王朝勇，程 穎，余歆睿，肖玲敏，喬利偉，胡玉青，姜 偉

(1.蘇州市水利工程管理處，江蘇 蘇州 215011；2.蘇州市水利工程建設(shè)處，江蘇 蘇州 215011；3.蘇州市河道管理處，江蘇 蘇州 215004)

平原河網(wǎng)區(qū)通過調(diào)水引流引入優(yōu)質(zhì)水源、合理調(diào)度運行，不僅能稀釋污水，增加水環(huán)境容量，更重要的是能激活水流，增加流速，使水體中氧濃度增加，水體自凈能力增強，水生生物活性增強，通過多種生物的新陳代謝作用達到凈化水質(zhì)的目的[1]。在感潮河網(wǎng)地區(qū)，充分利用充沛的過境清水和感潮河網(wǎng)潮汐水動力特性，發(fā)揮己建水利工程作用進行調(diào)度，促進水體良性循環(huán)，具有效果好、費用低、運行管理相對簡單的特點。

國內(nèi)自20世紀80年代末開始引水沖污、引清調(diào)水改善水環(huán)境的試驗嘗試[2- 5]。蘇州自2014年開展了“活水自流”工程建設(shè)，通過引清調(diào)水增加水環(huán)境容量、河道流速，利用已有閘泵站和新建活動溢流堰調(diào)控水位，合理分配河道分流比，實現(xiàn)河道按需分配，水體有序流動，最大程度地發(fā)揮河道的功能[6- 7]。

本文選擇水系發(fā)達的蘇州作為研究對象，通過源水清水工程，實現(xiàn)源水去污和清水入?yún)^(qū)，通過控導(dǎo)工程，實現(xiàn)片區(qū)內(nèi)水系水量和流向的精準化控制，研究平原河網(wǎng)區(qū)引清入城的改善效果，以期為水資源高效利用、水環(huán)境改善提供參考。

1 區(qū)域概況及水環(huán)境現(xiàn)狀

1.1 區(qū)域概況

蘇州市坐落于富庶的長江三角洲地區(qū)地理中心，太湖之濱，地形以平原為主，本文研究區(qū)域所在的平江歷史片區(qū)屬于蘇州市姑蘇區(qū)，姑蘇區(qū)河道縱橫有序，水網(wǎng)密度大，區(qū)內(nèi)西郭橋浜以南區(qū)水系呈發(fā)散性網(wǎng)狀分布，中部為已有千年歷史環(huán)繞蘇州古城的矩形環(huán)城河，環(huán)城河內(nèi)水系發(fā)達，主要河道包括臨頓河、平江河、桃塢河、干將河、道前河、十全河、學士河等，現(xiàn)有河道總長34.72km。

姑蘇區(qū)內(nèi)地勢低平，河流比降小，水流平緩、迂回，順逆不定。2014年古城區(qū)實施“活水自流”后，城內(nèi)水位受人為控制，以西塘河-北環(huán)城河為界，北片北環(huán)城河水位控制在3.3m左右，南片大龍港等周邊河道水位控制在2.8m左右。南北形成穩(wěn)定水勢，結(jié)合外圍控制樞紐的聯(lián)合調(diào)度，城區(qū)河道總體形成由北向南流水。

1.2 水環(huán)境現(xiàn)狀

蘇州近年來實施了一系列節(jié)水、減排、控源、截污、調(diào)水等工程[8]，全市水功能區(qū)水質(zhì)達標率由2010年的50.5%上升到2017年的80.40%，V類和劣V類水質(zhì)斷面則由43.9%下降到2.0%，水環(huán)境治理取得了較大的成效。但目前仍存在以下問題。

1.2.1源水水質(zhì)濁度偏高

蘇州市區(qū)景觀河道的水源主要來自于西塘河、外塘河的引水。水源水質(zhì)濁度較高，最高值達到87.3NTU，平均值為51.6NTU；水體的感官性指標如嗅味、透明度等較差，在5—9月期間，常能檢測出土腥味；區(qū)域供水水源水質(zhì)基本保持穩(wěn)定為III～V類。

1.2.2河道水質(zhì)感觀效果不佳、質(zhì)量不穩(wěn)定

河道水體透明度仍基本維持在30～50cm，與百姓的期望值尚有較大差距。

1.2.3河道水生態(tài)系統(tǒng)受到破壞

由于水體懸浮物(濁度)較高，透明度低，河底光照差，難以滿足水生植物生長光照需求，河道水生態(tài)恢復(fù)非常不理想。同時，每年春、夏季藻類生長繁盛，外部調(diào)水將會引入大量的藻類進入古城區(qū)河道，進一步惡化水生態(tài)系統(tǒng)的健康。

1.2.4河道水流控制難度大

古城區(qū)雖然整體水勢由北向南而降，但由于古城區(qū)河道數(shù)量眾多，縱橫交錯，區(qū)域內(nèi)部分河道缺少控導(dǎo)措施，局部河道水系呈現(xiàn)逆向流動或靜止“死水”現(xiàn)象。

2 清水工程內(nèi)容

2.1 源水清水工程

通過水質(zhì)調(diào)配、氣浮、沉淀、過濾等成熟的水質(zhì)凈化處理方式；或者基于人工濕地和水生植物的自然凈化方式，源水去污，提升源水水質(zhì)，實現(xiàn)“清水”入?yún)^(qū)。

2.1.1源水清水工程規(guī)模

平江歷史片區(qū)清水工程核心目標是透明度等感觀指標的改善，以清水作為補水水源為研究前提，在蘇州整個城區(qū)清水入城水質(zhì)水量模擬的基礎(chǔ)上，根據(jù)實測模型和數(shù)學模型論證，清水供水模擬本著適當流速和清水置換速率、減少入?yún)^(qū)清水量的原則，結(jié)合平江歷史片區(qū)內(nèi)河道分布分析流量對置換時間和生態(tài)流量的影響，適當考慮一定的抗風險能力和應(yīng)急送清能力，綜合擬定入城凈水規(guī)模。

2.1.2源水清水工程工藝

平江歷史片區(qū)水源水質(zhì)表現(xiàn)為常年濁度、色度高，并伴有藻類季節(jié)性繁殖的特點，水體環(huán)境基本為III～IV類的質(zhì)量標準。由于河道水體污染物水平整體與黑臭河道有本質(zhì)區(qū)別，結(jié)合本次項目目標，消除直接影響感官指標懸浮物因素，首要目標是提高水體的透明度，提升感觀效果，同時需要考慮降低耗氧量、氮和磷，有效控制藻類在后續(xù)河道內(nèi)繁殖生長因素。

2.1.2.1 預(yù)處理技術(shù)

預(yù)處理作為水質(zhì)固液分離凈化設(shè)施的第一個處理單元，對保證后續(xù)處理設(shè)施的穩(wěn)定運行具有重要作用[9]。通過建設(shè)預(yù)處理設(shè)施，可初步去除水體中可能出現(xiàn)的沖擊性濁度、藻類等問題。水中無機顆粒和大直徑有機顆?？孔匀怀恋碜饔每扇コ?，小直徑有機顆粒靠微生物降解作用去除，而小直徑無機顆粒(包括尺度大小在膠體和亞膠體范圍內(nèi)的無機顆粒)則要靠絮體吸附、網(wǎng)絡(luò)作用，通過沉淀、氣浮去除。

2.1.2.2 凈水主體工藝

凈水處理工藝中常采用混凝氣浮一體化、人工濕地生態(tài)處理技術(shù)、保安過濾+生態(tài)膜過濾技術(shù)[10- 11]，其性能對比結(jié)果見表1。

結(jié)合源水水質(zhì)情況、用地規(guī)模、運行穩(wěn)定、水質(zhì)要求等因素，混凝+氣浮+砂濾和人工濕地方案主要在出水生態(tài)兼容性、出水水質(zhì)和占地面積幾個方面均存在難以克服的問題，而預(yù)處理+保安過濾+生態(tài)膜過濾方案可以利用生態(tài)膜的高效物理截留方法，處理效果穩(wěn)定、高效、空間利用率高，特別適合于無充足土地可供、出水要求高的場合，在本項目條件下具有明顯的技術(shù)和配套條件等方面的優(yōu)勢。因此本工程推薦選用預(yù)處理+保安過濾+生態(tài)膜過濾凈水方案，確保實現(xiàn)平江歷史片區(qū)河道透明度和感觀效果明顯提升的目標。

表1 三種凈水處理工藝比較表

2.1.2.3 排泥水處理方案

河道水體中含有多種有機與無機物質(zhì)，通過凈水工藝處理，大部分均以生產(chǎn)排泥水的形式存在，由于含水率高、量大，需經(jīng)過減量化處理，以便于運輸與后期處置，并盡量實現(xiàn)資源化。

本方案擬設(shè)計板框脫水機對排泥水進行處理，板框脫水機的優(yōu)點是一次性處理量大，脫水泥餅含固率高，能夠很大程度上節(jié)省污泥堆置，對于河水懸浮物產(chǎn)生的泥餅可直接脫水至60%。盡量降低泥餅含水率，減少污泥產(chǎn)量，減輕后續(xù)運輸和處置壓力。脫水后泥餅由環(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一處理。

2.2 控導(dǎo)工程

通過閘門修復(fù)和改造有控制地自流配水，確保經(jīng)過處理后的清水可以針對性地自北向南、自西向東供給平江歷史片區(qū)河道，實現(xiàn)片區(qū)內(nèi)水系流向有效控制，同時建設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測平江歷史片區(qū)內(nèi)河道關(guān)鍵水體交換點的水質(zhì)變化，以更有效地遠程控制閘門啟閉及開度，精準控制河道水量分配，高效發(fā)揮清水工程實施效果，提高水體水質(zhì)穩(wěn)定性。

2.2.1閘門修復(fù)與改造

通過閘門修復(fù)和改造，建立基于在線監(jiān)測系統(tǒng)的閘門精準化調(diào)控，實時動態(tài)調(diào)節(jié)各閘門的出水流量和水系流態(tài)。

對于具備修復(fù)條件的閘門進行修復(fù)，不具備修復(fù)條件的進行整體更換，避免閘板漏水，使其具備小流量出水條件，實現(xiàn)水流流向和流量的精準化控制。

2.2.2在線監(jiān)測

在線監(jiān)測裝置主要分布于各閘門附近，實時監(jiān)測平江歷史片區(qū)內(nèi)河道關(guān)鍵水體交換點的水質(zhì)，包括濁度、溶解氧和液位等指標，以更有效地遠程控制閘門啟閉及開度。

3 結(jié)論

清水工程主要采用以生態(tài)膜過濾河道源水為主體單元的工藝路線，處理效果穩(wěn)定可靠，出水水質(zhì)生態(tài)兼容性好，有利于水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，風險較低，在政策、資金、技術(shù)工藝和工程實施方面均具有良好可行性，結(jié)合控導(dǎo)工程精準控制河道水量分配，促進水體流動，顯著提升蘇州姑蘇區(qū)河道水質(zhì)，河道透明度達到1m以上，大大提升河道感官，具有顯著的環(huán)境和社會效益，可為其他平原河網(wǎng)地區(qū)水環(huán)境改善提供參考。