雄安新區府河綜合治理工程及效果分析

周業凱 趙 坤 邵一奇 楊 浩 李 瑾 安樹青,4 楊棠武,4*

（1 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014；2 南京大學常熟生態研究院，南大（常熟）研究院有限公司，江蘇 蘇州 215501；3 中國水電基礎局有限公司，天津 301700；4 南京大學生命科學學院，江蘇 南京 210046）

白洋淀位于京津冀腹地，是華北平原最大的淡水湖泊，素有“華北明珠”之稱，被譽為“華北之腎”（宋凱宇, 2020; Han, 2020），在維持區域生物多樣性和生態安全中發揮著重要的作用（秦珊,2020），對于雄安新區乃至整個京津冀和華北地區的氣候調節和區域生態環境涵養都具有不可替代的作用（朱金峰, 2019）。受人類活動干擾，白洋淀水質惡化、生態環境退化問題突出，水體多為V類或劣V類，處于輕度富營養狀態，污染主要來源于入淀河流輸入及淀區內源污染，主要污染指標為化學需氧量（COD）與總磷（TP）（李琳琳, 2019）。為恢復淀泊水面、實現水質達標，《白洋淀生態環境治理和保護規劃（2018—2035年）》明確提出開展入淀河流綜合治理（河北省委省政府, 2019）。

白洋淀有8條入淀河流，府河是白洋淀流域3條常年有水的河道之一，其上游來水主要是污水處理廠尾水和沿途部分直排污水，是影響白洋淀淀區水質狀況的重要因素（陳佳秋, 2020）。本研究提供了府河雄安新區段的綜合治理措施及效果分析，為類似入湖（淀）河流的治理提供參考。

1 府河河道概況

府河發源于保定市一畝泉，干流長47.79 km，流域面積643 km2，有持續水量經安州鎮、南劉莊入白洋淀，天然年徑流量約643萬m3，河道來水以上游保定市污水處理廠尾水為主。近年來，府河水質較差，且河道存在一定的淤積，嚴重威脅白洋淀水質安全。府河新區段長16.3 km，西起雄安新區邊界，東至安新大橋老橋，河寬20～80 m。2019年9月對府河新區段15個斷面的地表水進行檢測，結果顯示：府河水質為劣V類水，按地表水Ⅳ標準執行，主要超標因子是氨氮（NH3-N）和TP，其中NH3-N全部超標，最大超標3.4倍，TP超標率為50%，最大超標0.7倍，平均水質如表1所示。

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

根據污染程度，底泥在垂直方向自上而下分為污染層（A層）、污染過渡層（B層）、正常沉積層（C層）。每300 m設置一個斷面，對府河河道底泥進行檢測，利用綜合污染指數評價法對底泥氮、磷和有機質污染程度進行評價（王佩, 2012），結果表明：A層為中重度污染、B層為輕度污染、C層基本無污染。

2 府河治理目標

為削減府河上游來水污染，提升河流入淀水質，保障入淀水質達標。雄安新區在府河入淀口——藻苲淀區域實施府河河口濕地水質凈化工程、府河新區段河道綜合治理工程和藻苲淀退耕還淀工程（圖1）。府河河口濕地設計規模25萬m3/d，將府河、漕河和瀑河3條河流來水引入進水系統，實現“三水歸一”，經過河口濕地凈化后，10%的出水進行回流，90%的出水經退水渠入府河（陳佳秋, 2020）。府河作為府河河口濕地凈化后退水入淀通道，本項目的主要目標提升河道自凈能力，改善府河河道水質，保證府河新區段水質不惡化，下游水質不劣于上游來水，逐步恢復健康穩定的河道生態系統。遠期目標是實現府河河口濕地水質凈化工程、府河新區段河道綜合治理工程和藻苲淀退耕還淀工程3個項目有機結合，共同保障淀區生態恢復和國控斷面水質達標，為白洋淀未來生態濕地格局建設提供較好的生態環境空間。

3 府河治理工程

3.1 河道疏通工程

府河新區段河道中有5條填土形成的跨河鄉村道路，侵占了河道的有效行洪斷面，河水通過道路下部埋設的過水涵管過流，過流能力較低，對河道的流動性及行洪安全都有很大的影響。為恢復河流的縱向連續性和橫向連通性，在原有跨河鄉村道路的位置改建5座跨河橋梁，橋梁采用裝配“321式”雙排加強型貝雷梁橋。橋梁改建后能夠有效改善河道流動性和行洪安全性，提升水動力條件，提高水體自凈能力。

3.2 垃圾清運處置工程

垃圾是河道污染來源之一，已有其他項目實施完成沿岸生活垃圾收集處理。經現場踏勘，河道沿岸、河面及河底有大量存量垃圾，本項目進行存量垃圾的清運處置，總量約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撈船人工打撈，河底垃圾采用改裝的水上挖機配合多功能環保挖泥船清理。

3.3 底泥清淤工程

內源釋放是河道的主要污染源，河道底泥在水體擾動的情況釋放污染物（王浩, 2020），造成內源污染，底泥清淤是內源污染消除直接有效的方案（李瑞成, 2020）。根據現場調查及監測評價結果，本項目將河道A層底泥全部清除，B層底泥作為超挖允許范圍，C層底泥保留。河道A層底泥厚度30～45 cm，總清淤量18.01萬m3，平均含水率為60%，采用環保絞吸清淤。絞吸的泥漿采用土工管袋進行脫水固化，含水率達60%后外運處置，用于磚廠制磚。土工管袋瀝出水通過集水系統收集后進入余水處理系統進行處理，達標后排放（圖2）。

圖2 底泥清淤工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of sediment dredging

3.4 生態修復工程

生態修復工程主要是對現有河灘、臺田和坑塘水洼等進行濕地化改造。結合河床現狀形態，充分考慮行洪安全、生態恢復、水質提升和景觀節點提升等因素，合理選取6處地塊建設河流型濕地，總占地面積9.45萬 m2。濕地以溝壕濕地為主，濕地平面形態和水下地形主要模擬溝壕濕地特征進行構建，同時根據現有地形營造多樣化濕地生境（楊棠武,2021），包括沉水植物塘、浮葉植物區、挺水植物床、生態緩坡和生態溝渠等（圖3）。濕地植物斑塊一般長度為10～80 m，寬度為5～20 m，斑塊面積一般為50～1 600 m2。濕地植物斑塊之間的溝壕頂寬一般為3～8 m。

圖3 河流濕地斷面示意Fig.3 Schematic diagram of section of river wetland

濕地植物種植包括水生植物和陸生植物，水生植物以當地適宜水生植物為主（忻飛, 2021），包括蘆葦（Phragmites australis）、蘆竹（Arundo donax）、香蒲（Typha orientalis）、菰（Zizania latifolia）、水蔥（Scirpus validus）等。陸生植物以本土地被為主，并具有耐水濕習性、景觀效果良好等特征，包括狗牙根（Cynodon dactylon）、酢漿草（Oxalis corniculata）等。

清淤工程對河道底棲生態系統會產生一定影響，為加速恢復河道底棲生態系統，投放適量底棲動物，為底棲生態系統恢復提供基礎條件。同時，為提升河道生物多樣性及生態系統穩定性，在河流濕地恢復節點投放適量魚蝦及浮游動物，構建水生動物群落，逐步恢復健康河流生態系統。水生動物投放種類包括環棱螺（Bellamya）、田螺（Procambarus clarkii）、無齒蚌（Anodonta woodiana）、鱖魚（Siniperca chuatsi）、黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）、青蝦（Macrobranchium nipponense）和大型溞（Daphniamagna）等白洋淀本土物種，投放比例4:4:4:5:3:1:3，共計投放2 400 kg。

3.5 物聯網工程

物聯網工程主要包括監測感知網建設、監控管理中心建設、管理應用平臺建設及BIM模型建設與數字化交付4個方面，其中監測感知網新建自動水位監測站5座、自動水質監測站2座（上、下游各一座）及視頻監控站6座。水位自動監測站利用自動化監測設備實現對水位等水文數據的自動化采集，并對數據進行存儲、處理和分析，使用戶能夠實時掌握河道水情。水質自動監測站可自動監測治理河道上下游的水質數據，通過水質對比，客觀反映河道綜合治理工程的成效，同時指導運維工作。視頻監控系統對水位監測設備、水質監測設備、河道周邊、河流濕地等進行全方位的監視和管理，有效提高河道綜合治理工程的建設、運維管理水平。

本工程在設計、施工等階段全面采用信息化和數字化手段進行實施和管理，將項目工程全生命周期內的設計階段、施工階段產生的數據、過程和資源進行統一采集存儲形成項目建設BIM模型。利用BIM和三維傾斜攝影模型蘊含的空間屬性信息，為工程實體創建一個對應的數字雙胞胎，將工程建設過程演變成類生命體的生長過程，未來統一接入雄安物聯網系統，與雄安新區CIM平臺充分融合。工程完工之后，為府河新區段河道綜合治理工程提供一個過程可追溯、數據可查閱、信息可共享的綜合性數據庫，為工程數字化運營提供有力保障。

4 實施及運行效果分析

4.1 清淤污染物削減量分析

根據《主要水污染物總量減排核算辦法》，底泥按照環保疏浚項目進行減排核算，計算公式如下：

式中：R為環保疏浚形成的水污染物新增削減量（t）；m為本年疏浚的受污染底泥土方量（m3）；r為疏浚的受污染底泥容重（kg/m3）；ci為疏浚的受污染底泥中主要水污染物的含量（mg/kg），其中COD按照有機質含量取值，NH3-N含量按TN的50%取值；ei為疏浚的受污染底泥中主要水污染物的釋放系數，COD的釋放系數、NH3-N的釋放系數分別取0.5‰、2‰。

底泥清淤量為18.01萬 m3，容重取1.28×103kg/m3（按照含水率60 %，土壤密度為1.7 g/cm2計），COD含量為21.5×103mg/kg，NH3-N為1.32×103mg/kg。通過實施底泥清淤，COD削減2.47 t，NH3-N削減0.60 t，估算清淤工程實施后可減少底泥NH3-N釋放量0.69 t/a、TN釋放量8.3 t/a、TP釋放量0.75 t/a。

4.2 生態修復效果分析

生態修復新建河流濕地面積9.48萬m2，府河來水水量為25萬m3/d，將分散的河流濕地通過水斷面比概化為整塊表流人工濕地，概化后處理水量3.14萬m3/d。由于濕地較為分散、水力負荷小，污染物削減能力較小，參考《人工濕地水質凈化技術指南》表流人工濕地，污染物削減負荷取較小值（表2）。

表2 濕地污染物削減負荷選取表Table 2 Load reduction of pollutants from wetland

計算得出，COD削減量為17.30 t/a，NH3-N削減量為1.38 t/a，TP削減量為0.35 t/a。生態修復工程的實施將有效提升河段的水生生境多樣性。通過對河流濕地改造，營造包括挺水植物床、沉水植物塘、浮葉植物區和緩坡濕地等多樣化水生生境，為河流生態系統的自然恢復提供良好的環境基礎條件。生態修復工程的實施提升了河段的動植物物種多樣性，恢復本地濕地植物17種，同時投放適量的底棲動物和魚蝦類7種，提升水體的物種豐富度，初步構建健康水生態系統，為生態過程的恢復營造良好的物種基礎條件。

4.3 濕地工程運行效果分析

工程完工后，2021年3月—2022年2月正常運維的1年，分析上下游自動水質監測站高錳酸鹽指數（CODMn）、NH3-N、TN和Tp月均值。結果表明：除TN外，其他水質指標均可達到地表Ⅲ類水標準 ；上、下游水質變化趨勢一致，除個別時間段，下游水質均不劣于上游水質，實現了工程目標（圖4）。府河河道治理后生態系統逐漸恢復，景觀效果明顯提高，具有良好的生態效益和社會效益。

5 結論

針對府河入淀水質不達標，采取河道疏通、垃圾清運處置、底泥清淤、生態修復和物聯網等工程進行河道的綜合生態治理。府河治理工程實施后，有效削減河道污染源，提升了河流水動力條件與水體自凈能力。工程運行效果良好，除TN外，其他水質指標均能達到地表Ⅲ類水標準，府河河道下游水質基本優于于上游水質，實現了工程目標，生態環境得到明顯改善，為類似入淀（湖）河流的治理提供參考。