華山洼典型生態(tài)濕地修復(fù)方案研究

鄒紅菊

（南京中科水治理股份有限公司，南京 210018）

城市化所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題在我國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家都有突出體現(xiàn)，城市發(fā)展所產(chǎn)生的生態(tài)功能低下、環(huán)境污染嚴(yán)重、資源短缺和環(huán)境惡化等問(wèn)題影響著城市、國(guó)家甚至全球的生態(tài)安全[1-3]。海綿城市建設(shè)成為解決水環(huán)境問(wèn)題的重要理念和方法，我國(guó)已經(jīng)在多個(gè)城市開(kāi)展了試點(diǎn)工程。濟(jì)南市屬于生態(tài)文明建設(shè)城市，高度重視生態(tài)文明建設(shè)，特別是濟(jì)南市示范海綿城市的建設(shè)。

華山洼位于濟(jì)南市小清河水系的節(jié)點(diǎn)，屬于華山歷史文化濕地公園的重要組成部分，華山歷史文化濕地公園又屬華山片區(qū)的組成部分，對(duì)于濟(jì)南市、郊區(qū)的區(qū)域防洪蓄洪和生態(tài)供水起著重要作用。城市濕地具有城市其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的多種生態(tài)服務(wù)功能，是城市生態(tài)安全的保障和城市文明的象征[4]。隨著城市化的發(fā)展，各方面污染物的持續(xù)排放導(dǎo)致湖區(qū)水質(zhì)惡化、水體富營(yíng)養(yǎng)化，直接造成水體服務(wù)功能的喪失。本文以華山洼濕地公園為例，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生態(tài)環(huán)境污染源調(diào)查分析，研究生態(tài)修復(fù)方案，以期為濟(jì)南海綿城市的建設(shè)提供一個(gè)新的生態(tài)思路、一種新的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)手段、一個(gè)優(yōu)秀成功典范。

1 現(xiàn)狀條件

1.1 相關(guān)水系水文特征

華山洼總用地面積14.6 km2，水域面積224 萬(wàn)m2，湖區(qū)最大水深5 m，最淺水深0.2 m，是典型的淺水型湖泊，湖體庫(kù)容656 萬(wàn)m3。華山洼初次蓄水以鵲山水庫(kù)為主體，引黃河水作為水源，蓄水600 萬(wàn)m3，常態(tài)補(bǔ)水每年需調(diào)配該路線補(bǔ)給268 萬(wàn)m3，排水至小清河，如圖1所示。

圖1 華山洼引水示意圖

1.2 水體水質(zhì)調(diào)查

通過(guò)入水水源水量與濃度計(jì)算，華山洼補(bǔ)水水源TN、TP年入湖負(fù)荷分別為2 538 kg、18 kg。湖面直接降雨年平均污染負(fù)荷TN 為1 440 kg、TP 為80 kg，湖區(qū)地表徑流年平均污染負(fù)荷TN 為27 300 kg、TP為3 310 kg（見(jiàn)表1）。地表徑流為水體污染物的最主要來(lái)源。

表1 每年進(jìn)入華山洼的各種污染物

1.3 湖區(qū)潛在問(wèn)題分析

1.3.1 水質(zhì)惡化

持續(xù)的污染負(fù)荷輸入，勢(shì)必導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

1.3.2 水體富營(yíng)養(yǎng)化

水體富營(yíng)養(yǎng)化是營(yíng)養(yǎng)鹽總氮、總磷的不斷輸入導(dǎo)致的，因總磷在水體中處于不斷富集的狀態(tài)，如果無(wú)工程措施，總磷較難從湖區(qū)清除，因此總磷往往是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因子。依據(jù)《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》對(duì)現(xiàn)狀水質(zhì)評(píng)價(jià)，其中湖區(qū)中總磷濃度已經(jīng)達(dá)到水體富營(yíng)養(yǎng)化的外源負(fù)荷[5]。

1.3.3 水體服務(wù)功能喪失

根據(jù)華山洼總體定位，其生態(tài)價(jià)值大致包括：涵養(yǎng)水源價(jià)值、水質(zhì)凈化價(jià)值、調(diào)節(jié)大氣價(jià)值、旅游休閑娛樂(lè)價(jià)值、提供生境、生物多樣性維持價(jià)值、科研教育價(jià)值。然而，隨著水體水質(zhì)惡化，涵養(yǎng)水源價(jià)值、水質(zhì)凈化價(jià)值、提供生境、生物多樣性維持價(jià)值、科研教育價(jià)值將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而調(diào)節(jié)大氣價(jià)值、旅游休閑娛樂(lè)價(jià)值將大幅貶值。

2 生態(tài)修復(fù)方案

2.1 可行性分析

華山洼水環(huán)境特征的調(diào)查顯示，基底條件、湖盆及駁岸形態(tài)均利于水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)；水利調(diào)配滿足生態(tài)蓄水量；水體污染負(fù)荷也在水生態(tài)系統(tǒng)負(fù)荷的范圍之內(nèi)。因此，華山洼水生態(tài)恢復(fù)工程具備實(shí)施條件。

2.2 水環(huán)境整治技術(shù)方案

2.2.1 雨水口區(qū)域凈化

攔截微生態(tài)網(wǎng)膜通過(guò)增加水體滯留時(shí)間（滯留時(shí)間大于30 s）、植物攔截及微生物凈化水體。工程布置在雨水管口入湖處，共10 處水域，共布置3 637 m2。攔截微生態(tài)網(wǎng)膜是高分子聚乙烯網(wǎng)，網(wǎng)目小，吸附性強(qiáng)，景觀影響低。攔截微生態(tài)網(wǎng)膜布置在距雨水口約35 m 水域，豎向布置在常水位以下水體中，每個(gè)區(qū)域共布置3 道。

2.2.2 基底改良

原狀地貌為農(nóng)田勢(shì)必會(huì)存在一定的病蟲(chóng)害甚至對(duì)水生植物有害的螺類等，不利于水生植物的生長(zhǎng)，需進(jìn)行基底改良。在基底土壤平整的基礎(chǔ)上，對(duì)工程區(qū)域基底和周邊環(huán)境內(nèi)施用具有針對(duì)性的植物病原體消殺劑，消滅蟄伏的導(dǎo)致高等植物發(fā)生褐斑病、葉銹病、稈銹病、黑粉病等的細(xì)菌性病原體和霉菌，消滅可攝食植物活體的蘿卜螺、福壽螺等有害螺類，以提高高等植物成活率[6-7]。工程實(shí)施面積為129.96 萬(wàn)m2。

2.3 水環(huán)境修復(fù)技術(shù)方案

2.3.1 高等水生植物群落構(gòu)建

高等水生植物為生態(tài)系統(tǒng)最重要的初級(jí)生產(chǎn)力，也是生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分，構(gòu)建由挺水植物、浮葉植物、沉水植物及其根際微生物等組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[8]。

沉水植物在穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)和凈化水體方面有其特有的作用，水生植物有過(guò)量吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的特性[9]。沉水植物所釋放的化學(xué)物質(zhì)對(duì)藻類的抑制作用是淺水湖泊維持清水狀態(tài)的機(jī)制之一，同時(shí)也為浮游動(dòng)物逃避魚(yú)類捕食提供避難場(chǎng)所，從而增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)浮游植物的控制和系統(tǒng)的自凈能力[10-11]。另外，形成的水生植物-微生物耦合降解系統(tǒng)能強(qiáng)化水生植物的凈水功能[12]。

設(shè)計(jì)參數(shù)為：工程實(shí)施面積為1 299 560 m2，沉水植物適宜種植的水深為區(qū)域透明度的2 倍，華山洼設(shè)計(jì)透明度能達(dá)1.5 m，故在構(gòu)建時(shí)沉水植物適宜種植在水深3 m 以內(nèi)區(qū)域。待生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建穩(wěn)定之后，透明度逐步提升，沉水植物會(huì)向中央深水區(qū)自然繁衍。

根據(jù)其區(qū)域氣候、地質(zhì)地貌以及周邊區(qū)域情況，選擇黑藻、苦草、金魚(yú)藻、菹草、伊樂(lè)藻、竹葉眼子菜和狐尾藻等沉水植物。另外，依據(jù)沉水植物生態(tài)位，由高到低、由近及遠(yuǎn)地進(jìn)行混植[6]。

2.3.2 大型底棲動(dòng)物群落構(gòu)建

（1）腹足類底棲動(dòng)物群落。湖區(qū)水體中的懸浮物容易導(dǎo)致沉水植物附著物過(guò)厚而影響沉水植物光合作用，使得沉水植物生長(zhǎng)減緩，凈化效果降低，通過(guò)配合附著物清除系統(tǒng)的構(gòu)建，促進(jìn)沉水植物生長(zhǎng)，對(duì)凈化效果具有事半功倍之效。

環(huán)棱螺（Bellamya）能通過(guò)絮凝作用顯著增加水體的透明度，降低總磷的濃度，對(duì)浮游植物的增殖起到抑制作用[13-14]。環(huán)棱螺食性為攝食附著物、有機(jī)碎屑，對(duì)植物活體無(wú)攝食，其可有效清除沉水植物葉片上的附著物，從而促進(jìn)沉水植物生長(zhǎng)，提高營(yíng)養(yǎng)鹽凈化效率，提升水生植物可觀賞性，與沉水植物形成“螺-草”互利功能群[15]。

華山洼入湖水源水質(zhì)較好，水深適宜，非常適合水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建，水生態(tài)恢復(fù)技術(shù)亦能充分發(fā)揮水質(zhì)凈化與保持作用，則穩(wěn)定凈化型系統(tǒng)中沉水植物葉片懸浮物亦應(yīng)較少。根據(jù)此區(qū)域特征，投放梨形環(huán)棱螺（Bellamya purificata），其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：按照沉水植物面積投放，群落建成后最大可達(dá)到的密度為30～50 個(gè)/m2，每胎產(chǎn)仔量20～40 個(gè)，本設(shè)計(jì)主要依靠環(huán)棱螺的自我繁殖能力進(jìn)行后期擴(kuò)展，其一般可移動(dòng)至3～6 m 水深區(qū)域。梨形環(huán)棱螺投放密度為5 g/m2。

（2）雙殼類底棲動(dòng)物群落。生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行后，各水生動(dòng)植物會(huì)有死亡、沉降、在湖底形成沉積物的過(guò)程，則生態(tài)系統(tǒng)必須恢復(fù)有機(jī)物分解生物群落，而雙殼類底棲動(dòng)物因其攝食性可有效過(guò)濾水體及沉積的有機(jī)碎屑，使得營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入食物網(wǎng)鏈得以再循環(huán)。

蚌通常以水中的細(xì)菌、浮游植物、原生動(dòng)物、輪蟲(chóng)、小型枝角類、小型橈足類和有機(jī)碎屑為食，不同的蚌攝食種類有所不同，例如，褶紋冠蚌要比三角帆蚌攝食的藻類多，其攝食量取決于水中餌料的多少、適口程度和蚌的體質(zhì)狀況等，通過(guò)對(duì)水的過(guò)濾，有效凈化水體水質(zhì)[16]。本設(shè)計(jì)投放無(wú)齒蚌（Anodonta），在沉水植物區(qū)域投放，蚌的投放根據(jù)其濾水速率、周期、繁殖能力、適宜投放水深等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，蚌體型較大，生活在水草叢中，易被魚(yú)類攝食，自然繁殖能力較弱，本設(shè)計(jì)中不考慮其自我繁殖能力，詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

式中，V為蚌的濾水速率；T為蚌的濾水周期；D為蚌的投放區(qū)域水深；S為蚌投放的單位水域面積，以1 m2計(jì)。

根據(jù)相關(guān)研究，蚌的濾水速率一般在2～9 L/（kg·h），本項(xiàng)目考慮投放濾食速率較高的小體重褶紋冠蚌與無(wú)齒蚌，本設(shè)計(jì)中蚌的濾水速率取值為8 L/（kg·h）；考慮到水生態(tài)系統(tǒng)已成功構(gòu)建沉水植物群落，其對(duì)水體水質(zhì)凈化與浮游植物控制起主要作用，蚌的濾食為輔助作用，其濾水周期設(shè)計(jì)為120 d；人工投放時(shí)，適宜投放水深為2 m 區(qū)域內(nèi)，隨著水體水質(zhì)的提升，其可自行往深水區(qū)繁衍，本設(shè)計(jì)中投放區(qū)域設(shè)計(jì)為0～2 m 水深區(qū)域，平均水深以1.5 m 計(jì)。無(wú)齒蚌的投放密度約為10 g/m2。

2.3.3 魚(yú)類群落構(gòu)建

（1）黃顙魚(yú)（Pelteobagrus fulvidraco）群落。無(wú)齒蚌的鉤介幼蟲(chóng)必須在黃顙魚(yú)魚(yú)鰓內(nèi)寄生，方能完成變態(tài)發(fā)育，從而獲得有機(jī)體的繁殖，因此黃顙魚(yú)-無(wú)齒蚌也可形成生物互利功能群，同時(shí)黃顙魚(yú)還可捕食雜食性魚(yú)，提高浮游動(dòng)物生物量，控制浮游植物生物量[6]。根據(jù)無(wú)齒蚌放養(yǎng)密度及浮游植物控制作用設(shè)計(jì)，本工程區(qū)黃顙魚(yú)放養(yǎng)密度為9 000 尾。

（2）藻類生物量控制。藻類（浮游植物）生物量削減可通過(guò)以下途徑進(jìn)行：浮游動(dòng)物攝食；鲴大型底棲動(dòng)物濾食或刮食；鰱鳙魚(yú)濾食性魚(yú)類濾食。根據(jù)自然湖泊調(diào)查魚(yú)類群落結(jié)構(gòu)、魚(yú)塘養(yǎng)殖控制野雜魚(yú)經(jīng)驗(yàn)，淺水湖泊中肉食性魚(yú)類密度約為6 尾/100 m2。

根據(jù)對(duì)魚(yú)類的調(diào)查研究、區(qū)域氣候、地質(zhì)地貌、周邊區(qū)域情況及魚(yú)類的特性，選用以下肉食性魚(yú)類烏鱧（Ophiocephalus argus cantor）、鯰（Silurus spp），其投放量分別為11 190 尾、9 600 尾。

2.4 優(yōu)化調(diào)整工程

生態(tài)工程優(yōu)化調(diào)整工作是生態(tài)系統(tǒng)后續(xù)穩(wěn)定、長(zhǎng)效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。本優(yōu)化調(diào)整工程工作內(nèi)容包括：改變清水型生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；通過(guò)人為設(shè)計(jì)與自然設(shè)計(jì)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)鹽-浮游生物-沉水植物-大型底棲動(dòng)物-雜食性魚(yú)類-肉食性魚(yú)類等群落的優(yōu)化調(diào)控，使清水型生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、健康穩(wěn)定、長(zhǎng)效運(yùn)行。

3 結(jié)論

城市水系生態(tài)修復(fù)方案的選擇與優(yōu)化具有靈活性和可操作性，為城市水系生態(tài)修復(fù)提供決策技術(shù)與方法支持。華山洼的重修將實(shí)現(xiàn)海綿城市中對(duì)雨水的再利用，華山洼的建成將對(duì)該流域雨水起到“滯”“蓄”“排”等作用，而遵循生態(tài)優(yōu)先原則，華山洼水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)完全能實(shí)現(xiàn)華山洼“凈”的功能，豐富水生生物的多樣性，最終實(shí)現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定且長(zhǎng)效運(yùn)行的既定目標(biāo)。