建昌縣中小河道常見生態修復技術對比研究

(建昌縣水利局，遼寧 葫蘆島 125300)

平原地區農村中小河道作為資源與生態環境的重要載體，是農村經濟社會發展的重要基礎[1]。隨著社會經濟的快速發展，人們在開發和利用河道時，忽視了保護河道自身生態系統的需求，導致洪澇隱患嚴重、河流生物多樣性顯著下降、水質嚴重污染等問題[2]。因此，加大農村河道綜合整治力度，改善生活環境，變得尤為重要。

為深入探討常見生態修復技術的特點和適宜性，本文以建昌縣為研究區域，選擇典型的河道斷面進行水樣采集分析和試驗分析，對不同生態修復技術條件下污染物的降解系數、浮游生物量進行研究，為水質預測提供取值參考，同時對其他平原地區生態治理提供理論依據有著重要的現實意義。

1 試驗及方法

1.1 監測斷面和采樣時間

根據實地勘察，考慮到生態措施實施、河道整治等具體情況，于2016年2—11月，在建昌選取具有代表性的10個斷面作為研究對象，并進行采樣。河道和斷面的概況見表1。

表1 監測河道和斷面概況

1.2 數據處理與分析方法

研究區域內河流過流斷面較小，污染物的降解符合一級動力學過程，即

(1)

式中t——反應時間，d；

k——污染物降解系數；

C——某污染物的濃度，mg/L。

對lntC與t做線性回歸分析，斜率值k即為污染物降解系數。將式(1)兩邊同時積分得

lnCt=-kt+lnC0

(2)

式中Ct——t時刻某污染物的濃度，mg/L；

C0——某污染物的初始濃度，mg/L。

通過個體計數法對浮游生物計數，在計數時，將樣品置入1mL計數框，選取8個不相鄰的片區，并取8個片區的平均值。浮游生物個體數N的計算如下[5]：

(3)

式中V1、V2——濃縮樣體積、計數體積，mL；

V3——采樣量，L；

n——計數個體數。

2 污染物降解系數分析

在農村中小河道的生態修復過程中，污染物降解系數反映了河道水質污染的變化情況，因此，通過對不同生態修復技術條件下污染物降解系數進行研究，進而評價河道水質的修復效果[4]。

2.1 COD降解系數

由圖1可以看出，不同生態修復技術下COD降解系數KCOD的變化范圍為0.092～0.261/d，主要由于人工濕地構建出植物——微生物——基質的復合生態系統，通過微生物分解、植物吸收、離子交換、吸附、過濾等相互協調作用進行污染物降解，因此，生態濕地的KCOD較大。生態浮床有著類似的作用，但生態浮床覆蓋面小，作用效果沒有生態濕地明顯。底泥疏浚后大量原生生物被移除，水樣中生物量下降，河道生態功能需要較長時間才能恢復。僅采用砌塊護岸，COD 降解系數相差較小，生態改善效果不明顯。

圖1 不同生態修復技術下COD變化情況及降解系數

2.2 BOD5降解系數

由圖 2 可知，不同生態修復技術下水體的BOD5降解系數KBOD5的變化范圍為0.089～0.287/d， BOD5降解系數的變化規律與COD降解系數相似，生態浮床和生態濕地水體中生物量較多，使得有機物降解能力增強。護岸材料對污染物的降解影響較大，使用親水性好的材料有利微生物的生長和繁殖，促進了水體中污染物的降解。未治理的河道中水體濁度較大，對污染物的遷移轉化有著媒介的作用，對化學反應也有一定催化作用。底泥疏浚BOD5降解系數約為 0.089/d，底泥疏浚后浮游生物大量減少，氨化作用、硝化作用、有機物降解、微生物呼吸作用等耗氧活動下降，使得 BOD5降解系數較小。

圖2 不同生態修復技術下BOD5變化情況及降解系數

2.3 NH3-N 降解系數

由圖3可知，不同生態修復技術下水體的NH3-N 降解系數KNH3-N變化范圍為0.117～0.365/d。生態濕地中氨氧化細菌、亞硝酸鹽細菌等硝化細菌能較好生長，且水體偏堿性，更利于硝化作用發生，故NH3-N降解系數較大。生態護岸水體中硝酸還原酶、熒光素雙醋酸酯、脫氫酶等酶活性大，有利于微生物的生化反應，加快了NH3-N的去除。生態浮床上種植的水生植物對磷、氮營養物有較強的吸收作用。底泥疏浚水體生物量較小，使得KNH3-N小于砌塊護岸。因為水體中硝化細菌較少，導致未采用任何生態修復措施的氨氮降解系數最小。

圖3 不同生態修復技術下 NH3-N變化情況及降解系數

2.4 TP降解系數

由圖 4 可以看出，不同生態修復技術下水體的TP降解系數KTP變化范圍為0.124～0.318/d，生態浮床和生態濕地植物茂密，水體中微生物數量較多，加快了磷的去除。底泥疏浚后水體中磷的含量較低，大部分顆粒態磷沉入水體與鐵、鋁、鈣等金屬離子形成不溶性磷，磷降解得更快。未治理河道和砌塊護岸中微生物含量較少，導致TP降解系數相對較小，約為0.124/d。由于生態護岸材料有利于各種活性酶和微生物的附著，其TP降解系數相對較大。

圖4 不同生態修復技術下TP變化情況及降解系數

3 各代表河段水體的浮游生物量比較

3.1 浮游生物密度分析

浮游生物密度反映了單位體積水體中浮游生物的數量，對5種不同修復技術的水樣進行研究，得到不同河道浮游生物的密度，見表2。

表2 不同生態修復技術下的浮游生物密度

可以看出，浮游生物密度:底泥疏浚<砌塊護岸<生態護岸<生態浮床<木樁+自然護坡。采用底泥疏浚生態修復技術，可以降低水體的富營養化，但破壞了水生植物群落，直接導致浮游生物量減少，選擇合適的疏浚季節和深度，底泥疏浚可作為一種有效的生態修復技術。砌塊護岸和生態護岸，均能穩定岸坡，實現岸坡生態系統和水生態系統的交互，使結構更加完整。浮床內深入水中的植物根系截留、吸附水體中的營養物質，通過固定磷、氮起到了凈化水質的目的，同時在一定程度上增加了浮游生物的密度。采用木樁和自然護坡的結合，原有的生境狀況未遭到破壞，因此采樣點9的浮游生物密度最大。

3.2 浮游生物多樣性分析

通過對不同的修復技術的水樣進行研究計算，得到浮游生物多樣性指數，見表3。可以看出，水體的浮游生物多樣性指數范圍為1.00～2.00，浮島植物對水體中污染物去除效果較好，不僅能增加光照，還能改善水質，為浮游生物提供良好的生存條件，浮游生物多樣性也相應增加，因此采樣點2浮游生物的種類多樣性相對較高。采樣點9河勢保持的較為完整，水質較好，物種豐富度高于采樣點10。采樣點8為生態護岸，植物為昆蟲提供生息場所，浸入水中的枝條、根系為魚類覓食提供了場所，創造了良好的生境環境。經過底泥疏浚后，浮游生物的種類多樣性較低，雖然底泥疏浚能削減內源污染，但是挖除底泥破壞了生物群落，使得物種豐富度降低。

表3 不同生態修復技術下的浮游生物多樣性指數

4 結 論

本文以建昌縣為研究區域，選擇典型的河道斷面進行水樣采集和試驗分析，從污染物的降解系數、浮游生物量等幾個方面對各生態修復技術進行比較分析，主要得出以下結論：?從污染物降解系數來看，生態濕地修復技術最佳，其次為生態浮床，然后為底泥疏浚，生態護岸修復技術效果一般，磚砌護岸效果最差；?采用生態浮床后，浮游生物的種類多樣性相對其他生態修復措施較高，為浮游生物提供良好的生存條件。綜上所述，生態浮床修復技術既能提高污染物降解系數，又能增加浮游生物多樣性，可較好地應用于平原地區農村中小河道生態治理。

[1] 芮曄,祁凱,顧梅芳.論生態修復在江陰河流綜合整治中的應用[J].水資源開發與管理,2017(1):46-51.

[2] 劉詠梅.長沙縣中小河流生態防洪治理的措施[J].湖南水利水電,2016(5):75-77.

[3] 王應剛.格賓生態格網擋墻結構在河道治理中的運用[J].水利建設與管理,2010(7):6-8.

[4] 董婷婷.遼寧省市際以上界河信息調查與成果分析[J].中國水能及電氣化,2016(5):30-32.