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

1 前　言

　　我國(guó)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(fù)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，含有機(jī)物質(zhì)的生活廢水和工業(yè)污水排入河道導(dǎo)致河水含氧量下降。這一問(wèn)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(yán)重，因?yàn)槿丝谠鲩L(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于廢水收集和處理設(shè)施的增長(zhǎng)速度。近年來(lái)，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用農(nóng)藥化肥為主的非點(diǎn)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(lái)看，河道水體都是具有某種特定功能的，這個(gè)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(lè)和漁業(yè)的用水需求；滿足相關(guān)的景觀和旅游用水。
　　國(guó)外[1]河流恢復(fù)研究的75％是致力于河道形態(tài)的恢復(fù)，大約40％是嘗試恢復(fù)喪失的河岸植被和濕地群落。自然恢復(fù)與重建距離河流生態(tài)的良性循環(huán)要求還相差甚遠(yuǎn)。目前大多數(shù)功能恢復(fù)是在小河流中實(shí)現(xiàn)的，并且是在小尺度上進(jìn)行的（長(zhǎng)度在5公里左右）。我國(guó)在河流污染恢復(fù)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(xué)理論
　　天然河道是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，由不同的棲息生物群落所組成。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)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(gè)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(xué)特性如流速、侵蝕與淤積、地層特性、光、溫度和氧，對(duì)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(dòng)的水有關(guān)聯(lián)的游動(dòng)或浮游的生物。河流的浮游植物只有當(dāng)其生長(zhǎng)速度達(dá)到了在水流滯留時(shí)群體量能成倍增長(zhǎng)的程度，才能保持它的群體。底棲動(dòng)物主要由無(wú)脊椎動(dòng)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(yīng)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(zhǎng)，不易脫離附著的物體，它們的營(yíng)養(yǎng)得到不斷補(bǔ)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(méi)在水中，有些則漂浮在水面或完全暴露在空氣中。因?yàn)榫扌椭参镄枰欢ǖ墓馔溉牒蜖I(yíng)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(yíng)養(yǎng)化以及河床物理?xiàng)l件的標(biāo)志，巨型植物為細(xì)小的無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)卵提供了庇護(hù)場(chǎng)所。
　　2.2污水凈化機(jī)理
　　以生態(tài)工程學(xué)理論為基礎(chǔ)，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(fù)。借鑒國(guó)內(nèi)外的研究成果和工程實(shí)例，受污河流恢復(fù)凈化能力可以采用的方法有：
　?。?）加大河流的枯水流量。加大枯水流量可通過(guò)抽水貯存措施或者由水工建筑物合理運(yùn)行來(lái)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(yīng)當(dāng)在流域內(nèi)種草植樹(shù)，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)。
　?。?）采取人工增氧。增氧是近年來(lái)污染河流恢復(fù)中一種應(yīng)急方法，尤其對(duì)城市水環(huán)境的整治起到了一定的作用。從恢復(fù)生態(tài)學(xué)的角度，應(yīng)當(dāng)充分利用天然水壩的跌水、水閘泄流和人工水上娛樂(lè)設(shè)施進(jìn)行增氧。滯流水域可以設(shè)計(jì)人工增氧為主的梯級(jí)復(fù)氧來(lái)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(chǔ)的逐級(jí)凈化技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)恢復(fù)。
　?。?）生態(tài)化工程措施。生態(tài)化工程措施則要求恢復(fù)河岸植被，利用水葫蘆等水生植物提高水域凈化能力；恢復(fù)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(gòu)的單一性。
　　對(duì)受污染的河道進(jìn)行分級(jí)恢復(fù)研究，下面結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)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(shè)計(jì)，西起沭河交匯處，向東有四座水閘對(duì)污水進(jìn)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(zhǎng)的五級(jí)河段穩(wěn)定塘。見(jiàn)表1。

表1 新沂河北泓污水專線五級(jí)河段穩(wěn)定塘構(gòu)成 分級(jí) 起止段 長(zhǎng)度（km） 槽蓄量（m3） 正常情況（流量5m3/s）
污水停留時(shí)間（d） 第一級(jí) 沭河塔山閘-沭河王莊閘 14 4.0×10⁶ － 第二級(jí) 沭河王莊閘-穿淮沭河地涵 － 6.0×10⁶ 13.9 第三級(jí) 穿淮沭河地涵-穿叮當(dāng)河地涵 38 2.4×10⁶ 5.6 第四級(jí) 穿叮當(dāng)河地涵-穿鹽河地涵 10 0.4×10⁶ 0.9 第五級(jí) 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(diǎn)，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(shí)生物降解作用對(duì)水質(zhì)變化的貢獻(xiàn)很小，稀釋作用成為水質(zhì)變化的主導(dǎo)因素。

3 結(jié)果與討論

　　3.1計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果如表2。結(jié)果顯示，污水在正常情況下，經(jīng)過(guò)五級(jí)穩(wěn)定塘凈化，到達(dá)河口擋潮閘時(shí)，水質(zhì)CODMn的濃度達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)污水大量下泄時(shí)，污水停留時(shí)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(dá)擋潮閘時(shí)，CODMn的濃度只下降到14.9mg/L。此時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)王莊閘的管理。

表2 各級(jí)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(yáng)閘 叮當(dāng)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：
　　（1）滿足河流生態(tài)需水量[4]是缺水地區(qū)恢復(fù)河流生態(tài)的關(guān)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(fù)。
　?。?）對(duì)于污染嚴(yán)重的河流，恢復(fù)工程實(shí)施之前，應(yīng)預(yù)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(fù)是一項(xiàng)跨地區(qū)、跨行業(yè)的綜合性系統(tǒng)工程[5]，其研究?jī)?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(fù)原有的生態(tài)功能；在此基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)人與自然生態(tài)的關(guān)系。就污染河流凈化能力的恢復(fù)而言，生物的多樣性恢復(fù)至關(guān)重要，河水溶解氧水平則是一個(gè)關(guān)鍵，氧含量的恢復(fù)依靠水流的紊流強(qiáng)度。因此，河道的水流狀態(tài)、復(fù)氧能力、生物鏈的結(jié)構(gòu)是河流恢復(fù)生態(tài)的主要因素。

5　參考文獻(xiàn)

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