公園景觀水體水生態修復工程實踐
——以東平國家森林公園景觀水體為例

羅鼎暉 王嘉偉 蔣躍

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335）

1 引言

水生態修復一般是指在充分發揮河湖等水體生態系統自修復功能的基礎上，采取如曝氣增氧技術、生物群落構建技術和內外源污染控制技術等生態修復技術手段及后續日常管理，使水生態系統恢復到較為自然的狀態，以提高其生態完整性和可持續性。公園景觀水體由于主要面向游客，水色、水味、透明度和水生動植物等水體表征情況直接沖擊游客人群的感官，因此營造“水清岸綠、魚翔淺底”景象尤為重要。目前，國內針對公園景觀水體生態修復的報道已有不少，如廈門五緣灣濕地公園［1］、上海市曲陽公園［2］等，且基本以水質改善水平作為工程實施效果評價標準。上海市東平國家森林公園景觀水體（天鵝湖、水杉湖和龍策湖）自2020年5月開始施工，截至2020年10月主體工程基本完工，水質基本穩定在Ⅲ類，水生態修復初見成效。通過歸納東平國家森林公園水生態修復設計過程和經驗，為此類及相關類型水體生態修復設計提供參考。

2 研究區域概況

東平國家森林公園（121°49′E，31°68′N）地處上海市崇明區，如圖1所示，園區內景觀水體主要包括龍策湖、天鵝湖、水杉湖等開闊水域水面。因中國第十屆花卉博覽會定址在上海市［3］，花博會園區包含東平國家森林公園，園區內景觀水體作為游客賞景的重要組成部分，其水生態系統整體質量提升對花博會順利開展具有重要意義。

圖1 東平國家森林公園水系

3 現狀和問題識別

3.1 公園水系現狀

公園園區水系東臨張網港，北接界河，南連洪林河；內部共計南北向泯溝14道，河口平均寬度在3～10 m之間。園區計劃在張網港和洪林河交界處新建泵閘1座，日常補水工況通過張網港引入洪林河，再通過南北向泯溝向公園景觀水體補水。

3.2 公園水環境現狀

公園補水水源主要來自張網港，依據前期水質資料，參照GB 3838—2002《地表水環境質量標準》，2017年張網港除夏季溶解氧指標值達到Ⅳ類水水質水平，其余指標值均達到Ⅲ類（含Ⅲ類）以上標準。園區內污水管網已基本完善，不存在游客及工作人員生活污水入湖問題。總體而言，湖區水質尚可。公園內景觀水體水味正常，無惡臭現象存在；湖區水色以暗綠色為主，入湖區段以黃濁色為主；湖區透明度在20～30 cm之間。

3.3 公園水生態現狀

公園內景觀水體濱水植被帶狀況總體較好，植物種類豐富，主要種類包括蘆葦、狹葉香蒲、荻蘆、美人蕉等。水體內水生高等植物缺失，除龍策湖可零星見到金魚藻分布，其余未見沉水植物存在。浮游動植物和底棲動物均有檢出，生物多樣性尚可。

3.4 問題識別

水環境：公園水體主要補水水源為張網港，上述河道水質狀況較好，但泥沙含量高，導致園區水體透明度較低；公園水系沿岸林地茂密，大量枯枝落葉輸入水體，沉積于湖底，形成底泥淤積，加劇水體有機營養負荷，加上水系水動力總體不足，導致水體藻類大量繁殖，水體呈渾濁暗綠。

水生態：公園水體生態系統結構缺失，沉水植物群落稀缺，水體自凈能力較差。

4 治理目標、思路和措施

4.1 治理目標

針對上述景觀水體問題，提出具體治理目標。

水環境：工程水體經過治理后使水質穩定達到GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水水質水平；水體透明度達到60 cm以上。

水生態：經生態修復，公園工程水體水生高等植物覆蓋率達到80%以上。

4.2 設計思路

針對上述主要水環境和水生態問題，基于生態學原理，以穩定達到年均水質Ⅲ類、提升水體透明度和構建良好草型生態系統為核心目標，在深入研究公園內外水體情況的基礎上，制定了“清水入園＋內源控制＋生態修復”的設計思路，再通過各版塊具體工程措施設計，最終實現恢復水體良好生態系統，提高水體自凈能力，“水清岸綠、魚翔淺底”的終極目標。

工程設計典型剖面示意見圖2。

圖2 工程設計典型剖面示意

4.3 治理措施

4.3.1 清水入園

清水入園是本次水生態修復工程的前提，主要起到攔截顆粒懸浮物和去除水體污染物的作用，包含以下3項技術措施：（1）生物柵填料。本次選取的生物柵填料材質為維綸醛化和滌綸混紡，比表面積為4 000～6 000 m2/m3，直徑為50 mm。生物柵填料具有一定的比表面積，可以吸附水體中的顆粒懸浮物；其掛膜形成的生物膜，可有效去除水體污染物。（2）組合式生態浮島。本次水生態修復工程選取的組合式生態浮島由1座中央浮島和4座水中綠毯組成。中央浮島主要種植美人蕉（Canna indica）、西伯利亞鳶尾（Iris sibirica）等挺水植物，水中綠毯以耐蔭性浮葉植物銅錢草（Hydrocotyle vulgaris）為主。浮葉植物葉片可以有效緩解水流沖擊，增加生物填料作用時間；水生植物根系形成的微生物膜可有效去除水體污染物。（3）攔污簾。本次水生態修復工程選取的攔污簾為80～100目軟圍隔，主要布設在入湖口，起到攔截枯枝落葉和大顆粒懸浮物的作用。

4.3.2 內源控制

內源控制是本次水生態修復工程的基礎，也為沉水植物種植創造良好條件。考慮到湖底底泥現狀及后期沉水植物種植需求，本次內源修復以底質改良為主。底質改良采用微生物菌劑投放，微生物菌劑由光合菌群、乳酸菌群和酵母菌群等組成，主要功能作用為產生抗氧化物質，清除氧化物質，造就良性生態，形成適合于生物生長的良好底質環境。

4.3.3 生態修復

生態修復是本次水生態修復工程的重點，同樣也是目標，主要包含以下3項技術措施：（1）沉水植物種植。Scheffer M［4］于1990年提出淺水湖泊存在以沉水植物為主的清水形態，或以浮游植物為主的濁水形態。基于上述理論，本次水生態修復工程以構建沉水植物群落為主。參考上海地區氣候條件和植物種植景觀效果，沉水植物選用矮苦草（Vallisneria natans）、刺苦草（Vallisneria spinulosa）和馬來眼子菜（Potamogeton malaianus）；依據水體特征及工程經驗，矮苦草種植于常水位下0.5～1.0 m區域，刺苦草和馬來眼子菜混種于常水位下1.0 m至湖底區域。（2）水生動物投放。Shapiro J［5］于1990年明確提出“生物操縱技術”，認為調整魚類結構，發展牧食性枝角類浮游動物，可以控制浮游植物的繁殖和生長；劉建康等［6］提出“鰱、鳙魚控制藍藻技術”，認為鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙魚（Aristichthys nobilis）可通過濾食作用抑制藍藻水華的發生。基于上述理論，水生動物投放以魚類投放為主，魚類投放以鰱、鳙魚為主；考慮到枝角類浮游動物對水體透明度具有一定的改善作用，投放適量溞（Daphnia）類；同時為完善食物鏈，輔以投放青蝦（Macrobrachium nipponense）、環棱螺（Bellamya）等大型底棲動物。（3）曝氣增氧設置。水體溶氧是沉水植物生長的重要因素，趙風斌等［7］在上海淀山湖進行苦草現場生長試驗表明，1 m水層處，溶解氧均值為5.66 mg/L時，苦草成活率為86.5%；2 m水層處，溶解氧均值為2.76 mg/L時，苦草成活率為46.5%。考慮到園區水體溶解氧現狀及沉水植物生長需要，在湖區水體內布設沉水鼓風-曝氣設備。

5 工程效益

5.1 生態效益

景觀水體經生態修復工程后，水體透明度穩定在60 cm以上，水質指標穩定達到地表水Ⅲ類水平；工程區域沉水植物覆蓋率達到80%以上，經跟蹤調查，湖區水體內浮游動植物、底棲動物多樣性水平及周邊區域節肢動物、鳥類多樣性水平均提升明顯；陽光映照下，水下森林郁郁蔥蔥，一派生機蓬勃景象。

5.2 經濟效益

植物通過光合作用可以固碳釋氧，每產生1 g干物質需要消耗1.62 g二氧化碳，釋放1.2 g氧氣［8］；氧氣生產價值參照國家林業局發布的LY/T 1721—2008《森林生態系統服務功能評估規范》確定，固碳價格1 320元/t，釋氧價格1 000元/t。本次沉水植物群落構建涉及水域面積107 400 m2，覆蓋率按80%計算，種植規格110株/m2，株高15～20 cm，沉水植物按每株均值8g計算，干物質按沉水植物的10%計算［9］，可得日固碳量：107 400×0.8×110×8×1.62×0.1×10－6＝12.2 t/d，日釋氧量：107 400×0.8×110×8×1.2×0.1×10－6＝9.1 t/d；年化固碳經濟效益：12.2×365×1 320×10－4＝587.80萬元，年化釋氧經濟效益：9.1×365×1 000×10－4＝332.15萬元。本工程總投資約為970萬元，年化大氣調節價值919.95萬元，可見通過沉水植物群落構建產生的經濟效益顯著。

6 結論

東平國家森林公園景觀水體主要問題為水體透明度低、沉水植物缺失，進而導致水體自凈能力較差。本次生態修復工程以外源攔截為前提，底質改良為基礎，將沉水植物群落凈化系統構建、水生動物控藻、底棲動物過濾、曝氣增氧系統布設等生態工程技術進行合理搭配，最終形成具有穩定利用與控制藻類、凈化水體污染物、吸收水體營養物質的水生態系統。就目前效果而言，水質、透明度和沉水植物覆蓋率均已達到治理目標要求，后續也產生了相當的生態和經濟效益。但生態修復是一項長效工程，后期應從水生植物日常及季節維護、魚類群落結構調整等角度對生態系統進行維護和管理，方能形成具備長效凈化能力的水生態系統。