鄭天柱 周建仁
(河海大學水文水資源及環(huán)境學院,江蘇南京市，210098)

1 前　言

　　我國沿海河網(wǎng)地區(qū)和感潮河段，多為閘控河流，水環(huán)境容量小，水體一旦污染即難以恢復。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，含有機物質(zhì)的生活廢水和工業(yè)污水排入河道導致河水含氧量下降。這一問題在城鎮(zhèn)和郊區(qū)普遍存在，在迅速發(fā)展的城市往往更為嚴重，因為人口增長速度遠遠大于廢水收集和處理設施的增長速度。近年來，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用農(nóng)藥化肥為主的非點源污染已經(jīng)成為河流的主要污染源。從河流水質(zhì)管理的角度來看，河道水體都是具有某種特定功能的，這個功能要求包括保證公眾健康；滿足生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)日常增加的取水量要求；滿足商業(yè)、娛樂和漁業(yè)的用水需求；滿足相關的景觀和旅游用水。
　　國外[1]河流恢復研究的75％是致力于河道形態(tài)的恢復，大約40％是嘗試恢復喪失的河岸植被和濕地群落。自然恢復與重建距離河流生態(tài)的良性循環(huán)要求還相差甚遠。目前大多數(shù)功能恢復是在小河流中實現(xiàn)的，并且是在小尺度上進行的（長度在5公里左右）。我國在河流污染恢復方面已做了一些工作[2]：如天津市南排污河的整治中，提出上游采取曝氣緩流沉降方法，中游河段作為“自然氧化塘”，下游采用砂濾、兼性氧化塘和放養(yǎng)水葫蘆等綜合方案。

2 研究方法

　　2.1生態(tài)工程學理論
　　天然河道是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，由不同的棲息生物群落所組成。這個生態(tài)系統(tǒng)的物理結(jié)構廣義上可以分為：水體的河床(水生物區(qū))、水交換區(qū)(兩棲區(qū))和受水影響的河岸區(qū)。三個區(qū)有不同的水文特征，它們直接或間接地制約著生物群落。
　　河流的物理化學特性如流速、侵蝕與淤積、地層特性、光、溫度和氧，對其生物特性具有十分重要的作用。
　　河流生態(tài)：浮游生物群是指與河流的水生物區(qū)中流動的水有關聯(lián)的游動或浮游的生物。河流的浮游植物只有當其生長速度達到了在水流滯留時群體量能成倍增長的程度，才能保持它的群體。底棲動物主要由無脊椎動物組成，它們生活在河床或靠近河床的地方。不同種類的底棲生物分別適應于不同的水環(huán)境條件。水中附著植物(Periphyton)是一種顯微型植物，通常出現(xiàn)在巖石、砂粒和淤泥的表面。這種表層藻類附著在高等植物的莖、枝、葉的表面生長，不易脫離附著的物體，它們的營養(yǎng)得到不斷補充。巨型植物是根植于或附著于河床質(zhì)的植物。河流中的巨型植物的成分和茂密程度通常比較穩(wěn)定，但是存在季節(jié)和年際變化。有些浸沒在水中，有些則漂浮在水面或完全暴露在空氣中。因為巨型植物需要一定的光透入和營養(yǎng)條件，這種植物的成分和茂密程度也是指示水質(zhì)富營養(yǎng)化以及河床物理條件的標志，巨型植物為細小的無脊椎動物和魚卵提供了庇護場所。
　　2.2污水凈化機理
　　以生態(tài)工程學理論為基礎，全面調(diào)查流域污染源類型和成分，采取污染河道綜合生態(tài)治理措施。首先著力于污水源頭的凈化與水質(zhì)恢復。借鑒國內(nèi)外的研究成果和工程實例，受污河流恢復凈化能力可以采用的方法有：
　　（1）加大河流的枯水流量。加大枯水流量可通過抽水貯存措施或者由水工建筑物合理運行來加大枯水流量，增加河流的稀釋能力，從生態(tài)工程的角度，則應當在流域內(nèi)種草植樹，增加地下水的涵養(yǎng)量。貯水工程就優(yōu)先考慮地下工程，減少水的蒸發(fā)。
　　（2）采取人工增氧。增氧是近年來污染河流恢復中一種應急方法，尤其對城市水環(huán)境的整治起到了一定的作用。從恢復生態(tài)學的角度，應當充分利用天然水壩的跌水、水閘泄流和人工水上娛樂設施進行增氧。滯流水域可以設計人工增氧為主的梯級復氧來改善水環(huán)境質(zhì)量。
　?。?）河流專門化或修建凈水湖。把天然河道的功能規(guī)定為承納污水或修建人工凈化湖，以確保主要河流有較大自凈能力，承污河道或人工凈化湖則采用以穩(wěn)定塘為基礎的逐級凈化技術進行水質(zhì)恢復。
　?。?）生態(tài)化工程措施。生態(tài)化工程措施則要求恢復河岸植被，利用水葫蘆等水生植物提高水域凈化能力；恢復河岸天然濕地，種植蘆葦、香蒲等濕地植物；根據(jù)生物膜自凈原理采用薄層流法和接觸法等提高自凈效果；改變水環(huán)境生態(tài)鏈結(jié)構的單一性。
　　對受污染的河道進行分級恢復研究，下面結(jié)合工程實例進行分析。
　　新沂河北泓為蘇北腹地的污水專線[3]，其污水凈化采用生態(tài)工程設計，西起沭河交匯處，向東有四座水閘對污水進行調(diào)控，三座污水地涵，連同沭河口以上的塔山閘和王莊閘，將污水專線分隔成形狀狹長的五級河段穩(wěn)定塘。見表1。

表1 新沂河北泓污水專線五級河段穩(wěn)定塘構成 分級 起止段 長度（km） 槽蓄量（m3） 正常情況（流量5m3/s）
污水停留時間（d） 第一級 沭河塔山閘-沭河王莊閘 14 4.0×10⁶ － 第二級 沭河王莊閘-穿淮沭河地涵 － 6.0×10⁶ 13.9 第三級 穿淮沭河地涵-穿叮當河地涵 38 2.4×10⁶ 5.6 第四級 穿叮當河地涵-穿鹽河地涵 10 0.4×10⁶ 0.9 第五級 穿鹽河地涵-新沂河北中泓擋潮閘 55 1.59×10⁶ 3.7

　　水質(zhì)模擬：根據(jù)污水河段的凈水特點，正常情況下（下泄污水流量為5 m3/s），采用一維穩(wěn)定模型模擬污水CODMn的變化規(guī)律。特殊情況（王莊閘翻倒，大量污水下泄），此時生物降解作用對水質(zhì)變化的貢獻很小，稀釋作用成為水質(zhì)變化的主導因素。

3 結(jié)果與討論

　　3.1計算結(jié)果：計算結(jié)果如表2。結(jié)果顯示，污水在正常情況下，經(jīng)過五級穩(wěn)定塘凈化，到達河口擋潮閘時，水質(zhì)CODMn的濃度達到Ⅲ類水標準。當污水大量下泄時，污水停留時間短（2.5天），水質(zhì)變化主要是由稀釋作用所控制，生物降解較弱，故到達擋潮閘時，CODMn的濃度只下降到14.9mg/L。此時應當加強王莊閘的管理。

表2 各級河段穩(wěn)定塘出水CODMn濃度模擬結(jié)果 排污狀況 流量
（m3/s） 各斷面CODMn的濃度（mg/L） 王莊閘 沭陽閘 叮當河河口 鹽河口 擋潮閘 正常情況
5 30 11 7.4 6.9 5.3 特殊情況 － 30 18.6 16.4 16.1 14.9

　　3.2 討論：
　?。?）滿足河流生態(tài)需水量[4]是缺水地區(qū)恢復河流生態(tài)的關鍵。
　?。?）河道管理措施如堰閘控制、抽水調(diào)水等，改良河流的理化特性，以利于生態(tài)恢復。
　?。?）對于污染嚴重的河流，恢復工程實施之前，應預先清除河道底泥，控制水土流失。

4 結(jié)論

　　污染河道的生態(tài)恢復是一項跨地區(qū)、跨行業(yè)的綜合性系統(tǒng)工程[5]，其研究內(nèi)容涉及兩方面，即如何將缺損的生態(tài)系統(tǒng)重新改造使之恢復原有的生態(tài)功能；在此基礎上，協(xié)調(diào)人與自然生態(tài)的關系。就污染河流凈化能力的恢復而言，生物的多樣性恢復至關重要，河水溶解氧水平則是一個關鍵，氧含量的恢復依靠水流的紊流強度。因此，河道的水流狀態(tài)、復氧能力、生物鏈的結(jié)構是河流恢復生態(tài)的主要因素。

5　參考文獻

　　[1]..張永良等.我國水環(huán)境容量研究與展望.環(huán)境科學論文集[M].中國環(huán)境科學出版社.1990.5:165~175.