王艳， 张晓红， 杨磊， 陈启石，， 张洋
(1．中原工学院能源与环境学院，河南郑州450007;
2．杭州市市区河道监管中心，浙江杭州310008：
3．浙江省自然博物馆，浙江杭州310008)
摘要：杭州市主城区中东河随城市经济发展污染严重，水体呈现出劣V类水质。研究通过对中东河引配水前后连续7年的定点水质监测，以期掌握引配水对中东河水质改善效果。结果显示，引配水对中东河水质有明显改善，溶解氧浓度平均升高1~2倍，氨氮及总磷浓度分别下降60VO及6.5%；在不考虑内外源性污染前提下，引配水量增大（日常配水量2倍）水体溶解氧增加13%，氨氮、总磷及高锰酸钾指数分别降低8(YO .3%及14%。河道沿岸偷排雨污合流及河道底泥分别是影响引配水持续改善水质的外源及内源因素，降雨期间，河道水体溶解氧急剧下降约950A，氨氮及总磷浓度则可分别升高90% .87%。研究结果可为持续改善中东河水质及河道管理部门制定相关法规政策提供理论依据。
关键词：溶解氧；氨氮；总磷；高锰酸钾指数；降雨；内外源污染
我国城市经济的高速发展与伴随而来日益严峻的环境问题形成鲜明对比，其间矛盾不断凸显。城市河道作为城市发展与文化的载体，同样受到不同程度污染，水体出现臭、脏、黑及堵塞等现象。因此，改善城市河道水质、提高城市生态环境已成为城市可持续发展进程中亟待解决的问题。针对城市河道水质污染控制，国内外采用不同的技术并已取得了收效，鉴于不同河道地域地理及其功能性差异，应因地制宜选取治理技术，方可达到长期稳定的河道治理效果。
引配水是指在保证防汛安全、生产、生活用水、航运及重要区域水环境的前提下，充分利用外河潮汐动力和清水资源，通过水闸、泵站等工程设施调度，使河网内主要河道水体定向、有序流动，加快水体更新速度，改善内河水质的一种水资源调度方式。引配水工程包括引水泵站、引水管线和隧洞、截留闸等。该工程改善水环境的基本机理在于通过维持河网水系具备一定水量、水位和流速，以增强河道水流的循环能力和水体活力，从而达到快速稀释降低污染物质在水体中的相对浓度、提高水质的目标。
杭州中东河地处主城区中心，跨越上城、下城两大城区。中河南段南起白塔岭，北至凤山门，全长约4.7 km;北段南起凤山门，北至东河，全长约6.1 km。东河范围在河坊街与中河相连，北至运河，全长约4.45 km。两河段拥有同一源头和出水口，且城市区域功能、污染源及水质状况均相近，因此将这2条河道统称为中东河（图1）。中东河两侧人口密集，宾馆、酒店、餐饮行业发达，部分公建单位偷排现象及雨污合流情况普遍，因此中东河水质曾长期处在劣V类水平，甚至部分时段出现黑臭现象，水质改善问题亟待解决。东河北通京杭大运河，中河南接钱塘江，中东河在艮山门处交汇，因此东河、中河是连接钱塘江和京杭大运河的水路通道。依托中东河该地理优势，2010年杭州市河道综合保护工程启动，以钱塘江水作为中东河配水水源，对中东河进行水质改善治理。为了解引配水工程实施对中东河水质改善情况及影响引配水改善水质的主要因素，本研究于引配水工程实施前后定点跟踪监测7年，分别对引配水前及引配水后不同时段钱塘江源水及不同引配水量进行记录，分析中东河各断面在引配水前后主要水质指标变化，以观测引配水对配水河道水质改善的贡献。依据监测分析结果，本研究旨在以持续改善中东河水质为目标，进一步优化引配水方案，提高引配水效益，同时完善长效河道管理工作，以提升城市河道水质，巩固新中东河综保工程整治成效，为河道管理部门制定相关法规政策提供理论依据。
1材料与方法
1.1 中东河引配水措施
结合杭州市区河道综保工程，2010年引入钱塘江水作为中东河配水，并于中河南段修建沉沙池，通过其沉淀作用把相对清澈的钱塘江水引人中东河，以减少钱塘江配水的含沙量。同时，中东河贯通段由直径1.2 m的暗管开挖成9.5 m宽的河道，以此彻底改善中东河配水条件。具体配水方案如下：
(1)中河双向泵站根据钱塘江原水（闸口处）水体指标情况开启水泵( 13xl04—26xl04 m3/d)从钱塘江引水人中河南段，为下游河道进行配水。
(2)根据钱塘江原水（珊瑚沙水库处）水体指标情况，适当调节洋泮桥出水闸，以3xl04—l5xl04 m3/d的流量为中河南段进行配水。
(3)适当调节凤山闸，以不低于lOxl04 m:3/d的流量向中河北段及东河配水，确保中东河水体3 d内置换1次。
(4)适当调节中河长运路船闸、东河坝子桥船闸以及中东河环通段船闸输水蝶阀，保持中河北段不少于4xl04 m3/d(盐桥断面，平均0.46m3/s)和东河不少于6xl04lrr3/d(菜市桥断面，平均0.7 m3／s)的配水量。
(5)合理调节中贴一、二闸和贴新一、二闸，保持中河南段向新开河配水量不少于5xl04 m3/d，确保新开河水质稳定。
(6)双向泵站引水量不足部分（包括贴沙河自来水和环境用水量），由珊瑚沙水库经洋泮桥出水管配至中河南段补足，并确保水体透明度达标。
为进一步了解配水量对中东河水质的影响，本研究选取晴天状态下，即在无初期雨水及地表径流影响下，分别开启l台引水泵和2台引水泵的对比试验（2台水泵配水量即为日常配水量2倍），来监测不同引配水量对中东河水质的影响。同时我们选择在雨天状态下（2013年6月29日至2013年7月5日），分别在中河河段选取双向泵站、凤山门、河坊街、西湖大道、解放路、庆春路、凤起路、体育场路、长运路路口和新坝，东河河段选取河坊街、西湖大道、解放路、万安桥南100 m、万安桥、庆春路、凤起路体育场路、东河船闸等点位连续7d定点检测，以获得雨水及地表径流对中东河水质影响情况，借以辅助了解在采取引配水前提下，影响中东河水质的其他因素。
1.2采样及分析方法
根据中东河水流流向、引配水情况、排水口分布及周边环境等综合因素，共设置7个水质监测断面，从上游至下游分别是中河白塔岭、美政桥、新宫闸、盐桥、新坝和东河菜市桥、宝善桥（图1）。本研究采用单因子评价法进行水质评价，依据《国家地表水水环境质量标准》( GB 3838-2002)对2008年至2013年6月的水质进行评价（以2010年为界，2010年以前作为整治前水质情况，2010年作为整治中水质情况，2011年开始作为整治后水质情况）。监测频率自2008年至2013年6月，每月定时对下述各指标在各采样点采样监测，各检测点相应指标值取该点各年月加权平均值。评价指标包括溶解氧（DO，便携式溶氧仪）、高锰酸盐指数、氨氮（NH4+-N，水杨酸法）和总磷（TP，精密试纸）。
2结果
2.1 引配水对中东河水质影响
2 .1.1溶解氧
中东河溶解氧变化情况如图2(a)、(b)所示。总体看，引配水前后中东河水体溶解氧浓度整体呈走高趋势；随河道地理走势，由上游至下游溶解氧浓度逐渐增高；其中，中河(图2(a))溶解氧浓度变化在2008-2013年间表现为：白塔岭>美政桥>新宫闸>盐桥>新坝，盐桥以上河段溶解氧浓度基本优于Ⅲ类（溶解氧≥5 mg/L）水质，而下游新坝断面变差，溶解氧浓度降至Ⅳ类（溶解氧≥3 mg/L）；东河(图2(b))河段溶解氧浓度变化为新宫闸>菜市桥>宝善桥。整个监测期内，中河河段各断面在溶解氧浓度平均约达初期（即监测初期：2008-2009年）的2倍，而东河各断面溶解氧浓度则可达初期的3倍。
2.1.2氨氮
中东河氨氮变化状况如图3((a)、(b))所示，观测期( 2007-2013)内，中东河自上游到下游氨氮浓度呈现逐渐升高趋势；整治前(2007-2010)中、东河各段氨氮含量均呈明显上升趋势，2010年引配水治理介入后至2013年，河道各段氨氮含量显著下降，其中中河(图3(a))中上游河段（白塔岭至盐桥段）氨氮年均浓度降至地表水Ⅳ类标准（氨氮≤1.5 mg/L）以下，但下游河段（新坝）氨氮浓度上升明显，部分时候达劣V类；东河(图3(b))各断面氨氮年均浓度在引配水后则保持在地表水V类以内。监测期始末，中河河段氨氮浓度变化不大，但东河氨氮浓度平均下降了60%。
2.1.3高锰酸盐指数
中东河高锰酸盐指数变化状况如图4((a)、(b))所示，该指标为整治后水质监测新增指标。图4可见，整治后( 2010-2013)该指标浓度总体较低，基本稳定在地表水Ⅲ类标准（高锰酸盐指数≤6 mg/L）以内。中河(图4(a))自上游白塔岭至下游新坝断面，高锰酸盐指数略有升高，东河(图4(b))则上下游断面间变化不明显。
2 .1.4总磷
中东河总磷变化状况如图5((a)、(b))所示。各检测点整治前总磷浓度较高，整治后的观测期内，总磷浓度均有所降低，稳定在地表水Ⅲ类(总磷≤0.2mg/L)以内。整个观测期内，河道上游至下游，总磷含量逐渐增加，即中河(图5(a))河段白塔岭<美政桥<新宫闸<盐桥<新坝，东河(图5(b))新宫闸<菜市桥<宝善桥。中河总磷浓度于监测期始末变化不明显，东河总磷浓度则平均下降65%。
2.2 引配水水量对中东河水质影响
在无初期雨水及地表径流影响下，分别开启1台泵和2台泵引水，观测中东河各监测点相应指标变化情况，结果表明，如图6((a)~(d))所示，加大中河双向泵站的引水量，即使用2台泵引水中东河水质改善情况优于开启1台引水泵时水质，且随河道地势越往下游水质越差则配水量对水质的影响越大。引配水量增大水体溶解氧增加13%，而氨氮、总磷及高锰酸盐指数分别降低8%、3%及14%。
2.3降雨对中东河水质影响
2.3.1 降雨对中东河不同河段水质影响
如图7(a)、(b)所示，降雨期间（2013年6月29日及30日），中东河水质发生明显变化，但不同路段变化幅度不同。中河主要污染物（氨氮、总磷）集中在庆春路至体育场路段，解放路至庆春路段污染物浓度有大幅上升现象，同时溶解氧显著降低(图7(a))；东河主要污染物（氨氮、总磷）集中在庆春路至东河船闸，万安桥南100 m至庆春路河段氨氮和总磷浓度连续攀升，而溶解氧则呈现递减趋势(图7(b))。
2.3.2降雨过程河道污染程度变化趋势
以庆春路断面为例(图8(a)、(b))，6月29日开始降雨，6月30日上午达到暴雨级别，6月30日下午转阴天，7月1日转晴直至7月5日监测结束。在降雨初期（6月29日），中河(图8(a))庆春路断面氨氮、总磷浓度达到极值，由于降雨持续时间较短，氨氮、总磷浓度开始下降后保持稳定（6月30日），降雨结束，氨氮、总磷浓度迅速回落，溶解氧浓度则逐步回升（6月30日下午），最后保持稳定；东河(图8(b))庆春路断面降雨初期与东河类似，表现为溶解氧浓度迅速下降，氨氮、总磷浓度则达到极值（6月29日），降雨持续，氨氮、总磷浓度有所下降（6月30日上午），伴随降雨结束，氨氮、总磷浓度却有一个上升的变化
（6月30日上午至6月30日下午），7月1日下午至7月2日下午，氨氮、总磷浓度再次出现波动；7月3日上午开始，东河河道水质保持稳定。降雨对中东河影响总体表现为，中河溶解氧浓度下降96%、氨氮及总磷浓度分别升高94%、91%；东河溶解氧下降95%，氨氮及总磷浓度分别升高87%、79%。
3讨论与结论
3.1讨论
城市河道引配水是一种实施较易、收效较快的水质改善措施。引配水能有效增加水体水环境容量，稀释污染物，冲刷底泥，可有效改善河道水质状况。本研究将运河水系作为引配水水源具有便利的优势条件：一是水资源量充足。杭州市区位于钱塘江河口，钱塘江、苕溪均穿城而过，地理位置优越。钱塘江河口闻家堰断面多年平均径流量347亿m3，为引配水提供了水源条件；二是水源水质总体较好。钱塘江河口段水质为Ⅲ类水体，有时个别指标存在超标，苕溪为Ⅲ类水体，而运河目前总体仍为劣V类水体，因此钱塘江可以提供较好的引配水水源；三是引水成本较低。由于运河水系普遍水位低，钱塘江、苕溪可以通过水位差实现引配水，基本不需要设立泵站，降低了引配水的成本。
研究表明，引配水水源的水质和水量直接影响下游河道水质。本研究以溶解氧、氨氮、总磷和高锰酸盐指数为监测指标，中东河水质在引配水前后，水质改善明显。同时，监测数据显示（图2—5），白塔岭双向泵站为中东河引入钱塘江水的源头，中东河各个断面的水质指标与源水（白塔岭断面）指标变化趋势存在显著的正相关，即源水对中东河水质存在较大影响，源水好则中东河水质好，源水变差则中东河水质变差。
除源水水质，引配水量对水质影响同样较显著，配水水量越大水质改善越明显。但我们的研究发现当配水量加大到一定程度，水质的改善则变化甚微。沿河道排查发现，中东河沿线共有排水口121个，其中中河段81个（上城段45个、下城段36个），东河段40个（上城段23个、下城段17个），中河河段晴天仍有排污的出水口有7个，晴天零星排污口为4个；东河河段晴天未发现排污口出水。在降雨期，通过对中东河布控断面的水质监测，河道水体氨氮和总磷浓度在降雨期间的急剧升高，凸显了排污口出水对水质的影响程度之大，这一现象在中河主要集中于人口密集的庆春路至体育场路段，而在东河则集中于万安桥至庆春路河段。由此可见，未得到有效控制的外源污染物的排人可能是影响水质持续改善的原因，长此以往，仅以增大的引配水量稀释污染物，不仅会弱化水质持续改善效果，加大配水量也会因投入成本过高而难以持久。
河道底泥是影响中东河水质的可能性内源因素。于水体而言，底泥沉积物犹如一个营养贮存库，在一定环境条件下，底泥间隙水中的营养盐（如氮、磷等）通过扩散、对流、沉积物再悬浮等过程向水体释放营养物。对比中东河底泥总磷、总氮以及有机质浓度（中河河坊街江南红楼处分别为0.72 g/kg、721 mg/kg和1.07%；东河庆春路桥处分别为1.02 g/kg、1 780 mg/kg和2.29%）（未发表数据），东河高于中河，即东河河道底泥中的氮磷等具有一定释放作用，成为该河段水体内源性污染的重要来源，从而使得在各监测指标中（溶解氧、氨氮、总磷和高锰酸盐指数），东河相应指标均高于中河河段。此外，东河河段水流速度低于中河河段，低速的水流对河道底泥冲刷作用较小，使河道底泥淤积较多，这可能是导致东河河段底泥沉积物释放营养物质高于中河河段的原因。由于底泥对营养盐（氮、磷等）的蓄积效应，引配水工程的实施导致河道水量增大，底泥被河道增大的水量所搅动，释放出大量的营养盐（氮、磷），进而使中东河在引配水工程实施初期（2010年）所监测的氨氮及总磷浓度有了大幅度波动（图3及图5）。
3.2结论
引配水工程的实施使中东河水质得到明显好转，水质达Ⅲ类或Ⅳ类水质；但降雨期，河道沿线雨污合流截污系统会造成大量污水排入河道，严重污染中东河水质，水质仍会出现V类甚至劣V类状况。
影响中东河水质的主要因素首先是钱塘江源水的水质及引配水水量；其次是沿河外源污染物的排入，包括通过排水口排入河道的污水以及雨天地表径流产生的污染；三是河道底泥中的内源性污染物释放。
4建议
(1)进一步加强水质改善工作。结合实际调查结果，在局部河段因地制宜实施水生态治理工作，推进生态系统的自我修复和完善，从而达到水质提升功效。
(2)亟需完善中东河沿线污水管网体系。从根本上改善中东河水质，做到雨天污水尽可能不排入河道，需对中东河沿线的二污干管截流式合流制进行系统改造。
(3)继续做好截污纳管工作。加强排水口动态监管，针对尚存在晴天出污水的排水口，进一步与相关部门对接，追溯污染源头，采取相应的措施。
(4)需进一步优化配水方案。根据中东河水质实际情况合理引配水，最大程度地发挥引配水效益。同时协调好配水与防汛、潮汛的关系，尤其加强中河双向泵站引水、珊瑚沙水库抗咸渠道输水监管力度，确保引入优质源水，改善中东河水环境。
(5)充分发挥社会力量参与管理河道。在河道管理过程中需多搭建平台，建立公众参与机制，同时加强宣传，让市民建立起“爱护河道，人人有责”的理念，杜绝发生向河道排污、网鱼、电鱼、破坏绿化等违法行为，确保中东河良好的水生态环境。
