上海滨江森林公园补水水源净化措施研究

2022-07-16 02:21王旭旭
水利规划与设计 2022年8期
关键词:水系透明度补水

王旭旭

(上海勘测设计研究院有限公司,上海 200335)

1 概述

上海滨江森林公园位于上海市浦东新区高桥镇,黄浦江、长江与东海“三水交汇”处。公园于2007年开园,占地面积为120hm2。2015年,为解决公园补水水源水质差、除涝排水能力低等问题,公园开展了全园范围的水系整治工程。通过新建泵站、涵闸、涵管等工程措施,基本解决了园区防汛除涝和水源水质的问题,形成了“补活结合,南灌北排,中控边泄”的水系布局构架。经整治后公园补水水源由高三港调整为长江,水源水质有较大改善,然而长江补水水源中固体悬浮物含量高,透明度低,现有调水通道缺乏调蓄净化措施,高浊度水源直接进入公园核心水系,导致水体透明度低,水生态系统构建困难。

2 水环境现状

2.1 园区水系布局

公园内部水系错综复杂,但与外界相对独立,共有6河1湖1湿地。园区内河道总长约6.0km,包括东西向的随塘河、盈湖西河、盈湖东河、西迎宾河、东迎宾河及南北向的西河、引水河、东河;园区中部为盈湖,湖区面积约1.07万m2;园区西部为湿地区,面积约1.74万m2。园区内常水位水面积约12.0万m2,槽蓄量18.5万m3,水面率约10%。

由于地势高低不同,按照水位高程,园区内的水系可分为随塘河与南部水系2部分,2部分水系之间均布置有1根管径70cm的涵管,涵管通过岸边电动闸阀控制。随塘河常水位4.6m,预降水位4.3m;南部水系常水位5.2m,预降水位4.9m。园区补(活)水泵站(0.5m3/s)位于园区北部,其有2处进水口,分别位于长江和随塘河,1处出水口位于引水河,补水工况由长江取水,活水工况由随塘河取水。随塘河北岸建有1座排江涵闸,口宽1.2m×1.2m。公园水系格局分布图如图1所示。

图1 公园水系格局分布图

2.2 园区水系调度

(1)补水调度

园区补水水源为长江,位于园区北侧的补水泵站将长江水引入引水河进而向南部水系补水。如需整体换水时,可将南部水系北端的1#—4#涵管闸阀及位于随塘河上的排江涵闸开启,以实现整体换水。

(2)活水调度

通过开启活水泵站及1#—6#涵管闸阀的启闭,以实现园区顺(逆)时针循环。如通过开启活水泵站(随塘河进水口)、2#、6#闸阀,关闭1#、3#、4#、5#涵管闸阀可实现随塘河-引水河-盈湖西河/西迎宾河-西河-随塘河的园区水系顺时针循环;通过开启活水泵站(随塘河进水口)、4#、6#涵管闸阀,关闭1#、2#、3#、5#涵管闸阀可实现随塘河-引水河-盈湖东河/东迎宾河-随塘河的园区水系逆时针循环。

目前公园水系调度以补水调度为主,公园补水选择长江大潮时进行补水,每月共计约14d进行补水,每次补水历时4h,每次补水水量约1.44万m3。

2.3 补水水源水质现状

2019—2020年对补水水源及园区主要水体感官及水质进行调研,得到如下结果:

(1)补水水源及引水河透明度仅为30~40cm,其余水体透明度在40~80cm。水色方面主要表现为黄浊色、自然绿、黄褐色及藻绿色4类。

(2)不同季节的水质监测结果显示,补水水源及园区主要水体水质呈Ⅲ—劣Ⅴ类,主要超标因子为TP,整体呈现补水水源水质差则园区水体水质差的特点。

由于长江补水水源中固体悬浮物含量高,透明度低,现有调水通道缺乏调蓄净化措施,高浊度水源直接进入公园核心水系,导致水体透明度低,感观较差,水生态系统构建困难。为进一步了解引水水源悬浮物沉降规律,对公园补水水源(泵站长江进水口)及引水河(泵站引水河出水口)等区域水体进行采样并开展72h沉降观测试验,试验结果如图2所示。

图2 沉降试验结果

试验结果显示,从水体SS浓度来看,72h沉降效果相对较好,补水水源及引水河SS浓度分别降低了84.5%及84.9%,但自然沉降对水体透明度的改善效果较为有限,72h透明度仅改善约15cm。公园引水水源和引水河随可通过自然沉降去除大颗粒悬浮物,但对小颗粒悬浮态的悬浮物去除效果却不明显,这也是公园透明度较差的主要原因。

3 净化措施研究

3.1 方案比选

根据水系调度方式及水质分析可知,公园补水水源为长江,水体浊度较高,引水河承担了补水水源的调蓄净化功能,但其所在位置植被郁闭度高,光照强度低,导致水生植物生长条件差,无法有效发挥植物净化功能。此外,引水河河道长度较短且断面束窄,补水时流速较大并不利于水体悬浮物沉降,且可能造成沉积物的再悬浮,造成公园补水调度时水体透明度较低,进而导致公园主要水体水生植物无法生长、水体自净能力弱等问题。

因此,本工程拟在充分利用现有水利设施的基础上,研究补水水源水质净化措施,以实现引清入园,为园区水生生态系统恢复提供基础条件。

(1)方案一:新建一体化净水设备

方案一拟于引水河西岸6#涵管处新建一座絮凝微滤一体化设备,絮凝微滤一体化设备通过向导入设备的水体中添加絮凝剂,促进水体中悬浮颗粒物絮凝成为较大颗粒物,在通过设备中的纤维板框微滤系统滤除颗粒物,达到水体净化的目的。这种工艺对水体中的悬浮颗粒和TP去除效果较好,可以较快地提高水体透明度,但对氨氮等水溶性污染物去除效果较差,且有一定的污泥产生。关闭6#涵管闸阀,将5#—6#涵管之间的引水河作为补水调蓄池,补水泵站将长江水引入引水河调蓄池,补水时调蓄池内的水体经一体化设备净化后进入南部水系,实现补水净化的功能。

(2)方案二:引水管道三通改造

方案二拟在现有补水泵站引水河出水口的基础上,通过三通改造新增随塘河出水口。随塘河总长约2km,其水面开阔,光照充足,适宜水生植物生长。通过在随塘河内种植水生植物,布置生物填料、生态拦截屏障等生态修复措施,对补水进行生态净化,以达到稳定来水水质,降低SS,提高水体透明度,消纳水中氮磷污染物的目的。净化好的随塘河水体通过泵站的活水运行工况向公园核心南部水系进行循环调水。

2个方案均可实现补水净化的功能,从净化效果、施工难易程度、运行管理、工程占地、工程投资、运维费用、环境影响等因素,综合对比上述2个方案,详见表1。

根据表1可知,方案一水质净化效果稳定、见效快,方案二在工程投资、工程占地、运维费用及环境影响等方便相对更有优势。考虑公园森林资源的珍稀性,以及噪声对游客的游园体验影响,推荐方案二作为本次补水水源净化措施,如运行过程中出现水质不稳定的情况时,可配合移动式应急一体化设备进行处理。

表1 方案比选表

3.2 设计方案

根据公园的水环境现状、水系调度方案及水质达标需求,依据“分区治理,逐级净化,生境构建”的总体思路对公园进行水生态修复设计,将公园水系划分为强化预处理区和生态维持净化区2个生态功能分区。

强化预处理区设置于随塘河全段,面积约3.0万m2。强化预处理区稳定来水水质、水量,降低SS,提高透明度,消纳水中氮磷污染物,主要措施共布置生物填料830m3,种植沉水植物群落约2.3万m2,构建生态拦截屏障380m2。

生态维持净化区设置于南部水系,面积约8.3万m2。为进一步削减水体中的TN、TP,维持水体水质,在本区域恢复沉水植物,健全生态系统结构,通过水生生态系统维护和保障水质。共种植沉水植物群落约4.6万m2。

4 效果分析

选用MIKE 21 FM的水动力模块模拟二维水流,构建公园园区内水系二维水动力数学模型,ecolab模块模拟污染物在水中的对流扩散及降解过程。

模型水质初始条件采用2019年夏季至2020年春季公园水系的平均水质,长江补水水质参考2019年夏季至2020年春季长江水质的最不利水质组合条件,COD浓度为5.76mg/L,NH3-N浓度为0.77mg/L,TP浓度为0.55mg/L,SS浓度为197mg/L。

模拟方案为长江补水至随塘河净化处理3d后,打开1#管涵闸阀,形成随塘河-引水河-盈湖西河/西迎宾河-湿地区-随塘河的园区水系西部顺时针循环,向南部水系补水。补水后园区水系TP和SS浓度分布如图3—4所示。

图3 园区水系TP浓度分布图

图4 园区水系SS浓度分布图

模拟表明,在长江水质最不利条件冲击下,随塘河出水口水质浓度上升,经过随塘河的强化预处理区的处理3d后,水质明显改善,TP浓度从0.55mg/L下将至满足Ⅳ类水标准,悬浮物从197mg/L降至30mg/L以内。在空间上,缓滞流区水质相对较差,SS在主要流动通道较差。整体上水生态修复工程可以保证长江来水预处理至Ⅳ类水水质,同时可以大幅度降低长江来水悬浮物,补水运行应按照西部顺时针循环和东部逆时针循环交替进行,最大程度减小园区死水区范围。

5 结语

本文针对上海滨江森林公园水环境问题,利用随塘河作为补水调蓄空间,净化补水水源。水动力和水质模拟分析表明,换水模式可有效改善公园补水水源水质及浊度,提高公园核心区水体透明度,本文提出的补水水源净化措施可为城市公园水环境治理提供新思路。然而水环境问题的产生是经历复杂人工及自然干扰条件形成的结果,其形成原因并不局限于水体本身,因此公园水环境整治是一项综合性的系统工程,除净化补水水质外,仍应结合控源截污、清淤固岸等多种途径方可构建健康持续的水环境。

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