北關人工濕地生態系統構建及水質研究

田 煒，沙洪利，沈曉強, 林瑞峰，王建軍

(北京市北運河管理處，北京 101100)

1 概 況

北運河位于北京市通州區，地處永定河、潮白河沖積洪積平原，地勢平坦，屬大陸性季風氣候區，具有春季干旱多風、夏季炎熱多雨、秋季天高氣爽、冬季寒冷干燥的氣候特征，年降水量620 mm左右。北關人工濕地位于通州小中河、溫榆河、運潮減河、通惠河、北運河五河交匯之處，通燕高速、龍泉廣場以南。北關人工濕地始建于2008年，濕地改造前植物生長雜亂，進水提升泵站淤堵嚴重，水質情況惡劣，水環境標準屬《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)規定的劣Ⅴ類水質，嚴重影響了北運河流域的文化性及景觀性。

為促進北京市城市行政副中心的良好發展，充分利用五河交匯地理位置的優越性，研究以“水質凈化-生態修復-水土保持-長效管理”為總設計思路，構建濕地生態系統，打造環境優美、生態和諧的多功能一體化人工濕地。研究對更好地展示人工濕地的凈化與生態效應，倡導民眾珍愛水資源、保護環境，共同構建生態型首都行政副中心具有重要的意義。

2 生態系統構建方案

通過實地調查及資料獲取，可知，原北關人工濕地占地面積2.5萬m2，其中，表流濕地3450 m2，潛流濕地8900 m2，清水池190 m2，經過十年的運行，由于上、下游水位下調和河道淤積等因素，人工濕地具有以下幾點問題：(1)河水泥沙較多，泵站嚴重堵塞；(2)濕地周圍面源污染、點源污染截污措施不完善，河道水質波動過大；(3)原潛流濕地淤堵嚴重，且原填料孔隙率過低，濕地無法正常運行；(4)濕地水質情況惡劣，整體為《地表水環境質量標準》規定的劣Ⅴ類。

針對以上問題及生態環境需求，需對北關人工濕地進行生態改造，研究設計北關人工濕地改造區域面積16 450 m2，其中表流濕地3450 m2，潛流濕地4585 m2，以生態系統構建為基礎，利用“表流濕地+潛流濕地”的組合工藝，在保證出水水質的同時，構建水下森林和生態島，為水生動植物構建多重生境，恢復濕地內水生態系統，提高水體自凈能力，保護原有地貌、地表植被，增強水土保持能力。

3 北關人工濕地生態構建

3.1 水生植物群落

3.1.1 水生植物配置

水生植物作為生態系統中的重要組成部分，在凈化水體方面發揮著至關重要的作用，主要包括光合作用、截留作用、生化作用等，因此在選擇植物時，應遵循因地制宜原則，同時選取吸收凈化能力高、經濟、觀賞價值強的植物，維持北關人工濕地生態系統的生物多樣性及景觀協調性[1-2]。基于此，北關人工濕地生態系統構建植物選取如表1所示，不同類型植物生長區間如圖1所示。

圖1 不同類型植物生長區間

表1 水生植物選擇

濕地岸邊配置蘆葦、香蒲等濕生植物，可美化濕地環境，此外由于香蒲具有較強的耐重金屬性和富集能力，還可起到凈化水質的作用[3]。表流濕地淺水區種植黃花鳶尾、菖蒲等挺水植物，深水區配置苦草、金魚藻、輪葉黑藻等沉水植物構建“水下森林”群落，增強表流濕地對氮、磷的生態去除效力。潛流濕地選擇耐污與凈化能力強的黃花鳶尾、花菖蒲等植物覆蓋在凈水生態填料上方，通過植物的吸收與凈化作用，實現對氨氮、總磷和部分有機物的去除[4]。出水展示區內設計沉水植物塘，進一步去除水體中的污染物，同時豐富水系生境，主要通過配置黑藻、苦草等植物吸收水體中的氮、磷等營養物質，凈化水質，提高水中溶解氧的含量，降低水體富營養化程度，有效抑制藻類生長，在保證水質達標的前提下提高水體清澈度。

3.1.2 水生植物養護

挺水植物一般在春、夏季修剪1～2次，以去除擴張性植物和已死亡的植株，挖出密度較大的植株，減小植物間的競爭。此外，還需注意平時要及時修剪枯黃、枯死和倒伏植株；生長期修剪則需要剪掉弱枝弱株，以達到通風透光、維持濕地系統的景觀效果。修剪下的植株要及時清除，防止蚊蠅滋生和影響景觀性。在植物生長茂盛、成熟后應及時對植物進行收割，以防枯死植物分解釋放污染物質[5]。

3.2 底棲動物群落

由于北關人工濕地沉積物積累較慢，從生態系統完整性的角度來說，水底需要建立適應低溶解氧、耐有機污染的生物群落，故投入底棲動物作為生態系統分解者，包括蚌類、螺類等，加入生態系統循環。

3.3 魚類群落

對于濕地生態系統，合理構建魚類群落，控制魚類數量，可減小對浮游生物的影響，充分發揮水中植物在濕地生態系統的作用，構建可有效控制浮游植物的食物網。通過資料調查可知，鰱魚和鳙魚均以浮游植物為食，具有很強的生存能力，它們以有毒的微囊藻為食物，對藻類分泌的毒素具有很強的抵抗能力，且生長速度快，采食量大，可有效地控制藍藻、水華等事件的發生。故在北關人工濕地生態系統構建中，每公頃水面放養鰱、鳙魚種1200尾，作為生態系統中的消費者，加入生態系統循環。

3.4 輔助工程

除生態系統內部重要的組成部分外，針對北關人工濕地的地理位置及氣候特點，利用生態邊坡工程維持北關人工濕地生態穩定，減小邊坡等對濕地生態系統的影響，提高整體景觀性，主要有以下幾種：

魚巢磚護坡，依靠魚巢磚間的連接鎖定及自重使岸坡穩定，并在磚空隙內栽種植物，達到固土凈水的目的，同時為水生動物提供產卵場所，提高水生生物多樣性。植草袋護坡，利用植草袋與植被相結合的方式，消除水流對植物和護坡的沖刷破壞，同時可起到保土滲水的作用，為植被提供良好的生長介質。石籠生態坡，在低碳鋼絲編織成的網箱內填充大小不一的石塊形成護坡，為魚類及兩棲動物提供棲息、繁衍的條件，通透性強，可有效提高生物多樣性。自然置石生態護坡，利用植物與巖石、木樁、土體的相互作用對邊坡進行防護、加固，形成由植物與置石組成的綜合護坡系統的護坡技術。木樁護坡，扦插木樁或仿木樁對岸坡進行防護，可攔截入河面源污染物，防護水流侵蝕河岸。

4 水質數據分析

表2 2020年北關人工濕地水質情況

5 結 語

綜上所述，北關人工濕地通過濕生、挺水、沉水、浮葉植物的種植，底棲生物和魚類的投放，生態護坡的建設等措施，構建濕地生態系統，增強了水體自凈能力，使得水體中污染物得到了更好的降解。自北關人工濕地生態系統建成后，水體清澈，透明度較高，濕地主要水質指標達到《地表水環境質量標準》Ⅲ類標準。根據水生生態系統建成后較長時間段的水質監測結果，日后北關人工濕地可通過自身的生態調整，保持生態系統的平衡與穩定性。