城区河道生态修复治理工程：以南京市金川河生态修复为例

周严 李士义 蒋心诚 魏俊

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

城区河道是城市防洪、排涝、蓄水、通航等天然或人工渠水道，同时也是城市生态环境的重要组成元素（曹仲宏等, 2018）。随着城市的发展，人口的增多，城区河道空间受到严重挤占，伴随着沿河污水直排，面源污染入河，截污不彻底，污水管网渗漏等现象，河道污染日益严重，加之河道护坡硬化，河道生态系统遭受破坏，水体自净能力随之丧失。城区河道综合治理环境复杂，边界条件多样，加之河道两岸空间有限，使得城区河道治理难度增大。清淤、截污等内外源治理措施只能通过削减入河污染物减缓水质恶化，不能完全解决河道水质污染问题。生态修复措施作为水环境综合治理的手段之一，有利于恢复河道生态系统，提高河水自净能力。

本文介绍了南京市金川河综合治理过程中生态修复措施技术方案及应用效果，分析探讨城区河道生态体系建设，为城区河道治理提供切实可行的治理对策，为类似工程提供参考。

1 河道概况

1.1 水系概况

金川河是南京城北地区的一条入江河道，分为内金川河和外金川河水系。发源于鼓楼岗和清凉山北麓，并与玄武湖相通，下游经宝塔桥入长江。金川河全长37.78 km，流域面积59.32 km2。内金川河分为主流、东支、中支、西支及老主流。外金川河水系由西北护城河、城北护城河以及内金川河在金川门汇合，通过外金川河汇入长江，沿途的南十里长沟、张王庙沟、大庙沟、二仙沟等直接或通过闸门控制汇入城北护城河及外金川河，金川河水系如图1 所示。

图1 金川河水系图Figure 1 Jinchuan River System Map

本工程中外金川河、内金川河主流、内金川河老主流、内金川河西支、内金川河中支、内金川河东支6 条河道均属金川河水系，全长共计12.15 km。内金川河水系河流大多位于居民区内，两侧多为排列紧密的建筑群，部分区域两侧景观绿化完善，但河道整体呈现一种内向、封闭的空间状态，水生态功能基本丧失。河道两侧已无生态护坡，以直立和块石挡墙为主，河底大部分已硬化。内金川河从大树根闸至入江口，河道内未看到水生生物存在，生态系统极为脆弱。水质对于污水下河情况非常敏感，严重依赖上游补水，河道基本丧失自净能力。驳岸与水系多为垂直关系，人无法靠近水面。现状驳岸形式难以形成依水而生的生态体系，减弱了水体对城市的生态调节作用。

1.2 水质现状

对各河道水质进行检测分析后发现，内金川河东支、中支、西支、老主流、金川河主流、外金川河、南十里长沟主流、城北护城河、西北护城河水质为劣Ⅴ类；张王庙沟、南十里长沟一支水质未能稳定达到Ⅴ类，且各河道水质主要超标因子是氨氮。对2018年1-5 月各河道水体的NH3-N 指标监测发现，金川河主流及各支流1-5 月的氨氮含量基本均高于Ⅴ类标准。

2 生态修复措施

本工程采用“微生物水质净化+生境修复+生态系统构建+生态岸线改造”的原位净化措施对金川河流域进行水质提升，增加水体溶解氧，削减水体和底泥污染物，构建水生态系统，最终达到稳定水质的目标。其中，“载体固化微生物+生态驿站+生态滞留池+沉水植物”承担了水质稳定、净化的主要功能。

2.1 曝气复氧

曝气增氧技术是通过人工方式向水体充入空气或氧气，达到增加水中溶解氧的目的，从而增加好氧微生物的活性，促进污染物的降解速度(王苏艳, 2018)。同时，还兼具景观、底泥修复和抑藻作用，是水体增氧的主要方法。微纳米曝气设备是一种高效率曝气设施，与传统曝气方式相比，微纳米气泡水具有气泡小、比表面积大、上升速度慢、水中停留长等优势。实验表明，微纳米气泡水比普通水的含氧量更高、衰减速度更慢，更能够适应水处理中曝气的需要。

喷泉式曝气是水体增氧常用方法之一，曝气机由水泵、浮体和喷头组成。通过水泵将水提升、喷洒至空气中形成细小的水滴，水滴携带氧气返回水中，提高水体溶解氧，适用于表层水体增氧需求；同时曝气设备运行时具有一定的景观效果，因此被广泛应用于景观水处理、封闭性水体、园林水景增氧处理等水资源、水环境生态修复工程。

针对金川河水域部分河道较宽，水深较深等情况，本工程选择微纳米曝气增氧系统对水体增氧，同时在河流交汇处及一些景观性要求高的河段，增设喷泉曝气设备使区域保持局部微循环流动状态，打破深水区溶解氧垂直分布的不均匀性，控制蓝绿藻的富集层。

本工程曝气设备局部布置，需氧量计算微生物降解氨氮所需要的氧，设备数量根据如下公式确定：

式中：Q0：曝气设备的通气量；η：氧在水体中的转移效率；μ：氧气在空气中的占比。

根据计算得出拟在金川河水系布置微纳米曝气设备共10 台，设备运行时间为12 h/d。按重点提升区域适当增补喷泉曝气机，共布置喷泉6 台，喷泉曝气机启动时段为6：00-11：30；12：30-19：00。

2.2 生物修复

微生物修复技术是指在受损的水生态系统的基础上，通过一定的手段增加水体中特定微生物的数量，利用微生物消耗水中的污染物，同时利用微生物和动植物的促生作用，对水生态系统进行修复和提升，从而达到削减污染物、提升水质的目的。

针对金川河水系现阶段水质的主要问题，宜选择对氨氮去除能力强且对微生物有附着能力的技术措施。本工程采用去氨氮效果较强的措施—载体固化微生物。载体固化微生物设备为保证微生物设备的有效性，安置点必须保证有效水深在1m 以上。每台载体固化微生物设备一天能够降解化学需氧量（COD）5～10kg，氨氮去除量为2～5kg（温度在10℃以上）。

2.3 生态岸线

生态岸线系统由重力流进水口、布水管、植物与功能填料、集水盲管、防渗层和出水管构成，内部设置淹没层，营造局部厌氧环境，为各类微生物提供适宜环境，能有效提高N、P 去除率，提高出水水质。

生态岸线系统由生态绿墙（图2）和生态滞留池（图3）两部分组成，系统采用双模运行方式，即雨天截留雨水径流，旱天则引地表水灌溉。在雨季，雨水或雨污合流水依靠重力流进入生物滞留池和生态绿墙，经过系统中的植物根系、填料、微生物的截留、吸收、净化后排入河道，有效解决初期雨水污染问题，削减污染负荷，改善河水水质；在老城区特别是雨污分流不彻底的区域，运用生物滞留池、生态绿墙等绿色基础设施，截流入河雨水、污水、雨污合流管道，使其经生物处理后再进入河道，从而去除氮、磷、颗粒物、有机物等污染物，削减污染负荷，改善河水水质。

图2 生态绿墙横断面图 Fig.2 Ecological green wall cross section

图3 生态滞留池横断面图Fig.3 Ecological detention poolcross section

2.4 沉水植物及生态驿站

2.4.1 栽植沉水植物 沉水植物作为主要初级生产者，在水生生态系统中起着重要的作用。沉水植被恢复后，可以使水体透明度提高，溶解氧增加，水体中的N、P 及浮游植物叶绿素a 的含量均明显降低，原生动物多样性也显著增加。另外，沉水植物对藻类有化感抑制作用，比如菹草对栅藻有显著抑制效应，蓖齿眼子菜对栅藻和微囊藻也有一定的化感作用。它们不仅会影响食物链结构、控制其它生物类群的结构和大小、维持水环境的稳定性，而且在恢复环境生态中也起到举足轻重的作用，其群落的重建与恢复是水生态系统修复工程的基础和关键。

沉水植物每天能够降低氨氮0.8～1.5g/m2，降低COD 1.0～2.0g/m2。本工程植物品种选择四季常绿矮型苦草、改良刺苦草、红线草（龙须眼子菜）、小茨藻，种植在水流较缓的区域。根据河道基底情况共构建沉水植物13700m2。

2.4.2 构建生态驿站 生态驿站利用植物根系和人工载体及其附着的生物膜，通过吸附、沉淀、过滤、吸收和转化等作用，提高水体透明度，有效降低水体中有机物、营养盐和重金属等污染物浓度。生态驿站是绿化技术与漂浮技术的结合体，还具有创造生物（鸟类、鱼类）的生息空间、改善景观和消浪 保护驳岸等作用。另外，考虑洪水的影响，缓解因水位变动引起的浮岛间的相互碰撞，在浮岛本体和水下固定端之间设置一个小型的浮子用以固定浮岛。

结合以往的工程经验，生态驿站布置在交通桥上下游水流较缓的两侧，同时提高河道观感效果。本次工程根据河道基底情况共布置生态驿站2 000m2。

3 运行效果

南京市金川河生态修复工程于2019年5 月完工，投入运行以来，系统运行稳定。7-8 月对金川河水系下游断面进行连续水质监测，监控了氨氮（NH3-N），总磷（TP）及溶解氧（OD）等主要指标。发现NH3-N 指标从1.70mg/L 降低到0.15mg/L；TP指标从0.35mg/L 降低到0.2mg/L；DO 指标从5.80mg/L 上升到7.0mg/L。以上主要指标已稳定达到地表水Ⅴ类标准，生态修复措施对河水的净化起到了积极作用，同时逐步恢复了河道的生态景观效果。

城区河道治理条件复杂，采用曝气增氧、生态岸线改造、微生物生态构建、沉水植物及生态驿站局部生态构建等生态修复措施，恢复城区河道生态系统，提高河道自净能力，从而改善河道水质。本项目河道生态修复技术方案对类似城区河道治理具有借鉴意义。