淺談水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)在河道整治工程中的運(yùn)用

陳 杰，王晶晶

(上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)有限公司，上海市 201800)

淺談水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)在河道整治工程中的運(yùn)用

陳 杰，王晶晶

(上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)有限公司，上海市 201800)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，河道水體污染的問題也日益突出，改善河道水環(huán)境也變的十分迫切和十分必要。簡要介紹了水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的主要內(nèi)容，并結(jié)合具體工程實(shí)例闡明了該技術(shù)在河道整治工程中的實(shí)際運(yùn)用。

水污染; 食藻蟲; 水體生態(tài)修復(fù)

0 引言

水是生命之本，是人類及一切生物賴以生存的必不可少的重要物質(zhì)。雖然我國的淡水資源總量為28 000億m3，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我國的人均水資源量極低，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。

近年來，由于我國城市化進(jìn)程加快，人們愛護(hù)水資源意識淡薄，我國水資源質(zhì)量不斷下降，水環(huán)境持續(xù)惡化。由于水體污染所導(dǎo)致的缺水和居民投訴事件時(shí)有發(fā)生，造成了極大的不良社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重地威脅了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，水環(huán)境治理迫在眉睫。

通過水體生態(tài)修復(fù)技在河道整治工程中的運(yùn)用，能夠有效改善河道水質(zhì)，引導(dǎo)構(gòu)建河道水體生態(tài)系統(tǒng)。本文將以上海市徐匯區(qū)北潮港河道治理工程為例，簡要介紹該技術(shù)的核心內(nèi)容以及在該工程中的具體運(yùn)用。

1 項(xiàng)目概況

北潮港位于淀浦河以北，為淀浦河一支流。河道呈“L”形走向，南通淀浦河，西至兩區(qū)交界虹梅南路，以西為閔行區(qū)，在閔行區(qū)河道向西連通梅隴港，徐匯區(qū)境內(nèi)河道長約1 708 m。

北潮港作為上海中心城區(qū)的典型開放式公共區(qū)域，承擔(dān)著多種功能，除了防汛除澇、水資源調(diào)度等基本功能外，隨著上海向國際化大都市邁進(jìn)的步伐加快，其生態(tài)的功能日益突出。但北潮港存在內(nèi)、外污染來源，水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能極不完善，很難保持健康穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前，北潮港水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，藍(lán)藻水華、透明度低，水質(zhì)發(fā)綠，嚴(yán)重影響水體景觀，急需對河道進(jìn)行整治。

2 水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)簡介

水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)全稱為“食藻蟲引導(dǎo)水體生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)”，它的基本思路是以食藻蟲吃藻控藻、濾食有機(jī)懸浮物顆粒等作為啟動(dòng)因子，繼而引起各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的連鎖反應(yīng):包括從底泥有益微生物恢復(fù)、底泥昆蟲蠕蟲恢復(fù)、底棲螺貝類恢復(fù)到沉水植物恢復(fù)、土著魚蝦類等水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)水體的內(nèi)源污染生態(tài)自凈功能和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能。水體生態(tài)修復(fù)主要分為前期工程、預(yù)處理系統(tǒng)及水循環(huán)系統(tǒng)布置、食藻蟲引導(dǎo)水體生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、全生態(tài)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)及生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)5個(gè)部分，如圖1，下面對該技術(shù)作簡要介紹。

3 前期工程

前期工程包括水體除雜和基底改良，通過以上措施，消除或者減緩其對后期生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，建立或者恢復(fù)底質(zhì)有益微生物處理系統(tǒng)，促進(jìn)沉水植物群落的生長及系統(tǒng)的恢復(fù)和穩(wěn)定，提高水體水質(zhì)凈化效果。

3.1 水體除雜

水體除雜是對水體各類雜草、垃圾、及魚類進(jìn)行清理或轉(zhuǎn)移工作，其目的是:

(1)清除或轉(zhuǎn)移人工湖原有有害物種及垃圾雜物;

(2)清除水體中各類野生雜草。

圖1 水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的主要內(nèi)容

該次工程水體清雜范圍:29 885 m2。

3.2 基底改良

基底改良是根據(jù)需要對水體底泥進(jìn)行消毒及活性淤泥活化處理等預(yù)處理措施。其目的是:殺滅原來富營養(yǎng)化水體底質(zhì)中福壽螺劑其他病原體;通過在水體中潑灑石灰乳，改善底質(zhì)酸堿度;采用技術(shù)工程培育與調(diào)配的多種有益微生物菌種活化底質(zhì)。

改善基質(zhì)用的微生物菌種主要有兩類:

(1)光合細(xì)菌、有益放線菌和有益芽胞桿菌的混合系統(tǒng)微生物群體，主要用于對水體中COD Mn、含碳有機(jī)物、含磷和硫物質(zhì)的分解。

(2)氨氧化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌的混合系統(tǒng)微生物群體，主要用于對水體中含氮物質(zhì):氨氮、尿素、尿酸、氨基酸、蛋白質(zhì)和硝態(tài)氮等的分解。

該工程基底改良面積29 885 m2。

4 預(yù)處理系統(tǒng)及水循環(huán)系統(tǒng)布置

4.1 預(yù)處理系統(tǒng)布置

河道上游來水存在污水排入的可能，為了減少其對治理河段生態(tài)系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷，在上游河道采用掛膜與生態(tài)浮島結(jié)合技術(shù)，設(shè)置生態(tài)浮島型預(yù)處理掛膜系統(tǒng)。

該工程在上游河道設(shè)置生態(tài)浮島型預(yù)處理掛膜系統(tǒng)5處，生態(tài)浮島由PE管設(shè)置弧形或方形圍欄，方形布置，浮盆直徑30～33 cm，采用PE材質(zhì)制作而成，浮島挺水植物選用香菇草、小黃花及美人蕉。

4.2 水循環(huán)系統(tǒng)布置

對水體采用強(qiáng)力微曝氣的方式對水體進(jìn)行復(fù)氧，提高水體氧化還原電位，削減耗氧性物質(zhì)，增強(qiáng)水體的凈化功能，減輕水體污染負(fù)荷，促進(jìn)河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，是生態(tài)修復(fù)重要的工程保障手段。

曝氣增氧系統(tǒng)是生物—生態(tài)污染水體修復(fù)技術(shù)中增加水體中溶解氧非常重要的一環(huán)，也是微生物繁殖、掛靠、激活的基本生存條件。向水體中注入足夠的溶解氧，可以使斷開的生物鏈得到有效的修復(fù)，然后根據(jù)水體情況逐步建立更完善的生態(tài)系統(tǒng)。

曝氣增氧還可去除水中的超飽和的有害氣體，如沼氣、硫化氫、氨氮等，抑制底泥營養(yǎng)鹽的釋放，改善水體環(huán)境，轉(zhuǎn)化氨基酸、抗生素及酶，減少水生動(dòng)物患病的可能性。

該工程平均水深約為2m，水容量約為60 000 m3。鑒于上游來水有污水存在的可能，所以特在上游約300 m河段內(nèi)設(shè)置1臺功率為3 kW的曝氣增氧機(jī)輔助河道水流循環(huán)運(yùn)行，避免了死水溶氧不足，昏暗發(fā)臭的現(xiàn)象發(fā)生。

5 食藻蟲引導(dǎo)水體生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

5.1 沉水植物的投放

沉水植物是指植珠全部或大部分沉沒于水下的植物，是水體生物多樣性賴以維持的基礎(chǔ)，它的恢復(fù)是水生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，其所產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和水環(huán)境質(zhì)量改善的重要依據(jù)。

沉水植物在水質(zhì)凈化方面的五個(gè)作用機(jī)理: (1)直接吸收水體的N、P、重金屬，降低水體污染元素;(2)附著于植物體表的微生物形成生物膜系統(tǒng)，凈化水質(zhì);(3)同生態(tài)位的競爭，釋放生物因子，抑制藻類的生長;(4)光合作用產(chǎn)生的次生氧能殺滅有害菌;(5)強(qiáng)光合作用能使水中有機(jī)絮凝體，形成氣浮效應(yīng)，并使其快速氧化分解，降低BOD5、COD。

作為生態(tài)水處理的沉水植物，種植時(shí)必須首先滿足三個(gè)條件:一是凈水能力強(qiáng)，二是景觀效果好，三是能夠有效控制、不會(huì)恣意泛濫生長的種類。

沉水植物作為清水態(tài)水體主要初級生產(chǎn)者，在水生生態(tài)系統(tǒng)中有著不可替代的作用。當(dāng)沉水植物豐富時(shí)，水體表現(xiàn)為水質(zhì)清澈、溶解氧高、藻類密度低、生物多樣性高等特點(diǎn)，即“草型清水態(tài)”;反之，當(dāng)沉水植物消失，水體處于較高營養(yǎng)狀態(tài)時(shí)，容易發(fā)生藻類瘋長、生物多樣性降低、水質(zhì)渾濁、景觀惡劣等現(xiàn)象，即“藻型濁水態(tài)”。

該工程采用的沉水植物為四季常綠改良苦草、改良刺苦草及紅線草，共計(jì)布置沉水植物28 390 m2。

5.2 食藻蟲的投放

在水生態(tài)構(gòu)建初期，即沉水植物生長剛種植下去后，需投加“食藻蟲”以控制水體藍(lán)綠藻暴發(fā)，提高水體透明度促進(jìn)沉水植物進(jìn)行光合作用。“食藻蟲”在攝食藍(lán)綠藻的同時(shí)，也攝食腐泄、懸浮物與有害細(xì)菌，排泄?fàn)I養(yǎng)分泌物，能夠促進(jìn)沉水植物快速成長建群并形成優(yōu)勢，提高生態(tài)構(gòu)建效率。

“食藻蟲”屬自然界固有的浮游動(dòng)物類，同時(shí)其本身又為魚、蝦、蟹、貝等水生動(dòng)物提供營養(yǎng)。總之，“食藻蟲”的投放能夠穩(wěn)定并優(yōu)化水體透明度，與沉水植物形成“蟲—草共生系統(tǒng)”，促進(jìn)水體微循環(huán)生態(tài)鏈，大大促進(jìn)了水生植物在水生態(tài)系統(tǒng)中的穩(wěn)定建群與生長，而且顯著提高了水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的效率。

該工程食藻蟲投放面積為29 885 m2

5.3 水生動(dòng)物系統(tǒng)配置

水生動(dòng)物的放養(yǎng)將充分考慮水生動(dòng)物物種的配置結(jié)構(gòu)(時(shí)空結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)結(jié)構(gòu))，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)水生動(dòng)物的放養(yǎng)模式(種類、數(shù)量、雌雄比、個(gè)體大小、食性、生活習(xí)性、放養(yǎng)季節(jié)、放養(yǎng)順序等)。

水生動(dòng)物包括魚類(構(gòu)建食物網(wǎng))、底棲動(dòng)物、蝦類及濾食性浮游動(dòng)物。

通過濾食浮游藻類，有效控制藍(lán)藻水華;N、P通過藻類營養(yǎng)級轉(zhuǎn)化，以魚產(chǎn)量形式得到固定，進(jìn)而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

(1)魚類選擇原則:依據(jù)完善生物鏈、提升景觀效果原則。考慮到擬建項(xiàng)目水體水景觀需求，兼顧景觀效果和生態(tài)效應(yīng)。擬定魚類有黑魚、鱖魚等。

(2)底棲動(dòng)物:放養(yǎng)種類主要以濾食性的雙殼類和刮食性的螺類為主。這些水生底棲動(dòng)物對水體起著過濾器和沉淀器的作用，可以捕食底質(zhì)中大量的有機(jī)質(zhì)及腐敗的水生植物殘?bào)w等，大幅度降低底質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量及營養(yǎng)物質(zhì)的釋放。同時(shí)，大型螺類等釋放的某些物質(zhì)又是水體中天然的絮凝劑，可以降低水中的懸浮物顆粒并吸附大量的氮磷營養(yǎng)鹽。這對于后期生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定具有重要的意義。因此，出于對良性水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建以及水質(zhì)保護(hù)的需要，構(gòu)建合理的底棲動(dòng)物群落是十分必要的。

(3)蝦類:河岸落葉、水體中水生植物等形成的有機(jī)碎屑以及水生動(dòng)物的糞便、尸體等形成的有機(jī)物質(zhì)易污染水質(zhì)，在景觀水體中放養(yǎng)一定數(shù)量的青蝦以攝食有機(jī)碎屑，起到凈化水質(zhì)的作用。

需要注意的是:全生態(tài)系統(tǒng)中放養(yǎng)的水生動(dòng)物種類和數(shù)量是有特定要求的，不能隨心所欲，我們放養(yǎng)水生動(dòng)物的目的是水質(zhì)凈化、維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不是觀賞為主也不是以提高魚產(chǎn)量為目的。

該工程投放的魚蝦螺貝類水生動(dòng)物有:銅銹環(huán)棱螺和蘿卜螺，三角蚌，青蝦，魚類包括肉食性的鱖魚、黑魚。

5.4 浮葉植物系統(tǒng)配置

為了進(jìn)一步提高水景觀質(zhì)量，可在河道內(nèi)配置適量觀賞價(jià)值高的浮葉植物。生態(tài)修復(fù)后，整個(gè)河道可見蝦鱗泛起光輝，底部的水草緩緩飄蕩，這儼然一副和諧生動(dòng)的水中景觀。水體清澈見底，水草悠悠叢生，睡蓮或荷花點(diǎn)點(diǎn)飄香，呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的場景。清澈見底的水體中，倒映著沿岸景觀，水下沉水植被與浮葉植被能很好的與現(xiàn)有綠化遙相輝映，更好的體現(xiàn)出人類與自然的和諧相處。利用水生植物的造景功能和對水質(zhì)的凈化功能，建立良好可循環(huán)的自然生態(tài)景觀系統(tǒng)。

該工程上游河段有噴泉設(shè)施，在噴泉附近及北潮港水體橋梁邊沿適量配植觀賞價(jià)值高的宮廷睡蓮。素有“水中女神”的宮廷睡蓮，它們扎根于河底，葉浮于水面，優(yōu)雅絢麗的花朵創(chuàng)造迷人的精致。與水下森林景觀及岸邊景觀樹木形成協(xié)調(diào)對比，使得水生植物景觀更富有詩情畫意，人在橋上走，宛如花上行，遠(yuǎn)觀藍(lán)天、白云、橋與水面的水生植物相映，色彩反差大，對比強(qiáng)烈，給人興奮、奔放的感覺。該次北潮港河道設(shè)計(jì)宮廷睡蓮總配置面積為100 m2，種植密度為2～3株/m2。

6 全生態(tài)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)

在生態(tài)系統(tǒng)初期，某一物種會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的適宜性大量繁殖，使單個(gè)物種生長占優(yōu)勢，從而抑制其他物種的競爭力，使得其他物種數(shù)量減少甚至缺失，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)維持平衡的能力減弱。因此在生態(tài)系統(tǒng)初步構(gòu)建完成后，需通過全生態(tài)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)方式以確保生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。

7 生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)

水體維護(hù)工作是水體水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)保持健康的一個(gè)重要的工作，除了日常的水質(zhì)保潔外，定期進(jìn)行水體水質(zhì)檢測工作，根據(jù)水體水質(zhì)，對水體進(jìn)行增氧，適時(shí)補(bǔ)充微生物菌，隨時(shí)調(diào)控水生植物生長，優(yōu)化水生植物結(jié)構(gòu)，保持水體生態(tài)穩(wěn)定平衡。水體維護(hù)工作主要包括4個(gè)內(nèi)容:

(1)對水體生態(tài)修復(fù)區(qū)的沉水植被生長、水生動(dòng)物生長和水質(zhì)變化狀況進(jìn)行察看，出現(xiàn)狀況及時(shí)解決。

(2)對生態(tài)修復(fù)區(qū)的水生植物的生長與健康狀況進(jìn)行檢測及必要的調(diào)整維護(hù)。

(3)對蝦類、螺類種群密度和水質(zhì)關(guān)系進(jìn)行全面掌控與生態(tài)平衡調(diào)整。

(4)對水循環(huán)裝置進(jìn)行維護(hù)，定期檢修，保障設(shè)備正常進(jìn)行。

8 結(jié)語

本文簡要介紹了水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的主要內(nèi)容，并結(jié)合徐匯區(qū)北潮港河道整治工程對水體生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要說明。水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)能有效改善水體水質(zhì)，構(gòu)建河道景觀。在今后的河道整治工程中，我們應(yīng)當(dāng)注意在保證河道水資源調(diào)度和防汛除澇等基本功能的同時(shí)，注意構(gòu)建河道水生態(tài)系統(tǒng)，為周邊居民營造一個(gè)“水面清、水質(zhì)好、水體活、水色透”的生態(tài)型河道。

X171.4

B

1009-7716(2015)11-0097-03

2015-06-24

陳杰(1990-)，男，江蘇靖江人，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。