校園河道生態修復規劃設計探討——以三峽大學求索溪為例

陳小蘭 黃 緒 陳建軍 肖玉輝 丁幫璟 張 發 樊宗嘯

（三峽大學水利與環境學院，湖北宜昌 443002）

城市水環境系統是由水源、供水、用水和排水等要素組成的一個水資源利用和保護的循環鏈，具有滿足城市的合理用水需求，包括生態環境調節、歷史文化功能和旅游娛樂、商務、居住等功能［1］.而校園水環境系統不僅具有部分城市水環境的功能，更重要的是其具有獨特的景觀調節和人文教育功能.健康和諧的校園河道生態系統是校園一道亮麗的風景線，它也可以是一個無聲的課堂，使受教育者感受到心靈的愉悅和放松，達到調節寓教于景、寓教于情的效果.生態修復是當前城市河流水質修復廣泛采用的方法，在國內外均有較成功的應用案例［2－3］.在已有相關研究的基礎上，本項研究因地制宜地開展了對求索溪的河道水生態環境修復設計模式的探討，旨在為求索溪及類似的校園河道生態修復工程提供參考和借鑒.

1 工程概況

1.1 求索溪概況

求索溪是三峽大學校園重要景觀水體，是校區排泄暴雨洪水的主要通道，全長2.1km，寬約8m，是典型的大學校園河道.該校園河道水深約0.8m，總水量約2.4萬m3，底泥厚度平均50～80cm.求索溪水體主要來源為周邊的自然降水和部分校園及周邊居民生活污水，水體流量小，且底泥富集了大量的污染物［4－5］.近年來，由于校園河道缺水，水體封閉以及污水排入等原因造成水質惡化嚴重；夏季出現水中的藍綠藻大量繁殖、部分河段水體黑臭的現象，嚴重地影響了校園的環境質量.

1.2 水質現狀分析

求索溪的部分水質指標采樣和監測工作開展于2013年6月中旬～7月中旬.從求索溪上游到下游依次布設采樣點8個，監測頻率為每周一次，共采樣4次.水樣的采集參考《水質湖泊和水庫采樣技術指導》（GB／T14581－93），水質指標的監測方法參照《水和廢水監測分析方法（第四版）》.監測指標包括：溶解氧（DO）、溫度（℃）、高錳酸鹽指數（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）、葉綠素（Chla），數據見表1.

表1 求索溪部分理化指標監測數據

根據上表數據，對照地表水環境質量標準（GB 3838－2002）分析可知在一個月的4次監測期內，求索溪各監測點的CODMn含量有3次的平均值處于Ⅳ～Ⅴ類標準值之間、TP含量有3次的平均值高于Ⅴ類標準值，而4次監測的TN平均含量約為Ⅴ類標準值的4～5倍.因此，根據以上不同位點的水質指標均值的單因子評價結果來看，求索溪的目前水質整體處于劣Ⅴ類的嚴重污染狀況.由該表中Chla的含量，并參考湖泊的富營養化分級標準［6］，可知求索溪整體上處于超富營養化水平.

1.3 水生植物現狀分析

目前在求索溪的部分區域有大量生長的挺水植物，植物的種類主要為蘆葦、菖蒲、荷花和睡蓮.蘆葦和菖蒲集中分布在求索溪上游（東西流向）部分河段，其中夾雜生長有塊狀分布的荷花；這3種植物的分布面積約為3 139m2，植物的生長情況較好且對上游水質有一定的凈化效果.然而，該區域植物的生長雜亂，缺乏規劃管理因而總體景觀效果較差.在求索溪的中下游（南北流向）河段，有零星塊狀分布的景觀水生植物睡蓮，然而睡蓮的數量較少且分布無規律，因此其景觀效果和對水質的生態凈化功能均難以實現.

圖1 三峽大學求索溪景觀現狀

2 設計理念

求索溪的生態修復設計應遵循以下理念和原則：

1）整體規劃、綜合整治.對求索溪的生態修復設計應首先確定整體模式和工作思路，鑒于對求索溪概況及其水生態環境現狀的分析，針對性地提出了“外源污染削減—底泥微生物修復—植物強化過濾帶構建—河道水生態系統構建及景觀優化—生態河道管理及維護”的治理模式和思路，以供進一步探討研究.

2）生態優先，兼顧景觀.校園河道的生態修復設計，需要利用生態學原理，從生態學角度考慮水質凈化、河道水生態系統的構建、河道濱岸帶的植被群落配置等問題，以達到提高河道生態系統的生物多樣性和穩定性，強化河道生態系統對污染的凈化能力.另在河道生態系統的植物的配置種植、濱岸帶生態改造設計過程中，也需要考慮景觀生態學原理，利用斑塊和廊道等景觀元素的合理設計搭配，實現生態功能與景觀效應最大程度的融合.

3）經濟適用，穩定持續.在工程的規劃和設計階段，應充分考慮技術的適用性以及經濟性，進行多方比較和論證；對于生態修復工程，因重點考慮技術和工程效益的穩定性和持續性，對于校園河道的生態修復，工程核心目標應該是構建出一套結構穩定、生物多樣性豐富的生態系統以實現工程效果的持續性.

4）因地制宜、突出特色.在滿足城市河流生態環境功能的前提下，修復工程的設計要兼顧三峽大學校園河道周圍的景觀特征，使求索溪的水環境與周圍景觀能夠有機融合，共同營造一個自然景觀與人文景觀相得益彰、和諧宜人而有特色的校園美景.

3 工程規劃

3.1 截污及補水工程

在校園河道兩旁有一些教學區和生活區的排污管，生活污水廢水基本上未經處理就直接排入了求索溪，這可能是目前求索溪水質惡化的重要原因之一.為保障生態修復的效果，生態修復工程首先應實施截污工程.為此，可以考慮在求索溪附近建立一個污水處理站，然后對入河道的排污管網進行改造，將生活污水納入到污水處理站進行二級處理后再排入求索溪.將來，建成并投入使用的三峽大學生活污水站也可以用于科研及教學實習基地.另外，已有研究表明，求索溪（三峽大學內沙河）的生態缺水相當嚴重［7］，而經凈化處理的生活污水水量有限.因此，可考慮采取工程措施將三峽大學外沙河的水定期定量引入求索溪以解決其生態缺水的問題.

3.2 底泥微生物修復

底泥是河道水體中營養物質和污染物的蓄積庫及遷移轉化的載體，底泥中的污染物會影響上覆水的水質［8－9］.在求索溪的部分河段水質已出現嚴重黑臭，因此需要對求索溪的黑臭底泥進行污染治理.污染底泥修復技術主要分為異位修復和原位修復.其中工程應用成本相對較低、對周圍生態環境影響較小的污染底泥原位生化修復技術在國內更有發展前景［10］.硝酸鈣介導的底泥土著微生物原位促生技術對城市湖泊黑臭底泥修復效果較好［11］，可對該技術的參數進行調整并用于求索溪黑臭底泥治理的研究與實踐.

3.3 水生植物修復與景觀優化

植物修復在污水處理中越來越受關注.植物不僅能夠直接吸收污水中的營養物，且可以輸送氧氣到根區促進根際好氧微生物的生長，另可以維持和加強濕地系統內水力傳輸，因此植物對污水的凈化是一個系統的過程［12］.對于求索溪的植物修復，相應設計了“強化植物過濾帶構建”和“河道水生態系統構建及景觀優化”兩項工程.由于求索溪上游是生活污水和實驗廢水的排放較集中的河段，擬在此區域構建兩塊“強化植物過濾帶”（1區和2區）.1區的過濾帶主要是種植特定品種的水葫蘆，利用其發達的根系實現對污染物的快速過濾和截留凈化，考慮到水葫蘆的生長繁殖較快，擬用圍隔材料對其生長進行控制并塑造景觀斑塊.2區的過濾帶主要是對求索溪上游現有的一片蘆葦、菖蒲、荷花雜生區域進行改造，作為1區之后的第二塊過濾帶，植物仍采用菖蒲和蘆葦，改造的考慮依據主要是景觀優化和后期的維護管理.

“河道水生態系統構建及景觀優化”工程主要是在位于校區核心地帶的求索溪中下游河段配置種植水生植物，一方面構建水生態系統凈化水中的污染物以改善水質，另一方面進一步優化中心地帶的校園景觀.擬選擇觀賞性強的水生植物，植物種類包括挺水植物再力花、鳶尾、菖蒲、蘆葦，浮水植物可選用睡蓮、萍蓬草，沉水植物擬選用黑藻和菹草.在求索溪兩塊水面相對寬敞的區域種植荷花，最終建成具備木棧道的荷花景觀池，其設計景觀效果可參考圖2所示.

圖2 求索溪荷花池的景觀設計效果

綜上所述，求索溪的微生物和植物修復工程可以分為“黑臭底泥修復區”、“植物強化過濾區”、“水生態系統構建及景觀優化區”、以上各區的在河道不同區域布置設計如圖3所示.

圖3 求索溪河道生態修復功能區的布置設計

3.4 護岸的生態改造

生態護岸是現代河流治理的發展趨勢，是以河流生態系統為中心，集防洪效應、生態效應、景觀效應和自凈效應于一體，以河流動力學為手段而修建的新型水利工程［13］.生態護岸具有景觀連通性，同時可以過濾和截留沉積物、水分和營養物質，并且為水生生物提供棲息地，在生態修復中起到了十分重要的作用.

本研究以直立式結構生態護岸為基礎，結合多孔式結構生態護岸的優勢，基于求索溪護岸的現狀設計出改造型直立多孔式生態護岸，其構造設計如圖4所示.該生態護岸在設計理念上體現出現狀改造為主，盡量減少施工的工程量；擬保留求索溪原有的直立式結構，在直立式結構上鑿開一定數量的石孔.可每隔2m設置一個直徑為0.5m的圓石孔.孔的上開口在濱岸散步道上，下開口與水體聯通.石孔深為護岸高度的一半，其水平部分與水平線成5°角傾斜.底部水平孔道可填充鵝卵石，有石孔的垂直孔道可填充土壤.如此設計的石孔可為水生物提供產卵繁衍的場所，孔道中的土壤可以過濾從護坡流下來的雨水.另擬在石孔的土壤中種植迎春花、長春藤等常綠景觀植物，以減弱直立式護岸給人帶來的剛性生硬感覺，改善景觀效果并增強石孔對雨水中污染物的截留吸收效果.

圖4 改造型直立多孔式生態護岸

4 求索溪生態河道管理

已有研究表明，濕地植物在死亡后如果不進行收割，其殘體將重新向水體釋放營養鹽并影響水質［14］，對植物的收割管理可轉移出營養鹽，避免植物過度生長并解決冬季枯枝殘葉影響景觀的問題.生態河道的管理既要體現科學性，又要結合校園的實際情況.建議將求索溪綜合治理后的生態維護工作形成制度，在校園的綠化或環衛等部門設立相應的崗位并落實人員.具體的生態河道管理維護包括以下措施：1）定期安排工作人員機械捕撈水面上的廢棄物和污染物；2）定期對“強化植物過濾帶”中生長較快植物以及生長過多的沉水植物進行收割，以輸出營養鹽凈化水體，冬季對重要景觀區域的植物殘體進行清理以美化河道；3）在枯水期適當引水以保證河道的最低生態需水量；4）學校可定期舉辦以求索溪環境保護為主體的活動，提高學生的環境保護意識和素質.

5 結 語

求索溪是貫穿于三峽大學的一條重要校園河道.目前求索溪水體的嚴重污染，影響了整個校園環境和廣大師生的生活質量.該河道的污染治理和生態修復工作迫在眉睫，本項研究根據求索溪的水生態環境現狀，基于生態工程學、景觀生態學的基本原理，提出了一套從外源污染控制到生態河道管理維護的求索溪綜合治理模式，介紹了該模式的設計原則并提出了相應的部分工程措施.本項規劃設計立足于求索溪現狀調研，綜合了河道生態、校園景觀和區域特色的要求，考慮了生態河道的長期管理和維護，擬為求索溪及類似校園河道的生態修復工程提供參考.

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