本書針對城市河流環(huán)境修復技術的原理、特點、適用條件、相關案例和運行管理等有關問題進行總結和梳理,主要介紹了城市河流污染現狀及問題、城市河流環(huán)境修復基礎與技術體系、城市河流外源污染控制與治理、城市河流的原位水質凈化、城市河流水質旁位處理、城市河流生態(tài)修復與重構,以及城市河流污染和修復技術的發(fā)展趨勢等內容。本書可供環(huán)境工程、市政工程等領域的工程技術人員、科研人員和管理人員參考,也供高等學校相關專業(yè)師生參閱。
河流是城市生態(tài)系統和城市空間的重要組成部分,隨著社會經濟及城市建設的發(fā)展,城市河道空間及其結構被大規(guī)模、廣泛地人工改造,改變了城市河流系統的自然連通性、生態(tài)多樣性,影響了水體的水環(huán)境自凈能力;同時入河污染物量增加,一些城市河流變?yōu)槌鞘械呐盼蹨希率钩鞘泻恿魉|污染、生態(tài)系統退化和破壞,成為當今全球性的生態(tài)環(huán)境問題。城市河流污染治理與生態(tài)修復已成為保障城市健康、持續(xù)發(fā)展的必要條件和重要任務。 為有助于制訂合理的城市河流污染控制與環(huán)境修復規(guī)劃方案、選擇適用技術、優(yōu)化工程計劃、提高投資效率和修復效果,《城市河流環(huán)境修復技術原理及實踐》對城市河流環(huán)境修復技術的原理、特點、適用條件、相關案例和運行管理等有關問題進行總結和梳理,主要介紹了城市河流污染現狀及問題、城市河流環(huán)境修復基礎與技術體系、城市河流外源污染控制與治理、城市河流的原位水質凈化 、城市河流水質旁位處理、城市河流生態(tài)修復與重構,以及城市河流污染和修復技術的發(fā)展趨勢等內容,以期為參與此項工作的相關工程技術人員、科研人員管理人員提供支持。
河流是城市生態(tài)系統和城市空間的重要組成部分,隨著社會經濟及城市建設的發(fā)展,城市河道空間及其結構被大規(guī)模、廣泛地人工改造,改變了城市河流系統的自然連通性、生態(tài)多樣性,影響了水體的水環(huán)境自凈能力;同時入河污染物量增加,一些城市河流變?yōu)槌鞘械呐盼蹨,致使城市河流水質污染、生態(tài)系統退化和破壞,成為當今全球性的生態(tài)環(huán)境問題。城市河流污染治理與生態(tài)修復已成為保障城市健康、持續(xù)發(fā)展的必要條件和重要任務。筆者首次涉足的城市河流水環(huán)境修復項目是在1989年大學畢業(yè)后參與的由北京市科委和英國海外發(fā)展署(ODA)聯合資助的中英合作國際項目《北京清河水環(huán)境綜合整治規(guī)劃研究》。當時的清河是一條黑臭嚴重的城市排污溝,流域內沒有污水處理廠,眾多的入河排污口排放著工業(yè)廢水和生活污水?刂莆廴驹、消除河道黑臭成了河流治理的首要任務,生態(tài)修復尚未提上日程。期間還配合北京亞運會(1990年)的召開,為改善亞運會場館周邊環(huán)境,在清河體院段開展河道曝氣水環(huán)境改善試驗工程。之后經過北京市十多年的努力,逐步完善了入河污染負荷的截除、污水廠建設、河道整治等工作,實現了清河上段黑臭現象的消除和水環(huán)境的改善。博士畢業(yè)后,城市河流水環(huán)境保護與生態(tài)修復始終是筆者重要的研究方向,在北京、佛山、蘇州、深圳、東營等城市開展了側重點有所不同的城市河流水環(huán)境保護研究。特別是從2003年開始,在佛山市環(huán)境保護局等部門的支持下,針對城市河網的環(huán)境修復開展了較為系統的研究,完成了十多項不同空間尺度的城市水資源保護與水污染控制規(guī)劃、污染源減排方案、河流修復技術、城市降雨徑流管理LIDBMPs技術方案與工程示范等。基于上述成果的《佛山市水環(huán)境保護修復與建設集成研究》獲廣東省環(huán)境保護科學技術一等獎。2014年開始,又進一步針對佛山市河涌修復的技術需求,在前期工作成果的基礎上,廣泛收集和梳理國內外城市河流修復技術進展和實際工程或示范案例,開展了佛山市河涌水環(huán)境修復技術指南的編制工作。同期,在國家十一五、十二五水體污染控制與治理科技重大專項(即水專項)的支持下,針對人口和產業(yè)密集的平原河網地區(qū)城市河流水環(huán)境修復,開展了關鍵技術研發(fā)。并在蘇州市區(qū)、同里鎮(zhèn)、甪直鎮(zhèn)展開了城市河流水環(huán)境修復的工程示范。城市河流水污染控制與水環(huán)境修復技術眾多,然而不同城市河流所處的自然條件以及當地的經濟發(fā)展階段不同,而各種水環(huán)境修復技術又具有不同的技術、經濟特征,因此針對不同的城市河流,要根據其面臨的主要問題,綜合考慮自然、社會、經濟等因素,選用適用的技術,并進行技術優(yōu)化耦合和集成,以實現城市河流的水環(huán)境改善和水生態(tài)修復。當前,我國城市河流污染控制和修復工作非常急迫,2015年4月,國務院發(fā)布了《水污染防治行動計劃》(簡稱水十條),其提出的主要指標包括:到2020年,地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內;京津冀區(qū)域喪失使用功能(劣Ⅴ類)的水體斷面比例下降15%左右,長江三角洲、珠江三角洲區(qū)域力爭消除喪失使用功能的水體;到2030年,城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。2015年8月,住房和城鄉(xiāng)建設部會同環(huán)境保護部、水利部、農業(yè)部組織編制發(fā)布了《城市黑臭水體整治工作指南》,部署了城市黑臭水體排查、整治、考核和監(jiān)管工作?梢灶A見,在今后的一段時期內,城市河流的污染控制和水環(huán)境修復將會出現一個高潮,一大批環(huán)保、城建、水利領域的工程師、經濟師、管理專家將會參與其中,各種污染治理和生態(tài)修復技術將會爭奇斗艷。為了有助于制訂合理的城市河流污染控制與環(huán)境修復規(guī)劃方案、選擇適用技術、優(yōu)化工程計劃、提高投資效率和修復效果,本書對城市河流環(huán)境修復技術的原理、特點、適用條件、相關案例和運行管理等有關問題進行總結和梳理,以期為參與此項工作的相關決策人員、管理人員和工程技術人員提供一些支持。本書所引用資料和數據的來源,除了筆者主持和參與的項目外,還有不少引用自國內外的文獻,在引用時結合當地、當時的具體條件進行了取舍。在本書編著過程中,程聲通、李廣賀、胡洪營、劉翔等老師對本書架構和技術體系提供了指點和幫助,高鄭娟重點收集和梳理了城市河流外源污染控制、原位水質凈化、水質旁位處理等方面的資料和案例;孫朝霞重點收集和梳理了生態(tài)系統修復與重構方面的資料和案例;初稿成稿后,程聲通老師又對全文進行了認真修改。為本書提供素材的還有張玉虎、羅群、丁一、楊聰、王相文、張大春、唐穎以及美國的Shaw L Yu、韓國的Hyunook Kim等。書中還引用了很多研究人員的成果,在此一并表示衷心感謝!限于編著時間和編著者水平,書中不足和疏漏之處在所難免,敬請讀者提出修改建議。編著者2016年8月
賈海峰:清華大學環(huán)境學院副教授,長期以來從事城市水環(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境模型、3S技術在環(huán)境中的應用等方面的科研和教學工作,主持和參加了包括城市(流域)水環(huán)境規(guī)劃、供水規(guī)劃、流域水質模型、生態(tài)需水在內的40余項國家和省市科研課題,進行的和近年來完成的有:國家水專項產業(yè)密集型城鎮(zhèn)水環(huán)境綜合整治技術研究與示范(2011-2015),水鄉(xiāng)城鎮(zhèn)水環(huán)境整治技術研究與綜合示范(2008-2010),控制單元水質目標管理技術(2009-2011),佛山市城市地表徑流系統(BMPs)管理試點研究(2011-2013),廣州亞運會佛山市水環(huán)境質量保障研究(2010),以再生水為水源的城市水系水生態(tài)系統特征與生態(tài)模擬研究(2009~2011),美國城市雨水BMPs研究進展及北京初步應用(2007-2008)。
1緒論1
1.1河流生態(tài)系統構成和功能1
1.1.1河流生態(tài)系統的組成2
1.1.2河流生態(tài)系統的功能2
1.2城市河流水環(huán)境現狀及問題3
1.2.1城市河流水環(huán)境現狀3
1.2.2城市河流的主要問題4
1.3城市河流的污染源和污染物5
1.3.1城市河流的污染源5
1.3.2水體污染及危害6
1.4國內外城市河流環(huán)境修復概況10
1.4.1國外城市河流環(huán)境修復的歷程10
1.4.2我國城市河流環(huán)境修復進展11
參考文獻12
2城市河流環(huán)境修復基礎與技術體系14
2.1城市河流環(huán)境修復的理論基礎14
2.1.1水環(huán)境容量理論14
2.1.2河流生態(tài)需水理論18
2.1.3河流生態(tài)健康理論21
2.2城市河流環(huán)境修復技術體系24
2.2.1城市河流環(huán)境修復的技術路線24
2.2.2城市河流水環(huán)境修復技術分類26
2.3城市河流環(huán)境修復技術的篩選29
2.3.1城市河流環(huán)境修復技術篩選的目標與方法29
2.3.2技術篩選的指標體系30
2.3.3技術評價和篩選32
2.4城市河流環(huán)境修復方案的編制與實施34
2.4.1城市河流環(huán)境修復方案34
2.4.2城市河流環(huán)境修復實施的階段35
參考文獻36
3城市河流外源污染控制與治理38
3.1污水收集技術38
3.1.1重力收集系統38
3.1.2污水負壓收集系統39
3.1.3負壓收集實例甪直密集居民區(qū)負壓收集系統44
3.2城市河流截污技術46
3.2.1城市河流截污技術的形式46
3.2.2負壓截污實例常州北市河沿河負壓截污系統49
3.3入河分散污水處理技術52
3.3.1入河分散污水特征52
3.3.2入河分散污水處理模式與技術53
3.3.3實例利用氧化溝處理村落污水的工程實例54
3.4城市地表徑流污染控制技術56
3.4.1概述56
3.4.2LID-BMPs控制技術及經濟特征分析58
3.4.3實例廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院降雨徑流控制示范74
參考文獻79
4城市河流的原位水質凈化82
4.1內源污染控制與治理82
4.1.1底泥污染現狀82
4.1.2底泥覆蓋技術83
4.1.3底泥化學修復技術85
4.1.4底泥的原位生物修復85
4.1.5底泥的聯合修復86
4.2河流結構優(yōu)化與水動力調控87
4.2.1河流流態(tài)與水環(huán)境修復的關系87
4.2.2水系溝通與結構優(yōu)化88
4.2.3水體推流與動力學調控88
4.2.4閘壩調度與水動力調控92
4.2.5實例甪直古鎮(zhèn)水系結構優(yōu)化與動力學調控94
4.2.6實例同里古鎮(zhèn)水系水動力優(yōu)化調控示范99
4.3河流曝氣復氧技術108
4.3.1跌水曝氣復氧技術108
4.3.2人工曝氣復氧技術109
4.4生物膜法111
4.4.1礫間接觸氧化法111
4.4.2人工水草121
4.5生態(tài)浮床126
4.5.1技術原理126
4.5.2技術經濟特征128
4.6微生物強化技術129
4.6.1技術原理129
4.6.2技術經濟特征130
4.6.3微生物菌劑的種類131
4.6.4固定化微生物技術135
參考文獻136
5城市河流水質旁位處理140
5.1人工強化快濾技術140
5.1.1連續(xù)砂濾技術140
5.1.2纖維過濾技術142
5.2化學絮凝技術148
5.2.1強化混凝技術149
5.2.2磁絮凝分離技術150
5.3生物膜技術153
5.3.1礫間接觸氧化技術153
5.3.2曝氣生物濾池157
5.3.3生物接觸氧化159
5.3.4生物流化床161
5.4自然生物處理技術163
5.4.1穩(wěn)定塘163
5.4.2人工濕地技術167
5.4.3土地滲濾處理技術176
參考文獻181
6城市河流生態(tài)修復與重構184
6.1城市生態(tài)河道的空間結構184
6.1.1生態(tài)河流的形態(tài)184
6.1.2城市生態(tài)河流的結構修復187
6.1.3城市河道的生態(tài)護岸196
6.2城市河流生態(tài)系統的營造213
6.2.1河流水體垂向特征與生態(tài)系統構建213
6.2.2生態(tài)河道水生植物系統的營造214
6.2.3水生動物系統的營造216
6.3城市河流親水景觀219
6.3.1景觀要素及親水景觀類型219
6.3.2親水景觀設計原則及步驟221
6.3.3親水景觀類型221
6.4清溪川生態(tài)修復與重構的案例225
6.4.1清溪川的沿革225
6.4.2清溪川復原226
6.4.3清溪川水體補水水源與水質復原227
6.4.4清溪川復原中的河道空間結構設計228
6.4.5清溪川修復中的生態(tài)景觀設計231
6.4.6清溪川改造實施效果234
參考文獻237
7后記239
7.1結語239
7.2展望241