水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)安全保障叢書(shū)--城市河流水環(huán)境品質(zhì)提升與生態(tài)健康維系

本書(shū)以建立城市河流水環(huán)境品質(zhì)提升與生態(tài)健康維系技術(shù)體系為主線，針對(duì)城市河流水環(huán)境治理的階段特點(diǎn)與構(gòu)建高品質(zhì)水環(huán)境的需求，重點(diǎn)論述了城市水體感官愉悅度與生態(tài)健康評(píng)價(jià)、城市徑流污染多維立體控制、城市河網(wǎng)流態(tài)聯(lián)控聯(lián)調(diào)、河流典型污染物快速去除與透明度提升、河道生態(tài)修復(fù)與健康維系等技術(shù)，進(jìn)而介紹了各項(xiàng)技術(shù)在蘇州中心城區(qū)范圍內(nèi)的示范驗(yàn)證情況；形成的城市水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)健康維系的集成技術(shù)體系及實(shí)踐可支撐我國(guó)城市河流水環(huán)境治理，也為我國(guó)類似城市的水環(huán)境治理工作發(fā)揮積極的示范和引領(lǐng)作用。
本書(shū)內(nèi)容豐富，體系完整，注重理論與實(shí)踐結(jié)合、技術(shù)先進(jìn)性與實(shí)用性結(jié)合，可供生態(tài)環(huán)境、城市水務(wù)、市政等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程、市政工程、生態(tài)工程及相關(guān)專業(yè)師生參閱。

賈海峰，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授，長(zhǎng)期以來(lái)從事城市水環(huán)境規(guī)劃與管理、城市徑流控制與海綿城市、城市水環(huán)境修復(fù)、環(huán)境模擬、環(huán)境信息技術(shù)應(yīng)用等方面的科研和教學(xué)工作。擔(dān)任國(guó)家重大水專項(xiàng)蘇州項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家重大水專項(xiàng)標(biāo)志性成果責(zé)任專家、住建部海綿城市建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)專家委員會(huì)委員。

1.本書(shū)關(guān)注“后黑臭水體”時(shí)代我國(guó)當(dāng)前的水環(huán)境品質(zhì)提升的關(guān)鍵需求。 2.本書(shū)所介紹的技術(shù)強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的健康，注重健康生態(tài)系統(tǒng)的生境構(gòu)建和長(zhǎng)效維系。 3.本書(shū)理論與技術(shù)相結(jié)合，技術(shù)與工程實(shí)例相結(jié)合，內(nèi)容具有較強(qiáng)的全面性。

隨著水環(huán)境治理工作的不斷深入和水環(huán)境質(zhì)量的不斷改善，我國(guó)城市水環(huán)境治理逐漸進(jìn)入轉(zhuǎn)型期，對(duì)水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)安全保障提出了更高的要求。在轉(zhuǎn)型期城市水環(huán)境治理工作面臨著“ 5個(gè)轉(zhuǎn)變”：環(huán)境質(zhì)量改善目標(biāo)從常規(guī)污染物達(dá)標(biāo)向構(gòu)造親水環(huán)境和實(shí)現(xiàn)水生態(tài)安全轉(zhuǎn)變；污染物控制從 COD和氨氮負(fù)荷削減向多種污染物協(xié)同減排和微量污染物毒性控制轉(zhuǎn)變；工程技術(shù)措施從治理設(shè)施建設(shè)規(guī)模擴(kuò)張向強(qiáng)調(diào)設(shè)施安全穩(wěn)定高效運(yùn)行轉(zhuǎn)變；污染治理模式從粗放治理向精準(zhǔn)化靶向治理轉(zhuǎn)變；監(jiān)管手段從以人工經(jīng)驗(yàn)半自動(dòng)為主向智能化轉(zhuǎn)變。
蘇州作為我國(guó)率先進(jìn)入城市水環(huán)境治理轉(zhuǎn)型期的代表性城市，具有實(shí)現(xiàn)蘇州水環(huán)境品質(zhì)持續(xù)提升、保障太湖東部區(qū)域水生態(tài)安全的迫切需求。在此背景下國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)于 2017～ 2021年實(shí)施了“蘇州區(qū)域水質(zhì)提升與水生態(tài)安全保障技術(shù)及綜合示范項(xiàng)目”研究，該項(xiàng)目由清華大學(xué)牽頭，設(shè)置三個(gè)課題，分別針對(duì)水設(shè)施功能提升與全系統(tǒng)調(diào)控、水源地生態(tài)環(huán)境安全保障、河道水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)健康維系技術(shù)開(kāi)展了系統(tǒng)研究和工程示范。“水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)安全保障叢書(shū)”的三部專著，就是本項(xiàng)目三個(gè)課題研究成果的系統(tǒng)提煉和總結(jié)。
本書(shū)是“河道水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)健康維系技術(shù)及示范”科研項(xiàng)目成果的總結(jié)。該科研項(xiàng)目由清華大學(xué)負(fù)責(zé)，參加單位包括上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司、水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院、上海交通大學(xué)、上海海洋大學(xué)、悉地（蘇州）勘察設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司、蘇州科技大學(xué)、蘇州市河道管理處等。本書(shū)圍繞城市水環(huán)境治理過(guò)程中面臨的河道水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)健康維系問(wèn)題，重點(diǎn)介紹了城市水體感官愉悅度與生態(tài)健康評(píng)價(jià)、城市區(qū)域徑流污染多維立體控制、河道水體快速凈化、河網(wǎng)水動(dòng)力優(yōu)化與活水工程調(diào)控以及河流水生態(tài)構(gòu)建與健康維系技術(shù)，并介紹了在蘇州市區(qū)綜合示范區(qū)內(nèi)進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)的示范與驗(yàn)證，書(shū)中形成的城市水環(huán)境品質(zhì)提升與水生態(tài)健康維系的集成技術(shù)體系為我國(guó)類似城市的水環(huán)境治理工作發(fā)揮積極的示范和引領(lǐng)作用。
本書(shū)共 7章：第 1章闡述了城市河流生態(tài)功能與問(wèn)題及水環(huán)境現(xiàn)狀與問(wèn)題；第 2章介紹了城市河流水環(huán)境品質(zhì)的相關(guān)指標(biāo)，介紹了城市河流水體感官愉悅度評(píng)價(jià)技術(shù)、城市河流水生態(tài)健康評(píng)價(jià)技術(shù)的建立與應(yīng)用；第 3章論述了城市河流雨季污染與降雨徑流面源污染問(wèn)題，介紹了區(qū)域徑流多維立體控制技術(shù)及工程案例；第 4章面向復(fù)雜河網(wǎng)的水動(dòng)力調(diào)控問(wèn)題，論述了河網(wǎng)水動(dòng)力 -水質(zhì)閾值確定技術(shù)、河網(wǎng)水系流動(dòng)性調(diào)控技術(shù)、以模型為核心的水動(dòng)力 -水質(zhì)調(diào)度技術(shù)、基于物聯(lián)感知的自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)和模型云技術(shù)等，并介紹了相關(guān)工程案例；第 5章論述了表面流人工濕地、膜分離、磁分離、濾布濾池、軟質(zhì)外壁可膨脹式彈性濾池等河道水體典型污染物識(shí)別與快速去除技術(shù)及工程案例；第 6章論述了城市河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)與維系技術(shù)，講述了河道底質(zhì)電化學(xué)原位修復(fù)技術(shù)、水草生境構(gòu)建技術(shù)、植物源化感抑藻技術(shù)、河流健康生物鏈構(gòu)建技術(shù)及水生態(tài)修復(fù)工程；第 7章為結(jié)語(yǔ)與展望。
本書(shū)的架構(gòu)由賈海峰設(shè)計(jì)，孫朝霞完成初稿的編著，賈海峰最終統(tǒng)稿并定稿。各章核心內(nèi)容的貢獻(xiàn)者如下：第 1章和第 7章由賈海峰、孫朝霞完成；第 2章由席勁瑛、賈海峰、朱強(qiáng)、潘楊、陳正俠、張波、楊俊、孫朝霞完成；第 3章由陳嫣、陸敏博、賈海峰、韓素華、王盼、柯杭、曹倩男、孫朝霞完成；第 4章由吳時(shí)強(qiáng)、夏堅(jiān)、賈海峰、范子武、謝忱、柳楊、孫朝霞、馬振坤、丁瑞、程穎完成；第 5章由何圣兵、賈海峰、孫珊珊、袁文璟、昂安坤、孫朝霞完成；第 6章由賈海峰、何培民、李廣賀、張芳、楊玨婕、趙贏雙、鄭海粟、彭自然、邵留、湯春宇、盛林華、孫朝霞完成。在編著過(guò)程中，為本書(shū)提供素材的人員（按姓氏筆畫(huà)排序）還有王衛(wèi)剛、毛旭輝、石莎、石雨鑫、印定坤、劉潔、李可、楊燁、冷林源、沈尚榮、顧澄偉、錢(qián)冬旭、徐特、徐斯迪、高鄭娟。在此對(duì)所有參加本書(shū)編著的人員表示感謝。同時(shí)本書(shū)作者衷心感謝國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)、蘇州市政府的支持，以及課題實(shí)施過(guò)程中眾多評(píng)估專家的寶貴建議，感謝蘇州市生態(tài)環(huán)境局、蘇州市水務(wù)局、蘇州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局以及課題全體研究人員的貢獻(xiàn)，本書(shū)內(nèi)容體現(xiàn)了課題組全體研究成員的集體研究成果。書(shū)中還引用了部分專家、學(xué)者的相關(guān)研究成果，在此一并向他們表示衷心感謝！
限于編著者水平及編著時(shí)間，書(shū)中不足及疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)斧正。

編著者 　
2023年2月 

第1章　緒論 1
1.1 城市河流生態(tài)功能與問(wèn)題 2 
1.1.1 河流生態(tài)系統(tǒng)的組成 2 
1.1.2 河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能 3 
1.2 城市河流水環(huán)境現(xiàn)狀與問(wèn)題 4 
1.2.1 城市河流水環(huán)境從污染到逐步改善的現(xiàn)狀 4 
1.2.2 城市化進(jìn)程中城市河流普遍遇到的主要問(wèn)題 4 
1.2.3 水環(huán)境治理轉(zhuǎn)型期城市河流品質(zhì)提升面臨的挑戰(zhàn) 5 
1.3 城市河流水環(huán)境品質(zhì)提升技術(shù)路線圖 8
參考文獻(xiàn) 10 

第2章 城市河流水環(huán)境品質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià) 12
2.1 城市河流水體水環(huán)境品質(zhì)指標(biāo) 12 
2.1.1 水體感官相關(guān)指標(biāo) 12 
2.1.2 水質(zhì)安全指標(biāo) 13 
2.1.3 水體流動(dòng)性指標(biāo) 18 
2.1.4 水生態(tài)指標(biāo) 19 
2.2 城市河流水體感官愉悅度評(píng)價(jià)技術(shù) 20 
2.2.1 水體感官愉悅度評(píng)價(jià)方法的建立 21 
2.2.2 水體感官愉悅度評(píng)價(jià)方法的驗(yàn)證 26 
2.2.3 城市水體感官愉悅度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 27 
2.3 城市河流水生態(tài)健康評(píng)價(jià)技術(shù) 29 
2.3.1 城市河流水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系 29 
2.3.2 城市河道生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)和賦值 31 
2.3.3 城市河道生態(tài)健康評(píng)價(jià)方法 37 
2.3.4 蘇州市城區(qū)河道生態(tài)健康評(píng)價(jià) 39
參考文獻(xiàn) 43 

第3章 城市徑流污染多維立體控制 48
3.1 城市河流雨季污染特征 48 
3.1.1 降雨徑流樣品采集與分析方法 49 
3.1.2 降雨事件監(jiān)測(cè) 50 
3.1.3 瞬時(shí)樣品水質(zhì)特征分析 51 
3.1.4 事件平均濃度計(jì)算 53 
3.1.5 徑流污染負(fù)荷評(píng)估和分析 55 
3.2 降雨徑流多維立體控制技術(shù) 59 
3.2.1 LID-BMPs技術(shù)比選 59 
3.2.2 淹沒(méi)式自排系統(tǒng)徑流污染過(guò)程控制技術(shù) 77 
3.2.3 地表徑流污染控制非工程措施研究 83 
3.2.4 城市下墊面污染物累積-沖刷模型構(gòu)建 88 
3.3 城市區(qū)域徑流多維立體控制工程案例 96 
3.3.1 工程方案 96 
3.3.2 工程實(shí)施效果 103
參考文獻(xiàn) 108 

第4章 城市河網(wǎng)流態(tài)聯(lián)控聯(lián)調(diào) 111
4.1 平原河網(wǎng)城市河網(wǎng)流態(tài)聯(lián)控聯(lián)調(diào)的技術(shù)思路 111 
4.2 河網(wǎng)水動(dòng)力-水質(zhì)閾值確定技術(shù) 113 
4.2.1 水動(dòng)力-水質(zhì)調(diào)控上限閾值研究 113 
4.2.2 水動(dòng)力-水質(zhì)指標(biāo)調(diào)控下限閾值研究 140 
4.3 河網(wǎng)水系流動(dòng)性調(diào)控關(guān)鍵技術(shù) 142 
4.3.1 免底泥擾動(dòng)的水動(dòng)力調(diào)控技術(shù) 143 
4.3.2 基于增阻減阻的河道水動(dòng)力調(diào)控技術(shù) 148 
4.4 以模型為核心的河網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度技術(shù) 151 
4.4.1 模型原理 152 
4.4.2 模型概化 157 
4.4.3 模型校準(zhǔn) 158 
4.4.4 基于水動(dòng)力-水質(zhì)-水生態(tài)模型的調(diào)度方案計(jì)算 161 
4.5 基于物聯(lián)感知的自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)和模型云技術(shù) 169 
4.5.1 基于物聯(lián)感知的自動(dòng)監(jiān)控技術(shù) 169 
4.5.2 模型云技術(shù) 172 
4.6 河網(wǎng)流態(tài)優(yōu)化聯(lián)控聯(lián)調(diào)工程案例 182 
4.6.1 工程方案 182 
4.6.2 工程建設(shè) 188 
4.6.3 工程實(shí)施效果 199
參考文獻(xiàn) 201 

第5章 河流典型污染物快速去除與透明度提升 206
5.1 河道水體典型感官污染物的特征解析 206 
5.1.1 采樣點(diǎn)及其區(qū)域特征 206 
5.1.2 典型污染物含量分析 207 
5.1.3 河道水體中懸浮物的粒徑分布與其他指標(biāo)間關(guān)聯(lián)分析 209 
5.2 城區(qū)上游來(lái)水典型污染物的去除技術(shù) 211 
5.2.1 表面流人工濕地試驗(yàn)設(shè)計(jì) 212 
5.2.2 不同工況下濕地運(yùn)行效果分析 212 
5.3 城區(qū)河道水體景觀特征污染物快速去除技術(shù) 219 
5.3.1 膜分離懸浮物快速去除技術(shù)研究 219 
5.3.2 磁分離懸浮物快速去除技術(shù)研究 236 
5.3.3 強(qiáng)化混凝-濾布濾池懸浮物快速去除技術(shù)研究 254 
5.3.4 軟質(zhì)外壁可膨脹式彈性濾池過(guò)濾技術(shù) 264 
5.3.5 絮凝劑投加對(duì)水生系統(tǒng)的生態(tài)影響研究 270 
5.4 城區(qū)水體典型污染物快速去除與透明度提升工程案例 280 
5.4.1 工程示范方案 280 
5.4.2 水環(huán)境品質(zhì)效果分析 282
參考文獻(xiàn) 284 

第6章 城市河道生態(tài)修復(fù)與健康維系 294
6.1 城市河道生態(tài)修復(fù)與健康維系技術(shù)思路 294 
6.2 城市河道底質(zhì)電化學(xué)原位修復(fù)技術(shù) 295 
6.2.1 技術(shù)原理 295 
6.2.2 電化學(xué)原位修復(fù)設(shè)備實(shí)驗(yàn)室研究 296 
6.2.3 河道底質(zhì)電化學(xué)原位修復(fù)示范研究 308 
6.3 水草生境構(gòu)建技術(shù) 319 
6.3.1 浮動(dòng)式生態(tài)坡岸改造技術(shù) 320 
6.3.2 流動(dòng)水體水下植被恢復(fù)技術(shù) 323 
6.3.3 硬質(zhì)底植被恢復(fù)技術(shù) 327 
6.4 植物源化感抑藻技術(shù) 329 
6.4.1 植物化感作用抑藻機(jī)理 330 
6.4.2 植物抑藻凋落物的篩選 331 
6.4.3 銀杏浸提液抑藻效果和生態(tài)安全性研究 336 
6.5 河流健康生物鏈構(gòu)建技術(shù) 344 
6.5.1 水生維管束植物時(shí)空優(yōu)化配置技術(shù) 345 
6.5.2 生態(tài)位動(dòng)植物配置技術(shù) 349 
6.6 河道水生態(tài)修復(fù)工程案例 353 
6.6.1 工程方案 353 
6.6.2 工程實(shí)施效果 358
參考文獻(xiàn) 360 

第7章 結(jié)語(yǔ)與展望 369
7.1 結(jié)語(yǔ) 369 
7.2 展望 371