雄安新区府河综合治理工程及效果分析

周业凯 赵 坤 邵一奇 杨 浩 李 瑾 安树青,4 杨棠武,4*

（1 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014；2 南京大学常熟生态研究院，南大（常熟）研究院有限公司，江苏 苏州 215501；3 中国水电基础局有限公司，天津 301700；4 南京大学生命科学学院，江苏 南京 210046）

白洋淀位于京津冀腹地，是华北平原最大的淡水湖泊，素有“华北明珠”之称，被誉为“华北之肾”（宋凯宇, 2020; Han, 2020），在维持区域生物多样性和生态安全中发挥着重要的作用（秦珊,2020），对于雄安新区乃至整个京津冀和华北地区的气候调节和区域生态环境涵养都具有不可替代的作用（朱金峰, 2019）。受人类活动干扰，白洋淀水质恶化、生态环境退化问题突出，水体多为V类或劣V类，处于轻度富营养状态，污染主要来源于入淀河流输入及淀区内源污染，主要污染指标为化学需氧量（COD）与总磷（TP）（李琳琳, 2019）。为恢复淀泊水面、实现水质达标，《白洋淀生态环境治理和保护规划（2018—2035年）》明确提出开展入淀河流综合治理（河北省委省政府, 2019）。

白洋淀有8条入淀河流，府河是白洋淀流域3条常年有水的河道之一，其上游来水主要是污水处理厂尾水和沿途部分直排污水，是影响白洋淀淀区水质状况的重要因素（陈佳秋, 2020）。本研究提供了府河雄安新区段的综合治理措施及效果分析，为类似入湖（淀）河流的治理提供参考。

1 府河河道概况

府河发源于保定市一亩泉，干流长47.79 km，流域面积643 km2，有持续水量经安州镇、南刘庄入白洋淀，天然年径流量约643万m3，河道来水以上游保定市污水处理厂尾水为主。近年来，府河水质较差，且河道存在一定的淤积，严重威胁白洋淀水质安全。府河新区段长16.3 km，西起雄安新区边界，东至安新大桥老桥，河宽20～80 m。2019年9月对府河新区段15个断面的地表水进行检测，结果显示：府河水质为劣V类水，按地表水Ⅳ标准执行，主要超标因子是氨氮（NH3-N）和TP，其中NH3-N全部超标，最大超标3.4倍，TP超标率为50%，最大超标0.7倍，平均水质如表1所示。

表1 府河河道水质Table 1 Water quality of Fuhe river

根据污染程度，底泥在垂直方向自上而下分为污染层（A层）、污染过渡层（B层）、正常沉积层（C层）。每300 m设置一个断面，对府河河道底泥进行检测，利用综合污染指数评价法对底泥氮、磷和有机质污染程度进行评价（王佩, 2012），结果表明：A层为中重度污染、B层为轻度污染、C层基本无污染。

2 府河治理目标

为削减府河上游来水污染，提升河流入淀水质，保障入淀水质达标。雄安新区在府河入淀口——藻苲淀区域实施府河河口湿地水质净化工程、府河新区段河道综合治理工程和藻苲淀退耕还淀工程（图1）。府河河口湿地设计规模25万m3/d，将府河、漕河和瀑河3条河流来水引入进水系统，实现“三水归一”，经过河口湿地净化后，10%的出水进行回流，90%的出水经退水渠入府河（陈佳秋, 2020）。府河作为府河河口湿地净化后退水入淀通道，本项目的主要目标提升河道自净能力，改善府河河道水质，保证府河新区段水质不恶化，下游水质不劣于上游来水，逐步恢复健康稳定的河道生态系统。远期目标是实现府河河口湿地水质净化工程、府河新区段河道综合治理工程和藻苲淀退耕还淀工程3个项目有机结合，共同保障淀区生态恢复和国控断面水质达标，为白洋淀未来生态湿地格局建设提供较好的生态环境空间。

3 府河治理工程

3.1 河道疏通工程

府河新区段河道中有5条填土形成的跨河乡村道路，侵占了河道的有效行洪断面，河水通过道路下部埋设的过水涵管过流，过流能力较低，对河道的流动性及行洪安全都有很大的影响。为恢复河流的纵向连续性和横向连通性，在原有跨河乡村道路的位置改建5座跨河桥梁，桥梁采用装配“321式”双排加强型贝雷梁桥。桥梁改建后能够有效改善河道流动性和行洪安全性，提升水动力条件，提高水体自净能力。

3.2 垃圾清运处置工程

垃圾是河道污染来源之一，已有其他项目实施完成沿岸生活垃圾收集处理。经现场踏勘，河道沿岸、河面及河底有大量存量垃圾，本项目进行存量垃圾的清运处置，总量约9 000 m3，河道沿岸表面垃圾采用人工清理，河面漂浮垃圾采用打捞船人工打捞，河底垃圾采用改装的水上挖机配合多功能环保挖泥船清理。

3.3 底泥清淤工程

内源释放是河道的主要污染源，河道底泥在水体扰动的情况释放污染物（王浩, 2020），造成内源污染，底泥清淤是内源污染消除直接有效的方案（李瑞成, 2020）。根据现场调查及监测评价结果，本项目将河道A层底泥全部清除，B层底泥作为超挖允许范围，C层底泥保留。河道A层底泥厚度30～45 cm，总清淤量18.01万m3，平均含水率为60%，采用环保绞吸清淤。绞吸的泥浆采用土工管袋进行脱水固化，含水率达60%后外运处置，用于砖厂制砖。土工管袋沥出水通过集水系统收集后进入余水处理系统进行处理，达标后排放（图2）。

图2 底泥清淤工艺流程图Fig.2 Process flow diagram of sediment dredging

3.4 生态修复工程

生态修复工程主要是对现有河滩、台田和坑塘水洼等进行湿地化改造。结合河床现状形态，充分考虑行洪安全、生态恢复、水质提升和景观节点提升等因素，合理选取6处地块建设河流型湿地，总占地面积9.45万 m2。湿地以沟壕湿地为主，湿地平面形态和水下地形主要模拟沟壕湿地特征进行构建，同时根据现有地形营造多样化湿地生境（杨棠武,2021），包括沉水植物塘、浮叶植物区、挺水植物床、生态缓坡和生态沟渠等（图3）。湿地植物斑块一般长度为10～80 m，宽度为5～20 m，斑块面积一般为50～1 600 m2。湿地植物斑块之间的沟壕顶宽一般为3～8 m。

图3 河流湿地断面示意Fig.3 Schematic diagram of section of river wetland

湿地植物种植包括水生植物和陆生植物，水生植物以当地适宜水生植物为主（忻飞, 2021），包括芦苇（Phragmites australis）、芦竹（Arundo donax）、香蒲（Typha orientalis）、菰（Zizania latifolia）、水葱（Scirpus validus）等。陆生植物以本土地被为主，并具有耐水湿习性、景观效果良好等特征，包括狗牙根（Cynodon dactylon）、酢浆草（Oxalis corniculata）等。

清淤工程对河道底栖生态系统会产生一定影响，为加速恢复河道底栖生态系统，投放适量底栖动物，为底栖生态系统恢复提供基础条件。同时，为提升河道生物多样性及生态系统稳定性，在河流湿地恢复节点投放适量鱼虾及浮游动物，构建水生动物群落，逐步恢复健康河流生态系统。水生动物投放种类包括环棱螺（Bellamya）、田螺（Procambarus clarkii）、无齿蚌（Anodonta woodiana）、鳜鱼（Siniperca chuatsi）、黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）、青虾（Macrobranchium nipponense）和大型溞（Daphniamagna）等白洋淀本土物种，投放比例4:4:4:5:3:1:3，共计投放2 400 kg。

3.5 物联网工程

物联网工程主要包括监测感知网建设、监控管理中心建设、管理应用平台建设及BIM模型建设与数字化交付4个方面，其中监测感知网新建自动水位监测站5座、自动水质监测站2座（上、下游各一座）及视频监控站6座。水位自动监测站利用自动化监测设备实现对水位等水文数据的自动化采集，并对数据进行存储、处理和分析，使用户能够实时掌握河道水情。水质自动监测站可自动监测治理河道上下游的水质数据，通过水质对比，客观反映河道综合治理工程的成效，同时指导运维工作。视频监控系统对水位监测设备、水质监测设备、河道周边、河流湿地等进行全方位的监视和管理，有效提高河道综合治理工程的建设、运维管理水平。

本工程在设计、施工等阶段全面采用信息化和数字化手段进行实施和管理，将项目工程全生命周期内的设计阶段、施工阶段产生的数据、过程和资源进行统一采集存储形成项目建设BIM模型。利用BIM和三维倾斜摄影模型蕴含的空间属性信息，为工程实体创建一个对应的数字双胞胎，将工程建设过程演变成类生命体的生长过程，未来统一接入雄安物联网系统，与雄安新区CIM平台充分融合。工程完工之后，为府河新区段河道综合治理工程提供一个过程可追溯、数据可查阅、信息可共享的综合性数据库，为工程数字化运营提供有力保障。

4 实施及运行效果分析

4.1 清淤污染物削减量分析

根据《主要水污染物总量减排核算办法》，底泥按照环保疏浚项目进行减排核算，计算公式如下：

式中：R为环保疏浚形成的水污染物新增削减量（t）；m为本年疏浚的受污染底泥土方量（m3）；r为疏浚的受污染底泥容重（kg/m3）；ci为疏浚的受污染底泥中主要水污染物的含量（mg/kg），其中COD按照有机质含量取值，NH3-N含量按TN的50%取值；ei为疏浚的受污染底泥中主要水污染物的释放系数，COD的释放系数、NH3-N的释放系数分别取0.5‰、2‰。

底泥清淤量为18.01万 m3，容重取1.28×103kg/m3（按照含水率60 %，土壤密度为1.7 g/cm2计），COD含量为21.5×103mg/kg，NH3-N为1.32×103mg/kg。通过实施底泥清淤，COD削减2.47 t，NH3-N削减0.60 t，估算清淤工程实施后可减少底泥NH3-N释放量0.69 t/a、TN释放量8.3 t/a、TP释放量0.75 t/a。

4.2 生态修复效果分析

生态修复新建河流湿地面积9.48万m2，府河来水水量为25万m3/d，将分散的河流湿地通过水断面比概化为整块表流人工湿地，概化后处理水量3.14万m3/d。由于湿地较为分散、水力负荷小，污染物削减能力较小，参考《人工湿地水质净化技术指南》表流人工湿地，污染物削减负荷取较小值（表2）。

表2 湿地污染物削减负荷选取表Table 2 Load reduction of pollutants from wetland

计算得出，COD削减量为17.30 t/a，NH3-N削减量为1.38 t/a，TP削减量为0.35 t/a。生态修复工程的实施将有效提升河段的水生生境多样性。通过对河流湿地改造，营造包括挺水植物床、沉水植物塘、浮叶植物区和缓坡湿地等多样化水生生境，为河流生态系统的自然恢复提供良好的环境基础条件。生态修复工程的实施提升了河段的动植物物种多样性，恢复本地湿地植物17种，同时投放适量的底栖动物和鱼虾类7种，提升水体的物种丰富度，初步构建健康水生态系统，为生态过程的恢复营造良好的物种基础条件。

4.3 湿地工程运行效果分析

工程完工后，2021年3月—2022年2月正常运维的1年，分析上下游自动水质监测站高锰酸盐指数（CODMn）、NH3-N、TN和Tp月均值。结果表明：除TN外，其他水质指标均可达到地表Ⅲ类水标准 ；上、下游水质变化趋势一致，除个别时间段，下游水质均不劣于上游水质，实现了工程目标（图4）。府河河道治理后生态系统逐渐恢复，景观效果明显提高，具有良好的生态效益和社会效益。

5 结论

针对府河入淀水质不达标，采取河道疏通、垃圾清运处置、底泥清淤、生态修复和物联网等工程进行河道的综合生态治理。府河治理工程实施后，有效削减河道污染源，提升了河流水动力条件与水体自净能力。工程运行效果良好，除TN外，其他水质指标均能达到地表Ⅲ类水标准，府河河道下游水质基本优于于上游水质，实现了工程目标，生态环境得到明显改善，为类似入淀（湖）河流的治理提供参考。