湖泊水環(huán)境綜合治理技術(shù)方案分析

摘要：湖泊作為“山水林田湖草沙”生命共同體的重要組成部分，在水環(huán)境保護工作中，湖泊的生態(tài)保護具有極為重要的意義。我國北方某湖泊屬于閉口湖，水體流動性差，自凈能力弱。本文結(jié)合具體案例，分析湖泊水環(huán)境現(xiàn)狀，設(shè)計湖泊綜合治理技術(shù)方案，為湖泊生態(tài)治理提供技術(shù)參考。研究表明，利用生態(tài)治理手段，構(gòu)建涵養(yǎng)型湖泊濕地，可以綜合改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。水環(huán)境治理工程可以有效提高湖泊水質(zhì)，確保水體穩(wěn)定保持Ⅳ類地表水水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：湖泊；濕地；綜合治理；生態(tài)環(huán)境

中圖分類號：X524 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.053

Analysis of Comprehensive Treatment Technology Scheme for Lake Water Environment

——Taking the Water Treatment Project of a Lake in Northern China as an Example

LI Muhui

（Shenyang Saisi Environmental Engineering Design amp; Research Center Co.， Ltd.， Shenyang 110167， China）

Abstract： Lakes are an important component of the life community of \"mountains， rivers， forests， fields， lakes， grass， and sand\"， in the protection of water environment， the ecological protection of lakes is of great significance. A certain lake in Northern China belongs to a closed lake， with poor water flow and weak self-cleaning ability. Based on specific cases， this paper analyzes the current situation of lake water environment， designs a comprehensive treatment technology scheme of the lake， and provides technical reference for lake ecological treatment. The research shows that the use of ecological treatment means to build conservation type lake wetlands can comprehensively improve the regional ecological environment. The water environment treatment project can effectively improve the water quality of lakes and ensure the stable maintenance of Class Ⅳ surface water quality in water bodies.

Keywords： lakes; wetlands; comprehensive treatment; ecological environment

湖泊是地表水的重要載體[1-2]，具有調(diào)蓄防洪、改善環(huán)境、維持生態(tài)平衡、凈化水質(zhì)等多重作用[3]。湖泊濕地可以涵養(yǎng)水源，增加生物多樣性，營造生物棲息地，具有顯著的生態(tài)效益和社會效益[4]。利用生態(tài)治理手段，提高湖泊自凈能力，改善水質(zhì)，恢復(fù)自身應(yīng)有生態(tài)功能，是湖泊生態(tài)治理的根本。本文以我國北方某湖泊為例，系統(tǒng)分析其水環(huán)境現(xiàn)狀，設(shè)計高效、生態(tài)、經(jīng)濟的綜合治理技術(shù)方案，為湖泊綜合治理提供參考。其間通過綜合治理優(yōu)化補水退水通道，利用基質(zhì)凈化、植物凈化等生態(tài)治理手段，構(gòu)建涵養(yǎng)型湖泊濕地，改善湖泊水質(zhì)及周邊環(huán)境，使湖泊常年穩(wěn)定保持Ⅳ類地表水水質(zhì)。

1 湖泊水環(huán)境現(xiàn)狀

近年來，人們對水環(huán)境的重視度不斷提高，該湖泊已完成湖底清淤工程。在不占用農(nóng)田、民房和廠房的前提下，對現(xiàn)有湖泊開口線進行規(guī)整。現(xiàn)狀補水通道共有3處，主要補水通道與退水通道為同一處，通過閘門控制進水、退水。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該湖泊為閉口湖，水資源嚴(yán)重短缺，水體流動性差，自凈能力弱。整個湖體水動力不足，水生態(tài)系統(tǒng)不完整，水面可見水生植物較少，已不能充分發(fā)揮生態(tài)調(diào)節(jié)功能，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境。湖泊水質(zhì)部分時間段為劣Ⅴ類，主要超標(biāo)因子為化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）和總磷（TP），水體急需進行治理與修復(fù)。

經(jīng)調(diào)查，湖泊周圍基本無點源污染，周邊工廠及村莊生活污水無污染源接入。湖泊周邊有農(nóng)田及荒地，因此存在面源污染。此外，周邊的養(yǎng)殖池塘及工廠排放的部分污染物流入湖中，也對水體造成嚴(yán)重污染。進入湖體的主要污染物為有機物、懸浮物（SS）、石油類等，造成湖中N、P濃度超標(biāo)，湖水產(chǎn)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象，雨季，地表徑流將部分污染物帶入湖中，造成湖泊水質(zhì)惡化。

2 湖泊綜合治理技術(shù)方案設(shè)計

湖泊綜合治理的目標(biāo)為緩解水資源短缺問題，豐富湖域水生生物及陸生生物多樣性，實現(xiàn)湖泊水生態(tài)功能修復(fù)，發(fā)揮涵養(yǎng)水源的重要作用。同時，減少周圍農(nóng)田退水中的污染物，改善水質(zhì)，削減水污染物總量，汛期緩解城市防洪壓力，實現(xiàn)防洪功能。

2.1 工程規(guī)模確定

2.1.1 補水量確定

為緩解湖泊水資源短缺現(xiàn)狀，兼顧周圍補水河道的基本生態(tài)功能，須保證最小生態(tài)水量。河段基本處于自然狀態(tài)，蒸發(fā)滲漏損失已在現(xiàn)狀實測水量中反映，生態(tài)水量為基流量。生態(tài)基流一般采用蒙大拿法計算，取多年平均天然徑流量的10%～30%作為生態(tài)水量。本設(shè)計取補水河道日常流量的15%作為生態(tài)水量。

2.1.2 處理規(guī)模確定

湖泊水環(huán)境治理主要采用構(gòu)建人工濕地型湖泊的方式，采用生態(tài)修復(fù)方式進行工程建設(shè)。根據(jù)《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》中表流人工濕地設(shè)計參數(shù)的推薦值，本設(shè)計確定水力負荷為0.1 m3/（m2·d）。

2.1.3 削減量確定

綜合考慮地區(qū)氣候條件和目標(biāo)要求，確定COD削減負荷取0.5 g/（m2·d），氨氮削減負荷取0.02 g/（m2·d），TN削減負荷取0.05 g/（m2·d），TP削減負荷取0.008 g/（m2·d）。

2.2 綜合治理方案

湖泊生態(tài)治理措施主要分為5項工程內(nèi)容，補水退水通道規(guī)劃、生態(tài)滯留塘措施、基質(zhì)凈化措施、生態(tài)隔離帶建設(shè)和水生植物凈化措施。充分利用湖域進行生態(tài)修復(fù)治理，采用水生植物、陸生植物種植及生態(tài)基質(zhì)凈化方式構(gòu)建生態(tài)表流濕地，改善湖域生態(tài)面貌。湖泊生態(tài)綜合治理的主要工藝流程為：河水/農(nóng)田補水→進水口→生態(tài)滯留塘→生態(tài)基質(zhì)凈化→生態(tài)隔離帶/水生植物凈化→退水溢流堰→出水河道。

2.2.1 補水退水通道規(guī)劃

綜合考慮補水量及排水量，進行水量平衡分析，合理進行水源供給。其中，年滲漏量為湖泊蓄水量的30%，水面蒸發(fā)量通過調(diào)查當(dāng)?shù)仄骄舭l(fā)量計算，自然補給水量考慮地區(qū)多年平均降水量及降水集中月份降水量。結(jié)合湖泊周圍地形、種植結(jié)構(gòu)及地下水埋深等條件，綜合確定周圍農(nóng)田排水模數(shù)。

補水通道配套節(jié)制閘，將水位提高，然后其進入湖泊進水通道。退水通道在退水口設(shè)置溢流堰，湖中退水通過溢流堰進入河道后流出。工程新增2處進水口、1處退水口，保留原進水口2處、封閉原退水口，確保湖泊水量充足。同時，新建節(jié)制閘、過水洞、退水溢流堰等工程，加強水體流通性。

2.2.2 生態(tài)滯留塘

生態(tài)滯留塘屬于人工濕地的預(yù)處理工程，通過滯留沉淀的方式對湖泊的進水進行處理。生態(tài)滯留塘設(shè)置在湖泊進水的前端，用于沉淀滯留進水中的污染物。生態(tài)滯留塘設(shè)計如圖1所示。滯留塘設(shè)計水深為0.5～1.5 m，平均水深為1.0 m，在中間位置設(shè)置深水區(qū)，四周設(shè)置為淺水區(qū)，種植荷花、香蒲等植物，發(fā)揮水質(zhì)凈化功能。

2.2.3 基質(zhì)凈化措施

基質(zhì)凈化主要利用填料過濾、吸附、微生物強化等方式凈化水質(zhì)，該工程共布設(shè)生態(tài)網(wǎng)箱2.5 hm2。生態(tài)網(wǎng)箱內(nèi)部填料主要為礫石及微生物固定化填料，由多個單元拼接而成，之間用鋼絲固定。網(wǎng)箱填料空隙有利于微生物菌劑附著和水生動植物的生長，可以形成良好的底棲生態(tài)系統(tǒng)。通過良好的水體交換，網(wǎng)箱內(nèi)生物菌劑可以分解污染水體內(nèi)的多種污染物。

2.2.4 生態(tài)隔離帶建設(shè)

生態(tài)隔離帶可以有效提升河岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，加強河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的生物生態(tài)功能。工程對河道兩側(cè)路段未栽植植物的河岸進行處理。在現(xiàn)狀地形地貌基礎(chǔ)上，形成喬-灌-草立體復(fù)合結(jié)構(gòu)。盡可能采用本土植物，通過喬灌草結(jié)合形成復(fù)層林冠結(jié)構(gòu)，該模式能更好地發(fā)揮林冠對降雨的截流作用，減弱雨水對地面的濺擊作用。

生態(tài)隔離帶占地面積為6.8 hm2，結(jié)合地形及現(xiàn)狀樹種，平均寬度為7 m，種植植物主要為垂柳、青楊、京桃、山杏、山梨、金葉榆、連翹、重瓣榆葉梅、紫丁香、白三葉等。

2.2.5 水生植物凈化區(qū)

選用在當(dāng)?shù)睾恿骷昂拥纼?nèi)較常見的原生濕地水生植物優(yōu)勢種且適宜在當(dāng)?shù)刂苓吷L的鄉(xiāng)土水生植物作為補建補植的選擇種。水生植物是人工濕地的重要組成部分，濕地水生植物類型主要包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。一般人工濕地不只是配置單一的某種植物，而是配置比較多的植物，不同植物的搭配及在床體的位置對污染物的去除能力存在差異。

水生植物凈化區(qū)域共設(shè)置2.75 hm2，種植深度在0.5 m左右。根據(jù)湖泊實際適生情況，選擇荷花、菖蒲、香蒲、蘆葦、黃花鳶尾和千屈菜配置水生植物。水生植物種類與面積統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

在湖泊局部設(shè)置推流式曝氣設(shè)備，實現(xiàn)增氧曝氣與水體循環(huán)，利用太陽能作為動力來源，降低運行費用。利用其推力及攪拌力，使水底由缺氧狀態(tài)向富氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，增加水體溶解氧，提升水體自凈能力，提升濕地內(nèi)部處理效能。

3 結(jié)論

湖泊水質(zhì)凈化是生態(tài)環(huán)境改善的重要內(nèi)容，結(jié)合人工濕地建設(shè)，將環(huán)境的協(xié)調(diào)性和生態(tài)營造功能性有機結(jié)合，既協(xié)調(diào)經(jīng)濟社會發(fā)展，又兼顧環(huán)保目標(biāo)[5]。湖泊生態(tài)環(huán)境修復(fù)可以有效調(diào)節(jié)區(qū)域水流量，提高區(qū)域生物多樣性，保障湖水水質(zhì)安全，具有明顯的生態(tài)環(huán)境效益。該湖泊綜合治理后，湖水污染物總量有效降低，水環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善，COD、氨氮等污染物的去除效果明顯。多種污染物均得以有效削減，COD年削減量達175.62 t，氨氮年削減量達7.02 t，TN年削減量達17.56 t，TP年削減量達2.81 t。由于出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)，該湖泊既可以作為區(qū)域生態(tài)廊道和濕地公園的補充水源，又可以作為市政綠化的景觀用水水源。

參考文獻

1 張甘霖，谷孝鴻，趙 濤，等.中國湖泊生態(tài)環(huán)境變化與保護對策[J].中國科學(xué)院院刊，2023（3）：358-364.

2 齊延凱，孟順龍，范立民，等.湖泊生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究進展[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2019（26）：84-93.

3 吳 妍.夏熱冬冷地區(qū)湖泊濕地型城市綠化策略研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007：15-16.

4 劉 鵬，秦 灝，吳小靖，等.長三角一體化示范區(qū)典型湖泊生態(tài)修復(fù)路徑[J].江蘇水利，2023（1）：40-44.

5 王子健，胡 婧，張 晨，等.景觀湖泊黑臭水體生態(tài)修復(fù)措施和效果：以武漢市金湖生態(tài)修復(fù)工程為例[J].環(huán)境工程學(xué)報，2022（5）：1702-1712.