再生水補給型湖泊水質改善研究

張 婷

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

引言

再生水作為水量穩定的水資源，不僅可促進水資源的可持續利用，緩解城市缺水問題，也是保護生態環境，實現社會水循環與自然水循環有機融合的有效途徑[1][2]。基于生態系統特點和污水再生處理生態工程技術，污水經過合理的工程措施處理成為再生水，進入具有人工強化調控性的生態系統，如人工濕地、河湖景觀水體等，經過自然存儲和深度凈化后再循環利用于生產生活生態用水[3]。鴨子池作為再生水補給型湖泊，其水源主要來自于城東污水處理廠出水。近年來，由于城東污水處理廠出水水質不穩定，鴨子池自身水體流動性差、較為封閉等多因素影響，導致鴨子池水質惡化、水生態系統受到破壞。該研究通過對鴨子池水質惡化原因的研判，建立了適宜的水質改善方案，以期為再生水健康高效利用和城市河湖水系生態修復研究提供科學有效的參考。

1 概況

運城因“鹽運之城”得名，運城鹽池是我國開發最早的產鹽地。鴨子池位于運城市鹽湖區東南部，與鹽池通過堤埝相隔。本次研究范圍為鴨子池水利管理范圍，面積約4.8km2，其中水域面積2.6km2，水深約2～3m。海拔在325.0m～330.0m 之間，與緊鄰其東的湯里灘處于同一流域，流域面積為171km2。

2 主要環境問題診斷

2.1 湖泊較為封閉，水體自凈能力不足

鴨子池為封閉湖體，常年無天然水體匯入和出流，僅在湖泊水位過高存在潰壩風險或者鹽池有補水需求時，會適度向鹽池放水。隨著城鎮化進程的推進，區域水文氣象條件發生較大轉變，自1958 年特大洪災以來，由于氣候因素及阻水工程的建設，匯入鴨子池的地表徑流大幅減少。而鴨子池年蒸發量和下滲量較大，其水量維持主要依靠城東污水處理廠出水。

2.2 全過程水污染控制與治理不足，水環境質量惡化

經監測，鴨子池現狀水質為劣Ⅴ類，達不到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）中Ⅴ類水質要求。主要超標因子為COD、氨氮、總磷，超標倍數分別為1.4 倍、0.7 倍和1.2 倍。城東污水處理廠出水執行 《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）中一級A 標準，并存在污水直接排入水體的情況。長期以來，鴨子池水體及周邊形成了漁業養殖、耕地開墾等人為活動模式，農業面源污染加劇水質惡化。

3 水質改善方案

3.1 方案研究思路

通過資料分析和現場調研，對鴨子池環境現狀進行分析，辨識環境問題以及成因，綜合分析主要污染源；其次，根據水質目標要求，結合鴨子池自身環境條件和污染特征，形成“生態補水、源頭控制、生態修復、活水復氧”的水質改善方案。

（1）城東污水處理廠出水在排入鴨子池之前，通過人工濕地進一步處理，達到鴨子池水質要求，并嚴格監管，杜絕污水直排。

（2）清退管理范圍內現狀漁業養殖用地、耕地，削減面源污染負荷，改善水環境質量，為植被自然演替和生態恢復提供場所。

（3）鴨子池較為封閉、水體流動性差，設計通過水體復氧措施，創造維持水體水質良好狀態所必需的水動力條件；輔助植物修復，充分利用水體空間生態位和營養生態位，建立高效人工生態系統，進一步削減水體污染。

3.2 人工濕地

鴨子池在2011 年之前基本處于干涸狀態，有關水文資料相當匱乏。因此，方案遵循生態需水量的計算原則，基于水量平衡法[4]，計算鴨子池生態需水量，以此確定人工濕地處理規模。根據湖泊水量平衡原理，鴨子池生態需水量應等于其水量消耗[5]。鴨子池補給量包括降雨補給和地下水補給。其中地下水補給可忽略，因鹽池水位常年低于鴨子池水位，地下水主要向鹽池補給。鴨子池消耗水量包括蒸發滲漏量以及每年向鹽池補水量。鴨子池多年平均水量動態分析詳見表1。

表1 鴨子池多年平均水量動態分析（單位：萬m3）

從水量數據分析可見，鴨子池所需生態補水量為629.84～1129.84 萬m3，折合成日補水量為1.7～3.1 萬m3/d。因此，人工濕地的設計規模取3.1 萬m3/d。

研究表明，人工濕地類型中垂直潛流濕地適宜作為污水處理廠的深度處理單元，對污水中氮、磷有很好的去除效果[6][7]。且潛流濕地與外界有覆蓋層隔斷，在北方冬季低溫條件下，能夠對床體起到保溫作用，保證一定的去除效率[8][9]。因此，選擇垂直潛流濕地處理城東污水處理廠出水，濕地設計按照《人工濕地污水處理工程技術規范》（HJ 2005—2010）要求，并綜合場地條件、進水水質、出水水質等因素開展，設計總面積約為22.6 萬m2，其中垂直潛流人工濕地面積約為8.6 萬m2，表流景觀水體面積約14萬m2。表流景觀水體有助于去除垂直潛流濕地出水中殘留污染物，通過一定景觀設計手段豐富鴨子池濕地風貌，有助于提升景觀多樣性和生物多樣性。

濕地植物的選擇主要考慮以下原則：

（1）耐鹽堿；（2）具有一定去污能力；（3）本土物種優先；（4）觀賞性等。基于對運城市濕地植物的調查，植物配置以蘆葦、水蔥、美人蕉、千屈菜、川蔓藻等。

3.3 原位修復

（1）人工增氧

鴨子池較封閉，水體流速遲緩，水中溶解氧不足，湖泊自凈能力下降。多年來城東污水處理廠出水所含污染物不斷沉積于底泥中，成為二次污染源，因蓄水時間不長，底泥淤積較少，相比開展清淤工程，采用原位處理更具經濟性。厭氧條件會促使底泥中氮、磷的釋放，進入上覆水[10]。借助曝氣措施，促進水中銨態氮轉化為氣態氮去除，并可抑制磷的釋放[11]。曝氣措施不僅提升水體氧含量，也有助于改善水動力條件。設計布置8 套噴泉曝氣設備和6 套太陽能曝氣設備。太陽能曝氣設備布控于接電難度較大區域，對于景觀要求高的區域采用噴泉曝氣設備。

（2）生態浮島

生態浮島技術是融合無土栽培技術和生物動力學，將高等水生植物或陸生植物，以高分子材料等作為載體，種植到受污染水體中。浮島植物通過吸收和吸附自身生長所需的氮、磷等營養鹽，達到改善水質的效果。由于植物能將氧氣輸送至根系區，植物根區還原態介質變成了氧化態，為好氧、兼厭、厭氧微生物提供了適宜的生存環境。設計總面積約11000m2。選擇湖心區、深水區、淺水區、湖岸親水區等10 個原位處理節點布置原位處理設施，以改善水循環、增強水體自凈能力、恢復水生態系統，穩定鴨子池水體水質在Ⅴ類水標準。

3.4 生態修復

為實現鴨子池水質長期穩定達標和恢復生態景觀功能，清退現狀漁業養殖用地，取締網箱養殖，還原原生狀態。結合周邊產業發展規劃，引導漁民產業轉型，逐步向鄉村旅游觀光方向發展。另外對受損的生態系統進行生態修復，恢復自然型生態駁岸，與鴨子池整體景觀風貌相統一。

從保護和改善鴨子池生態環境出發，將管理范圍內耕地有計劃停止耕種，本著宜喬則喬、宜灌則灌、宜草則草、宜濕則濕的原則，因地制宜造林種草，恢復林草植被。整體植被空間配置和景觀設計以原生態為主。

結語

為破解鴨子池水資源短缺、水環境污染和水生態破壞之間的矛盾，本研究從流域系統修復的整體性和長效性出發，制定水質改善方案，并與景觀提升相結合，為更好的發揮生態修復工程效益提供有力保障。

（1）通過人工濕地等工程措施，將再生水轉化為具有自然屬性的第二水源，補充鴨子池維持正常生態功能所需水量，提高水資源的可持續利用。

（2）鴨子池水環境提升不僅注重水質改善，與相關規劃相銜接，在濕地生態恢復和景觀品質提升方面與鹽池形成區域聯動，建成城區南部集濕地保護、文化傳承、觀光休閑于一體的濕地生態景觀區。