湖水生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)改善方法設(shè)計(jì)

羅屹琳 LUO Yi-lin

（南寧市南湖公園，南寧 530021）

0 引言

伴隨城市化進(jìn)程的不斷加速，城市人口不斷攀升，大量生活污水、工業(yè)廢水直接排放至河流、湖泊等水系，造成城市水環(huán)境污染嚴(yán)重，水體水質(zhì)變差，嚴(yán)重影響到水生動植物的生存環(huán)境，造成水生態(tài)的嚴(yán)重破壞。2015年，中央政治局常務(wù)委員會會議審議通過《水污染防治行動計(jì)劃》（以下簡稱“水十條”），其中提出了生態(tài)文明建設(shè)中水環(huán)境質(zhì)量改善工作的總體要求、工作指標(biāo)等，城市水系水質(zhì)改善一時(shí)間成為各級政府環(huán)境綜合整治工作的重要內(nèi)容。據(jù)生態(tài)環(huán)境部水生態(tài)環(huán)境司司長黃小贈在生態(tài)環(huán)境部例行新聞發(fā)布會中公開數(shù)據(jù)表明，2022年地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體基本消除，累計(jì)新建污水管網(wǎng)9.9萬公里，新增污水處理能力4088萬噸/日。在近些年城市水系污染治理的浪潮中，涌現(xiàn)出了很多典型的生態(tài)修復(fù)案例，其中南寧市南湖水質(zhì)改善項(xiàng)目便極具代表性，改善后的南湖公園水生態(tài)環(huán)境令往來市民游客滿意，游園人次明顯增加，特別是傍晚時(shí)期人潮擁擠。鑒于此，本研究以南寧市南湖水質(zhì)改善項(xiàng)目為例，分析了湖水生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)改善方法。

1 南湖水質(zhì)改善項(xiàng)目概況

1.1 南湖流域概況南湖為東北-西南狹長形的淡水湖泊，位于南寧市中心城區(qū)東部，南湖整體面積大約為1km2，全長約3.8km，寬0.25～0.38km，平均水深與最大水深分別約1.7m與2.0m，容積約為2.1×106m3，流域面積約107公頃。南湖地勢西南高、東北低，整體被南湖拱橋與南湖大橋分割成上湖、中湖與下湖，水通過橋孔相連，西連邕江，東連竹排沖，分別通過補(bǔ)水管與連通渠進(jìn)行連接，水來源包括降雨及其形成的地表徑流以及邕江水抽取補(bǔ)水，以連通渠船閘調(diào)控水位，常年控制南湖水位高程在70.03m。

1.2 南湖水質(zhì)概況2002年，為了改善南湖水質(zhì)情況，南寧市啟動了南湖綜合整治工程，主要措施為對排入南湖流域的生活污水進(jìn)行截污處理以及徹底清理南湖湖底的淤泥雜質(zhì)，同時(shí)還借助補(bǔ)水管向邕江取水，從而實(shí)現(xiàn)南湖水質(zhì)改善。項(xiàng)目實(shí)施以后，南湖水質(zhì)雖然有了一定幅度的改善，然而因?yàn)槠錇殚_放式水系，當(dāng)遇到強(qiáng)降雨天氣時(shí)，仍有雨水混合生活污水等通過南湖五處溢流口流入。根據(jù)南寧市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站公開的2017年南湖水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，水體主要超標(biāo)因子為總磷，濃度為0.13mg/L，超過標(biāo)準(zhǔn)值的30%，總氮濃度為1.3mg/L，略低于總氮濃度標(biāo)準(zhǔn)值的1.5mg/L，全湖透明度在0.1～0.5m范圍內(nèi)，透明度較差，為進(jìn)一步了解南湖水質(zhì)的整體污染變化情況，特搜集了2017年1～12月南湖水質(zhì)主要超標(biāo)因子的逐月數(shù)據(jù)，具體可見表1。

表1 2017年南湖水質(zhì)主要超標(biāo)因子變化情況

同時(shí)，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對南湖2017年全年綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，具體可見圖1。由圖1可知，南湖全年綜合營養(yǎng)指數(shù)呈現(xiàn)倒U型變化趨勢，每年在夏季的7月、8月達(dá)到最大值，而根據(jù)歷年數(shù)據(jù)，南湖綜合營養(yǎng)指數(shù)基本在每年的7月、8月都會達(dá)到64以上，而每年最低值則是1月份，但也都基本穩(wěn)定在50以上。

圖1 2017年南湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)逐月數(shù)據(jù)

綜上，在南湖水質(zhì)改善項(xiàng)目未實(shí)施以前，南湖總體水質(zhì)處在Ⅴ類和劣Ⅴ類之間，水體已經(jīng)達(dá)到了輕度、中度富營養(yǎng)狀態(tài)，南湖水質(zhì)改善已經(jīng)達(dá)到了刻不容緩的狀態(tài)。

2 南湖生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)改善措施

根據(jù)南湖湖水污染情況，提出了湖泊生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程，該工程實(shí)施中以水質(zhì)改善和生態(tài)修復(fù)為目標(biāo)，為解決水質(zhì)污染問題，選擇通過污水截留和水體連通改善南湖水質(zhì)。此外，需要實(shí)施溢流口改造工程，攔截污染物實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化。在生態(tài)修復(fù)中，對濕地駁岸進(jìn)行了重新修復(fù)與生態(tài)化改造，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境改造與水質(zhì)凈化。南湖生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)改善工程結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 南湖生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)改善工程示意圖

2.1 污水截流與水體連通南寧南湖水體由于內(nèi)部連通性較差影響了整體水質(zhì)，且由于外界水源不充足，南湖水體無法實(shí)現(xiàn)頻繁換水。南湖水體雖然具有較大面積，但由于是靜態(tài)水域，相互連通性較差，水體內(nèi)循環(huán)動力較差，自凈能力嚴(yán)重不足，在長期污染積累下容易出現(xiàn)生態(tài)問題，最終導(dǎo)致了南湖水體水質(zhì)差，且生態(tài)系統(tǒng)受到了破壞。在南湖湖水水質(zhì)改善中，需要科學(xué)規(guī)劃污水截流方式，考慮到當(dāng)?shù)亟邓枯^大，為了降低生活污水的影響應(yīng)逐步對附近的排污管道進(jìn)行改建，最大限度地對城市污水進(jìn)行截流處理。

為進(jìn)一步提升南湖水體與上下游水體連通效率，增加了一條自北向南的入水廊道和由東向西的出水廊道，從而提升南湖水體的連通度。入水廊道與出水廊道增加南湖水體的流動性，實(shí)現(xiàn)了階段性換水，人為增加南湖水體內(nèi)循環(huán)動力。北部入水口位置為當(dāng)?shù)亻e置空地，可以在此區(qū)域擴(kuò)大湖泊水體入水口，形成北部區(qū)域地表徑流自然緩沖自凈空間，降低入湖雨水帶來的污染物質(zhì)。

2.2 溢流口改造工程針對南湖湖泊水質(zhì)問題，需要對外源污染進(jìn)行有效控制。南湖承擔(dān)著城市泄洪的功能，因此在降水較強(qiáng)的天氣會有大量的污水流入南湖中，為了最大程度地減少雨污合流對南湖水生態(tài)環(huán)境的影響，本次修復(fù)工程對南湖的五座溢流口進(jìn)行了改造升級，在溢流管道中增加設(shè)置了攔污設(shè)備。通過增加的電力清潔滾刷和沉沙裝置可以有效提高水中污染物和垃圾的過濾效率。與此同時(shí)，在南湖五座溢流口的外部設(shè)置專門的污水凈化系統(tǒng)，該凈化系統(tǒng)主要使用柔性攔截網(wǎng)膜對南湖溢流口中的污染物進(jìn)行再次攔截凈化處理，借助溢流口凈化系統(tǒng)可以有效促進(jìn)南湖水體中的污染物降解，從而有效降低水體中的總氮、總磷和氨氮飽和度。

在外源污染控制基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步做好南湖內(nèi)源污染控制措施。南湖水質(zhì)與生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程中，需要對南湖湖底進(jìn)行徹底清淤處理，通過內(nèi)源性清淤可以有效清除水體中的污染底泥，為南湖生態(tài)修復(fù)提供良好的條件。此外，清淤工作與南湖水體治理修復(fù)工程協(xié)同開展，有效降低了對周圍生態(tài)環(huán)境的影響。長期以來，南湖湖底堆積了大量的沉積物，其中包含大量的城市建筑垃圾和生活垃圾，這導(dǎo)致南湖底泥中的腐殖質(zhì)較高，且含有大量的有害病菌，這直接影響了南湖水生動植物的生長，且大量腐殖質(zhì)的存在會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化問題嚴(yán)重。本次修復(fù)工程項(xiàng)目中，對水底垃圾進(jìn)行了徹底清除，并通過消殺等方式對水底淤泥進(jìn)行了基底改良，將水底淤泥進(jìn)行了二次處理，用于種植沉水植物。

2.3 溢流口出水口區(qū)域強(qiáng)化凈化南湖水體的自凈能力較差，在生態(tài)系統(tǒng)未完全恢復(fù)前，單靠水體的自凈能力往往難以實(shí)現(xiàn)水體水質(zhì)的改善，考慮到南湖公園的景觀要求和水質(zhì)恢復(fù)需求，為了有效提高南湖水質(zhì)，防止水體進(jìn)一步惡化，在溢流口出水區(qū)域進(jìn)行曝氣充氧處理。水體曝氣充氧需要使用曝氣機(jī)對水體區(qū)域進(jìn)行有效處理，本次針對南湖生態(tài)修復(fù)和水質(zhì)改善工程需要使用該方法進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域處理，曝氣充氧中需要鼓風(fēng)曝氣、機(jī)械曝氣方式共同使用，以此達(dá)到聯(lián)合曝氣的效果。水體區(qū)域鼓風(fēng)曝氣方法將空壓機(jī)輸送的壓縮空氣通過管道直接輸送到湖底區(qū)域的空氣擴(kuò)散裝置中，并將空氣以微小氣泡方式輸出，從而實(shí)現(xiàn)氣體與水體的有效混合，從而實(shí)現(xiàn)對污染水體的有效攪拌。機(jī)械曝氣方法則是將曝氣裝置直接安裝在污染水體表面，通過上下安置葉片的高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到擾動水體的效果，從而將空氣中的氧直接混合到水體中，實(shí)現(xiàn)水體上下層面的有效循環(huán)，在發(fā)生溢流事件時(shí)可打開曝氣系統(tǒng)及時(shí)循環(huán)，為了保證南湖生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定，需要在溢流口出水口區(qū)域構(gòu)建長效管理措施，以健全完善的管理措施保證各項(xiàng)保護(hù)工作的高效運(yùn)作。

2.4 湖泊生態(tài)基質(zhì)修復(fù)南寧南湖湖泊水體主要提供匯水、水源涵養(yǎng)、水土保持和地表徑流凈化功能。在生態(tài)基質(zhì)修復(fù)方向上，主要是加強(qiáng)植樹造林，提高湖泊生態(tài)的植被覆蓋度，豐富生態(tài)多樣性。本研究提出的南湖湖泊生態(tài)基質(zhì)修復(fù)，一方面可以發(fā)揮湖泊的再凈化功能，另一方面可以為湖泊提供水動力來源。南湖湖泊沿岸的水陸過渡區(qū)域，是南湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能最強(qiáng)和生物多樣性最豐富的區(qū)域。在水陸物質(zhì)交互和濕地植物的作用下，具有最強(qiáng)的環(huán)境凈化能力。因此該區(qū)域的基質(zhì)修復(fù)效率最高，復(fù)合功能最強(qiáng)。本次針對該公園近岸區(qū)域的生態(tài)修復(fù)，主要從駁岸生態(tài)化改造、植被生態(tài)修復(fù)兩個(gè)角度展開。

針對南湖湖泊駁岸年久失修和上湖、中湖區(qū)域開裂下沉的情況，選則在南湖湖泊沿線采用垂直重力式漿砌石擋墻，從而彌補(bǔ)南湖湖泊缺少過渡空間的現(xiàn)狀，駁岸生態(tài)化改造可以采用自然植被護(hù)岸、塊石木樁護(hù)岸。自然植被護(hù)岸，是發(fā)揮南湖湖泊生態(tài)功能的最佳模式，運(yùn)用植被塑造湖泊駁岸，形成一道天然的隔離帶保護(hù)湖泊動植物棲息地。本文設(shè)計(jì)的自然植被護(hù)岸由湖面到公園景觀步道分別由水生植物、原檔石、護(hù)岸綠化組成。其中水生植被起到凈化水質(zhì)的基礎(chǔ)作用，原檔石起到加固駁岸和固定水生植物生長基底的作用。通過鋪墊原檔石形成帶有天然坡度的濕地淺灘，為南湖湖泊植物提供生存環(huán)境，自然植被護(hù)岸設(shè)計(jì)剖面如圖3所示。在南湖生態(tài)基質(zhì)修復(fù)中采用的塊石木樁護(hù)岸為湖泊中的緩沖區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)以塊石和木樁作為主要材料，將湖泊與道路之間分隔。由于石塊與木樁的間隙較大，因此護(hù)岸中可生長植物，有助于湖泊的生態(tài)穩(wěn)定，其剖面示意圖如圖4所示。

圖3 自然植被護(hù)岸剖面示意圖

圖4 塊石和木樁護(hù)岸剖面示意圖

2.5 水質(zhì)改善效果經(jīng)過改造以后，南湖水質(zhì)發(fā)生了明顯改變，通過生態(tài)修復(fù)，南湖生態(tài)水體基本達(dá)到了“水清、岸綠、魚游、景美”，形成了具有自凈能力的清水型生態(tài)系統(tǒng)，2020年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，南湖水質(zhì)基本穩(wěn)定在Ⅲ類水平，總磷、總氮等超標(biāo)因子均處于標(biāo)準(zhǔn)值以下，具體可見表2。

表2 2020年南湖水質(zhì)主要因子變化情況

3 結(jié)語

經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與水質(zhì)改善工程后，南湖湖泊的生態(tài)系統(tǒng)逐漸進(jìn)入到了穩(wěn)定狀態(tài)，整體環(huán)境得到了有效改善，水生動植物大量生長，南湖水域空間環(huán)境得以改善，水質(zhì)得到了凈化，在保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境基礎(chǔ)上，滿足了當(dāng)?shù)厝嗣駥δ虾珗@的觀賞要求。