溫 明

(上海諾山工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，上海 200333)

1 項(xiàng)目背景

首屆中國國際進(jìn)口博覽會(huì)于2018年11月于上海市國家會(huì)展中心舉辦，后期還將進(jìn)行多屆展覽，2017年初，進(jìn)口博覽會(huì)輻射區(qū)域水環(huán)境內(nèi)水環(huán)境較差，遠(yuǎn)不能滿足進(jìn)博會(huì)高品質(zhì)的水環(huán)境需要。

上海市虹橋商務(wù)區(qū)作為進(jìn)博會(huì)的舉辦地，市政府在制定5方面26項(xiàng)配套保障任務(wù)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮平臺(tái)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)作用，加強(qiáng)工作聚焦以點(diǎn)帶面，先行啟動(dòng)商務(wù)區(qū)市容環(huán)境綜合整治提升相關(guān)工作。2017—2019年上海市對(duì)中國國際進(jìn)口博覽會(huì)展館輻射區(qū)內(nèi)的水環(huán)境進(jìn)行綜合治理，保證進(jìn)博會(huì)期間能夠達(dá)到高品質(zhì)的水環(huán)境。

2 進(jìn)口博覽會(huì)輻射區(qū)內(nèi)水環(huán)境存在問題

經(jīng)調(diào)查，進(jìn)口博覽會(huì)輻射內(nèi)未全部截污或存在雨污混排；河道淤積，底泥污染嚴(yán)重；部分河段沿岸臟亂差，面源污染嚴(yán)重；水系連通性差，水流不暢、動(dòng)力差；部分河道已進(jìn)行河道駁岸建設(shè)，但均為漿砌塊石、鋼筋混凝土等硬質(zhì)擋墻，隔離了河道的水土交換，生態(tài)性極差；沿岸植被單一，部分河道基本無水生植物，河道生態(tài)系統(tǒng)脆弱。綜上，急需對(duì)進(jìn)博會(huì)輻射區(qū)的水環(huán)境進(jìn)行綜合治理，如圖1所示。

圖1 進(jìn)博會(huì)輻射區(qū)內(nèi)的水環(huán)境整治范圍

3 水環(huán)境治理常用技術(shù)分析

河道污染主要分為外源污染和內(nèi)源污染兩個(gè)方面，外源污染主要來自于河沿岸日常生產(chǎn)、活動(dòng)所產(chǎn)生的點(diǎn)源與面源污染，如初期雨水污染、雨污混排漏排污染、農(nóng)業(yè)面源污染等；內(nèi)源污染主要來自于底部淤泥溶出釋放的污染負(fù)荷。

上海市水環(huán)境治理常用的技術(shù)措施主要分為污染源消減、水生態(tài)修復(fù)及其他方式。

3.1 污染源消減

3.1.1截污納管

截污納管是最有效地污染物源頭消減措施，上海市目前城鎮(zhèn)污水處理已基本全覆蓋；農(nóng)村生活污水采用納管處理和就地處理兩種模式，大部分區(qū)域也實(shí)現(xiàn)了污水入河截?cái)唷?/p>

部分老城區(qū)位于近年的動(dòng)遷計(jì)劃內(nèi)，居住人口密度大、建筑物密集，道路比較狹窄，無法實(shí)現(xiàn)雨污分流建設(shè)，故近年于水環(huán)境治理中，主要采用沿河截污方式對(duì)此類區(qū)域入河污水進(jìn)行應(yīng)急處理。

3.1.2農(nóng)業(yè)面源控制

目前農(nóng)田面源污染主要通過過程阻斷的方式，通過生態(tài)攔截溝渠、生態(tài)護(hù)岸邊坡、生態(tài)攔截緩沖帶等方式，盡可能的將農(nóng)田氮磷污染物滯留在農(nóng)田、溝渠中，在實(shí)現(xiàn)氮磷的資源化利用的同時(shí)，盡可能的減少氮磷等農(nóng)田污染物進(jìn)入河道中。

3.1.3城市面源控制

選用合適的海綿城市建設(shè)設(shè)施和技術(shù)措施，例如透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園、植草溝、雨水濕塘、表流人工濕地、植被緩沖帶等，對(duì)雨水進(jìn)行“滲、滯、蓄、凈、用、排”，污染的城鎮(zhèn)徑流通過滲透、過濾后，再排入河道，減少入河污染物。

3.1.4清淤疏浚、保潔

清淤疏浚包括機(jī)械開挖和水力沖挖等方式，可以快速的清理河底污染底泥，上海市每6～10年進(jìn)行一輪河道疏浚，可以大幅度改善河道水環(huán)境。上海各類河道均納入了日常養(yǎng)護(hù)，水域、陸域內(nèi)的廢棄物(垃圾、落葉等)都會(huì)得到及時(shí)的清理，減少內(nèi)源污染物。

3.2 水生態(tài)修復(fù)

3.2.1生物膜技術(shù)

生物膜是一種提供微生物生長、繁殖載體的纖維結(jié)構(gòu)，水中的有機(jī)污染流經(jīng)生物膜時(shí)，生物膜中的微生物附著于有機(jī)污染物上，結(jié)合水中的氧氣，在生物膜內(nèi)發(fā)生氧化等作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的講解。水環(huán)境污染較嚴(yán)重，水中含氧量低時(shí)，還可采用中空纖維曝氣膜向水中充氧，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)的污染物講解。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于黑臭、劣5類水體中。

3.2.2生物浮床技術(shù)

生物浮床技術(shù)主要以可漂浮高分子材料為基底，針對(duì)富營養(yǎng)化的水質(zhì)，利用無土栽培技術(shù)，通過水生動(dòng)植物吸收水體中的氮、磷等有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)，從而抑制藻類生長，凈化水質(zhì)，恢復(fù)河道的水生態(tài)系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，衍生出了掛膜浮床、太陽能曝氣浮床等各種組合浮床，以滿足各區(qū)域水體的需求。

3.2.3水生植物

挺水植物作為河道景觀建設(shè)被人們熟知，最主要原因是其本身的凈化特質(zhì)。挺水植物一般種植于岸前淺水區(qū)域，能夠減緩水流沖刷，起到過濾、沉淀泥沙的作用。挺水植物的種植為微生物提供完美的寄居環(huán)境，植物根系及莖葉可以從水層和底泥中獲取自身所需營養(yǎng)，吸收氮、磷等有機(jī)物，還可以吸收并降解重金屬和有毒物質(zhì)。挺水植物還能有效利用光合作用并大量吸收水中營養(yǎng)物質(zhì)，是藻類克星，能有效抑制藻類生長。上海地區(qū)常用的挺水植物有美人蕉、花葉蘆竹、旱傘草、黃菖蒲、西伯利亞鳶尾等。

沉水植物扎根于淺水區(qū)水下泥土之中，全珠淹沒種植，不同于挺水植物花大色艷，沉水植物只能透過水面窺探其全貌。生長過程中，沉水植物的根能吸收底泥中的氮、磷，莖和葉能吸收水體中的氮、磷，有效緩解水體富營養(yǎng)化。沉水植物喜溫暖水濕、陽光充足的環(huán)境，通過光合作用，在水中充當(dāng)造氧機(jī)的角色，利于氣體交換。日常生活中，種植沉水植物的水域往往清澈見底，這是由于挺水植物可以維持河道或湖泊的清水穩(wěn)態(tài)，提高水體能見度。同時(shí)，沉水植物可以為水生動(dòng)物提供生活棲息地，提高水體含氧量，改善水生生態(tài)系統(tǒng)。上海地區(qū)常用的沉水植物有苦草、狐尾藻、伊樂藻等。

3.2.4水生動(dòng)物系統(tǒng)構(gòu)建

通過食物鏈系統(tǒng)的構(gòu)建，維持水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞。例如投放魚、蝦、貝、螺類等水生動(dòng)物。貝、螺類等底棲動(dòng)物，可以分泌粘液絮凝懸浮物質(zhì)，濾食藻類，凈化水質(zhì)，增加水體透明度。蝦類可以攝食有機(jī)碎屑，凈化水中微量元素及重金屬。魚類以濾食性和雜食性為主，通過對(duì)水體藻類的攝食，對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，保證沉水植物生長。

3.2.5生物強(qiáng)化技術(shù)

指通過在污染水體中投放具有特定功能的微生物，從而達(dá)到定向消除特定污染物的作用。其中大型浮游動(dòng)物(改良型)強(qiáng)化技術(shù)在上海地區(qū)應(yīng)用較多，例如，通過馴化的食藻蟲攝食消化藍(lán)藻(銅綠微囊藻等)、有機(jī)顆粒和懸浮物，使水中藻類、有機(jī)顆粒和懸浮物大幅降低，從而改善水質(zhì)。

3.2.6水系暢活

古語曰“流水不腐、戶樞不蠹”，水系暢活，將大大提升河道的水環(huán)境質(zhì)量，提高河道的防汛保障能力。近幾年，由上海市政府相關(guān)部門牽頭，水務(wù)部分對(duì)全市中小河道和斷頭河進(jìn)行全面排摸，對(duì)其水系被阻斷致使局部區(qū)域水體不通不暢、輸水功能受到制約、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受到影響的原因進(jìn)行了分析，多管齊下，打通了多個(gè)斷頭點(diǎn)，促進(jìn)了水體暢活、循環(huán)，大大的改善了水環(huán)境質(zhì)量。

3.2.7人工曝氣增氧技術(shù)

河道中常采用機(jī)械曝氣增氧，通過水下、水下葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，挑動(dòng)水流，使得空氣中的氧氣拌入水體中，實(shí)現(xiàn)水體增氧。該技術(shù)由于會(huì)產(chǎn)生噪音，通常應(yīng)用于居民區(qū)以外的區(qū)域。

3.2.8跌水技術(shù)

跌水最早應(yīng)用于丘陵、坡地等區(qū)域的渠道工程中，使上游渠道(河、溝等)水流自由跌落到下游渠道(河、溝)的落差建筑物，水流墜落時(shí)，高速翻滾，可將大量的氧氣拌入水體中，實(shí)現(xiàn)增氧。介于跌水的增氧功能，故公園、園林等有景觀需求的河道，利用磚、石、混凝土等建筑材料砌成溢流堰，上游的水位高于溢流堰時(shí)墜落至下游，形成跌水；也常與水閘配合，非汛期或景觀需求期，關(guān)閉水閘，上游的水位高于閘頂時(shí)墜落至下游，形成跌水。跌水由于其特殊的工藝之美、墜落之美，在提升景觀面貌的同時(shí)，能夠快速實(shí)現(xiàn)水體增氧，從而改善水質(zhì)。

3.3 其他

3.3.1生態(tài)護(hù)岸

傳統(tǒng)水利工程通常采用鋼筋混凝土高擋墻、板樁護(hù)岸、漿砌塊石高擋墻等結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)雖在一定程度上保護(hù)了岸坡穩(wěn)定、保障了沿河建筑物安全，但由于大量剛性材料的運(yùn)用使得植物在基底上難以立足，“寸草不生”的河流護(hù)岸界面完全成為了生態(tài)“死亡”區(qū)，對(duì)城市河流生態(tài)健康產(chǎn)生了極為消極的影響?，F(xiàn)階段，以“治水為核心，生態(tài)修復(fù)為重點(diǎn)”為新思路，在這一背景下提出了生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，常用的生態(tài)護(hù)岸有水工保護(hù)毯護(hù)坡、箱型砌塊擋墻、多層疊石擋墻等結(jié)構(gòu)形式，此類護(hù)岸孔洞多，有利于水體交換，且水生動(dòng)物可以棲息繁衍，對(duì)河道恢復(fù)自身生態(tài)系統(tǒng)具有較大的作用，從而提升水體自凈能力。

3.3.2旁位治理

旁位治理是指將待處理的水體從河道引入處理站，經(jīng)微砂高效沉淀處理工藝系統(tǒng)后回歸河道。該項(xiàng)技術(shù)方案能夠快速將水質(zhì)提升至較高的標(biāo)準(zhǔn)，適用于局部水體有較高的水質(zhì)需求，且水量不大的情況。

4 中國國際進(jìn)口博覽會(huì)輻射區(qū)內(nèi)的水環(huán)境治理技術(shù)應(yīng)用

4.1 一期工程

為配合2018年首屆進(jìn)博會(huì)召開，2017—2018年對(duì)北橫涇、小淶港、北潮港、張正浦、華漕港、北虹港和南虹港等多條河道進(jìn)行了綜合整治，治理方案如下。

(1)污染源消減

通過雨水污水管網(wǎng)改造、截污納管，截?cái)嗔巳牒游鬯?；通過陸域植被緩沖帶、透水鋪裝(防汛通道)對(duì)徑流污染物進(jìn)行滲透、過濾，減少入河面源污染；通過河道疏浚，清除了河底污染底泥。

(2)水生態(tài)修復(fù)

于部分水質(zhì)較差的河段中投入了經(jīng)過馴化的食藻蟲，并布置了大量的沉水植物、挺水植物，投放了適量的水生動(dòng)物，構(gòu)建了水下生態(tài)系統(tǒng)。適量的食藻蟲可以有效控制水體內(nèi)部藻類生長，降低水體中懸浮物及顆粒含量，提高水體透明度，保證沉水植物光合作用，進(jìn)而吸收分解富營養(yǎng)化物質(zhì)。食藻蟲的排泄物也可以為沉水植物提供營養(yǎng)物質(zhì)，與沉水植物共生互存，恢復(fù)水體自凈功能。

建設(shè)擋水堰封閉進(jìn)博會(huì)展館輻射區(qū)內(nèi)水系，形成封閉的保障區(qū)，此措施導(dǎo)致水系不再暢活，故利用現(xiàn)有閘泵對(duì)該區(qū)域封閉水體進(jìn)行動(dòng)力調(diào)控形成自循環(huán)；部分河道上布置曝氣增氧設(shè)備增加溶氧量，部分河道布置裝備式溢流壩，形成跌水效果，從而增加溶氧量。

(3)其他

通過新建生態(tài)護(hù)岸、改造原來硬質(zhì)護(hù)岸，構(gòu)建生態(tài)駁岸，進(jìn)一步促進(jìn)河道自身生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

進(jìn)博會(huì)展館附近雨水匯集后排入東側(cè)的北橫涇，為防止初期雨水污染進(jìn)博會(huì)展館輻射區(qū)的水系，于北橫涇河道西岸、錫虹路以北處新建了一座“微砂高效沉淀處理站”，以處理會(huì)展中心段周邊地表初期雨水和雨水管網(wǎng)中的初期雨水。同時(shí)在北橫涇會(huì)展中心段兩側(cè)各設(shè)置了擋水堰，再利用“微砂高效沉淀處理站”對(duì)該部分封閉水體進(jìn)行處理后排放。處理系統(tǒng)采用微砂高效沉淀工藝，處理水濁度可達(dá)到0.4NTU，為一體化設(shè)備，數(shù)量2臺(tái)(北橫涇核心段水體積約20.0萬m3，換水周期10天，處理系統(tǒng)處理規(guī)模2萬m3/d)，通過凈化水質(zhì)，封閉水體透明度達(dá)到1.0m以上，效果顯著。

4.2 二期工程

通過上述水環(huán)境治理措施，使得首屆進(jìn)博會(huì)周邊水環(huán)境得到了顯著的改善，為首屆進(jìn)博會(huì)召開營造良好的水環(huán)境氛圍。但一期措施中，為保證北橫涇會(huì)展中心段水體質(zhì)量，采用了擋水堰對(duì)此河道水體進(jìn)行了封閉，從而利用微砂高效沉淀工藝(旁位治理)對(duì)封閉水體進(jìn)行過濾凈化，此措施能夠保證進(jìn)博會(huì)展館輻射區(qū)擁有高品質(zhì)的水環(huán)境，但不同于進(jìn)博會(huì)展館輻射區(qū)其他鎮(zhèn)村級(jí)河道，北橫涇為區(qū)級(jí)河道，為閔行區(qū)骨干河道，在區(qū)域行洪排澇中承擔(dān)較大作用，擋水堰的設(shè)置存在較大的安全隱患。

為解決水環(huán)境治理措施與傳統(tǒng)水利設(shè)施在此處的矛盾，提出了將水閘與跌水技術(shù)相融合的措施，本次采用單扇臥倒閘門，如圖2所示此結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，壩體升降快速，可以立門蓄水，臥門行洪排澇，可開啟調(diào)節(jié)水位利用閘門門頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。即進(jìn)博會(huì)召開時(shí)段可開啟閘門形成封閉循環(huán)水體，封閉區(qū)域?qū)嵤┫鄳?yīng)水體凈化措施，多余凈化后水體可通過閘頂溢流而出，始終使會(huì)展中心段保持良好水質(zhì)；進(jìn)博會(huì)結(jié)束后，閘門關(guān)閉，河道恢復(fù)原有泄洪能力，如圖3所示。

圖2 北橫涇單扇臥倒閘門位置圖

圖3 北橫涇封閉區(qū)域水體凈化示意圖

(1)閘室布置

單扇臥倒閘門縱向中心線垂直河道斷面布置，建設(shè)鋼閘門凈寬30.0m。閘門兩側(cè)各布置1處啟閉機(jī)室，沿河道斷面長度12.02m，沿河道縱向長11.8m，啟閉機(jī)室側(cè)墻與現(xiàn)狀河道擋墻相順接。鋼閘門閘底檻高程0.10m，底板厚度1.50m。閘門底板上下游段設(shè)置消力池，上、下游消力池縱長8.0m，消力池底板厚度1.0m。下游消力池末端設(shè)置防沖槽以消除剩余水能，防沖槽寬度5.5m，深度1.5m。

(2)安全要求

北橫涇作為主干河道，現(xiàn)狀河口寬為55m，節(jié)制閘閘門設(shè)計(jì)凈寬為30m，控制工程體量大，安全方面要求高。主要表現(xiàn)為以下幾方面，沉降安全方面，基礎(chǔ)采用11m長預(yù)制方樁；滲流安全方面，基礎(chǔ)采用聯(lián)排防滲板樁；啟閉安全方面，采用雙側(cè)同步啟閉系統(tǒng)；河床沖刷安全方面，采用有富裕度的消能防沖設(shè)施。

(3)景觀需求

作為進(jìn)博會(huì)環(huán)境綜合提升工程，兼顧景觀效果，設(shè)計(jì)取消水上布置水工建筑物，采用水下布置的單扇液壓臥倒鋼閘門。鋼閘門日常處于常閉狀態(tài)，作為景觀提升工程，閘門頂高程設(shè)計(jì)為3.30m，門頂稍微露出水面，通過管理部門調(diào)度，還可以形成小瀑布，兼顧了進(jìn)博會(huì)的景觀要求,如圖4—5所示。

圖4 單扇臥倒閘門平面布置圖

(4)防汛要求

北橫涇作為閔行區(qū)南北向的主要引排水通道，兼顧防洪除澇及水資源調(diào)度要求。閘門設(shè)計(jì)凈寬為30m，可充分保證過流能力，滿足防汛要求。其次，閘門頂高程設(shè)計(jì)為3.30m，略高于常水位，汛期無需開啟閘門即可溢流排水，必要時(shí)再行局部或全部開啟閘門。

圖5 單扇臥倒閘門建成后實(shí)景圖

5 結(jié)語

水環(huán)境綜合治理需要系統(tǒng)性的綜合措施，從內(nèi)源污染到外源污染，再到水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，需要各專業(yè)技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用，不可孤立的強(qiáng)調(diào)某一種技術(shù)措施。本文以中國國際進(jìn)口博覽會(huì)輻射區(qū)范圍的水環(huán)境綜合治理為例，對(duì)各種常用水生態(tài)技術(shù)進(jìn)行了分析，因地制宜的綜合應(yīng)用，此外，引入了單扇臥倒閘門將水閘與跌水技術(shù)相融合，實(shí)現(xiàn)立門蓄水凈化，臥門行洪排澇，從而解決水環(huán)境治理措施與傳統(tǒng)水利設(shè)施在水環(huán)境治理中的矛盾。

水環(huán)境綜合治理時(shí)，應(yīng)過對(duì)各河道污染成因、在水利系統(tǒng)中的作用、周邊環(huán)境等因素進(jìn)行綜合分析，因地制宜的選用最佳治理措施，在保證防洪安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境健康美好。