海綿城市建設過程中水生態系統構建研究

(連云港職業技術學院，江蘇 連云港 222000)

隨著城鎮化、工業化進程的加快，城市原有的生態環境和水文特征被破壞，容易引發城市洪澇、水體黑臭等現象[1]。由于氣候變化加劇，極端天氣事件增加，學術界提出了“低碳城市”“韌性(彈性)城市”等減緩與適應氣候變化的海綿城市發展概念。海綿城市通過雨水收集、儲存、滲透、凈化再利用從而涵養城市地下水源，是一種現代綠色城市可持續發展模式。2014年住建部、水利部、財政部聯合公布甄選建設海綿城市試點的通知，2015年國務院印發了《關于推進海綿城市建設的指導意見》，同年決定先在16個試點城市進行海綿城市建設，為解決城市居民最關心的城市內澇、水體黑臭等問題，住建部于2019年發布了《海綿城市建設評價標準》(GB/T 51345—2018)，評價標準中提出水生態以及水環境的治理是海綿城市建設核心問題。

近年來，從海綿城市試點項目的實施現狀來看，大部分試點城市取得一定成效，但也存在一些迫切需要解決的問題，尤其是水生態系統建設問題。本文介紹了連云港市徐圩新區核心區云湖水生態系統構建情況。項目實施后提高了城市洪澇災害的自主調節能力，保護了人民群眾的生命和財產安全，可為類似區域海綿城市水生態系統建設提供參考。

1 項目概況

云湖公園位于連云港海綿城市建設核心示范區徐圩新區，連云港市城區東南部，是國家東、中、西區域合作示范先導區，規劃面積1.4km2，其中水域面積0.7km2。徐圩新區核心區三面環水(見圖1)，東側為復堆河，南側為張圩港河，北側為劉圩港河，中心為云湖以及縱貫核心區東西的蒿東河，水系相互連通，互為補充，形成一套完整的河湖水網系統。云湖連通周邊河道的水體，其主要功能是調節該區域的氣候，收納周邊4.5km2范圍內的城市排澇徑流，具有一定的調蓄能力，兼具良好的生態景觀水利風景區，促進了徐圩新區在海綿城市建設中的作用。

圖1 徐圩新區核心區水系建設現狀圖

2 項目建設目標

徐圩新區是江蘇省沿海開發的主要實施載體，是連云港市委市政府“十三五”規劃確定的發展新型臨港產業的核心區。新區主要發展石化、先進裝備制造、節能環保和現代港口物流等主導產業。然而在新區城建以及相關市政配套建設的過程中，導致云湖等核心水域受到地表雨水徑流污染，使得水體懸浮物劇增，水質變差，水體植物處于富營養狀態，破壞了水生態系統平衡，影響了水體在徐圩新區海綿城市建設中的作用。為了發揮云湖水體在城市排澇以及景觀方面的作用，本文通過云湖水生態系統的構建與設計，以及水環境治理、流域綜合治理、黑臭水體治理，削減水體污染物總量，逐步恢復水生態系統，改善河道周邊的防洪安全，促進徐圩核心區域內海綿城市的建設。項目設計目標是將微生物附著基凈化工藝與水生態恢復有機結合，使得地表水由Ⅳ類凈化到Ⅲ～Ⅱ類(見表1)。

表1 云湖水生態設計目標

3 主要技術措施

3.1 云湖水生態系統構建

3.1.1 技術路線

水生態系統的構建是通過對湖區污染特征進行調查和分析，構建高等水生植物群落、大型底棲動物群落，后期優化調整與維護，營造良好的水體環境，使云湖形成結構合理，具有一定抵抗與自我恢復能力的水生態系統[2-3]。由于徐圩新區降水淋洗大氣污染物，沖刷該區域大量建設中的建筑物、地面、廢渣、垃圾而形成較多的懸浮物、病原體、需氧有機物和植物營養素等污水污染物，根據其污染源特點設計將微生物附著基凈化工藝與水生態恢復有機結合，使得地表水Ⅳ類凈化到Ⅲ～Ⅱ類。云湖水生態系統構建技術路線見圖2。

3.1.2 云湖水質凈化工藝流程

根據徐圩新區地貌地形及云湖水質特點，設計云湖水質凈化工藝流程為：通過初步凈化系統有效降低50%的懸浮物濃度(SS)，提高水體透明度，為湖區水生態系統創造有利構建條件，最終實現水質的有效提升。水質凈化工藝設計流程見圖3。

圖2 云湖水生態系統技術路線圖

圖3 云湖水質凈化工藝流程圖

3.1.3 水生態工程設計

a.基底環境改善工程設計。為滿足水生態恢復的基礎條件，不造成水資源浪費，基礎條件改善只對水位下降后裸露的區域進行適度基底環境改善，改善工藝流程為：曬塘-有害生物防控[4]，實施面積為149920萬m2。

b.微生物附著基凈化工藝設計。布置區域一：在善后河入西蒿東河水區域布置單株體微生物附著基，水位為1.60m，常態水下0.50m，布置河段長度為30.00m，共布置1667m2，單株體微生物附著基共計5000株，單株體有效高度約1.50m。布置區域二：在水深5.25m水域，布置單株體微生物附著基，水位為1.60m，常態水下0.50m，布置水域面積39078m2，共計117234株，單株體有效高度約1.50m。微生物附著基示意見圖4。

圖4 微生物附著基示意圖

3.1.4 清水型生態系統構建工程設計

a.高等水生植物群落設計。高等水生植物為生態系統最重要的初級生產力，也是生態系統的核心組成部分，通過對挺水植物、浮葉植物、沉水植物等不同的水生植物進行群落設計，使水生植物直接吸收水體中的氮、磷等營養物質，控制藻類的發展。為凈化云湖水生態環境，主要種植以沉水植物、苦草、眼子菜科植物、金魚藻、黑藻為主的群落，種植面積為湖區水面積的25%，大約175000m2。水生植物群落意向見圖5。

圖5 水生植物群落意向圖

b.大型底棲動物群落構建。由于湖水凈化產生大量微型生物，為維持湖泊生態平衡，應構建主要包括螺類、蚌類等腹足類和雙殼類等重要的底棲動物群落。通過其攝食性可有效過濾水體及沉積的有機碎屑，使營養鹽進入食物網鏈再得以循環，從而使云湖整體上能維持營養鹽平衡，對水域生態環境的修復起到重要的作用。在底棲動物群落構建過程中，主要放養以銅銹環棱螺、湖蚌、河蚌等品種為主的螺、蚌各1200kg。大型底棲動物群落意向見圖6。

圖6 大型底棲動物群落意向圖

c.魚類生態系統構建。為保證云湖水體水生植物的生長，提高湖區生態系統生物的多樣性，根據區域氣候條件以及地質地貌，選取合理的魚類種群構建魚類生態系統。種群結構必須完善湖泊生態系統的生物鏈，利于水質凈化，根據湖區的特點主要投放以下肉食性魚類：1250尾烏鱧魚、625尾鱸魚和500尾眼斑擬石首魚。通過后期調查追蹤優化，構建了穩定的良性循環的魚類生態系統，有利于水質改善和提升。

3.2 云湖調水排鹽

通過圍堰將云湖附近區域內水系與外部隔斷，同時需保障區域內各河道之間連通。利用海水退潮時段，關閉張圩港河進水閘，通過張圩港泵閘將區域內所有河水排海。待區域內河水排盡后，關閉張圩港泵閘，同時根據上游水量開啟張圩港河進水閘，通過張圩港河為區域內河道補充淡水(所需淡水總量約676萬m3)，待河道補滿水后，關閉善后新閘和張圩港河進水閘。云湖補水管道布置見圖7。在復堆河(縱五路—中通道段)、張圩港河、方洋河、中心河設置監測點，定期監測河水氯離子含量，待區域內河水中氯離子濃度達到5000mg/L時，開啟張圩港泵閘進行排水，待水排盡后重新補入淡水，周而復始，從而達到不斷洗鹽排堿的目的，避免該片區鹽堿化大面積發生，凈化了耕地，改善了農作物的生長環境，有利于生態環境的保護。

圖7 云湖補水管道布置總圖

4 云湖的主要功能成效

徐圩新區海綿城市的建設有利于區域水生態系統要素、成分、秩序、生態位與水系統的修復，其最終目的是修復水生態系統服務功能和建立生態型排水體系。通過云湖水生態系統的構建以及水質凈化工藝的處理，使云湖在徐圩海綿城市建設的過程中，充分發揮云湖以及周邊的水網系統在“滲、滯、蓄、凈、用、排”6個方面的作用，產生較大的經濟、生態以及社會效益，促進海綿城市的建設。具體體現在以下幾方面：

a.提升排澇能力，降低內澇，減少洪災造成的損失。徐圩新區在海綿城市建設過程中，綜合采用了雨洪滯蓄、排水系統提標、源頭減量等多重措施，建成完整的城市排水體系，增強城市洪澇災害的抵抗能力。通過大、小、微排水系統與城市河道的互相配合、有機銜接，有效提升城市抵抗極端暴雨的能力，降低了城市積澇程度，減少了內澇造成的經濟損失，提高了城市運行的安全性[5]。

b.加大調蓄容積，合理綜合利用雨水資源。連云港市是水質型缺水城市，雨水利用應因地制宜，加強雨水儲存。對于已開發區域尤其是居住區的設施改造和建設，可利用雨水桶等海綿滯蓄措施增加調蓄容積，其調蓄的雨水可用于綠化灌溉及道路清洗等。

c.削減雨水徑流中的污染物。海綿城市建設過程中，從源頭削弱污染物對當地原水系統、環境的影響，顯著減少雨水徑流中的污染物。通過云湖水生態系統的修復與構建，營造良好的水體環境，存蓄區域內的降水打造供人休憩的云湖景區花園。建造低洼綠地，使用透水性良好的鋪地材料，不僅起著美化城市的作用，而且依靠土地、植被、微生物組成的生態系統可以顯著減少地表水體中的污染物濃度，凈化雨水徑流[6]。

d.提高城市生態、經濟和社會綜合效益，實現城市可持續發展[7]?！昂＞d城市”的建設一定程度上改善了城市水生態微循環，通過科學、合理地建設綠色基礎設施，為城市帶來較好的生態效益，具體體現在：各類綠色雨水基礎設施使得植被群落層次得以豐富，有效改善城市的空氣質量；水生態環境修復，增加了綠色植被，改善和美化了人居環境；通過“滲”“蓄”“凈”等工程的建設為各種生物提供了更多的繁殖與棲息場所，保護了水系統內各種動植物的生長、繁衍環境[8]，構建了具有較強的自我調節能力的水生態系統，實現了“山秀、湖清、河暢、水凈、景美”總體目標[9-11]。

5 結 語

本文通過對云湖污染特征進行調查和分析，構建高等水生植物群落、大型底棲動物群落，通過后期優化調整與維護，營造良好的水體環境，使云湖形成結構合理，具有一定抵抗與自我恢復能力的水生態系統。設計將微生物附著基凈化工藝與水生態恢復有機結合，將地表水從Ⅳ類凈化到Ⅲ～Ⅱ類，通過初步凈化系統有效降低50%的SS，提高水體透明度，為湖區水生態系統創造有利構建條件，最終實現水質的有效提升，打造徐圩新區綠色生態長廊。通過云湖水生態系統合理構建和云湖調水排鹽，合理利用雨水資源，削減雨水徑流中的污染物，減少水環境污染治理費用，提升排澇能力，降低內澇和洪災造成的損失，取得一定經濟效益和生態效益，有助于打造蘇北沿海海綿城市建設典范，實現綠色、可持續、低碳城市發展模式。