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西安护城河水质分析与生态修复方案调查方案学生姓名：王姣刘佳欣班级：2015届高一六班伴随明城墙的建设、开挖于1370年的西安护城河，全长14.6km，是古代西安城抵御入侵者的第一道屏障。解放后，城市规划使护城河改变了原有的功能，成为老城区36km2范围的雨水调蓄库和泄洪干道，水量达到100万m3，蓄洪水量为80万m3。如今，护城河是一座城市悠久历史文化的象征之一，代表着一个城市的形象[1]。为恢复护城河的良好容貌，西安市政府于1983年、1998年、2004年分别进行3次清淤治污，于2008又全面进行截污工程，截掉13处污水，但是护城河水质依然没有明显改善。1.1采样点确定通过两次现场调研，根据排放口分布情况及河水表观状态发生明显变化的特征，在护城河的周边共设置了15个采样点，详见图1。根据水样采集原则[2]，在采样断面上设置一条采样垂线，采样点为垂线以下0.5m。考虑到河宽等实际情况，15个具体采样点为采样断面所在位置河岸水下0.5m处。1.2护城河水质状况对河段的各采样点进行采样分析，采样时间为2009年5月和8月，水质监测数据(图2、图3)。可以看出，污染物主要为有机物、氮和磷等，河水的CODcr、BOD5、NH3-N、TP和TN等大部分属地表水Ⅴ类水体水质标准，甚至有不少属于劣Ⅴ类水体的水质。1.3污染情况及成因分析1.3.1外源污染分析(1)点源污染。结合图1、图2、图3可以看出,总体来看，东面、西面及北面水质较差，南面水质较好，这些水质较差点的污染源中有很多是零散的点污染源。A点水质之所以较好是因为在东南角有一个补水口，补水主要来自水质较好黑河水源。在所有监测点中，B点水质最差，但是到C、D、E点水质都有很大的改善，其原因是河段桥下均设有简易溢流堰，通过溢流堰的跌水曝气作用，能对河水进行有效的充氧，增加水体的溶解氧，减少了污泥腐化，增加了水中微生物的种类和数量，从而使水质有了很大的改观。L点的COD值变化最大，是因为五月份时该点有从城内方向来的有机污染源，污水呈暗绿色，且有恶臭味，污染比较严重，说明L点的生活污水排放量比较大，八月份取样时，污染源源水发生变化，水量变小且无臭味，导致L点COD值明显减小。说明护城河两岸尚未封死的污水口临时排放的污水对护城河局部河段的冲击很大。总体而言，护城河东段、北段及西北方向水体水质较差，其原因有:①在监测点B之前，主要是长乐桥下长期有兴庆湖退水携带部分市政污水排入护城河，污染护城河东段及其下游的河段。②实际调查发现，护城河东段、东北段，河两侧到处都是零星的排污口，经常会有污水偷排进入护城河，在西段也有污水偷排的情况存在但比较少。(2)非点源污染。西安古城内外近45km2的雨水均排入护城河[4]，使得护城河附近城区的地表径流成为最主要的面源污染源。经现场调研，特别在护城河北面、东面有9处大的雨水排放口，另外还有一些小的排放口。城区地表如公路、广场上的各类固体物质都有可能被雨水冲刷溶解而形成地表径流，最终通过雨水口流入护城河。地表径流中包含有许多污染物质，如固体废物碎屑、化学药品、空气沉降物和车辆排放物等，据文献[4]，城市地表径流中污染物悬浮固体、重金属及碳氢化合物的浓度与未经处理的城市污水基本相同。这也是护城河北面、东面水质一直较差的原因之一。1.3.2内源污染分析西安市护城河东南角高，西北角低，落差11.7m，南面水流流速较高，北面、东面水流效果极差，甚至局部处于死水状态，造成大量可沉物质沉积形成底泥。在河流底泥中积累了大量耗氧有机物、氮、磷等，其含量通常比河水中的污染物浓度高出数十倍，在一定条件下，底泥中各种污染物向上覆水的释放及其耗氧矿化是导致水体DO下降和水质恶臭的主要原因之一，对河流水质有重要的影响[5-7]。可以说，底泥是河道中主要的内在污染源。除此之外，河流内部污染源也包括了藻类植物、水面漂浮物等，对水体的影响主要是耗氧性污染、富营养化污染或毒性污染。综上所述，护城河污染的形成和加剧不是某一种因素造成的，因此对于护城河的治理、维护，常规措施很难达到预期的效果。2生态修复方案设计2.1人工浮岛+接触氧化技术设计方案(1)净化机理。人工浮岛净化水体的机理主要是通过植物在水中生长的根系，大量吸收利用生长所需的氮、磷等营养元素，从而直接将水体中的富营养物质输出。人工浮岛还可通过植物根系形成一个生物膜，通过其中微生物的分解和合成代谢作用，有效地去除污水中的有机污染物和其他营养物质[8]。生物接触氧化技术是指以人工合成接触材(如塑料、纤维等)为载体，利用在其表面形成的黏液状的生物膜对污染水体进行净化。根据人工浮岛-生物接触氧化组合工艺的以上特点，通过对护城河水体水质的实际分析，拟在护城河东北角试点及尚德门以西400m处设计改进型人工浮岛，以改善护城河北段火车站周围的水体。(2)人工浮岛的设计。基于护城河北段设计区域河宽在13m左右，人工浮岛结构单元沿河断面交错分级布置的原则人工浮岛以2.0m×2.0m×0.3m的长方体为一个种植单元，其中0.3m指水下生物填料的厚度。种植单元的数目可根据设计区域的具体情况自由组合，初步设计在尚德门以西400m处河段设8个浮岛种植单元，护城河东北角设15个人工浮岛种植单元，见图4、图5。浮岛单元的数量可根据护城河不同时间水质的变化情况进行合理的调整，以应对浮岛破损、个别植株生长不良等突发状况，即该方案的灵活机动性很强。对于浮岛植物的选择，水生或湿生植物是人们优先考虑的研究对象。根据柳骅等人多次试验证明在浮岛上栽植成功且具有较好的水质净化效果的是香根草、美人蕉、凤眼莲等植物[9]。故本次在护城河上修建的人工浮岛亦采用香根草、凤眼莲、美人蕉等为浮岛植物。2.2阿科蔓生态基+复合菌种设计方案参考上海市新渔浦河段微生物修复工程[10]，西安市护城河东段采用复合菌种修复技术较为合理。(1)在气温合适的季节，以活性生物复合剂YL-H15为先锋生物菌种，投撒至护城河东段的底泥中，启动生物修复进程，建立缺损的腐食食物链，促进底泥矿化，进而带动上覆水体好转。根据护城河东段的水质状况，各投加点YL-H15型复合菌种的投加量按水域面积以100g/m2计。(2)之后的一个月时间里，通过观测检测B、C、D点的各项水质指标，在各个投加段面上补投YLH40(高浓度污水分解复合菌种)，以促进东段水域生态系统的恢复，提高护城河水体的抗冲击能力。(3)在工程中期，在护城河两岸每隔150m处及溢流堰上，布设阿科蔓生态基。通过阿科蔓生态基聚集微生物的作用来促使整个水域的生态平衡,建立完善的水生生物食物链。为保证护城河的整体景观不受影响，阿科蔓生态基的平面尺寸初步设计为0.8m×2.0m，置于水下，分上、中、下三层。(4)改造长乐桥下污水口溢流堰的构造，在溢流堰前设计简易沉砂井，并沿岸铺设吸泥管，从而使该区域的清淤工作可由吸泥车来完成。在护城河东北角设简易拦污栅，定期打捞厌氧脱落的生物膜以及上浮污泥等悬浮杂质。(5)工程后期，在对护城河两岸的非法垂钓现象进行一定控制的前提下，根据护城河河水中的指示生物的生长情况，选择投种一些沉水植物及水生动物，如螺蛳、河蚌、鲫鱼等耐污能力强的水生生物。进而促进护城河整个水生生态系统的平衡，并提高护城河水体的抗冲击能力。3结语为了彻底改善护城河水质，本文对于护城河整治过程中“治标不治本”的现状，考虑护城河景观水体自身的特点，探讨研究了针对护城河不同河段各自的水质情况设计生态修复方案:对护城河东北角至安远门河段利用人工浮岛+接触氧化技术修复受污染水体;在护城河东段利用阿科蔓生态基+复合菌种组合技术，改善该河段较严重的水体有机污染及底泥污染，并减弱污水对下游生态构筑物的冲击,保持护城河水质能够持续维持在良好的状态。参考文献:[1]王学雷，许厚泽，蔡述明.长江中下游湿地保护与流域生态管理[J].长江流域资源与环境，2006，15(5):564-568.[2]唐登红.西安明护城河及其环境的保护与利用[D].西安:西安建筑科技大学，2003.6:63-69.[3]李海红，同帜，程刚.西安护城河污染情况的调查及其防治措施[J].西安工程科技学院学报，2003，17(3):273-276.[4]张锡辉.水环境修复工程学原理及应用[M].北京:化学工业出版社，2002.2:68-75.[5]白晓慧.钟卫国，陈群燕，等.城市内河水体污染修复中沉积物的影响与控制[J].环境科学学报，2002，22(5):562-565.