浙江嘉善東部區(qū)域盛家灣河道緩沖帶及水生態(tài)修復(fù)實(shí)踐

劉瑞霞，孫菲，肖滿，王洋，卜繁婷，薛李銘，袁鵬*，高紅杰*，顏步云

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院流域水環(huán)境污染綜合治理研究中心

2.中節(jié)能大地環(huán)境修復(fù)有限公司

3.嘉興市嘉善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站

2019 年12 月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《長(zhǎng)江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》明確指出，上海青浦、江蘇吳江、浙江嘉善作為長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)，要求一體化示范區(qū)率先探索將生態(tài)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)[1]。建設(shè)長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)是實(shí)施長(zhǎng)三角一體化發(fā)展戰(zhàn)略的先旗手和突破口。近幾年，浙江省全面實(shí)施“五水共治”，先后推進(jìn)“清三河”、剿滅GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》劣Ⅴ類水體和污水“零直排”三大戰(zhàn)役，水環(huán)境質(zhì)量顯著改善[2]。嘉善縣作為全國唯一的縣域科學(xué)發(fā)展示范點(diǎn)和長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)，堅(jiān)持走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路，探索流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)及跨區(qū)域河湖治理新模式。

然而，嘉善縣地處平原河網(wǎng)地區(qū)，受多年城市化改造和不合理資源開發(fā)的影響，區(qū)域水生態(tài)空間擠占嚴(yán)重，生態(tài)安全未得到根本保障，快速化發(fā)展導(dǎo)致了生境破碎和分散程度陡增，生物多樣性保護(hù)面臨較大威脅。同時(shí)，由于農(nóng)業(yè)面源、船舶移動(dòng)源、花卉種植等污染導(dǎo)致水體氮、磷污染問題突出，水環(huán)境質(zhì)量改善壓力大，現(xiàn)有的楓南大橋、紅旗塘大壩、池家浜水文站和清涼大橋4 個(gè)國控?cái)嗝嬷杏? 個(gè)國控?cái)嗝娲嬖诓荒芊€(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況[3-4]。水質(zhì)與水生態(tài)代表著嘉善縣生態(tài)綠色的底色，水生態(tài)狀況直接關(guān)系水質(zhì)的提升和穩(wěn)定。因此，在全面實(shí)施控源截污基礎(chǔ)上，嘉善縣全面啟動(dòng)和推進(jìn)了水生態(tài)修復(fù)工程，其目的是恢復(fù)水體原有的生物多樣性，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)的完整性和可持續(xù)性，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，同時(shí)保護(hù)水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定向好，水生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入良性循環(huán)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)和生態(tài)同步發(fā)展。嘉善縣姚莊鎮(zhèn)是長(zhǎng)江三角洲生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)的先行啟動(dòng)區(qū)，其中盛家灣河道是姚莊鎮(zhèn)俞匯塘干流的主要支渠，其水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量直接影響俞匯塘干流下游池家浜水文站國控?cái)嗝娴乃h(huán)境質(zhì)量。因此，筆者以盛家灣河道緩沖帶構(gòu)建及水生態(tài)修復(fù)為試點(diǎn)示范，闡述其生態(tài)修復(fù)目標(biāo)、生態(tài)修復(fù)方案及主要工程措施，分析總結(jié)工程實(shí)施前后的效果，以期為今后實(shí)施類似工程項(xiàng)目提供理論和技術(shù)參考。

1 研究區(qū)概況與主要生態(tài)環(huán)境問題

1.1 研究區(qū)概況

嘉善縣地處太湖流域杭嘉湖平原，位于浙江省東北部、江浙滬兩省一市交會(huì)處，處于長(zhǎng)江三角洲的中心地帶[5]。姚莊鎮(zhèn)位于嘉善縣東北部，東與上海市金山區(qū)、青浦區(qū)相連，西北與江蘇省吳江區(qū)隔河相望，是浙江省接軌上海的“橋頭堡”和長(zhǎng)江三角洲生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)的先行啟動(dòng)區(qū)[1]。姚莊鎮(zhèn)全境位于長(zhǎng)江三角洲沖積平原，一馬平川，湖蕩星羅密布，河港縱橫交叉。

俞匯塘（潮汐河流）是姚莊鎮(zhèn)的重要水系，呈東西走向，西起泥魚蕩，東至浙滬交界，全長(zhǎng)11.91 km，全線共有27 條支流。其中，盛家灣是俞匯塘干流在池家浜水文站國控?cái)嗝妫ㄕ憬〉乇硭鼍硵嗝妫┫掠危|側(cè)）200 m 左右的一條支渠，河道呈h 型，全長(zhǎng)1.48 km，河道中心水深約1.35 m，均寬為16 m，與俞匯塘河水在北側(cè)有節(jié)制閘控制交匯，至東南側(cè)浙滬交界處結(jié)束。河道沿岸分布有居民和農(nóng)業(yè)種植區(qū)，以種植花卉、蔬菜、瓜果為主，其土壤母質(zhì)為河湖沉積的黏土、粉質(zhì)黏土。盛家灣所在區(qū)域?qū)儆诒眮啛釒暇壍臇|亞季風(fēng)區(qū)，四季分明、溫和濕潤、光照充足、雨量充沛、無霜期長(zhǎng)，年平均氣溫為15.8 ℃，年平均降水量為1 155.7 mm，適宜作物生長(zhǎng)。由于該區(qū)域河道密布，地勢(shì)平坦，因此具有比降小、流速小及雙向流動(dòng)等基本特征，加之盛家灣河道有閘壩控制，常水位為1.05 m，最高控制水位為1.35 m。俞匯塘水系及研究區(qū)位置如圖1 所示。

圖1 俞匯塘水系及盛家灣河道位置Fig.1 Yuhuitang watershed and geographical location of Shengjiawan River course

1.2 盛家灣區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題分析

經(jīng)資料分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，盛家灣區(qū)域主要存在以下生態(tài)環(huán)境問題：1）區(qū)域面源污染突出，存在花卉大棚及農(nóng)業(yè)種植退水直排。盛家灣區(qū)域有27 戶居民和60 多hm2農(nóng)業(yè)種植區(qū)，沿河分散居民的生活污水和垃圾、農(nóng)作物種植與家禽養(yǎng)殖以及花卉種植污染物，在降水和徑流沖刷作用下，通過地表徑流或農(nóng)田退水進(jìn)入盛家灣河道，造成水體污染。2）河道沿線生態(tài)空間被擠占。通過對(duì)盛家灣區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果（圖2）及2020 年與2010 年的衛(wèi)星遙感影像（圖3）對(duì)比發(fā)現(xiàn)，盛家灣河道沿線眾多的花卉種植大棚、農(nóng)田種植和居民住戶，嚴(yán)重?cái)D占了河道沿岸生態(tài)空間，使部分河段生境受損嚴(yán)重，生物多樣性降低。另外，前期改造的河道兩岸多為直立式透水硬化河岸，阻礙了水生生物和陸生生物之間的物質(zhì)、能量、信息交換，影響了河岸生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。3）河道水質(zhì)不穩(wěn)定、局部河道底泥淤積嚴(yán)重。由于盛家灣河道沿岸生態(tài)空間不足，加之沿河分散居民生活排污、農(nóng)作物種植面源污染、花卉種植排污等問題，使得河道水質(zhì)不穩(wěn)定，水體透明度較差，不同時(shí)段呈現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化現(xiàn)象，其水質(zhì)類別為Ⅲ類或Ⅳ類，局部河道底泥淤積嚴(yán)重，存在公共衛(wèi)生安全隱患。由2020 年8 月現(xiàn)場(chǎng)3 次采樣分析可知，盛家灣水質(zhì)指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)為5.7 mg/L，氨氮、總磷濃度分別為0.354、0.230 mg/L，河水透明度為68 cm、溶解氧濃度為6.63 mg/L，其中總磷濃度超過地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg/L），由此影響潮汐河流俞匯塘池家浜水文站國控?cái)嗝婵偭字笜?biāo)季節(jié)性超標(biāo)，使其水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。由2016—2020 年池家浜水文站斷面總磷濃度變化趨勢(shì)（圖4）可知，2019 年9 月，水體總磷濃度超過地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 2020 年盛家灣河道兩岸狀況Fig.2 Situation of river banks in Shengjiawan River course in 2020

圖3 2010 年和2020 年盛家灣區(qū)域衛(wèi)星遙感影像圖比較Fig.3 Satellite remote sensing images of Shengjiawan area in 2010 and 2020

圖4 2016—2020 年池家浜水文站總磷濃度變化Fig.4 Variation of total phosphorus concentrations in hydrological station of Chijiabang from 2016 to 2020

2 盛家灣生態(tài)修復(fù)工程方案

2.1 生態(tài)修復(fù)思路

盛家灣河道生態(tài)修復(fù)方案，堅(jiān)持保護(hù)—修復(fù)—發(fā)展的創(chuàng)新思路，落實(shí)低碳化和生態(tài)化的理念，以“凈水初心、水岸交映、花海飄香、水畔善居”為指導(dǎo)思想，通過面源污染阻控、生態(tài)空間恢復(fù)、水生態(tài)修復(fù)等措施，開展河流緩沖帶構(gòu)建（包括陸域植被緩沖帶、岸線生態(tài)化改造、人工濕地與生態(tài)植草溝建設(shè)）[6]，以及沉水植物種植等生態(tài)修復(fù)工程，以實(shí)現(xiàn)河道污染負(fù)荷削減、自凈能力提升、水環(huán)境整體改善、生物多樣性恢復(fù)，最終構(gòu)建健康穩(wěn)定的河流水生態(tài)系統(tǒng)。并以此為試點(diǎn)示范，旨在逐步恢復(fù)由支流到干流、由河道到河網(wǎng)的流域整體水生態(tài)環(huán)境功能，構(gòu)建具有流域或區(qū)域特色的水生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)的“三生”融合。其工程總體方案設(shè)計(jì)思路如圖5 所示。

圖5 盛家灣河道生態(tài)修復(fù)工程總體方案設(shè)計(jì)思路Fig.5 Design idea of overall scheme of ecological restoration project in Shengjiawan River course

2.2 生態(tài)修復(fù)目標(biāo)

通過對(duì)盛家灣河道水生態(tài)修復(fù)工程，全面提升河道的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，構(gòu)建健康穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水體清澈見底，水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類，個(gè)別時(shí)段達(dá)到Ⅱ類，兩岸環(huán)境優(yōu)美的修復(fù)目標(biāo)。具體目標(biāo)包括：1）工程建設(shè)目標(biāo)。實(shí)施面積為20 400 m2的盛家灣全河段水下森林生態(tài)修復(fù)工程，建設(shè)面積為17 700 m2垂直下行潛流人工濕地，構(gòu)建陸域約1 480 m長(zhǎng)、30 m 寬的植被緩沖帶，建設(shè)2 200 m 長(zhǎng)的強(qiáng)化型農(nóng)業(yè)面源污染阻控的生態(tài)植草溝，整治岸線長(zhǎng)度為1 210 m。2）水質(zhì)改善目標(biāo)。通過水下森林系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)水體透明度大于1.0 m，采用緩沖帶生態(tài)修復(fù)與岸線整治工程，改善河道水環(huán)境現(xiàn)狀，通過潛流人工濕地建設(shè)實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。3）生物多樣性恢復(fù)目標(biāo)。恢復(fù)水生植物覆蓋面積，重現(xiàn)藍(lán)蜻蜓、螢火蟲等土著昆蟲。

2.3 主要工程措施

盛家灣河道緩沖帶和水生態(tài)修復(fù)措施主要分為面源污染阻控、生態(tài)空間恢復(fù)和水生態(tài)修復(fù)3 類，具體工程包括：具有強(qiáng)化處理和攔截地表徑流或農(nóng)田退水功能的潛流人工濕地和生態(tài)植草溝建設(shè)，岸上陸域河岸植被緩沖帶建設(shè)，裸露或硬質(zhì)垂直護(hù)岸的生態(tài)駁岸改造，以及過濾、吸附和降解污染物的水下森林系統(tǒng)修復(fù)。生態(tài)修復(fù)工程總體布設(shè)如圖6 所示。

圖6 盛家灣河道生態(tài)修復(fù)工程布設(shè)Fig.6 Project layout of ecological restoration in Shengjiawan River course

2.3.1 陸域河岸植被緩沖帶構(gòu)建

河岸植被緩沖帶是指位于水體與陸地之間的過渡地帶，由水生植物帶和陸域喬木、灌木或（和）草本植物帶等組成（圖7），它具有截留污染物以凈化水質(zhì)、提供生物棲息地以保護(hù)物種多樣性、調(diào)節(jié)河流微氣候、穩(wěn)固河岸、連接廊道、美化景觀等生態(tài)功能[6-7]。陸域河岸植被緩沖帶“喬+草”植被恢復(fù)工程主要包括基底修復(fù)、植物群落修復(fù)和物種配置。

圖7 河岸植被緩沖帶的空間結(jié)構(gòu)及修復(fù)效果Fig.7 Schematic diagram of the spatial structure and restoration effect of riparian vegetation buffer zone

河岸植被緩沖帶構(gòu)建工程位于盛家灣河道西南側(cè)（圖6），將沿盛家灣河道多年平均高水位（1.3 m）向陸域延伸約30 m，劃定為陸域植被緩沖帶范圍。根據(jù)該區(qū)域地形，對(duì)基底地形地貌進(jìn)行改造，主要包括沿岸花卉大棚和其他構(gòu)筑物的拆除騰退，以及以原河道邊坡為基準(zhǔn)，向外按1∶5～1∶10 坡比造坡，從而形成在總體坡度控制下，允許河岸帶的地勢(shì)起伏及小洼地存在的從陸域向岸邊由高漸低的微地形設(shè)計(jì)，以保障降水或零散居民生活用水產(chǎn)生的地表徑流均勻流入緩沖帶區(qū)域。合理的植被配置是實(shí)現(xiàn)緩沖帶有效控制徑流和控制污染的關(guān)鍵，工程中根據(jù)所在區(qū)域的實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有喬木（柳樹、水杉、橘子樹、構(gòu)樹等），同時(shí)補(bǔ)種碧桃、紅葉李等，搭配各種本地常見草本植物（狗牙根、狗尾草、波斯菊等），喬木和草本植被的寬度按照3∶4 的比例種植，草本植株的間隔最小為20 cm。從而達(dá)到單位面積內(nèi)植物株數(shù)的穩(wěn)定，充分構(gòu)建緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)多樣性。

2.3.2 護(hù)岸生態(tài)化改造（生態(tài)駁岸）

盛家灣河道左右兩岸全長(zhǎng)合計(jì)2 733 m，現(xiàn)狀河岸形式為硬質(zhì)垂直護(hù)岸，材質(zhì)為六角磚和素砼帽石，岸線筆直，結(jié)構(gòu)形式較為生硬呆板，且年久失修，部分岸坡有崩塌現(xiàn)象。由于盛家灣河道屬于內(nèi)河，河道水主要用作兩側(cè)農(nóng)田灌溉，其與俞匯塘交匯處由閘壩控制，并且俞匯塘干流設(shè)有防洪堤和防洪閘，因此河道無需做防洪設(shè)計(jì)。盛家灣河道護(hù)岸改造工程，除將南岸全線和北岸部分直墻保留外，其余河段的直墻全部拆除，恢復(fù)成1∶5～1∶10 的自然生態(tài)邊坡，改造長(zhǎng)度約為1 210 m。在三岔口處，將部分直墻拆除，相應(yīng)地使水面擴(kuò)大。河道邊坡根據(jù)生態(tài)設(shè)計(jì)原則，在恢復(fù)天然土壤坡面后，水下部分種植沉水和挺水植物，水上邊坡部分按照緩沖帶構(gòu)建原則種植水生植物，岸坡外設(shè)置透水混凝土或防滑透水人行步道磚巡河路，巡河路外再順接陸域生態(tài)緩沖帶和植草溝。針對(duì)有居民房屋無法拆除垂直護(hù)岸的岸邊，通過在沿岸河底打仿木樁，木樁內(nèi)填土種植沉水植物和挺水植物等措施，恢復(fù)河岸生態(tài)自然風(fēng)貌。

2.3.3 生態(tài)植草（攔截）溝建設(shè)

生態(tài)植草溝指種有植被的地表溝渠，其可對(duì)降水沖刷產(chǎn)生的面源污染等進(jìn)行前處理，過濾攔截徑流中的懸浮物和污染物[8-9]。盛家灣河道兩岸區(qū)域大多為花卉種植大棚、水稻田和居民住戶，為了截留初期雨水中的泥沙和污染物，以及攔截農(nóng)田、花卉大棚退水（合計(jì)水量為1 150 m3/d），設(shè)計(jì)了既可過濾沉沙又可攔截污染物的生態(tài)植草溝（圖8）。通過生態(tài)植草溝體系，控制和削減進(jìn)入河道的徑流污染負(fù)荷，在完成輸送功能的同時(shí)達(dá)到雨水和農(nóng)田退水的收集與凈化要求。生態(tài)植草溝體系在布局上以自然為主，與水生植物修復(fù)相結(jié)合，形成優(yōu)良的植物總體和局部效果，既達(dá)到水質(zhì)凈化目的，又具有綠化和恢復(fù)生物多樣性的功能。本設(shè)計(jì)方案同時(shí)將各地塊的雨水截留，通過生態(tài)植草溝連接各處農(nóng)田溝渠，再通過主干管集中到盛家灣北側(cè)濕地系統(tǒng)統(tǒng)一處理。

圖8 生態(tài)植草溝結(jié)構(gòu)示意及效果圖Fig.8 Schematic diagram and restoration effect of ecological grass planting ditch

該工程中生態(tài)植草溝結(jié)構(gòu)采用聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡-生態(tài)填料-凈水植物的組合模式。其中，聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡是一種適用于中小水流情況下土壤侵蝕控制的聯(lián)鎖鋪面系統(tǒng)，聯(lián)鎖性設(shè)計(jì)保證了每一自鎖塊位置的準(zhǔn)確性并可避免發(fā)生側(cè)向移動(dòng)。高開孔率滲水型柔性結(jié)構(gòu)鋪面在水流作用下具有良好的整體穩(wěn)定性，既能夠降低流速、減少流體壓力和提高排水能力，又能起到增加植被面積、綠化環(huán)境的作用。按照國際通用的生態(tài)混凝土設(shè)計(jì)，在混凝土中添加醋酸纖維等高分子物質(zhì)，使混凝土自鎖塊在強(qiáng)度不變的情況下更有利于水生植物生根和水生動(dòng)物繁衍。其主要技術(shù)特點(diǎn)包括：全方位的聯(lián)鎖效果；高強(qiáng)度、耐久性的柔性結(jié)構(gòu)，適合用于各種地形；透水性強(qiáng)，可減少基土內(nèi)的靜水壓力，防止出現(xiàn)管涌現(xiàn)象；可植草的鋪面層，形成自然坡面；施工方便快捷，不需要大型設(shè)備。針對(duì)農(nóng)田退水氮、磷濃度高的問題，凈水植物選擇耐污能力強(qiáng)、凈化效果好、根系發(fā)達(dá)的水生植物，主要選擇的植物種類為蘆葦、菖蒲、梭魚草等。

2.3.4 人工濕地建設(shè)

人工濕地是對(duì)天然濕地凈化功能的強(qiáng)化，利用濕地中基質(zhì)、植物和微生物之間的相互作用，進(jìn)行物理、化學(xué)和生物的協(xié)同凈化，通過過濾、吸附、沉淀、植物吸收和微生物分解實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中污染物的去除[10-11]。盛家灣人工濕地工程主要用于處理該區(qū)域花卉大棚、農(nóng)業(yè)種植污水以及居民生活污水，以降解水體中氮、磷等污染物，消除面源污染，使出水水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后用于盛家灣的生態(tài)用水；同時(shí)根據(jù)生物棲息環(huán)境特點(diǎn)，合理配置相應(yīng)生境，營造異質(zhì)化的生境空間和適于多種生物生存的棲息地，形成相對(duì)完整而豐富的生態(tài)系統(tǒng)。通過人工濕地建設(shè)，達(dá)到生態(tài)水處理技術(shù)和自然景觀和諧結(jié)合的效果。

盛家灣設(shè)計(jì)方案設(shè)置濕地工程2 處：一處在盛家灣河道北側(cè)，接俞匯塘右岸大堤，濕地整體呈條帶狀，東側(cè)和南側(cè)為盛家灣花卉大棚；另一處在三岔口西岸，為一小型人工濕地，處理西岸的農(nóng)田和花卉大棚退水。根據(jù)現(xiàn)狀地形，采用潛流濕地對(duì)農(nóng)田退水、生活污水和循環(huán)水進(jìn)行生態(tài)凈化。河道北側(cè)人工濕地工程平面布設(shè)如圖9 所示。該工程共建設(shè)潛流濕地面積17 700 m2，濕地平均深度為1.1 m，共分割為10 個(gè)獨(dú)立凈化單元，其中南部的9#～10#單元面積為7 900 m2，用于處理農(nóng)田、花卉大棚退水（合計(jì)水量為1 150 m3/d）和居民、花農(nóng)的生活污水；北部的1#～8#單元面積為9 800 m2，用于盛家灣補(bǔ)水的初級(jí)沉淀和蓄水的循環(huán)凈化，循環(huán)水規(guī)模為5 000 m3/d。經(jīng)濕地處理后的再生水作為生態(tài)補(bǔ)水匯入盛家灣河道，增強(qiáng)水循環(huán)，補(bǔ)充水資源。

圖9 河道北側(cè)人工濕地平面布設(shè)示意Fig.9 Schematic diagram of layout of the constructed wetland at the northern side of the river

為了防止?jié)竦貎?nèi)進(jìn)水滲漏造成進(jìn)出水水量不平衡，濕地系統(tǒng)底部及周邊均采取防滲措施，即采用高密度聚乙烯(HDPE)膜對(duì)濕地進(jìn)行防滲處理。針對(duì)濕地進(jìn)水有機(jī)污染程度較低的特點(diǎn)，采用成本較低的不同粒徑的碎石作為濕地基質(zhì)填料。濕地植物是污染凈化的重要承擔(dān)者，因此植物的配置盡量選用本地且凈化效果好的植物（蘆葦、菖蒲和美人蕉等）。通過多種類型植物的搭配，形成豐富而又錯(cuò)落有致的植物群落結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)凈化功能的同時(shí)又能保持濕地系統(tǒng)的生態(tài)完整性，達(dá)到良好的生態(tài)效果。

2.3.5 水下森林系統(tǒng)構(gòu)建

水下森林系統(tǒng)構(gòu)建主要包括基底修復(fù)、沉水植被系統(tǒng)構(gòu)建和水生動(dòng)物構(gòu)建。

（1）基底修復(fù)

底泥與水體之間存在物質(zhì)交換，通過營養(yǎng)鹽的交換及物質(zhì)再循環(huán)過程，使底泥成為生長(zhǎng)在河流底層的水生植物所需營養(yǎng)鹽的來源之一[12-13]。針對(duì)盛家灣河道部分河段存在淤積或底質(zhì)污染的問題，綜合考慮施工條件和成本，選用干式清淤法對(duì)富營養(yǎng)化嚴(yán)重河段的表層底泥進(jìn)行清淤處理。由于干式機(jī)械清淤會(huì)對(duì)河床基底環(huán)境和微生物群落造成破壞，因此，清淤后采用以微生物菌劑為主，同時(shí)摻加少量微生物所需營養(yǎng)劑的底質(zhì)修復(fù)劑對(duì)底質(zhì)進(jìn)行原位改良，以快速恢復(fù)底泥中有益微生物種群，穩(wěn)定底泥環(huán)境，促進(jìn)底棲生物系統(tǒng)的自我恢復(fù)和沉水植被系統(tǒng)的人工恢復(fù)。具體工程方案：在河道清淤范圍內(nèi)首先分區(qū)恢復(fù)蓄水，至水深50～100 cm，人工一次性投撒50～100 g/m2微生物混合修復(fù)劑；投加完成后靜置1～2 d，酌情采用推流設(shè)施促進(jìn)河水流動(dòng)混合，以增加水體溶解氧濃度，根據(jù)微生物變化特征酌情補(bǔ)充活水，同時(shí)開始分批補(bǔ)栽沉水植物。每日現(xiàn)場(chǎng)踏勘觀察河流水質(zhì)、水生植物、微生物和藻類的生長(zhǎng)狀況，采用人工投撒和輔助混合設(shè)施酌情補(bǔ)充營養(yǎng)劑5～10 g/m2。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，在投加基質(zhì)修復(fù)劑0～10 d 時(shí)，河流中部分淤積和異味現(xiàn)象消失，河流生態(tài)系統(tǒng)活躍，原生水生動(dòng)物族群繁盛，這是由于環(huán)境修復(fù)劑中微生物增殖、釋放，并擴(kuò)散進(jìn)入底泥表層，使黑臭污染物得到降解，從而改善了河道原有底泥的性狀。投加基質(zhì)修復(fù)劑10 d 之后，河道內(nèi)好氧細(xì)菌晝夜、季節(jié)活動(dòng)活躍，受環(huán)境溫度和水體溶解氧的影響，水面周期性出現(xiàn)或消減細(xì)菌結(jié)膜，這時(shí)微生物已擴(kuò)散至底泥內(nèi)部，分解底泥中的累積污染物，適宜沉水植物存活及生長(zhǎng)。底質(zhì)修復(fù)劑對(duì)底質(zhì)環(huán)境的修復(fù)凈化過程如圖10 所示。

圖10 底質(zhì)改良修復(fù)劑凈化過程模擬示意Fig.10 Schematic diagram of purification process by sediment substrate modifier

（2）沉水植被系統(tǒng)構(gòu)建

沉水植被系統(tǒng)是“水下森林”的生產(chǎn)者，是水體生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，從下而上對(duì)整個(gè)水體起到巨大的凈化作用[14]。構(gòu)建沉水植被系統(tǒng)時(shí)，既要考慮沉水植被覆蓋面積，達(dá)到生態(tài)平衡自凈要求，也要考慮本系統(tǒng)對(duì)外來污水量的凈化效能。沉水植物一般生長(zhǎng)的水深為0.5～2.5 m，最適宜的水深為0.6～1.5 m。沉水植物凈化區(qū)的構(gòu)建，既要充分考慮物種間競(jìng)爭(zhēng)對(duì)植物生長(zhǎng)及水質(zhì)凈化的影響，又要考慮河道水流環(huán)境和水質(zhì)條件，通過充分利用自然環(huán)境或采取工程技術(shù)手段，為沉水植物的生長(zhǎng)營造更加有利的條件[15-16]。

沉水植物的選擇通常考慮以下幾方面：1）四季常綠，耐高（低）溫、耐鹽、耐弱光；2）凈化效果好，去污能力強(qiáng)，尤其是對(duì)氮、磷等污染物有較高的凈化率；3）充分考慮水下空間、層次，實(shí)現(xiàn)水下沉水植物景觀化；4）根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛩奶卣鳎x擇不同類型的品種進(jìn)行合理搭配，實(shí)現(xiàn)水下沉水植物一年四季的自然更替和生物多樣性；5）以廣布種和本土種為主，防止外來物種入侵；6）選擇的品種容易管理，減少維護(hù)成本。

綜合考慮上述原則，選用根系比較發(fā)達(dá)、去污凈化能力強(qiáng)、四季常綠、耐寒能力強(qiáng)，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室馴化、提純、復(fù)壯后的矮生苦草，同時(shí)考慮沉水植被群落與多樣性，間種部分輪葉黑藻和原有土生狐尾藻，其中矮生苦草種植比例大于70%。為了給沉水植被營造良好的水深條件，將沉水植被種植區(qū)的常水位控制在85 cm 左右，成活養(yǎng)護(hù)期間蓄水深度為30 cm左右，通過調(diào)節(jié)水深控制光照和水溫，提高沉水植物的成活率。該工程植物種植始于2021 年3 月底，矮生苦草種植密度為12～16 叢/m2，在養(yǎng)護(hù)30 d 后，逐漸提高蓄水位，并對(duì)沉水植物群落進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，酌情移除原生狐尾藻，并補(bǔ)種矮生苦草，同時(shí)增種輪葉黑藻，提升群落多樣性，水生植被覆蓋面積達(dá)20 400 m2。

（3）水生動(dòng)物構(gòu)建

在河道水下森林系統(tǒng)中，水生動(dòng)物的作用主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我維持、自我演替的良性循環(huán)。水體中水生動(dòng)物適宜的生物量和物種配比可提高其生物凈化效果。如底棲動(dòng)物可促進(jìn)水體中有機(jī)碎屑的分解，提高水體透明度，降低水體pH，對(duì)水體富營養(yǎng)化有明顯的削減作用[17-18]。但需要定期打撈底棲動(dòng)物，防止其過量繁殖，造成水體污染。

盛家灣原生田螺、鯰魚、鰱魚和草魚族群豐富活躍，原則上對(duì)該食物鏈不加干涉。但在4—5 月水質(zhì)達(dá)到預(yù)期指標(biāo)后并處于生態(tài)優(yōu)化和穩(wěn)定期時(shí)，河道中原生福壽螺數(shù)量偏多，因此對(duì)福壽螺進(jìn)行人工打撈，并去除螺卵。另外，盛家灣原生魚類多以草食性魚類為主，其啃食破壞水生植物，導(dǎo)致水體內(nèi)懸浮植物殘骸增加，遮擋光照，影響沉水植物光合作用，增加水體透明度恢復(fù)難度，因此引入5 尾烏鱧，以控制草食性魚類數(shù)量，但在秋季前對(duì)烏鱧進(jìn)行人工捕撈，實(shí)現(xiàn)水體動(dòng)植物生態(tài)平衡。通過構(gòu)建食物鏈?zhǔn)顾w中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)得到去除。

3 生態(tài)修復(fù)效果分析

盛家灣河道生態(tài)修復(fù)工程于2020 年8 月啟動(dòng)，至2021 年10 月全部完成。該工程在盛家灣區(qū)域原有的生產(chǎn)、生活空間的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃布局并開展生態(tài)修復(fù)，通過陸域植被緩沖帶、強(qiáng)化型生態(tài)植草溝、岸坡生態(tài)化改造和水下植被修復(fù)或恢復(fù)，同時(shí)結(jié)合潛流人工濕地凈化系統(tǒng)，全面改善了盛家灣區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，形成協(xié)調(diào)的流域生態(tài)格局，促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及和諧人居的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)的“三生”融合。工程實(shí)施后的實(shí)景如圖11 所示。

圖11 盛家灣河道生態(tài)修復(fù)效果實(shí)景Fig.11 Photographs of Shengjiawan River course after ecological restoration

3.1 生態(tài)環(huán)境效益

盛家灣河道生態(tài)修復(fù)工程，堅(jiān)持低碳化和生態(tài)化理念，污染物減排成效明顯，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著提高，實(shí)現(xiàn)了氮、磷的污染控制，削減了進(jìn)入河道下游的污染物總量，年削減COD 入河量約3 900 t、總磷入河量約40 t、總氮入河量約 1 800 t，保障了水下有森林、兩岸有綠屏，新增植被覆蓋面積670 000 m2，工程實(shí)施后盛家灣區(qū)域內(nèi)恢復(fù)了往日的水清岸綠、自然生態(tài)風(fēng)貌，水體更是清澈見底，水生植物的覆蓋面積得以恢復(fù)，藍(lán)蜻蜓、螢火蟲等土著昆蟲以及白鶴等鳥類物種數(shù)量明顯增加。通過構(gòu)建生態(tài)濕地-生態(tài)緩沖帶-水下森林系統(tǒng)，增強(qiáng)了區(qū)域水環(huán)境承載力，實(shí)現(xiàn)了“有土皆綠、還清入河”的良性循環(huán)，確保了河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

盛家灣河道生態(tài)修復(fù)工程在涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、降解污染及保護(hù)生物遺傳資源等方面發(fā)揮著較好的生態(tài)服務(wù)功能，具有潛在的、間接的經(jīng)濟(jì)效益。另外，該工程作為嘉善地區(qū)水生態(tài)修復(fù)樣板工程，結(jié)合區(qū)域環(huán)境綜合整治工程，開發(fā)新商業(yè)模式，在花卉種植基礎(chǔ)上，增加了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入。同時(shí)，充分依托嘉善地處上海大都市圈交通優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的繁榮和發(fā)展。通過與社會(huì)文旅開發(fā)及教育培訓(xùn)團(tuán)隊(duì)的合作，打造了集少年研學(xué)、文旅開發(fā)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)于一體的綜合經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶，將“親近自然，素質(zhì)教育”與現(xiàn)代化教育融合，建設(shè)環(huán)上海中小學(xué)生環(huán)保研學(xué)基地；開發(fā)了文旅第三產(chǎn)業(yè)，塑造原鄉(xiāng)民宿體驗(yàn)群。

3.3 社會(huì)效益

盛家灣河道生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施，在盛家灣區(qū)域打造了集生態(tài)涵養(yǎng)、綠化防護(hù)、環(huán)境依托、文旅開發(fā)等多功能相結(jié)合的樣板河道，不僅使嘉善縣的生態(tài)環(huán)境得到巨大改善，更將推動(dòng)嘉善縣的整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)城市化建設(shè)，形成生態(tài)更豐富、經(jīng)濟(jì)更協(xié)調(diào)、環(huán)境更優(yōu)美的城市格局，促進(jìn)了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展與和諧人居的建設(shè)，有效提升了研究區(qū)域居民的幸福指數(shù)，具有良好的社會(huì)效益。

4 結(jié)語

盛家灣是嘉善縣俞匯塘國控?cái)嗝嫦掠蔚囊粭l支渠，在全面實(shí)施控源截污的基礎(chǔ)上，實(shí)施了河道生態(tài)修復(fù)工程，該工程堅(jiān)持生態(tài)綠色的理念，系統(tǒng)解決了水里和岸上的問題，通過陸域生態(tài)緩沖帶構(gòu)建、河道岸線生態(tài)化改造、緩沖區(qū)強(qiáng)化處理設(shè)施建設(shè)及水下森林系統(tǒng)構(gòu)建，還原了“水清岸綠”，恢復(fù)了水體原有的生物多樣性、水生態(tài)系統(tǒng)的完整性和可持續(xù)性，使水生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入良性循環(huán)，成為嘉善地區(qū)單純的從水環(huán)境治理到水生態(tài)保護(hù)修復(fù)的樣板工程。與此同時(shí)，在盛家灣生態(tài)綠色的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，將生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢(shì)與高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境資源化、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)綠色化，打造人與自然和諧共生的宜居之地。