陸 嫻

(1.上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707；2.上海市水務局河湖水生態(tài)修復工程技術研究中心，上海 201707)

“十三五”期間，上海市水環(huán)境完成消黑、消劣兩階段補短板的治理工作，治理成效顯著[1]。鞏固現有治理成效的同時，為“復蘇河湖生態(tài)環(huán)境，建設美麗幸福河湖”，全市開展生態(tài)清潔小流域建設，共劃分為151個小流域，1574個治理單元，覆蓋全市所有河湖的水環(huán)境治理工作。河湖水環(huán)境的質量，深刻影響著全市河湖的健康與人民的幸福，是人類社會生存和發(fā)展不可替代的基礎性資源。水生態(tài)保護與修復是系統性和綜合性工程，單一水治理技術已無法滿足治理要求，因此有必要深入研究生態(tài)清潔小流域建設中水治理技術的集成與應用。

1 全市河湖總體情況及主要特征

1.1 全市河湖總體情況

2021年，上海市共有河道(湖泊)47086條(個)，河道(湖泊)面積共649.21km2，河湖水面率10.24%，河網密度4.79km/km2。其中鎮(zhèn)管河道(湖泊)共2703條(個)，面積126.06km2，河湖水面率1.99%。村級河道38712條，長18516.89km，面積197.77km2，河湖水面率3.12%。其它河道5103條，長1479.52km，面積54.22km2，河湖水面率0.86%[2]。鎮(zhèn)村級河湖及其他河道總計46518條(個)，占全市河湖條段數的98.8%；面積總計378.05km2，占全市河湖面積的58.2%，是生態(tài)清潔小流域水環(huán)境治理的重點。

2021年，地表水水質監(jiān)測狀況顯示，全市監(jiān)測河道41條段，監(jiān)測斷面總計70個，監(jiān)測顯示主要河道水質在Ⅱ～劣Ⅴ類之間，水質污染以有機污染為主。其中，長江口、黃浦江上游等水質較好，大部分水質指標為Ⅱ～Ⅲ類。4、5、11、12月份無劣Ⅴ類水質，其余月份均出現不同程度的劣Ⅴ類水體，超標因子主要為氨氮、總磷、溶解氧。

1.2 鎮(zhèn)村級河湖主要特征

上海是典型的平原河網地區(qū)，地勢平坦，水系發(fā)達，河流縱橫交錯，呈網狀分布[3]。鎮(zhèn)村級河湖作為水系末端的“毛細血管”，具有分布廣、規(guī)模小，流速低、易淤積，韌性差、易脆弱，臟亂差、管理難的特征。

(1)河湖分布廣，規(guī)模小。鎮(zhèn)村級河湖遍布上海9個郊區(qū)，各區(qū)河道分布范圍廣泛，平均河網密度為4.45km/km2，其中崇明區(qū)密度最大，為7.81km/km2。河道寬度集中在5～15m，占所有河道的67.2%；河道寬度小于5m的，占所有河道的11.6%，河道寬度位于15～20m的，占所有河道的12.8%。河道寬度正態(tài)分布曲線如圖1所示。

圖1 上海市鎮(zhèn)村級河道寬度正態(tài)分布曲線

(2)河湖流速低，易淤積。上海地勢低平，河底坡降多以平坡為主，同時外圍受水閘或泵站等水工建筑物控制，潮汐作用影響程度甚微，河網水動力不足，流速遠低于不沖流速，河道極易淤積。

(3)河湖韌性差，易脆弱。鎮(zhèn)村級河湖常水位時單米蓄水量約為5～30m3，蓄水量普遍不足，流速低，河道納污能力小、韌性差，受周邊農業(yè)面源污染，水體缺氧，富營養(yǎng)化較為嚴重。以往河湖整治時片面考慮泄洪、過流能力以及調蓄容量，導致河道斷面單一化、渠道化，平面走向直線化，護岸材料硬質化，河湖生境單一；進而破壞河湖自然生態(tài)系統，水中生物棲息地破碎，兩棲動物生物通道喪失，生物多樣性大幅減少。

(4)河湖臟亂差、管理難。鎮(zhèn)村級河湖點多面廣，基礎設施薄弱，通達性差；當地居民護水意識不強，參與度較低，河湖臟亂差現象頻發(fā)。相較于鎮(zhèn)村級河道的龐大基數，管護力量薄弱，養(yǎng)護經費不足，管理難度較大。

2 水治理技術集成

通過實地調研，對現有水治理技術的類型、應用案例以及優(yōu)缺點進行詳細分析，適用上海地區(qū)鎮(zhèn)村級河湖的水治理技術主要有四類：水系連通技術、平斷面形態(tài)設計、濱水帶生物群落構建、水質凈化技術。

2.1 水系連通技術

水系連通技術包括斷頭河打通等縱向連通及岸坡生態(tài)防護等側向連通技術。

斷頭河打通主要通過新開河道、新建橋涵等方式[4]，將斷頭處就近與河道相連通，解決水體流動性差、換水周期長等問題。對于近期無水系連通條件的河段，也可利用小型泵站進行調活水體。

岸坡生態(tài)防護通過在水位變動區(qū)利用天然或人工材料設置具有水土相互滲透、防沖刷功能的護岸結構。防護材料可分為自然材料以及人工材料，自然材料有草皮、木樁、堆石等，人工材料有生態(tài)砌塊、生態(tài)混凝土、固化土以及水土保護毯等[5]。岸坡生態(tài)防護在保護和穩(wěn)定岸坡的同時，豐富水生動植物的生境，有助于生物多樣性的提高。

2.2 平斷面形態(tài)設計

河湖平面形態(tài)設計要求盡可能保持或恢復河道的自然形態(tài)，構建深潭-淺灘、急流-緩流交替出現的河流形態(tài)。根據河道沖淤平衡和彎道處橫向環(huán)流作用，考慮在有條件的地方設置淺灘濕地。

河道斷面形態(tài)應充分考慮沿河變化情況，優(yōu)先采用非對稱的，深淺不一、形狀各異的復式斷面；條件允許的情況下，構建河漫灘，適應與常水位和高水位周期性的轉變，提高河道調蓄容量的同時，也可增加生物生境多樣性。

2.3 濱水帶生物群落構建

濱水帶指介于河道水體與陸地之間的區(qū)域，包含陸域帶、河濱帶以及水生植物種植帶。濱水帶的物理功能效應主要體現在植被的過濾攔截和促滲作用，化學功能效應主要體現在植物的吸收轉化作用以及土壤的吸附作用[6]，有助于保持、凈化河流的水土，維護河流生物的多樣性

陸域帶是河道設計河口線外部約6m的陸域地區(qū)，通常呈狹長形，整體形成一條線性生態(tài)廊道，一般由喬木、灌木及草本等植物構成。

濱水帶是位于常水位之上和陸域相鄰的區(qū)域，一般選用耐水性好、扎根能力強的植物，種植自然流線型色帶，點綴開花小灌木，形成整齊有序的花境。

水生植物種植帶位于預降水位和常水位之間的區(qū)域。種植植物一般分為挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植物。上海常用的挺水植物有再力花、蘆竹、水蔥、黃菖蒲、香蒲、鳶尾、燈芯草等，浮葉植物有睡蓮、香菇草、荇菜等。

2.4 水質凈化技術

水質凈化技術適用于河道自凈能力差的地區(qū)，利用石材、填料、植物等介質，擴大微生物生長空間，強化自然水體的凈化降解能力，達到凈化水質的效果。適用于上海的水質凈化技術主要有曝氣技術、生態(tài)浮床技術、生物膜技術、人工濕地技術、沉水植物構建等技術。

曝氣增氧技術主要有鼓風曝氣設備、表面曝氣設備和潛水射流曝氣設備等類別，使用一定的方法和設備，增加水體含氧量，加快有機物的氧化分解。

生態(tài)浮床技術通過水生植物根系對富營養(yǎng)化水體中的氮、磷物質進行吸收、吸附、截留，根系上附著的微生物降解，達到凈化水質的效果。

生物膜技術模擬自然水體自凈的過程，利用卵石、活性炭、纖維等載體比表面積大的特點，使微生物大量附著繁殖，強化自然水體的凈化降解能力。用于河湖的生物膜技術有碳素纖維生態(tài)基載體凈化法、礫間接觸氧化法、生物活性炭填充柱凈化法、薄層流法等。

人工濕地技術通過濕地的吸附、過濾、吸收、分解、異化等過程，去除水體中污染物，根據形式不同可分為淺灘濕地技術、梯級多塘濕地及林草復合濕地。淺灘濕地技術利用陸域空間，結合人行步道以及人行棧橋搭配實施。梯級多塘濕地根據實地地形的特點、河道污染負荷、水質要求等參數，靈活設計梯級多塘人工濕地的組合、級數、形狀、面積和上下級的高差等，提高系統溶解氧的含量，使系統的硝化功能加強，強化污染物的去除能力。林草復合濕地是由林、草、水等要素構成的城郊人工濕地系統。

沉水植物構建技術利用沉水植物對營養(yǎng)鹽的吸收與凈化、化感、克藻、增氧、重金屬吸收及去除等作用，在河底滿鋪沉水植物，構建水下森林，凈化水質。

3 水治理技術應用建議

3.1 生態(tài)清潔小流域類型劃分

根據上海市區(qū)域主導功能定位，151個小流域按照水源保護型、都市宜居型、綠色發(fā)展型、美麗鄉(xiāng)村型4類進行建設[1]。

水源保護型主要位于黃浦江中上游沿線各街鎮(zhèn)、長江上游鎮(zhèn)及青草沙水庫所在的長興鎮(zhèn)等地，以涵養(yǎng)水源、保護水質為重點。

都市宜居型主要位于中心城區(qū)以及新城區(qū)域，以水環(huán)境改善、水景觀建設為重點。

綠色發(fā)展型主要位于崇明、虹橋、自貿區(qū)等區(qū)域，以河湖保護為重點。

美麗鄉(xiāng)村型主要位于城郊各鎮(zhèn)，以保護原生態(tài)、水環(huán)境提升為重點。

3.2 各類型水治理技術應用建議

河道水治理技術的選取時根據各類型特色及建設要點，因地制宜，確定方案合理、經濟可行的集成技術，組合推薦見表1。

表1 按治理需求選取生態(tài)治理技術

(1)水源保護型。水源保護型小流域11項控制指標均高于或等于其他類型，其中區(qū)域水質要求達到Ⅱ～Ⅲ，林草面積占比大于90%，生態(tài)防護比例大于80%?？紤]到水源保護型小流域歷來水質、污染、開發(fā)建設等各方面管控較為嚴格，現狀河湖生態(tài)本底相對較好，水治理技術重點在于自然修復、提升生物多樣性。要求河湖保護原生態(tài)，岸坡防護自然化，和周邊環(huán)境相融；加強陸域及濱河帶的建設，構建沉水植物，涵養(yǎng)河道水源?？紤]到水生植物和生態(tài)浮床需要定期收割養(yǎng)護，管理要求較高，此區(qū)域不推薦采用。水源地周邊河道若存在農業(yè)面源、養(yǎng)殖尾水污染等情況下，可采用水質凈化技術，確保水源地用水安全。

(2)都市宜居型。都市宜居型小流域11項控制指標均低于或等于其他類型，其中區(qū)域水質要求達到Ⅳ類及以上，林草面積占比大于80%，生態(tài)防護比例大于65%?？紤]到中心城區(qū)或新城區(qū)域開發(fā)建設力度大，住宅小區(qū)、企事業(yè)眾多，人口密度大，環(huán)境需求高，現狀河湖生態(tài)本底相較于其他類型較差，水治理技術重點在于修復河道功能、景觀文化建設。要求河湖最大限度地模擬自然生態(tài)系統結構，提供動植物適宜的生態(tài)環(huán)境，改善生態(tài)功能的多樣性，著重自然生態(tài)的保護和恢復，推薦多種治理技術相互搭配、融合，最大程度改善水環(huán)境質量，建設水景觀、水文化。

(3)綠色發(fā)展型。綠色發(fā)展型小流域11項控制要求和美麗鄉(xiāng)村型相同，介水源保護型和都市宜居型之間，其中區(qū)域水質要求達到Ⅳ類及以上，林草面積占比大于85%，生態(tài)防護比例大于75%?？紤]到綠色發(fā)展型大多是發(fā)展較好的鎮(zhèn)，開發(fā)力度較都市宜居型小，對環(huán)境不可避免產生一定影響，因此河湖水治理技術重點在于河湖保護、強化自我修復功能。要求河湖自然形態(tài)的保持、生境條件的改善、陸域及濱河帶的建設、沉水植物構建；條件允許時，可構建淺灘濕地；河道水質條件較差，需要改善時，可采用其他水質凈化技術。

(4)美麗鄉(xiāng)村型?？紤]到美麗鄉(xiāng)村型小流域多集中在農村地區(qū)，河湖生態(tài)本底受農業(yè)面源及居民護水意識影響較大，因此水治理技術重點在于水環(huán)境提升、人水和諧。要求河湖保持自然形態(tài)；臨河房屋或道路處設置岸坡生態(tài)防護，沿河設置供休閑、娛樂的親水步道或景觀節(jié)點；利用當地物種構建沿河陸域及濱河帶，減少農業(yè)面源污染對河道的影響；河底采用沉水植物滿鋪。河道水質景觀等要求較高時，可考慮采用曝氣、生物膜技術。生態(tài)浮床及人工濕地技術養(yǎng)護要求高，不推薦采用。

4 結語

水治理技術的集成與應用是系統性改善河道水環(huán)境，提高生物多樣性以及提升人居環(huán)境的重要舉措[7]。本文將鎮(zhèn)村級河湖水治理技術歸結為四類，并針對生態(tài)清潔小流域治理類型提出相應的應用建議，為生態(tài)清潔小流域治理工作開展提供了方向和依據。

隨著河湖生態(tài)環(huán)境質量的持續(xù)改善，河湖生物多樣性指數重視程度日益提高，各項水治理技術對于生物多樣性的影響程度目前尚不明確，后續(xù)將針對各項水治理技術對于生物多樣性指數的影響進行持續(xù)監(jiān)測，進一步完善水治理技術集成與應用研究成果。