小兴凯湖承黑湿地修复方案分析

鞠永富，于　婷，任　磊

(1.东北农业大学，哈尔滨 150030；2.黑龙江省水利厅，哈尔滨 150001)



小兴凯湖承黑湿地修复方案分析

鞠永富1,2，于婷2，任磊1,2

(1.东北农业大学，哈尔滨 150030；2.黑龙江省水利厅，哈尔滨 150001)

摘要：修复与改善湖滨带是保护小兴凯湖的重要举措，文章主要以恢复小兴凯湖承黑湖滨湿地生态系统的功能为目标，运用人工湿地生物净化工程与水利建设工相结合的方法，改造自然湿地现状，恢复湿地净化水质、涵养水土、生物栖息的功能，达到净化承紫河、小黑河进入小兴凯湖水质，充分发挥承黑湿地的屏障作用。

关键词：小兴凯湖；湿地修复；湖滨带；生态系统；水质净化

0前言

近年来，小兴凯湖湖滨带自然生态结构由于人类的活动受到破坏，其缓冲及净化功能均不能完全发挥作用，湖滨带植被大量减少，生境恶化，使得湖滨浅水区鱼类和其他生物数量不断减少，生物多样性下降。

同时，流域内农田大量施用化肥、农药，除被农作物利用和土壤残留外，其余营养元素在降水和灌溉作用下，通过地表径流、农田排水等排入河流，导致承紫河、小黑河水体富营养化，水质污染因子严重超标。承黑湿地位于小兴凯湖北侧，是小兴凯湖湖滨湿地的一部分，通过对承黑湿地的修复与建设，可以有效地改善湖滨带的结构功能，使其充分发挥其缓冲带与净化带的功能。两湖具有一定的水利联系，小湖的水质变化必然会影响到大湖，而大湖是中俄界湖，其水生态环境保护与治理对维护我国国际地位具有重要意义。因此，为保护小兴凯湖，承黑湿地的修复与建设势在必行。

1概况

兴凯湖位于黑龙江省密山市，包括大兴凯湖和小兴凯湖。两湖之间有一条天然沙坝，小湖比大湖水位高，开通新开流排水闸、鲤鱼岗排水闸、泄洪一闸和泄洪二闸向大兴凯湖排水。小兴凯湖东西长34.5 km，南北宽4.5 km，总面积176 km2，平均水深1.8 m。

本项目通过入湖河流水质改善，湖滨带生态修复，开展湖滨带及湿地的保护与修复，可以增强湖滨区水土保持能力，明显改善湖滨区生态景观，使流域整体生态系统的稳定性和自我更新、自我修复能力加强，生态系统逐步得到完善。通过对湿地的修复与建设，处理后水质将达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类标准。

2方案设计与分析

本次修复工程由水利建设工程、湿地水质净化工程、湿地生态恢复工程与水生植物保育4部分组成，见图1，工程量见表1~4。

表1　兴凯湖北湿地恢复项目建设主要工程总量

表2　水利建设工程量

表3　水质净化工程工程量

图1工程平面布置图

2.1　水利建设工程

通过在河道入湖口处设置拦污栅对入湖水流漂浮物进行拦截，建设导流渠将水流引入生态沉淀塘沉淀，最后进入湖岸带自然湿地。

2.1.1设置拦污栅

承紫河携带大量漂浮物，如玉米秆、塑料袋等进入小兴凯湖，在距河道入湖口50 m处设拦污栅。为防止小兴凯湖内鱼类洄游，在拦污栅下游侧设一道21 m2拦鱼网，设隔墙和底板采用挂钩方式固定渔网。

2.1.2导流布水建设工程

为保证承紫河水流进入湿地后均匀布水，设计一条导流渠，水流导入布水渠后进入自然湿地。导流渠采用浆砌片石材料，渠宽20 m，长110 m，深1 m。

表4　湿地生态修复与建设工程量

2.2　湿地水质净化工程

2.2.1沉淀塘建设工程

沉淀塘是利用天然水中存在的水生植物、水生动物对污水进行处理的一种稳定塘。污水在塘内缓慢地流动，较长时间的贮留，通过在污水中存活的微生物的代谢活动，包括水生植物在内的多种生物的综合作用，使污染物降解。

承黑湿地浅水区平均水深约为0.03~0.5 m，在该区域内设沉淀塘。根据河道流量平均流量0.06 m3/s，最大流量60 m3/s计算，设计沉淀塘沉淀时间至少为1 d,总面积为11 hm2,沉淀塘边坡按1∶2自然缓释放。

2.2.2人工浮岛建设工程

人工浮岛是利用植物无土栽培原理，以浮岛作为载体，把高等水生植物或改良陆生植物种植到富营养化水体的水面，通过植物根部的吸收、吸附和根际微生物对污染物的分解、矿化以及植物同化作用净化水体。

人工浮岛工程建设在沉淀塘内，面积约为11 hm2，水域覆盖面积至少35%。人工浮岛的水下固定保证浮岛不被风浪带走，在水位剧烈变动的情况下，能够缓冲浮岛和浮岛之间的相互碰撞。设计沉淀塘的深水区约为1.5~2 m，正常情况下水位变化较小，采用锚固式。

2.2.3湖岸缓冲带自然湿地修复工程

导流布水渠的水体最先经过湖岸缓冲带净化，通过缓冲带植物的净化和对农田水中N、P等营养元素的截流。设计对湖滨水陆交错缓冲带的植物进行人工修复，设计修复区域为19 hm2，主要对植物生长密度相对较低的植被覆盖区域进行人工补植，补植植物主要为沼生、湿生植物。

2.2.4湖滨水陆交错带自然湿地修复工程

由于湖滨水陆交错带为水线与岸线交错处，当高水位时，岸带成为水生环境，低水位时成为陆生环境，创造了厌氧和好氧的条件。因此渠水经过整个湖岸缓冲带自然植被的净化后，设计对湖滨水陆交错带种植挺水植物，提高水质净化能力。考虑水位的变化及景观特点，与水域植物形成过度带，在保留原有植物的基础上，设计挺水植物组合配植，修复面积约为10 hm2。为防止湖岸带的水土侵蚀，依照植物“草—灌—乔”演替的规律，设计在挺水植物的陆地内侧，构建湿生灌木植物紫穗槐、湿生乔木沼柳、水曲柳以稳固湖滨岸带，修复面积为4 hm2。

2.2.5湖滨消落带生态清淤工程

由于小兴凯湖季节性水位变化，而湖泊底泥是陆源性入湖污染物(营养物、重金属、有机有毒有害物等)的主要蓄积场所。当外源得到有效控制的情况下，生物或物理因子等作用促使沉积物释放，有可能导致水体在相当长的使其内维持富营养化等不良状态，底泥则成为水体污染的主要来源。小兴凯湖滨岸带大量淤泥中携带大量的污染物质，会对小兴凯湖水质造成严重的内源污染。因此在小兴凯湖季度退水时期，对工程区域湖滨沿岸消落带底泥疏挖，使消落带区成为淹没带，形成厌氧环境，减少淤泥底质对水体的污染。设计底泥疏挖面积为12 hm2，清淤后运往项目地外进行处理。

2.3　湿地生态恢复与建设工程

本地植物种类的引入与恢复及景观的复合性有利于动物多样性的恢复。根据现有的地理与生态环境状况，尽量选择本地植物构建多种生境，丰富生态系统类型和生物多样性，同时进行与之相适配的景观设计，使湿地具有水质净化与景观美化的双重功能。通过湿地恢复或修复生物多样性，保持湿地发展可持续性，改善湿地的景观，发挥湿地的自然生态功能。

2.3.1基底修复生态工程

由于小兴凯湖北部承黑湖滨湿地内基底存在的少量高差较大的陡坡、深坑等地形，不利于植物的生长和水生植物带的构建。因此，需要在湖滨湿地现状地形、地貌的基础上进行适当的改造，以利于湖滨带的修复与完善，保证修复后湖滨湿地的环境功能和景观效果。根据现有地形的实际情况对湖滨带内的部分陡坡及深坑进行削坡和填坑，以使土方做到平衡，工程面积为52.2 hm2。削坡处理后的坡度尽可能小，填坑就近取土，优先选用削坡产生的土方。

2.3.2水生植物生态带恢复与构建

对承紫河退化的湖滨带湿地原位进行修复，采用确定先锋物种、生物调控和生物收获等方式进行湿地恢复与重建。具体做法是优先保留现有长势良好的湿地植物群落，再通过人工来强化湿地修复途径和生态工程途径。

植物配置以“挺水植物—浮水植物—漂浮植物—沉水植物”的优化组合，形成良好生态群落，防止单一种群的侵害，也可抑制低等藻类植物的水体富营养化，同时考虑合理的植物配置，避免产生化感作用，抑制植物的生长。

2.4　水生植物保育与管理工程

2.4.1水生植物保育工程

承紫河入湖滨带内生长有一定量的植物，对湖滨带范围内人工种植的乔木、灌木等植被实施保护，在工程建设的过程中加强管理，避免对现有植物的损害。在湖滨湿地内部设置间隔警示牌和宣传牌，共设置警示牌50块、宣传牌50块。通过设立警示牌、专业人员定期巡查、鼓励附近村民监督等多种方式，保障不受人为干扰。通过设置宣传牌，书写环境保护标语，加强环保宣传，增强周围居民环保意识，对破坏行为自觉抵制，使其做到自觉保护小兴凯湖湖生态环境。

2.4.2水生植物管理工程

设计对修复和建设区域的湿地水生植物采取冬季冰上机器收割法，防止植物第2年进入水体加剧湖区水质富营养化。有研究表明，植物生长一段时间(约30 d)以后水体中氮、磷等营养元素因为植物落叶分解等原因使得水体中各种指标值有所上升,但在21d打捞起水中落叶和收获一部分植物之后,水体中营养元素的去除率可以达到去除约20%~30%。因此植物对水体的净化具有双重作用，要及时对植物进行收割。

2.4.3水生植物利用

水生植物含有丰富的氮、磷等营养元素、有机质、水分等含量高，可直接将植物打浆制成液体肥料直接施与田中，作为绿肥使用。芦苇等挺水植物也可堆制有机肥作为土壤改良剂，其富含纤维，晒干后也可作为造纸的原料。香蒲、泽泻、菖蒲等水生植物有一定的经济、医用和价值，可作为中药材进行利用。有些水生植物可进行厌氧发酵，作为沼气使用。

3湿地水质净化效益分析

通过修复和补植承黑自然湿地植被系统，对湖岸缓冲带、湖滨水陆交错带、水生挺水植物种植区等不同生态单元的构建和恢复，以达到净化入湖水质及削减污染物的目的。

3.1　湿地进水污染物含量

承紫河2013年下半年进水水质情况见表5。

表5　2013年承紫河进水水质情况　mg/L

3.2　污染物削减量分析

通过湿地修复的设计来改善入湖水质，对减少有机物、氮磷等污染物及细菌进入水体，降低水体富营养化风险，改善地区水环境等有显著作用。有研究表明，在6-7月植物生长季节中，藨草、菖蒲、香蒲、泽芹、泽泻、芦苇、苔草配植的自然湿地植被对COD的最佳净化水平为175~205 mg/L，TN为10~40 mg/L，TP为2.5~4 mg/L。综合自然湿地系统中植物、土壤、微生物的相互作用，自然湿地对总磷、总氮和COD的去除率分别为40%~90%、37%~90%、49%~65%。

根据污染物削减量计算公式：去除率(%)=污染物削减量/污染物水质指标初始值，计算自然湿地水力负荷条件下不同自然湿地对污染物削减量如下：

表6　不同自然湿地对污染物削减量　t/a

4结语

通过改善小兴凯湖入湖河流水质和修复湖滨带生态，可以增强湖滨区水土保持能力，有效地改善湖滨带的结构功能，使其充分发挥其缓冲带与净化带的功能，明显改善湖滨区生态景观，使流域整体生态系统的稳定性和自我更新、自我修复能力得到加强。

参考文献：

[1]熊汉锋,黄世宽,陈治平,等.梁子湖湿地植物的氮磷积累特征[J].生态学杂志,2007(04):466-470.

[2]蒋跃平,葛滢,岳春雷,等.人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献[J].生态学报,2004(08):1720-1725.

[3]傅玲.水生植物群落对水体中氮磷净化效果研究[D].南京师范大学,2014.

[4]陈翠翠,于洪贤,姚允龙,等.西泉眼水库消落带水生植物群落及分布特点[J].东北林业大学学报,2012(01):110-113.

Analysis of Chenghei Marsh Restoration Scheme on Small Xingkai Lake

JU Yong-fu1,2;YU Ting2and REN Lei1,2

(1.Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China;

2.Water Resources Ministry of Heilongjiang Province,Harbin 150001,China)

Abstract：To restore and improve the belt of lake shore is an important measure for protecting the small Xingkai Lake, and the study is to restore the ecological functions of Chenghei lakeside marsh as the major aim, using the method combining artificial wetland biological purification project with water conservancy construction, to reform the existing status of natural marsh, to restore purified water quality of marsh,water and soil conservation, ecological habitat, realizing water quality purification of Chengzi River, small Hei River flowing to the small Xingkai Lake, to take full roles of the Chenghei marsh as a protective screen.

Key words：small Xingkai Lake; marsh restoration; belt of lake shore; ecological system; water quality purification

[作者简介]鞠永富(1984-)，男，黑龙江绥芬河人，工程师；于婷(1986-)，女，辽宁岫岩人，工程师；任磊(1982-)，男，黑龙江宁安人，工程师。

[收稿日期]2015-10-19

中图分类号：X171.4

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)08-0049-05