城市景觀湖生態(tài)治理實(shí)踐與效果研究

摘要：針對(duì)城市景觀湖富營(yíng)養(yǎng)化問題，從污染負(fù)荷水平、生態(tài)系統(tǒng)凈化能力及水質(zhì)提升效果預(yù)測(cè)論證技術(shù)可達(dá)性后對(duì)該湖實(shí)施底質(zhì)改良、水生植物群落構(gòu)建、生物操縱等一系列生態(tài)治理工程。工程實(shí)施后，主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，水體清澈見底，浮游植物豐度顯著下降。該工程的顯著效果對(duì)我國(guó)南亞熱帶城市景觀湖生態(tài)治理具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：景觀湖泊；富營(yíng)養(yǎng)化；生態(tài)治理；生態(tài)系統(tǒng)

基金項(xiàng)目：貴州省高校人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目資助+貴州重要河湖濕地生態(tài)保護(hù)修復(fù)治理研究（2023GZGXRW170）

引言

城市景觀湖泊在改善微氣候，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及提供休閑娛樂場(chǎng)所等方面發(fā)揮著極其重要的作用[1] 。由于景觀湖水域面積小、流動(dòng)性差、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一、納污容量和自凈能力有限等，導(dǎo)致不同程度富營(yíng)養(yǎng)化[2]、藻類大量滋生、透明度和溶解氧下降、魚類死亡等，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致水體黑臭，影響景觀和周邊居民人居環(huán)境質(zhì)量[3] 。外源輸入與內(nèi)源釋放導(dǎo)致湖泊向富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，國(guó)際上公認(rèn)水體總氮（TN）含量達(dá)0.2mg/L、總磷（TP）含量達(dá)0.02mg/L是富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的閾值[4]。目前，國(guó)內(nèi)外常見的城市富營(yíng)養(yǎng)化湖泊治理技術(shù)有截污控源、生態(tài)引水、水生植物構(gòu)建技術(shù)、生物操縱等[5]，實(shí)踐證明這些組合技術(shù)對(duì)城市富營(yíng)養(yǎng)化水體具有明顯改善作用，已成功應(yīng)用于大中小型湖泊，如滇池、武漢竹子湖和清潭湖、肇慶星湖等[2][6～8]。

由于景觀湖自身特性及所處地的自然氣候差異，因而針對(duì)城市景觀湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的問題，需因地制宜選擇適應(yīng)的生態(tài)治理措施。現(xiàn)依托某富營(yíng)養(yǎng)化景觀湖泊水生態(tài)治理工程，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、方案設(shè)計(jì)和工程實(shí)施效果等方面進(jìn)行分析，同時(shí)從污染負(fù)荷水平、生態(tài)系統(tǒng)凈化能力及水質(zhì)提升效果預(yù)測(cè)3個(gè)方面分析論證，并采取不同生態(tài)治理措施的組合實(shí)踐應(yīng)用，以及總結(jié)可持續(xù)生態(tài)治理成果，為后續(xù)城市景觀湖泊治理提供指導(dǎo)與借鑒。

1工程概況與污染負(fù)荷計(jì)算

1.1工程概況

工程景觀湖水域面積33500m2，平均水深1.3m，屬半開放性水體，因潮汐變化，水位波動(dòng)30～50cm，湖體通過暗渠補(bǔ)水和排水，水體呈灰綠色，透明度小于30cm，帶有腥臭味，湖中野生雜魚較多，湖面角落分布少許水葫蘆，湖面漂浮較多落葉和塑料垃圾。

1.2 污染負(fù)荷計(jì)算

1.2.1降雨污染物輸入量

根據(jù)項(xiàng)目地年降雨量1802.5mm計(jì)算出水面直接降雨量，并得到水面降水污染負(fù)荷，水面降水量年均為60384m3，水面降水污染物凈輸入量TN為30.2kg、TP為3.02kg（雨水污染物平均含量TN 為0.5mg/L、TP為 0.05mg/L）。

1.2.2地表徑流污染物含量

主要徑流區(qū)域?yàn)槌鞘凶≌瑓^(qū)、廣場(chǎng)和道路，徑流區(qū)域面積約160000m2。徑流系數(shù)按《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則" 地表水環(huán)境》（HJ 610-2016） 中推薦值[9]，硬化地面徑流系數(shù)可取值0.8，通過計(jì)算得到目前周邊城市硬質(zhì)地面徑流量如表1所示。

對(duì)于地表徑流中水污染物含量參數(shù)選取，可類比《面污染源管理與控制手冊(cè)》[10]，具體取值是城市徑流BOD5 為30mg/L、CODCr 為20～600mg/L、TN為3～10mg/L、TP為 0.6mg/L。景觀湖周邊住宅區(qū)徑流污染物含量可參考城市暴雨水，TN取10mg/L，TP取0.6mg/L，綜上景觀湖的地表徑流氮、磷總負(fù)荷如表2所示。

1.2.3 湖區(qū)初次補(bǔ)水污染物輸入總量

根據(jù)景觀湖補(bǔ)水來源的東江南支流為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，其中TN含量為2mg/L，TP含量為0.4mg/L。景觀湖水域面積約33500m2，設(shè)計(jì)平均水深為1.3m，水體體積為43550m3，景觀湖外源補(bǔ)水污染物輸入量TN為 87.1kg、TP為 17.42 kg。

1.2.4污染物年輸入總量

綜合計(jì)算，工程景觀湖污染物年輸入總量如表3所示。

2工程綜合治理方案

2.1生態(tài)系統(tǒng)凈化能力分析

若景觀湖水質(zhì)能長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需使水體自凈能力提升，保證污染物進(jìn)入水體后得到充分凈化。沉水植物為生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，代表了整個(gè)水體的生產(chǎn)力，以沉水植物指標(biāo)表征生態(tài)系統(tǒng)綜合凈化效率進(jìn)行設(shè)計(jì)，沉水植物生長(zhǎng)繁殖周期為1年，其凈化效率按式（1）以全年計(jì)算。

式中" "A—每年削減的TN、TP總量；K—以沉水植物生物量為表征每kg沉水植物鮮重綜合凈化TN、TP的效率（根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，TN吸收量為5.55g/kg植物濕重，TP吸收量為0.5g/kg植物濕重）；G—沉水植物增重，6.5～8.5kg/m2；S—常水位下沉水植物種植面積，32600m2。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)沉水植物種植量1年能削減輸入的TN污染負(fù)荷為1176.04～1637.91kg，削減輸入的TP污染負(fù)荷為105.95～138.55kg，而景觀湖大氣濕沉降、周邊雨水徑流及東江南支流補(bǔ)水源帶入的TP總量為 37.74kg、TN總量為405.7kg。

根據(jù)分析通過生態(tài)治理后理論上主要水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。但為保證景觀湖水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，構(gòu)建沉水植物密度設(shè)計(jì)為150～200株/m2 [11]。為避免水位過度波動(dòng)而影響湖泊水質(zhì)，在景觀湖出水口位置新建1座小型水閘，通過水閘控制湖體水位相對(duì)穩(wěn)定，以確保工程施工完成后湖體主要水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2總體技術(shù)路線

景觀湖生態(tài)治理工程有5條技術(shù)路線，即① 控制及削減湖區(qū)內(nèi)外源污染，確定以沉水植物為主要生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建；② 現(xiàn)有崩潰生態(tài)系統(tǒng)的清除與重構(gòu)；③ 提高水體透明度，重塑水體生態(tài)景觀；④ 水體自凈能力提升，健全水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建；⑤ 生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，人為構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化過度為以自然為主導(dǎo)，達(dá)到水生態(tài)系統(tǒng)平衡、健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)良好水質(zhì)長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 主要工程措施

2.3.1基底改良

底質(zhì)改良劑是從底泥中篩選微生物合成的微生物制劑，并以沸石粉等為固定化載體，對(duì)底泥進(jìn)行改良。

2.3.2多樣性生境營(yíng)造

構(gòu)建堆積式魚巢，為魚類提供生長(zhǎng)繁殖場(chǎng)所，促進(jìn)魚類結(jié)構(gòu)多樣性。

2.3.3水生植物群落構(gòu)建

水生植物群落構(gòu)建主要包括沉水植物、挺水植物和浮葉植物。在水深0.5～2 m區(qū)域種植苦草等沉水植物[12]；在湖中及湖邊種植睡蓮等浮葉植物[7] ，以及種植梭魚草、水生美人蕉、旱傘草、菖蒲等挺水植物[12]。

2.3.4 水生動(dòng)物投放

水生植物群落生長(zhǎng)穩(wěn)定后，通過投放肉食、濾食性魚類、螺蝦貝類等底棲動(dòng)物，完善水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈網(wǎng)，構(gòu)建健全的水生態(tài)系統(tǒng)。其中，通過投放肉食性魚類控制食浮游動(dòng)物魚類，提高大型枝角類數(shù)量，增加對(duì)浮游植物的牧食，降低藻類生物量[13]。

2.3.5增氧設(shè)備安裝

曝氣充氧提高了湖水的可生化性，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的氧化降解[14]。通過安裝增氧曝氣設(shè)備達(dá)到增氧、造流、水體循環(huán)的目的，水動(dòng)力條件得以改善，促進(jìn)好養(yǎng)微生物生長(zhǎng)。

3治理前后變化

3.1 水質(zhì)指標(biāo)變化

項(xiàng)目景觀湖治理前后水質(zhì)指標(biāo)變化如圖1所示，生態(tài)治理工程實(shí)施后，景觀湖水體透明度明顯升高，水體清澈見底，主要水質(zhì)指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)，水體CODCr、NH3-N、TP含量顯著降低，據(jù)地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)其中CODCr含量由劣Ⅴ類水平逐漸達(dá)到Ⅲ水平，隨著沉水植物生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后，CODCr含量一直穩(wěn)定在地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N質(zhì)量含量由Ⅴ類水升至Ⅰ類水平，TP含量由Ⅴ類水平升至Ⅲ類水平，透明度從小于30 cm上升至清澈見底并持續(xù)穩(wěn)定。沉水植物對(duì)水質(zhì)能起到改善作用，沉水植物種植前后透明度的提升至關(guān)重要，魚類也是一個(gè)需要高度重視的因素[15]，底泥氧化、微生物降解等措施地采取后的協(xié)同作用使得水質(zhì)得到提升。

3.2 浮游植物組成及生物量變化

水體葉綠素a含量一定程度上可反映浮游植物生物量，項(xiàng)目景觀湖治理后，葉綠素a含量明顯降低，從之前的160μg/L降低并一直持續(xù)穩(wěn)定維持在10μg/L左右。通過對(duì)景觀湖治理前后浮游植物采樣鑒定，浮游植物種類主要為藍(lán)藻、綠藻、硅藻、甲藻、裸藻等，治理前后變化不大。但治理后，浮游植物豐度明顯降低，其中藍(lán)藻、綠藻和硅藻分別降低了89.1%、91.6%、90.5%，如圖2所示。這主要由于高等水生植物通過營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)及化感作用抑制藻類生長(zhǎng)，同時(shí)食藻性魚類、浮游動(dòng)物等通過濾食也能大量減少藻類數(shù)量[16]。景觀湖治理前后的對(duì)比如圖3所示。

結(jié)論

治理后項(xiàng)目景觀湖水質(zhì)得到明顯改善，CODCr、NH3-N、TP、葉綠素a含量及浮游植物豐度顯著降低，水體透明度顯著上升，表明生態(tài)治理工程對(duì)城市景觀湖泊水質(zhì)改善效果明顯，故重建以沉水生植物為核心的生態(tài)系統(tǒng)是抑制浮游植物生長(zhǎng)和改善景觀湖泊水環(huán)境的有效途徑。但實(shí)踐中還需從治理效果、工程成本及后期運(yùn)維成本綜合考慮。

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作者簡(jiǎn)介

王妙（1987—），男，土家族，湖南常德人，工程師，碩士，主要從事水生態(tài)修復(fù)與黑臭河道治理工程工作。

通信作者

張華俊（1983—），男，漢族，湖北荊門人，高級(jí)工程師，博士，主要從事污水處理、水生態(tài)修復(fù)與黑臭河道治理技術(shù)研究工作。