韩 啸，陶 红，李飞鹏，陈蒙蒙，陈闽南，刘 伟，殷广艺

(上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093)

随着国家对环境要求逐步提高，河道水体黑臭现象已引起人们的广泛关注，上海已开展多年的水环境保护工作，城区水体污染控制已有显著成效，但仍有部分水体水质有待进一步改善。雨水对地表的冲刷，以及周边居民和商户、企业将污水排入雨水管道，致使泵站将雨水排入河道时混有污水，是引起河道水环境污染的主要原因之一。因此，对泵站放江污染的研究显得尤为重要。泵站放江类型主要包括旱流放江、试车放江、雨前预抽空放江、检修放江和施工配合放江，其中旱流放江是最主要的类型，又分为合流制和分流制。据统计，上海市中心城区已建116座分流制排水系统，存在混接现象的有64座，占55.2%[1]。分流制排水系统的旱天放江已经成为上海市中心城区河道的主要污染源之一[2]。严重的雨污混接使某些分流制排水系统旱天放江量达到地区污水总量的20%左右[3]。分流制系统旱天放江往往会导致受纳河道区域性黑臭，水务中心为遏制河道水质恶化、改善河道水质，往往采取应急调水措施。放江对受纳河道水质影响的相关研究已有较多的报道，但对放江后，调水对受纳河道水质影响的相关研究甚少。本文基于众多学者在中心城区泵站放江污染控制方面的研究，以上海市杨浦区典型河道虬江为例，在旱天时雨水口不排水、非法排污口皆被封堵的前提下，研究分流制泵站旱天放江后，调水对受纳河道水体的影响，以期为泵站放江污染控制及河道水质改善提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域与采样点布设

上海属平原感潮河网，虬江是上海市典型的城市河道，位于杨浦区北部，虬江全长约7 km，河面宽为30～40 m，低水位时水深达0.8～1.8 m，高水位时水深达3.9～4 m。河道西起国定路桥西，途经国定路、淞沪路，经长海医院、沈家行后，向南越翔殷路，再与东走马塘相会，此段称为内虬江；往东越军工路、上海机床厂，于复兴岛北端附近流入黄浦江，该段称为外虬江。虬江西端国定路桥西通过复旦大学地下一段2 003 m 的箱涵到达陆家浜泵站，与东走马塘相连，形成了一个围绕杨浦区商业中心-五角场的环状水系。东走马塘在中山北二路桥处与杨树浦港相连，杨树浦港南端连接黄浦江。杨树浦港、东走马塘、虬江三条骨干河道构成区域内一个独立的两头与黄浦江相通的水系。

采样点位置和布设如图1和表1所示，自上游至下游共设置了5个采样点。第1个测点位于国庠路桥放江点；第2个测点位于黑山路桥放江点；第3个测点位于包头路桥放江点；第4个测点位于翔殷路桥放江点；第5个测点位于国顺东路桥放江点。

图1 采样点位置Fig.1 Location of Sampling Points

表1 采样点地理位置分布Tab.1 Geographical Distribution of Sampling Points

1.2 样品采集与分析方法

自放江开始至调水第7 d，根据《水质采样方案设计技术规定》(HJ 495—2009)的规定，对杨浦区虬江水体水质以及河道沉积物样品进行采集与检测分析，检测虬江水质不同污染指标的变化情况，分析调水对水质变化的影响。考虑到COD是衡量水体污染程度的主要指标之一，TP和氨氮是反映水体黑臭的特征指标，选取COD、TP和氨氮作为主要监测指标。其中，COD和TP采用哈希(HACH)法测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定。污染物质进入水体后，经过水体颗粒物的吸附、絮凝、沉淀以及生物吸收等多种方式，最终沉积到底泥中并逐渐积累，因此，底泥被看作是水体中各种污染物质的最终存储场所。沉积物中TOC过高会导致有害生物大量繁殖，是衡量河道沉积物污染程度的主要指标之一，为了检测沉积物中TOC 含量，本试验在各采样点采集表层(0～5 cm)沉积物3次，除杂物和砾石，将3份沉积物样品混合，作为采样点表层沉积物的代表性样品。检测方法采用直接燃烧氧化法(NDIR法)，通过Multi N/C 2100总有机碳/总氮分析仪完成测定，每个样品的TOC含量均测定3次，取平均值作为沉积物中TOC含量。样品的采集及保存均遵循国家标准方法(HJ/T 399—2007、HJ 828—2017、HJ 536—2009、HJ/T 70—2001)。

2 监测结果

2.1 受纳河道水质变化情况

由图2可知：放江开始至调水第7 d，各采样断面处的CODCr浓度最高达76 mg/L，约为地表水V类标准的2倍；TP和氨氮的最大值分别为1.06 mg/L和9.7 mg/L，其中氨氮最高值超出了地表水V类标准4倍以上。国顺东路桥监测点受放江影响的程度最大，其CODCr浓度较上游断面国庠路监测点上升了7 mg/L，TP浓度上升了0.16 mg/L，氨氮浓度上升了0.6 mg/L。

图2 受纳河道水质变化Fig.2 Variation of Water Quality in Receiving River

根据《上海市水环境功能区划》(2011年修订版)，该泵站排水受纳河道的水质控制标准为Ⅳ类。放江后受纳河道的COD、TP、氨氮浓度均为劣V类，总体不容乐观。

2.2 调水对水体中COD、TP、氨氮的影响

2.2.1调水对水体中COD的影响

由图3可知，放江开始至调水第7 d，虬江COD含量呈现先递减后趋向于平稳的过程。放江当天，各断面水体中COD浓度相近，其中，下游断面国顺东路桥断面受放江影响程度最大，CODCr浓度为74 mg/L，约为地表水V类标准的1.85倍。

由图4可知，调水第1 d～第7 d，上游至下游，由于调水的作用，各断面水体中COD浓度较放江后水质都有所降低。上游至下游水动力逐渐削减， 使上游断面水体中污染物浓度降幅高于下致游断面。

图3 调水期间各断面水体中COD变化Fig.3 Changes of COD in Water of Cross Sections during Water Diversion

图4 各断面水体中COD调水期间变化Fig.4 Changes of COD in Water of Different Cross Sections during Water Diversion

另外，在调水的作用下，上游的污染物被冲至下游，因此，自上游至下游，各断面水体中COD呈现递增的趋势。最终水体中COD浓度趋向于稳定。

2.2.2调水对水体中TP的影响

由图5可知，放江开始至调水第7 d，虬江TP含量呈现先递减后趋向于平稳的过程。放江当天，各断面水体中TP浓度相近，其中，上游断面国庠路桥断面受放江影响程度最大，TP浓度为1.06 mg/L，约为地表水V类标准的2.65倍。

图5 调水期间各断面水体中TP变化Fig.5 Changes of TP in Water of Cross Sections during Water Diversion

图6 各断面水体中TP调水期间变化Fig.6 Changes of TP in Water of Different Cross Sections during Water Diversion

由图6可知：调水第1 d～第7 d，上游至下游，由于调水的作用，各断面水体中TP浓度较放江后水质都有所降低；上游至下游水动力逐渐削减，致使上游断面水体中污染物浓度降幅高于下游断面。另外，在调水的作用下，上游的污染物被冲至下游，因此，自上游至下游，各断面水体中TP呈现递增的趋势。最终，水体中TP浓度趋向于稳定。

2.2.3调水对水体中氨氮的影响

由图7可知，放江开始至调水第7 d，虬江氨氮含量呈现先递减后趋向于平稳的过程。放江当天，各断面水体中氨氮浓度相近，其中，上游断面国庠路桥断面受放江影响程度最大，氨氮浓度为9.7 mg/L，约为地表水V类标准的4.955倍。

图7 调水期间各断面水体中氨氮变化Fig.7 Changes of NH3-N in Water of Cross Section during Water Diversion

由图8可知：调水第1 d～第7 d，上游至下游，由于调水的作用，各断面水体中氨氮浓度较放江后都有所降低；上游至下游水动力逐渐削减，致使上游断面水体中污染物浓度降幅高于下游断面。另外，在调水的作用下，上游的污染物被冲至下游，因此，自上游至下游，各断面水体中氨氮呈现递增的趋势。最终，水体中氨氮趋向于稳定。

图8 各断面水体中氨氮调水期间变化Fig.8 Changes of NH3-N in Water of Different Cross Sections during Water Diversion

2.2.4调水对河道沉积物中TOC的影响

如图9所示，沉积物中的TOC检测数据表明，放江前各断面沉积物中的沉积物浓度相近，无明显差异。放江后，泵站释放大量的污染物到受纳水体中，导致水体中TOC含量骤升且相近，相较于放江前河道沉积物中的TOC含量，平均上升了86%。在调水作用下，从上游至下游，各采样断面中的TOC含量呈现递增趋势，由于水动力不足，调水后河道沉积物中的TOC含量较放江前河道沉积物中的TOC含量平均降低了30%，大部分污染物依然在各采样断面沉积。

图9 河道沉积物中TOC的变化Fig.9 Changes of TOC in River Sediment

3 分析与讨论

3.1 放江过程对虬江水质的影响

泵站放江对河道各断面水质的影响程度如图2所示，各断面水体中COD、TP、氨氮普遍骤升主要是由于泵站排放的污染物在河道底部进行了一系列的氧化还原反应并释放出大量的甲烷和氮气，致使大量的污染物在水体表面悬浮。骤降主要是在河道静流状态下，大部分的悬浮颗粒由于重力和吸附作用沉降到河道底部。其中，氨氮的骤升幅度最大，主要是由于上海杨浦区属于老旧城区，城市管网多属于雨污混流，在泵张放江时，大部分的生活污染物随雨水一起排入河道内，致使河道中污染物浓度骤升并形成区域性黑臭现象。

3.2 调水对虬江COD、TP、氨氮的改善作用

本文分析了放江当天至调水第7 d，调水对虬江COD、TP、氨氮时空变化的影响，如图3～图5所示。自黄浦江引水进入虬江，沿途需经过杨树浦港17个桥洞，再经东走马塘、复旦大学地下涵箱，试验检测表明，进入虬江的水流速度在0.20～0.30 m/s。在放江当天至调水第7 d，各断面水体中COD、TP、氨氮浓度没有明显的变化，这主要是由于放江过后，在从黄浦江引水至虬江的过程中，水流由于一系列的阻碍，水动力严重不足，无法在短时间内有效地将泵站释放的污染物冲走，泵站释放的大部分污染物由于重力作用再次沉入河道底部，少部分污染物漂浮于水体表面，并随水流从上游飘至下游。另外，水流时常引起水流扰动，使沉降到河道底部的污染物二次释放到水体中，导致水体短暂性黑臭。

3.3 调水对虬江COD、TP、氨氮变化的影响

本文分析了放江当天至调水第7 d，自国庠路桥至国顺东路桥断面水体中COD、TP、氨氮的变化，如图3～图5所示。结果表明，放江当天各断面水体中COD、TP、氨氮浓度相似，均远超地表水环境质量V类水标准限值。调水初期，泵站放江释放的污染物还没有完全沉入河道底部，调水会将上游的污染物冲至下游，致使从上游至下游水体中COD、TP、氨氮浓度呈梯度递增。调水中期，各断面大部分污染物已沉入河道底部，调水使河道底部水流扰动，致使河道底泥中的污染物二次释放到水体中，影响水质。调水中后期，引水中期河道底部水流扰动造成河道底部污染物再次漂浮于水体表面，且在短时间内无法快速沉降到河道底部，调水再次将上游的污染物冲至下游，致使上游至下游水体中COD、TP、氨氮浓度呈梯度递增。调水后期，各断面水体中COD、TP、氨氮浓度逐渐趋于稳定，调水对各断面水体中污染物浓度变化几乎没有影响。

3.4 调水对虬江河道沉积物中TOC变化的影响

沉积物TOC的检测结果如图6所示。调水前，受纳河道沉积物中TOC含量相近且较低。放江后，大量的污染物涌入受纳水体，导致水体中TOC含量骤升，水体恶臭。由于水动力严重不足，调水后，进入水体中的污染物，只有少部分被水流冲走，大部分的污染物仍然沉积在河道底部，随时会二次释放到水体中，对水体再次造成污染。

4 结论

(1)虬江沿河两岸的泵站由于排水管网混接严重等问题，存在旱天放江污染虬江水质的问题。研究结果显示，泵站放江负荷较大，污染严重；放江后，受纳河道的COD、TP、氨氮浓度均处于劣V类水标准。

(2)自上游至下游，水动力逐渐递减，在污染物扩散和水流的共同作用下，水体中COD、TP、氨氮，以及沉积物中TOC均呈现递增的趋势。其中，上游的污染物浓度明显低于下游污染物浓度。

(3)放江后，调水对水质有改善作用，但是由于从外河引入的水在进入受纳水体时，水动力严重不足，少量的污染被水流冲走，大部分的污染物仍然沉积在河道底部。

5 建议

(1)由于上海市属典型平原感潮河网，主要依靠潮汐作用，从黄浦江引水至内河，建议依据潮汐作用，通过闸门控制外河内河水位差，在水流对堤岸不造成严重冲击的情况下，提高水流进入内河时的水动力，在放江后，尽快地赶在污染物还没有沉积到河道底部之前将污染物冲走。

(2)在河道两岸设置可随时拆卸的导流软坝，在放江时，避免泵站释放的污染物影响周围水体，并在水流的作用下，让污染物沿导流软坝排出受纳河道，之后再将导流软坝拆除，尽可能地降低放江对受纳河道水体的影响。

(3)城市河道的主要功能性作用为防洪，河道多为动态河流，河道中的生态浮床不但没有对河道水质起到明显的改善作用，还会影响水动力，致使大量漂浮污染物汇聚，建议拆除部分生态浮床，尤其是位于河道过弯处的浮床。