1.6 净水型护岸理念引出及护岸净水功能研究现状
1.6.1 净水型护岸理念引出
通过城市径流污染对城市水体影响分析可以看出,城市降雨径流污染必将成为我国城市水体污染的主要因素;另一方面,无论是采用分流制还是合流制排水系统,都不能彻底地解决径流污染对城市水体的负面影响;城市径流污染来自分散的大面积市区,随机性强,突发性强,污染径流量大,组成复杂多变,污染负荷时空变化幅度大,使得城市降雨径流的控制和处理成为改善城市水环境的难点。
通过对现有国内外对入河前的径流污染物净化技术综述可以看出,城市面源污染控制技术种类较多,且各有其优缺点。包括滞留/持留系统和人工湿地等技术的汇处理措施,在有效控制径流水量和水质的同时,还可支持雨水资源集中储存后的再利用,但其实施难度也很大:一定规模的地下储水设施通常耗资巨大、施工周期长,而人工湿地和长期滞留水塘需要较大占地面积,这与我国城市用地普遍日益紧张的趋势相背离。包括植被过滤带、渗透系统、过滤系统等技术的源处理措施,将城市径流污染化整为零,就近处理,可操作性强,是减轻城市污染负荷最经济有效的办法;但由于操控面要遍及市区,无论从实施方面还是管理维护方面都具有一定难度。
通过对现有国内外对入河径流污染物的强化净水技术综述可以看出,以砾间接触氧化法为代表的生物膜技术和以生态浮岛为代表的水生植物栽植技术有其他多种净水措施所不可比拟的优点,非常适合我国污染河流众多又缺少治污资金的客观条件,有很高的推广应用价值。但另一方面,以上技术是以净化水体为主要目的的专项工程,使其在我国的推广和应用在一定程度上受到限制。
目前在我国,从大、中城市到小城镇,从新城区到老城区,城市连接河道岸坡的排水管沟系统基本上是完整和系统的;另一方面,由于新城区建设和老城区改造,出现了大批新建和改建的护岸工程。是否存在利用现有的排水管沟系统和待建的护岸工程,在雨水径流进入河道的最后环节,对护岸结构加以适当改进来控制径流污染的可能性呢?
如前所述,目前国内外有很多净化径流雨水技术和河流强化净化技术,如果能将这些技术变通地引入到普遍需要建设的护岸工程中,使护岸工程在满足人们对防洪、航运、景观和生态等需求的前提下,同时具有净化径流污染功能,使护岸成为低维护成本的净水廊道,即“净水型护岸”[16],实现护岸功能的“一专多能”,不仅可以减少资金投入,同时也不占用市区宝贵的土地资源,将会取得事半功倍的效果,并成为城市径流污染控制措施的有益补充。
随着我国城市从数量到规模上的不断扩大,一方面是人们对洁净的生态水体的渴望日益浓厚,另一方面却是非点源污染物对城市水体的污染日益加剧。正如在本书1.3节护岸沿革中归纳的工程型护岸、景观型护岸和生态型护岸等三个发展阶段一样,近20年来,我国的河流治理工程以前所未有的速度不断更新着技术和理念,“净水型护岸”也将成为护岸结构的新的发展类型和发展趋势。
1.6.2 国内外对护岸的净水功能研究现状
目前,国内外学者对护岸的净水功能研究工作,主要集中在自然原型护岸中滨水植被缓冲带对水体污染物质的净化效应和截留容量,特别是水生植物对农业非点源氮和磷的阻隔作用[[57-64]]。在国内外城市河道中,由于历史上对河道航运、取水和耕种等多种需求,普遍形成了现在对河道断面的压缩格局,城市水体滨水带鲜有自然河道的平缓岸坡,在这种情况下,单纯植草或种植灌木而缺乏工程防护措施是不能满足城市防洪需要的。
目前对城市水体护岸而言,国内外的研究工作主要集中在城市水体护岸的生态和景观功能上,对护岸的净水功能研究较少,而对净水功能进行强化的护岸研究工作更少。
王艳颖等[65]对林庄港木栅栏砾石笼生态护岸的水环境改善效果进行了监测,在长度为200m的监测河段,河道水体中CODMn、TN和TP的浓度分别下降10.1%~20.7%、9.5%~13.9%和10.2%~21.1%,污染物浓度沿程降低较为明显。如能够在以上木栅栏砾石笼生态护岸中引入高生物量的水生植物,则护岸的净水作用会得到进一步强化。
陈庆锋等[66]利用生态混凝土作为护坡材料控制降雨径流污染,研究结果表明,生态混凝土试验小区与裸地和改良土壤小区相比,TN年度污染负荷(UPLRs)分别减少了53%和45%,溶解态氮(DN)减少了26%和28%,TP减少了57%和30%,溶解态磷(DP)降低了80%和33%,COD降低了62%和40%,TSS降低了56%和43%,但同植被覆盖良好的小区相比,生态混凝土对各种污染指标的控制效果没有明显差异,由于其抗冲刷能力较强,更能适应城市护坡的需要。
王超等[20]曾提出在护岸的石笼结构前部固定生物活性炭填充柱的方案,来强化护岸的净水效果。该方案发挥了活性炭比表面积大、吸附性能好的特点,使之作为良好的生物膜载体来去除河水中的污染物,进而强化了护岸结构的净水效果;但该方案实施的高资金投入和高维护费用使其大规模推广应用受到限制。