洪综合整治工程,尽快消除黑臭,改善水质的工作要求。本项目在海河流域自然环境、社会环境、相关规划、水质、底质及河流水系历史资料收集的基础上、通过河道断面勘测、主要问题诊断,并结合底质、水质和水生态系统现状调查,通过环保清淤、底泥安全处置与资源化利用、余水处理处置、生态补水及生态修复等工程技术比选,按照环保清淤—生态补水—生态修复的总体思路,通过实施环保清淤工程、生态补水工程和河道生态修复工程,最终实现消除海河黑臭水体的总体目标。海河治理的总体设计的技术路线如下:

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图3.4-4 项目的技术路线图

总体目标为清除污染底泥,削减内源污染负荷;构建沉水植被系统,初步构建水体健康的生态系统。

3.4.1.3 底泥环保清淤工程

(1)清淤工艺流程

采用水力冲挖施工技术,其基本工作原理是模拟水流冲刷现象,借助水力切割的作用来完成挖土,利用泥浆携砂的原理完成运土的土方工程施工作业。离心泵自供水源抽取水后,水流由高压泵产生压力,通过水枪喷嘴射出一股密集的高压、高速柱状水流,对需要开挖的土体进行切割、粉碎,使之湿化、崩解,混合液经排水沟汇流入集浆坑内,再由泥浆泵经输泥管道输送至弃土区域进行处理,从而完成土方工程挖、装、运、卸、填的各道施工工序。其基本作业流程如下图所示。

图3.4-5 水力冲挖工艺流程图

水力冲挖机组施工、管道送土,没有耕地、植被踏废问题,有利保护沿河植被,还可利用送土较远的特点,平整废沟、浜塘和低洼地。水力冲挖机组施工可直接接驳电箱,动力输送,无燃油尾气排放,减少环境污染,利于生态平衡;可以完成远距离弃土和淤泥、流沙等软土的输送,解决流沙、淤泥开挖的技术难题,施工中不产生扬尘等污染物,有利于环境保护。

(2)清淤方案设计

本工程设计三个堆场,根据底泥离堆场距离,以近吹近,以远吹远的原则,确定B、C、D三个清淤分区,其总长为9.21km。

海河上游来水主要有污水处理厂尾水排放、支渠汇入、污水口排放、水库调控来水等。污水处理厂日排水量约为5000 m3;支渠每天汇入量约为3000 m3;河道两岸分布约22个排水口,5个有水流排入河道,每天汇入量约为1000 m3;河道上游东白沙水库调控,每天来水量约为2000 m3,总计每天上游来水11000 m3。由于海河上游来水量较大,本项目建议施工时按照堆泥场位置分段规划、施工。

当前海河两岸可用淤泥处置场地有三个,按照堆场堆存方量、河道需开挖工程量及施工方式进行规划,将河道自上游至下游分为4个区块,其中A区进行河道清表,B、C、D区进行河道清淤,分区见图3.4-6。

图3.4-6 清淤分区平面布置示意图

(3)清淤方案

水力冲挖施工工序主要为:河道清表→分段修筑围堰→施工排水→河道清淤→管道输送。

1)河道清表。海河河道边坡、河底存在大量水生植物和生活垃圾,易造成泥浆泵堵塞,降低施工效率,需要人工进行清除。

2)修筑围堰。在河道疏挖区域的施工段之间修筑围堰,以便于水力冲挖施工。

3)施工排水。施工前将河道各施工段围堰构筑后,采用离心泵排出河道内积水。

4)水力冲挖。水力冲挖采用高压泵配合高压水枪将淤泥破碎成泥浆,汇集到泥浆池的泥浆泵,通过排泥管道和接力泵输送到土工管袋内(中间经过调理剂制备设备加入调理剂并充分混合)。

(4)污染底泥输送

本次工程的污染底泥是通过采用泥浆泵吸泥、排泥一次完成,并采用管道输送至处理区域。实现排压不足时,在管线中加接接力泵站。因此,需在疏挖区及弃土处理区间铺设输送管道。

管线组成:疏挖区内采用陆管,其余段场地允许时采用陆地管。陆上铺管工作难度大时,管线可沿河道进行铺设。

经由水力冲挖机组疏挖的污染底泥,汇集于泵站处,由接力泵通过管道排放至处理场地。清淤底泥的输送管线主要由两种形式组成,泥浆泵使用管线全部为软管,接力泵站至弃土处理厂所用管线为钢管。

3.4.1.4 底泥处置工程

(1)底泥处置技术

综合考虑本项目实际情况,采用土工管袋脱水固化工艺。

土工管袋是一种由高强土工织物制成的大型管袋及包裹体,其直径可根据需要变化,实际应用中最大已超过10m,长度可达数十米。土工管袋最初用于沿海工程中,近几年逐渐被用于江河湖海淤泥脱水处理,这种技术是在水下疏挖的过程中将高分子调理剂按一定比例剂量的溶液投入到淤泥泥浆,打入到管袋通过底泥自身重力作用和袋体材料本身的滤水作用,实现泥浆的脱水,以达到减少污泥体积的效果。

(2)污染底泥处置方案

土工管袋固化工艺主要包括清淤系统、调理系统、土工管袋吹填系统,工艺流程图如下。

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图3.4-7 土工管袋工艺流程图

1)清淤系统。采用泥浆泵水力疏挖进行河道底泥疏挖,通过封闭管道将清淤泥浆输送至土工管袋。

2)调理系统。主要由调理剂制备间、输送泵等组成。用于制备泥浆调理剂,并通过计量装置输送到清淤管道中,与清淤泥浆进行混合,完成泥浆调理。

3)土工管袋吹填系统。吹填前期需要进行场地平整,防止尖锐物体刺破土工管袋;堆填骨料多使用平滑且有较大间隙的物体,如鹅卵石等,为土工管袋底部排水创造条件;管袋铺设并固定完成即可进行吹填;一般情况下,多个土工管袋同时进行吹填,以匹配清淤设备的生产能力,防止管袋爆破。如需要多层吹填,需在上一层土工管袋吹填完成并达到稳定后,按照相同流程施工。

(3)堆场选择

根据选址原则,经过对海河两岸周边反复踏勘和调查,选定三个堆场。

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图3.4-8 堆场平面位置示意图

堆场1:面积2.2万㎡,位于巫家坝机场南侧草坪。

堆场2:面积1.1万㎡,位于宝华寺上游400m处,海河东侧,小板桥社区。

堆场3:面积1.35万㎡,位于海河与环湖东路东北方向拆迁区,海河东侧,原张家村。

(4)脱水土外运

土工管袋脱水土可按要求资源化利用,用于绿化、回填等。底泥经土工管袋处置脱水后,需晾晒3个月进一步干化,3个月以后运输至指定地点利用。

底泥经土工管袋脱水,并晾晒3个月后,自然淤泥与产生脱水土的体积比约为1.8:1,即1.8方自然淤泥经土工管袋脱水后形成1方脱水土。海河清淤工程量112309 m3,能够产生脱水土62394 m3。

(5)底泥资源化利用

疏挖底泥性质决定了底泥的处置利用方法,海河河底淤泥多是生活污染源,富含有机质,重金属监测指标合格,干化后可用于复耕或者道路绿化土壤。

3.4.1.5 海河生态补水工程

补水水源主要来自海河西侧的枧槽河。

(1)枧槽河及水量概况

枧槽河起于宝海公园后门,清水河与海明河汇合处,止于张家庙大清河交汇口,河道全长5.8 公里。流经关上、小板桥、六甲三个街道办事处的双桥村、日新村、向化村,在六甲张家庙汇入大清河流入滇池。汇水面积7.63 平方公里。原河道为主要城市纳污河,2006年进行了综合整治后,拓宽为16~20 米,过水流量每秒50 立方米。枧槽河常流量主要是来自昆明第十污水处理厂尾水,是向海河的补水的主要水源,常流量为10万m3/d。

补水的选水点取在枧槽河下游靠近大清河汇入口,流程末端,向海河补水并不影响枧槽河的生态水流量。同时,由于大清河与枧槽河交叉口附近有昆明第二污水处理厂尾水(10万m3/d)补水,在枧槽河末端取水对大清河下游的影响也较小。

(2)海河水量概况

雨季海河流域同样雨季降雨集中,历时短,降雨后一段时间内河道中断和上段均处于无水状态,旱季基本无有效降雨水。

旱季主要的水源为第十一污水处理厂尾水、东白沙河水库补水,第十一污水处理厂由于刚建成,目前尾水仅为0.5万m3/d左右,东白沙河水库库容较小,随着周边的快速发展,除去水库自身的生态及景观用水外,可控制和调节使用的水量很小。因此,海河常流水量仅为第十一污水处理厂尾水,流量为0.5万m3/d,补水点为虹桥路东三环虹桥立交南侧。

(3)补水水量及水量平衡

海河下段补水水量主要来自上游第九污厂尾水和枧槽河中第十污厂尾水,其中枧槽河取水规模按照7.5万m3/d考虑。加上海河上游污水厂来水,海河补水总量为8.0万m3/d。

生态补水工程由泵站建成后管理单位负责实施,不划在官渡区海河环保清淤与生态修复工程范围之内。

海河下段(广福路以下)河道主要梯形断面,广福路南侧河道底宽约16米,边坡坡度为1:2,受水点常水深为0.4,补水起始流速为0.19m/s。至下游水深越来越深,至福宝附近河宽约21米,矩形断面,水深约2.5米,水流速0.02m/s。

补水点水量平衡图如下。

图3.4-9 海河补水水量平衡图

3.4.1.6 河道生态修复工程

根据工程区水质、水深分布、流速和水生植物分布现状,可将河道生态修复区分为A、B、C和D共4个区域(见图3.4-10)。

(1)生态修复工程A区

该区包括断面16#-21#,其中断面16#-17#为直立砌体岸,断面18#-21#为石龙堤岸,河道长1735 m,水面面积5.66万m2;

环保清淤前流速0.06 m/s,河段水深变化在0.1-1.3 m,沿途岸边水生植物分布较多;

环保清淤后预计水深变化在0.6-1.5 m之间,平均水深为1.3 m;

该区拟实施工程措施:1)水体透明度快速提升及复氧工程;2)沉水植被修复工程。

(2)生态修复工程B区

该区包括断面22#-26#,全部为石龙堤岸,河段总长1224 m,河道面积2.59万m2;

环保清淤前流速0.05 m/s,水深变化在0.6-1.6 m,沿途岸边和水面几乎无水生植物分布;

环保清淤后预计水深变化在0.8-2.8 m之间,平均水深为1.6 m;

该区拟实施工程措施:1)水体透明度快速提升及复氧工程;2)沉水植被修复工程;

(3)生态修复工程C区

该区包括断面27#-36#,全部为石龙堤岸,河道总长2159 m,河道面积4.68万m2;

环保清淤前流速0.05m/s,河道水深变化在0.2-2.4 m,沿途岸边和水面几乎无水生植物分布;

环保清淤后水深变化在0.6-3.3 m之间,平均水深为2.1 m;

该区拟实施工程措施:1)水体透明度快速提升及复氧工程;2)沉水植被修复工程;

(4)生态修复工程D区

该区包括断面37#-39#,全部为石龙堤岸,河道总长880 m,河道面积1.27万m2;

环保清淤前流速0.05 m/s,水深变化在0.3-1.1 m;

环保清淤后水深变化在0.6-1.4 m之间,平均水深为1.1 m;

该区拟实施工程措施:1)水体透明度快速提升及复氧工程;2)水生植被群落构建工程;

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图3.4-10 海河下段生态修复工程分区图

3.4.1.7 组织实施与管理方案

海河环保清淤与生态修复工程项目可由政府自主组织建设,也可引入社会资本共同组织项目建设。建议通过公开招标方式遴选社会资本,由中选社会资本与与政府方共同成立项目管理公司负责建设以及运行管理,相关管理结构如下:

(1)项目实施机构

由官渡区政府授权官渡区水务局作为项目实施机构,水务局通过公开招标方式选择具有建设能力和运营能力的社会资本,并与其签定PPP协议,确定社会资本方投资建设、运营、维护、管理项目的权利和地位,代表政府方对项目全过程进行监督管理。

(2)社会资本

社会资本作为为本项目的投资建设人,负责与政府方共同出资成立项目公司。社会资本如具备承担项目设计施工的能力,可直接作为项目的设计施工总承包方,具体负责项目的设计、采购及施工任务。

(3)项目公司

项目公司作为项目建设单位,根据项目实际情况设立相应的适应性部门,具体负责项目的投融资、建设管理、维护等工作;对于社会资本无法承担的建设内容,通过招投标的方式选定承包方。

3.4.2 国外案例分析

在一些发达国家,河流生态修复已经有了大量成功的实践,不仅因为相关研究卓有成效,更有赖于一套切实可行的实施机制。相比之下,中国在实践上却进展甚微。过去,人们往往将原因归结为认识上的不足、法律的不健全或工程技术的落后等因素。随着人们认识的深入,通过对河流生态修复机制的研究将河流生态修复问题提升到一个新的层面。

河流生态修复研究而言,当前的研究多集中在单一作用因素,如相关法律法规、自然河流形态和功能以及生态修复理论或技术的研究等,但较少有对复杂实施机制的全面探索。动态性是指机制的运行必然是一个动态的过程。对河流生态修复实施机制组成部分的研究仍是静态的,而对各部分之间相互联系、协调以发挥作用的方式的研究,则将其提升到一个动态研究的层次。

选择英国、美国、加拿大安大略省、澳大利亚西澳州、新加坡和日本6条河流生态修复机制较为健全、机制运行效果较好的代表性国家/地区,试图通过比较研究如何建立健全的河流生态修复实施机制以及发挥各部分之间的联系与作用。

从所研究国家/地区的机制中,可以归纳出一个健全的河流生态恢复机制,一般包含相关法律、专门机构、技术规范3个部分,结合具体案例将分别就其各自概况和功能进行分析。

3.4.2.1 相关法律

法律具有强制力,因而是实施机制中必不可少的一部分。由于河流的处理方式是由多因素决定的,河流生态修复并非必须的选择,河流生态恢复的程度也须根据实际情况,不可一概而论。因此,这些国家/地区并没有专门针对河流生态修复的法律,有关内容一般分散在多个相关法律中(表3.4-1),从水污染防治、水资源管理、环境保护、动植物保护、防洪排水等不同角度,或多或少地为河流生态修复提供了一些依据。

表3.4-1 各国家/地区重要的相关法律概况

3.4.2.2 专门机构

虽然多数国家/地区并没有针对河流生态修复的专门立法,但它们大都有专门研究和推动河流生态修复的机构(表3.4-2)。很多时候,即便条件允许,由于认识上的不足或出于其他方面的考虑,生态修复未必是决策者的首选方式。在这种情况下,专事河流生态修复的机构便发挥了重要作用,它们是推动生态修复实施的重要角色。具体的推动方式包括。

表3.4-2 各国家/地区专门机构概况

(1)依靠行政力量。美国、西澳州、新加坡和日本的机构都是政府机构,它们一般在提供技术或设计指导的基础上,依靠行政力量来推行。特别是美国的联合联邦机构河流修复工作组,为15个联邦机构合作形成的联合体,包括美国陆军工程兵团、田纳西流域管理局等,本身又是河流相关项目的实施者。这些机构取得了以河流生态修复为目标的共识,推行就变得相当有力。

(2)提供技术支持。英国的河流修复中心依靠派专家赴现场参与、提供技术支持的方式推动。技术支持的提供方式十分灵活多样,实践者可以直接与RRC沟通以确定需要何种方式的支持。项目开始之前,RRC可以协助实践者制定适合场地特点的修复目标、寻找河流修复的可能性、提供相似案例的参考等。在设计和实施阶段,它可以对设计草图、技术设计和规划提出意见,在设计和实施中可以随时为实践者提供咨询。RRC还可以协助项目监测评价以及推广宣传等。总而言之,RRC虽不具有行政力量,但它靠强大的技术支持和无微不至的服务来推动河流生态修复的实施。

(3)发展合作关系。加拿大安大略省的“安大略河流”机构通过与各种有关的团体、机构(包括教育机构、社区团体、政府及非政府机构等)建立合作关系的方式进行推动。例如,安大略省有36个官方的流域保护局,经过多方努力,“安大略河流”与它们形成了合作伙伴。大约在20世纪90年代,实施一个河流生态修复项目可能需要多个不同政府机构的许可,而进入21世纪以后,“安大略河流”在进行相关项目时已经不需要经过它们的许可,而是得到更多的支持。

4)开展大型计划。有计划地开展和推动全国/区域范围内的项目也是很多机构采用的方式。这种方式从宏观出发,展现出一个美好的远景,并分期分步地实现。同时,这种方式具有较好的激励作用,因为每个项目可以借助总体计划的声誉和资源而得到更多支持。例如,RRC一直在全英国乃至整个欧洲范围内推动河流生态修复项目的实施,并建立了一个全国河流修复的清单和数据库。另一个著名的例子是新加坡的ABC水计划(ABC Water Programme),其目标是形成一个覆盖整个新加坡的绿色河流系统,计划到2030年将有超过100个项目被实施,截止到2012年,已有20多个项目竣工。它的旗舰项目加冷河(Kallang River)生态修复起到了良好的示范作用。

5)开展教育培训。本文研究的机构几乎都开展了教育和培训的工作,特别是从长远角度来看,意识的提高和相关知识的传播也是推动河流生态修复的重要方式。例如英国RRC的主要推动方式就是提供技术支持,因此特别重视教育培训。另外,除了上述国家或地区级的机构以外,在实际实施中,专门机构还可能是专门针对某个区域、流域、河流或河段临时成立的。它们与上述国家/地区级机构发挥着同样的作用,并且更有针对性,形式也更灵活多样。根据具体情况,它们可能是国家/地区级机构的下属机构,也可能是利益相关者自发组成的;可能是非营利组织,也可能是商业公司;可能是一个机构,也可能是多个相关机构组成的联合体。

3.4.2.3 技术导则

河流生态修复具有很大的灵活性,与本国家/地区的实际情况相切合的修复目标和标准是能够实施生态修复的关键。同时,河流生态修复的具体操作具有很强的技术性,技术上的指导和规范也必不可少。

本文所研究的国家/地区均制定了河流生态修复的导则文件,这些导则文件从当地实际情况出发,内容一般都包括了河流生态修复的基本目标、规划设计和技术指导以及监测评价的标准。

(1)修复到何种程度

在条件允许的情况下,将生态修复作为河流管理的目标这一点基本成为共识,然而生态修复本身的目标却是灵活的。对于修复到何种程度,即在多大程度上恢复河流受到干扰前的形态和功能的问题,不同的导则根据各地的情况有着不尽相同的主张。通过对这些导则的审视,不难发现,没有一个国家/地区试图将河流恢复到“完全自然”的状态。这一点不难理解,一方面由于历史原因和城市发展需要,“完全自然”根本无从实现,另一方面适当的工程设施也是必要的,过分强调生态与忽视生态一样,是将人与自然对立。其中,美国的《河流廊道修复原则、过程与实践》是这些导则中最倾向于“接近自然”的。虽然该导则强调了河流具有自我修复的能力,修复的目标是使河流达到一个可以自我恢复的水平,但对于人为干扰因素则强调尽可能将其消除,并认为这是“首要也是最重要的步骤”。因而美国的河流生态修复以非城市区域为多。这或许受到美国生态中心主义观念的影响,另一方面或许跟北美地广人稀的环境以及郊区化的发展方式有关。

《安大略河流修复手册》提出了与美国相对立的观点。这份手册中,“修复”没有使用“restoration”,而是使用了“rehabilitation”,并认为“restoration”倾向于通过消除干扰回到干扰前的状态,而“rehabilitation”则是在接受干扰因素的情况下恢复河流的生态功能和过程。其他几份导则在修复程度这个问题上基本都和《安大略河流修复手册》持相似的看法,虽然在“修复”一词的指称上不尽统一。

(2)对连续性的要求

1980年,Vannote提出河流连续体概念(the river continuum concept),强调沿河流的整个长度研究其结构和功能,这个概念在河流生态修复中得到了广泛重视。然而在实际实施中,由于存在多方面的限制,要做到整个流域或河流的“绝对连续”基本上是不可能实现的。1983年,Ward和Stanford在探索了“不连续”对整个流域影响的可接受范围的基础上提出了“序列不连续体概念”(Serial Discontinuity Concept),可以认为是“河流连续体”概念的完善。由此,必要的、无法改变的人类干扰因素与河流生态系统可以在“序列不连续体概念”的框架下和平共处。

在本文研究的导则中,与修复程度问题相似,美国的《河流廊道修复原则、过程与实践》相对来说最强调连续性,导则中对生态修复的过程及各种技术的阐述多从大尺度进行,对于影响河流连续性的干扰因素采取消除(removing)或改变(modification)的方式。

其他导则看起来更加接受序列不连续体的概念,在重视河流连续性的同时也接受干扰的存在。修复的尺度也更加多样,如新加坡对见缝插针的微小尺度也不忽视,因为当这种不连续的“点”达到一定数量以后,它们就组成了一个“相对连续”的整体。

(3)工程技术与规划设计指导

生态修复的具体实施涉及很多不同领域的知识,相关导则也从各国家/地区的实际出发,根据既有的研究和实践中的总结,为实践者提供了切实可行的指导。虽然河流生态修复是对“过度工程化”的一种矫正,但不代表生态修复排斥工程手段。生态修复的技术本质上是一种“生态工法”(Ecological engineering method)。这些导则中均包含了详细的相关生态工法的指导。新加坡的《ABC水设计导则》比较特殊,除了生态工法以外,还格外注重城市规划设计方面的考虑。作为一个城市国家,新加坡的流域面积占到整个城市面积的2/3。与其他导则不同,新加坡将城市中的广场、建筑和道路等都视为流域的组成部分,与其说是以流域为主要视角,不如说是以城市为主要视角。导则中创造性地提出了“ABC水设计元素”(ABC Waters design features)。“ABC水设计元素”可以认为是一系列雨洪模块,具有净化、滞留、引流和下渗等不同功能。这些模块与城市广场、建筑及道路等“流域元素”(Catchment Elements)结合,与河道一起形成城市绿色基础设施的网络。

(4)监测评价方式

在各国家/地区的努力下,每年都有大量的河流生态恢复项目实施,如何保证这些由不同组织机构设计与实施的项目能够达到生态标准?为了解决这个问题,多数导则都包含了监测评价(Monitoring /Evaluation/Certification)的内容。

英国、美国、加拿大安大略和澳大利亚西澳州的监测评价方式都是科学定量的,基本都包括监测目标的确定、指标和参数的选择、数据的采集和处理等内容。而新加坡的ABC水认证计划(ABC Waters Certification scheme)并不强调定量,它的指标体系包括活力、美丽、清洁、创新4个部分,每部分包含若干指标,每个指标对应一个分值。评价的目标和方式上类似于目前的“景观绩效”(Landscape performance)。遗憾的是,日本的导则中并未涉及监测评价的内容。目前,构建监测评价体系正在成为日本推进河流治理的一项措施。

3.4.2.4 治理案例

(1)美国基西米河生态修复过程

基西米河生态修复是一个典型的政府主导的自上而下的修复实践。基西米河位于美国佛罗里达州,为了防洪的目标在20世纪60—70年代进行了大规模的渠化,蜿蜒的自然河道变成了几段接近直线的人工运河,河道及两岸生态遭到严重破坏。从20世纪70年代后半期开始,美国相关部门开始了一系列生态修复的尝试。认识到基西米河生态问题之后,佛罗里达州议会于1976年通过了《基西米河生态修复的法案》。USACE和南佛罗里达水资源管理局(South Florida Water Management District,简称SFWMD)共同扮演着专门机构的角色。首先,USACE于1975—1985年研究了之前防洪工程的影响,之后SFWMD在1984—1990年开展了示范工程,通过修建新的拦河坝将水位抬高,使原来的河道和河滩湿地能够重新形成季节性水位浮动。但这次修复仍是以最大经济效益为目的,并未将生态恢复作为最主要目标,措施上也并未对河流的整体性予以足够重视。因而SFWMD于1988年召开了基西米河生态修复研讨会,随后USACE于1990年展开了新的可行性研究,基于示范工程得到的成果和问题,调整了修复目标,并提出了新的工程水利标准和具体实施的策略和技术,为之后的实施工作提供了指导,这些早期的探索为后来FISRWG的技术导则提供了重要参考。由于基西米河生态修复是一个较早的生态修复实践,一开始尚未形成成熟的机制,但仍能明显地看到一个包含了多个组成部分并相互联系的系统,以及专门机构在整个过程中所起到的媒介作用。USACE和SFWMD在《基西米河生态修复的法案》的要求下展开工作,制定并不断调整生态修复的目标、方法、参数和监测标准,从联邦政府和州政府拨款中获得工程费用,其自身也扮演着实施者的角色。

(2)夏米纳德大学环境俱乐部与安大略河流的合作

1999年开始,安大略的夏米纳德大学环境俱乐部(Chaminade College School Environment Club)就参与到“安大略河流”的“认领一条河流”计划中,至今已成功与“安大略河流”合作开展了一系列的河流修复工作。正如前文所述,该计划采取了典型的自下而上的方式。环境俱乐部筹集了来自道明加拿大信托银行的环境之友基金(TD Canada Trust Friends of the Environment)、自然资源部的社区渔业和野生动物参与项目(Ministry of Natural Resources-Community Fisheries and Wildlife Involvement Program)、加拿大壳牌石油公司(Shell Canada)等超过66 000美元的资金,并与自然资源部、多伦多地区环保局(Toronto Region Conservation Authority)以及公民环境监督(Citizen's Environmental Watch)等机构建立了合作关系。类似的团队还有很多,他们都是在“安大略河流”的指导下,自发地与法律政策、技术支持、资金来源及合作伙伴以及实施者建立联系,从而卓有成效地推进安大略省的河流修复工作。

(3)英国泰晤士河的治理

从1850年开始,泰晤士河共进行了两次治理。1852年 至1891年是泰晤士河污染治理的第一阶段,主要为建设河坝筑堤与城市污水排放系统,并基本确定了河流污染治理的基本规划。这次治理是在伦敦以东25km处平行于泰晤士河修建两条长161km的拦截式大型下水道,污水经市区污水排放管网及排水沟排入这两条下水道,再由下水道将污水送到位于泰晤士河感潮段排污口的污水仓库中,污染即被转嫁给泰晤士河下游。这种措施在一定时间内降低了伦敦主城区河段的污染状况,但是通过隔离下水道将污染转移到下游以及海洋,缺失相关的污水处理设施进行水质达标净化,这种对策本身并不具有可持续性。所以在1886年之后,修建了Beckton、Crossness Riverside和Mogden4个污水处理厂。1955年至1975年,泰晤士河开始了第二阶段的治理。这一阶段治理的最大特点就是从地方分散治理转换为全流域的管理。这一时期最主要的行为就是对污水厂进行了合理的优化,整合了资源,提高了净化效率。伦敦原有的180个污水处理厂缩减为十几个较大的污水处理厂,例如其中的贝肯污水处理厂是当时欧洲最大的污水处理厂。此外,泰晤士河还采取了对河流充氧的措施来提高河流的溶解氧。当然这一时期最重要的一项政府举措即在60年代成立了泰晤士河水务局,这是一项重大制度创新。

1975年后,泰晤士河的治理进入了成果巩固阶段。这一时期主要对污水处理设施进行了相关技术改造,不少新技术如遥测技术等开始使用。此外,两岸的经济结构与模式也进行了转型,煤气厂以及炼油厂等工业企业相继关闭,取而代之的是各类服务机构与文化企业。

经过100多年的治理,泰晤士河流域的水污染整治取得了令世人瞩目的成果,泰晤士河又恢复了往日的天然状态。据统计,1967年泰晤士河仅有34种鱼类,到了1977年鱼群种类增加到96种,10年时间里鱼群种类就增加了两倍多。进入80年代,河流水质已恢复到17世纪的原貌,水质也已再次达到饮用水标准。如今的泰晤士河被认为是世界上流经都市地区水质最好的河流。

3.4.3 经验与启示

由于不科学的河流湿地开发导致河流廊道连续性被破坏,有些地方政府往往因顾及眼前的经济利益,而疏于对破坏河流湿地景观的开发项目的控制,使得很多河流湿地的景观和生态稳定性在逐步丧失,因此,现阶段对我国河流湿地的保护尤为重。国内外成功的治理案例给我们提供了很好的经验与启示。

(1)加强河流湿地水环境污染控制技术手段

河流湿地的水污染控制应推行多目标、多层次、多因素的综合技术,做到污染控制的点、线、面相结合。在我国河流生态系统修复的实践中,借鉴发达国家经验的同时,应立足国情,综合考虑我国的发展状况以及自然条件,利用生态系统自身的调控功能,实现生态系统的自我修复,重点是减轻对河流生态系统的胁迫,包括治理和控制水污染,保持最低生态需水量等。不断研究探索河流湿地水环境污染治理和生态修复的技术,为实现河流生态系统长期的健康和稳定提供技术保障。

(2)建立高效的流域管理机构,推行多部门协商机制

目前我国相关的法律正日趋完善,相关的技术导则也已出台。但是突出的问题是缺乏专门的机构。很多地方政府和民间团体一直在积极推进河流的生态治理,潜在的实施者在能力和数量上均有保障。因而,我国相关机制的主要问题即缺乏专事河流生态修复的机构将机制的其他部分联系起来,以推动河流生态修复的实施。一个高效的具有一定决策与协调手段的流域管理机构是提高流域水污染治理效率与效果的基本要求,有利于对区域内水污染治理作出统一的科学规划与管理。因此必须加强我国相关流域管理机构的建设,推行多部门协商机制。

(3)推进自然友好型河流治理方式,恢复河流生态廊道

中国城市化进程中盲目的开发导致了河流湿地水环境污染、自然景观破坏等问题。为此,我国应推进自然友好型为理念的可持续河流治理方式,恢复城市河流生态廊道。生态廊道具有防洪固土、清洁河道、净化空气、保护生物栖息地等作用,有助于河流湿地生态环境的恢复,保护内部生态环境免受外部干扰。我国城市的建设应顺从河流廊道的纹理,顺应河流边界的蜿蜒,强调其视觉延续性,应用绿道理论指导设计,合理协调人类活动与河流的自然生态关系。

(4)建立资金保障机制,开辟多种融资模式

河流流域治理是一项系统工程,需要进行较长时间的综合治理,其成果不是一蹴而就的。泰晤士河的治理从1858年至今,前后将近150年的时间。耗资巨大,整治费用多达300多亿英镑。党的十八届三中全会以来,整个中国的大环境将鼓励更多的社会资本进入到相关未开放的领域,这其中也将涉及较多河流流域治理层面。因此要充分调动政府、企业与社会的积极性,为私营部门进入污染治理领域创造制度与政策环境,从而造就多元化融资模式。

(5)构建政府部门与流域企业的和谐关系

经济开发与环境保护之间肯定会有冲突,关键是如何与开发商建立对话关系,强制罚款并不能代替环境破坏所损失的财富。因此泰晤士河在治理过程中并没有关闭沿岸企业与工厂,相反提高了其排污等相关指标。全面实行“污染者付费”原则,并制订了相关法律,加快促进沿岸产业结构的转变。秦淮河在治理过程中,关闭了一些违建工厂,政府授权秦淮河建设开发公司特许经营项目收益。在其管养的一定绿地范围内,经营秦淮河水上旅游、广告经营权及旅游配套设施。因此,由于不同利益主体在河流治理中所扮演不同的角色,创新政府与企业关系,对于我国水污染治理有着重要的意义。

(6)加强教育与宣传,提高公民水环境意识

河流湿地的水环境治理与每一个人的生活息息相关,是每一个人的义务与责任。只有整个社会的关注才能根治河流湿地水环境污染问题。培养全社会共同保护河流湿地的意识,建立有利于广大市民积极参与规划决策的机制,让市民的参与贯穿于河流湿地资源调查、河流湿地规划设计以及评价的全过程。

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