水专项巡礼 | 金泽水源地绿色基础设施技术示范工程

项目团队简介

上海市政工程设计研究总院(集团) 有限公司创建于1954年,是我国成立最早的市政工程设计研究院之一,为全国建设系统首家获得工程设计综合甲级资质的勘察设计企业,位列全国勘察设计百强设计院,在市政行业中名列首位。历年获得国家级科技进步奖12项,省、部级科技进步奖165项,获得全国科技进步先进集体、全国勘察设计创新典型企业、上海市高新技术企业、上海市专利工作示范企业和上海市知识产权优势企业等荣誉称号,并被国家批准设立博士后科研工作站。

金泽水库是除陈行、青草沙、东风西沙之外上海市饮用水的第4个水源地，可为上海市西南五区提供更清洁的原水，是上海市落实“两江并举、多源互补”的水资源规划格局、实现上海市西南五区集约化供水的重要举措。目前，金泽水源地的 23 项水质指标大部分基本满足 III 类水水质标准，但溶解氧(DO)、氨氮、总氮(TN)等指标在汛期仍会超出标准限值，使得金泽水源地水质总体上不能稳定达标。金泽水源地污染源调查结果显示，面源污染占污染负荷的比重正逐步提高，且会集中在雨季排放，污染强度大。因此，有必要构建金泽水源地雨水径流污染防控技术体系，全面保障上海市供水水质安全。

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课题研究背景与目标

本课题针对太浦河金泽水源地水质安全保障的需求，细致分析金泽水源地雨水径流污染特征并建立面源污染数据库，研究金泽水源地径流污染控制策略。针对金泽水源地特点，形成包括源头强化调蓄净化技术、排水过程污染物强化净化技术、及湖荡及河道末端生态强化调蓄净化技术的径流污染强化调蓄净化技术，并开发水源地绿色雨水基础设施环境效益评估模型，构建绿色雨水基础设施区域规划、工程建设、运行管理和环境效益评估于一体的综合决策管理平台。最终，开展雨水径流污染防控技术集成和工程示范，研究金泽水源地绿色雨水基础设施建设管理实施办法，为金泽水源地及上游地区雨水径流污染防控提供重要参考和指导。

《金泽水源地雨水径流污染防控关键技术研究与工程示范》(2017ZX07207001)属于项目《太浦河金泽水源地水质安全保障综合示范》(2017ZX07207)的课题，由上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司联合上海市环境科学研究院、同济大学、上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司和华东师范大学共同开展。

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示范工程建设

2.1 水质监测示范工程建设前区域概况及主要水环境问题分析

2.1.1 示范区概况

青西郊野公园是上海市首批重点建设的七处郊野公园之一，位于青浦区西南部，东至规划路、西至拦路港、练西公路、南至南横港、北至北横港，总面积约为5.1 km2(包含莲湖村和山深村)。公园物种资源丰富，以“湖、滩、荡、堤、圩、岛”为主要特色，湿地、湖泊、河流、森林形成多样化的生态系统，是上海市唯一一个以湿地为特色的郊野公园。郊野公园是响应青浦区土地整治项目建设而成，以大莲湖为中心，利用原有地理、生态等资源，打造生态保育区、渔村休闲体验区、水乡农田示范区三大片区。在此基础上，根据青西郊野公园水质提升需要，增加居民区，采取4个功能区的划分方式(图1)。

图1 青西郊野公园下垫面特征
Fig.1 Underlying Surface Characters of Qingxi Country Park

示范区内以大莲湖为核心水域(面积约为1 km2)。示范区外与大莲湖联通的水系包括：北横港(依靠旗杆港与大莲湖连通)、莲横港、拦路港、金口门港。其中，莲横港、金口门港、以及拦路港连接处均设置水闸控制。具体情况如下：

(1) 金口门港、拦路港汇入大莲湖，大莲湖通过大包围港汇入北横港；

(2) 莲横港闸口常闭，金口门北泵闸和莲湖港水闸会在雨天开启；

(3) 谢庄村内微小河道流入金口门港，最终流入大莲湖；

(4) 山深村内微小河道部分直接流入北横港，部分直接流入大莲湖；

(5) 在池杉林水质较差时开闸引大莲湖的湖水，频率约为一周2次。

2.1.2 水环境问题分析

2018年课题对区域水质进行了细致调研，得到如下结果。(1)保育区内氮素和COD总体满足III类水水质标准，部分在Ⅲ～Ⅳ类；SS平均是大莲湖的2.1～3.8倍，最高时达到81.4 mg/L，悬浮物污染问题突出；部分区域的DO平均值仅为0.14 mg/L(<0.2 mg/L)，表明已出现厌氧情况。(2)鱼塘区排污渠氮素类在Ⅳ～Ⅴ类，水质波动较大；COD在Ⅲ～Ⅳ类。排污渠内雨天COD是旱天COD的1.9倍；SS均值在34.2～65.4 mg/L，且在不同时期波动较大；DO仅达到Ⅴ类水标准。(3)村庄内微小河道水质波动大，春季TN、TP分别高于地表水Ⅴ类标准2～3倍、降雨后COD介于Ⅳ～Ⅴ类；河道表面漂浮物较多，影响整体感官。示范工程建成前示范区内水环境如图2所示。

图2 示范工程建成前示范区内水环境现状(2018年)
Fig.2 Existing Situation of Water Environment in Qingxi Country Park (in 2018）

2.2 绿色基础设施示范工程方案设计

2.2.1 保育区水质提升示范工程

为了实现保育区水质能长久性地处于良好状态，应首先打破其封闭式的现状。其次，因保育区内池杉种植、木栈桥游览区域的设置而产生了很多滞留区，易使水质进一步恶化。因此，拟在保育区内因地制宜地通过湖荡湿地的建设、生态系统完善、局部水动力条件改善3个方面，提升保育区入口水质、稳定滞留区水环境质量，改善局部水质恶化现象。

(1)根据人工湿地的功能定位，综合考虑保育区内污染控制的实际需求，确定拟建人工湿地的功能为净化保育区进水水质。原进口位于保育区西北侧，由手动闸门控制；原出口位于东南侧，由1台轴流泵控制。鉴于现有进水位置建设用地的限制，拟将原进水口调整为出水口，原出水泵站(经改造后)作为人工湿地进水泵站，保育区东南侧的水塘升级改造为人工湿地，水塘南北两侧与保育区内河道连通处作为人工湿地出水口。最终，使得保育区进水经人工湿地净化提升后流入。

(2)在绿色基础设施基础上构建完善的水生生态系统，遵循生物与环境相互平衡、稳定、统一的原则，充分考虑生物与环境之间相互影响、相互制约、环环相扣的特点，建立包括水生植物、水生动物、水体微生物的完整生态系统，以维持稳定的动态平衡状态。底质改良面积为117 206 m2，水生植物系统修复面积为31 511 m2，水生动物投放共5 000 kg，微生态调节菌群的投放活菌数量为107 CFU/mL×7 000 L。

(3)为提升区域水体流动状态，提出现有泵站增能和滞留区增设曝气机2项措施，以保证溶解氧充足，改善水动力条件，以长效维持区域水环境质量。保育区内微孔曝气机如图3所示。

图3 保育区内微孔曝气机
Fig.3 Microporous Aeration Machine

2.2.2 莲湖村水环境质量提升示范工程

莲湖村水环境质量提升示范工程共在2处开展，分别为莲湖村谢庄港和渔村休闲体验区内排污渠(简称“鱼塘区”)，根据2处环境条件，通过生态护岸梯级阻控技术为主体的绿色基础设施技术进行综合示范。

(1)谢庄港

生态护岸升级改造全长为420 m，分别设置3个生态单元：生态步道、生态护岸、近岸水域生态构建。其中护岸单一植物以狗牙根、黑麦草为主，约按1∶1比例种植，种植密度为60～80 株/m2。近岸水域生态构建选用的水生植物以矮生苦草为主，配有黑藻和金鱼藻混种，种植密度为20～25 株/m2。在此基础上，为了进一步长久地保障谢庄港水质，完成底质改良(面积为9 000 m2)，修复栈桥景观(面积为2 848 m2)，投放水生动物1 000 kg，完善了谢庄港水生生态系统；并同步投放微生物菌群(投放量为107 CFU/mL×1 105 L)，构建菌藻共生系统。

(2)鱼塘区

生态护岸升级改造全长为1 450 m，结合渔村休闲体验区排污渠现有设施情况，设置2个生态单元，分别为：生态护岸和水生植物缓冲带子单元。生态护岸子单元的植物选配，由于本排污渠在鱼塘换水期间会受到较大冲刷，选用根茎蔓延力强、固土护坡能力强的狗牙根，种植密度为100株/m2。水生植物缓冲带子单元的种植植物选配：选用土著物种美人蕉和香蒲，种植比例为1∶1，种植密度为每间隔25 cm交替种植1株。

在此基础上，于排污渠接近拦路港处的一处较开阔水域开展人工湿地改造，总面积约为422.5 m2，其中：潜流人工湿地面积为200 m2，表流人工湿地面积为222.5 m2；潜流人工湿地以沸石为主要填料，吸附氮、磷等污染物，填料层厚度约为30 cm，沸石粒径为φ10～φ30 mm。表流人工湿地改造依托现有自然条件进行，通过植物种植规划河道水体流线，湿地植物选取芦苇、香蒲、紫叶美人蕉、常绿水生鸢尾，种植密度在20～25株/m2。

表1 示范工程建成前后径流污染去除情况
Tab.1 Reduction Rate of Runoff Pollution after Demontration Project

注：径流污染以SS去除情况进行比较，CS表示保育区样品，CZ表示莲湖村样品，YT表示鱼塘区样品

图4 示范工程建成后效果
Fig.4 Water Body after Demontration Project

2.3 示范工程建设初步成效

示范工程建成后保育区SS去除率达到65.06%，部分悬浮物污染严重点位得到了很大改善，SS自51.47 mg/L降低至14.8 mg/L，最低可达到4.80 mg/L。莲湖村内SS去除率达到62.42%，示范工程建成后SS降低至5.15 mg/L。因采用相同示范技术，鱼塘区SS去除率与莲湖村相似，达到62.45%，示范工程建成后SS自36.01 mg/L(平均值)降低至13.57 mg/L。表1为示范工程建成前后径流污染去除情况，图4为示范工程建成后效果。

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研究展望

本课题根据金泽水源地雨水径流污染特征，以“点、线、面”的工程形态属性选择具有代表性的区域，分别进行了源头减排技术、过程控制技术和末端生态阻控技术的工程示范，示范区服务面积为5.1 km2。示范工程建成后，经绿色基础设施处理后SS去除率可达60%以上；通过示范工程探索，能够为长三角生态绿色一体化示范区提供一套可复制、可推广的雨水径流防控集成技术体系，科学支撑太浦河清水绿廊建设。

来源：本文来自《净水技术》2021年1期 “水体污染控制与治理”科技重大专项成果专栏

校对：万梓薇

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