城市湖泊生态改造设计

Tang+Van+Tai+Tran+Ngoc+Binh+Nguyen+Nhu+Anh+Phan+Hong+Nhung

摘 要：转通湖泊驳岸技术是使用混凝土和浆砌石材料来建造硬质直立式驳岸结构为达到固土目标，但是硬化混凝土驳岸系统已经破坏了湖泊水生态和自然景观。湖泊生态化改造是通过土木工程结合生态技术，强化湖泊的自身防止污染功能，同时提高了湖泊生态多样性及水体自能力[1]。该研究通过调研越南荣市气候、环境特点与南湖污染现状，提出了湖泊驳岸生态化改造设计方案。

关键词：水生态修复；越南南湖；生态驳岸；湖泊改造

中图分类号 X322 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）23-0100-03

1 研究方法和背景

1.1 研究背景 自1990年起，越南荣市的经济、社会和人口不断增加，城市人民生活、生产及其交通活动中已经产生了大量污染废弃，造成城市地表环境污染[2]。在城市发生暴雨或洪水后，雨水径流已经冲刷和溶解地表污染，然后进入城市湖泊系统造成湖泊水体污染。对于亚热带多雨区域，每年经常出现暴雨和洪水，使得城市湖泊污染控制与处理更为困难。传统的湖泊驳岸方法主要是通过采用混凝土、浆砌石建造湖泊驳岸结构。采用直立式驳岸结构虽然特有较高的固土效能，但是这种措施会破坏湖泊生态环境和自然景观，并隔断水体和土体交换，同时降低了水自净能力和湖泊生态多样性。生态驳岸是结合采用土木工程技术和生态技术为建造一种绿色驳岸结构，不仅满足了固土要求，还有较高的水体修复能力。折除硬质驳岸过程中，会造成湖泊水体受污染，所以应用生态护坡技术将护坡硬质驳岸生态化改造，成为了研究热点。

1.2 研究地点 荣市属于越南北中部的城市，属于亚热带多雨区气候（图1）。南湖是荣市大面积的湖泊之一，位于荣市中心，对于荣市的景观和生态有较高价值。南湖面积约56 400m2，容量约780 000m3，最高水位+3.4m，最低水位+1.4m。湖泊周围是城市公路和景观植被包围起来的[5]。

1.3 研究方法 调研荣市气候；调研南湖驳岸及其水质污染现状；根据，南湖驳岸的现状为提出南湖驳岸生态化改造方案。

2 荣市气候特点和南湖驳岸和水质现状

2.1 荣市气候特点

2.1.1 温度 荣市属于亚热带区，气候四季温暖，荣市夏季温度属于35～40℃，冬季温度属于12～18℃，这是代表亚热带气候的特殊的[4]。

2.1.2 雨量 荣市气候明显分成旱季和雨季。旱季属于12月至次年4月，平均雨量为45.62mm，降雨强度较低，但降雨雨时间较长，降雨平均强度为3.25mm/h。雨季属于5—11月，平均雨量为268.3mm，降雨强度较高，但时间降雨较短，平均降雨强度为87.31mm/h，这时段经常发生暴雨和洪水[4]。

2.2 南湖驳岸和水质现状

2.2.1 南湖驳岸现状 在2012年，荣市政府通过采用传统硬质驳岸为改造南湖。驳岸破面采用混凝土和浆砌石材料来建造一层硬质混凝土层为固定自然破面的土壤，驳岸破面结构厚度为0.25m，驳岸设计坡度为3∶5。驳岸的护脚是采用钢筋混凝土建造的，护脚截面为0.5m×0.7m（如图2、图3）[5]。改造方案主要是达到固土和防洪目标，并防止周围土壤坍塌于湖泊造成湖泊容量降低和水体污染。但是，关于湖泊生态和景观目标还是没有考虑的。硬质混凝土驳岸建造之后，虽然可以保证南湖岸边的稳定性，防止土壤和地下污水进入湖曹，但是硬质混凝土驳岸建造措施已经破坏了湖泊自然环境，隔断水土交换，降低水体自净能力，植被无法生长、水生动物失去产聊、避难和觅食场所等。结果，湖泊失去了生态多样性，水生态和美化价值降低。

2.2.2 湖泊水质现状 根据荣市环境局2015年荣市地表水质报告的资料和越南地表水质标准（表1），可以认为从2013年到2015年，南湖水质的NH4+、PO43-、COD浓度都明显增加，并超过水质B类标准，这证明南湖水质一直降低，而没有改善表现。南湖周围在驳岸建造之后完全失去自然生态环境，植物和动物无法生长和繁殖[3]。

3 荣市湖泊生态改造方法

3.1 生态化改造设计方案 硬质驳岸生态化改造主要通过采用自然材料进行覆盖硬质驳岸表面为形成多孔结构，可使植物、动物及其微生物提供了生存和发展的场所，从而提高了湖泊生态多样性和水体自净能力。具体南湖驳岸生态改造方案如图4、图5和图6所示。

3.1.1 驳岸破面生态化改造 在原位硬质混凝土驳岸进行建造固定石笼的混凝土框架，距离3m，建造以个截面为0.2m×0.2m的混凝土梁。同時，采用钢筋混凝土改造原来的护脚能够支撑石笼结构。使用铁丝网网眼为5cm×5cm，制作成铁笼体积为3m×1.5m×0.25m，将铁笼安装在驳岸已建造的混凝土框架，然后采用石头直径为 13～18cm填满铁笼形成了石笼结构。在护脚下，采用石头直径为25～35cm 进行堆放，为提高护脚的稳定性和多孔结构（如图4和图5）[6]。

3.1.2 驳岸岸边生态改造 在湖泊岸边进行去除混凝土路面，并建造生物滞留池为提高湖泊防止雨水水表径流污染湖泊水体的危机。生物滞留池系统设计包围了湖泊周边，宽度为1.5m。生物滞留池的包括：（1）土工布；（2）石头直径属于15～20cm，厚度为0.3m；（3）石头直径属于5～10cm，厚度为0.2m；（4）砾石直径属于1～2cm，厚度为0.1m；（5）直生植物层（如图6）。生物滞留池的一般的孔隙率大约35%～40%，每一米滞留池长度可储存0.3～0.35m3雨水[7]。

3.1.3 植物选择 根据驳岸结构和亚热带气候特点，应选择复合的植物。在岸边生物滞留池和沿岸破面建议采用狗牙根、黑麦草等直生植物，由于两种植物茎发达蔓延力很强，根茎广铺地面，并且生存能力较高。另外，可以选择大型植物如垂柳、来朱涛等根系发达的植物，并不破坏生物滞留池结构。驳岸破面可选择某种水生植物如香蒲、菖蒲、蒲苇等，又有较高的水体修复能力，可适应于亚热带多雨气候，并可美化环境[6]。另外，可以放浮水植物如浮萍、凤眼莲、满江红，从而提高了湖泊岸边景观和水体修复效果。

3.2 驳岸生态化改造效能分析

3.2.1 雨水表面径流污染处理效能 在雨季，荣市经常发生暴雨，高强度的雨水冲刷于溶解路面和地表的污染物，然后含污染的雨水径流往湖曹方向径流，岸边的生物滞留池结构将污水拦截下来，一部分渗透于土壤里，另一部分储存生物滞留池多孔结构中。雨水进入土壤之后，土壤中的微生物通过新陈代谢过程为发挥吸附与累积污染物作用，使雨水的富营养化和重金属浓度降低。同时土壤和生物滞留池的填料发挥过滤作用，将雨水中的重金属和有机物累积在土壤和材料表面，防止重金属进入湖泊水体造成污染。生物滞留池的植物通过光合作用将雨水富营养化吸收，并累积重金属于植物体内。根据hunt等研究，由于在前期1h的降雨，雨水的污染浓浓度较高，降雨1h后，雨水的污染浓度降低，不易造成湖泊水体污染[7]。另外，过量雨水在通过排水管道进入湖泊必要径流过驳岸石笼结构。石笼的填料和水生植物再次将雨水中污染物为发挥污染降解和过滤作用。因此，雨量强度超过生物滞留池的容量，雨水可通过排水管直接进入湖泊。

3.2.2 湖泊水体修复效能 覆盖硬质混凝土驳岸表面的石笼有多孔的结构，对于水生植物可以提供插根空间，使植物可以直生在驳岸表面。植物通过光合作用将湖泊水体的氮和磷吸收，使水中氮和磷浓度降低。在植物根系和石头表面会形成了生物膜，生物膜中的细菌通过新陈代谢工程，将湖泊水体的有机物、氮、磷分解吸收和转化，使水体污染浓度降低。石笼结构会提高驳岸的粗糙率，在湖泊波浪产生或水平面变动，水中的污泥会沉淀在石笼多孔结构，从此降低湖泊水体的浊度。另外，水生植物根系在光合过程会产生氧气提高湖泊水体的溶氧量DO，满足了水体中的浮游微生物的需氧要求，提高了水体自净能力。

3.2.3 提高湖泊生态多样性 生物滞留池和护岸破面水生植物可以形成一个植被，不仅为小型动物提供了生长的场所，而且提高湖泊岸边生态多样性和美观。石笼和护脚石头的多孔结构可为水生动物提供产卵、避难和觅食的场所，并为水生动物提供了丰富的食物，从此提高水生动物的数量，也是提高湖泊生态多样性。最后，植物生长在生物滞留池和驳岸白面，可以美化南湖的景观，提高城市生态环境质量。

3.2.4 防洪效能 岸边生物滞留池具有多孔的结构，可以收集与储存雨水，并通过渗透过程将地表雨水径流往地下渗透，或通过排水管道将雨水排到处理厂，从而达到防洪、排涝的效果。

3.2.5 美化湖泊环境 生态湖泊驳岸改造是选用有强的修复水体能力，并有高的美观价值的水生植物，从而提高了湖泊周边环境的美观。

4 结论

（1）地表雨水径流是造成南湖污染的主要原因。硬质驳岸已经使南湖水质降低，破坏湖泊自然生态景观

（2）根据工程现状和亚热带多雨气候可应用石笼覆盖硬质驳岸破面，并应用生物滞留池技术为改造湖泊周围岸边，同时采用有高修复水体和美化环境价值植物，达到硬质混凝土驳岸生态化改造目标。

（3）生态化硬质混凝土驳岸可改善南湖环境、水质和美观，提高南湖生态多样性和水体自净能力，并防止地表雨水造成湖水污染的危机，同时改造方案对城市防洪排涝也有带来了一定的效益。

参考文献

[1]董哲仁.生态水工学的理论框架[J].水利学报，2003（1）：1-6.

[2]黄民生，陈振楼.城市河内污染治理與生态修复[M].北京：科技出版社，2010，（2）52-17.

[3]Davis AP.Field performance ofbioretention：waterquality[J].Environment Engineering Science，2007，24（8）：1048-1063 .

[4]李玉萍，孙丽娟，武文婷.水生植物资源及其在园林中的配置[J].金陵科技学院学报，2008，24（4）：83-88.

[5]W.F.Hunt，A.R.Jarrett.Evaluating Bioretention Hydrology and Nutrient Removalat Three Field Sites in North Carolina[J].Journal of irrigation an drainge engineering，2006，132：6-600.

[6]张谊.论城市水景的生态驳岸处理[J].中国园林，2003（1）：52-54.

（责编：张宏民）