清晖河生态修复技术中的沉水植物技术探讨

2019-12-02

水资源开发与管理 2019年11期

(浙江问源环保科技股份有限公司，浙江杭州 310030)

城市河道是城市的重要组成部分，具有行洪、排涝、水土保持、水体自净和城市景观等基本功能[1]。城市河道作为水生态环境的重要载体，在人类社会经济发展中有着十分重要的地位[2]。但随着城镇的发展，同时受城市区域内人类活动的干扰，各种污染物直接或间接入河，使得入河污染物量严重超过河流自净能力，导致城市河道严重污染，甚至有些河道水生态系统彻底崩溃，既影响了沿河居民的生活质量[3]，也影响了城市的可持续发展。在治理城市河道受污染水体的多种措施中，水生植物恢复具有低耗、高效和环境安全的特点，是一种既行之有效又保护生态环境、避免二次污染的有效方法，日益受到广泛关注。沉水植物作为初级生产者，可提高河道水体的自净能力，完善水生生物群落结构，在水生生态系统中有着不可替代的作用[4]。因此，利用沉水植物进行河道生态恢复受到高度关注，国内外许多专家围绕沉水植物的生长条件进行了大量研究，并取得了一些研究成果，然而在野外实践中沉水植物却经常难以大面积成活或形成稳定的种群或群落[5]。现有城市河道由于河道水体多为深度较大、透明度较低、水质污染严重，同时还经受长期、持续的水体污染等，因此对城市河道实施生态修复尤其在城市河道内恢复和重建沉水植被的成功案例报道较少。

本文选择浙江省杭州市清晖河西湖区段河道实施的生态修复工程，探讨了生态修复治理技术方案及效果，为城市河道生态治理工程项目的实施，尤其为沉水植被的恢复提供理论基础和实践经验。

1 河道概况及污染原因分析

1.1 现状水质

杭州市西湖区清晖河大体呈“S”形，河道全长约675.0m，河宽10.0～25.0m，水深1.5～2.0m，总水域面积约8800m2，总蓄水量约17600m3。由于是南方城市河道，水位变化不大。河道两端有水闸，控制与周边水系相互贯通。多年来，该河道水体感官较差，水体透明度较低，并常有藻类暴发、水体异味等现象，其水生生态系统功能受损，稳定性下降，与周边环境不协调。在该河道生态修复工程实施前，于2016年2月对河道内2个断面进行了3次取样分析，水质检测结果见表1。

表1 河道水质检测结果单位：mg/L

由表1可知，除pH值外，水体中的高锰酸盐指数、氨氮、总磷等主要水质指标明显超过了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类水标准，为劣Ⅴ类水体，超标率分别为26.7%、12.5%、20.0%。

1.2 生态现状

根据现场调查发现，该河道两侧驳岸基本为浆砌石直立驳岸，驳岸水下部分高1.5～2.0m，河道两侧缺乏完整的水陆交错带、水生植物带等生态缓冲带的保护，水体整体透明度较低，约15～25cm，水体呈土灰色，流动性较差，水生生态系统功能受损，生态系统稳定性不高。

1.3 水质污染原因分析

根据现场踏勘，造成河道水质劣Ⅴ类的原因如下：

a.初期雨水造成面源污染。该河道两岸目前主要为垂直浆砌石护岸，在降雨季节，尤其地面径流量较大时，累积在地表的污染物受到降水的冲刷作用，随着径流的形成和泥沙的输移在河道两侧坡面产生污染负荷，并随径流与泥沙的输移最终流入河道造成污染。

b.沿岸点源污染。河道沿岸共有5处排水口。河道周边为居民生活老旧小区，前几年相关部门对居民小区雨污合流管道进行了改造，但由于可能存在雨污合流管道改造不彻底或者管道破损现象，偶尔有污水从排水口流出，特别是雨天从排水口溢流出的水量更大。

c.自净能力差。河道两侧驳岸基本为浆砌石直立驳岸，这种固化驳岸虽然使河道景观看上去显得很整洁、漂亮，但破坏了水岸植被赖以生存的基础，不仅使很多陆地上的植被丧失了生存空间，还使一些水生植物失去了生存场所。河道中基本无水生植物存在，影响了水体的自净能力。由于河道缺乏基本的自净能力，污染物长期累积，造成富营养化不断加剧。

2 生态修复工程方案

2.1 技术思路

水体生态修复是以恢复重建水生态系统及其景观为目的，通过对水治理工程的生态设计与调控，恢复水生态系统合理的内部结构、高效的系统功能和协调的内在关系[6]。由于河道生态修复是一项长期、艰巨的工程，如单纯依靠某种生态修复技术，难以从根本上恢复和重建水生态系统，势必需要采取综合技术措施来实现河道生态治理和景观提升。该河道水体深度较大、透明度较低、水质污染严重，同时还经受长期、持续的水体污染，因而生态修复工程的技术思路主要是发挥和强化生态系统的自净功能，以达到去除污染、净化水质的目的。水生植物不仅是水生态系统的主要初级生产者之一，自身还具有氮、磷吸收能力，是水体生物多样性赖以维持的基础，是建立健康的水生态系统的关键。恢复和重建沉水植物是预防和治理水体富营养化的重要环节。在沉水植物生态恢复过程中，光照和透明度是主要的限制性因子[7]，该河道不具有行洪功能，同时两端设置有水闸，水位可调控，有利于沉水植物的定植、存活。因此本项目采用以沉水植物恢复为主，同时辅以外源污染接触处理、曝气复氧、生物操纵、水下种植槽等综合技术措施来实现河道生态治理和景观提升，从而构建“水下森林”，实现健康的水生态系统的良性循环。

2.2 具体实施方式及工艺参数

a.水位调控。调查中发现，河道常水位偏高，光照不足，河道水质较差，特别是在含有机物丰富的底泥与水界面处，常常处于厌氧状态，会造成水生植物尤其是沉水植物死亡，限制了生态修复工程技术措施的实施，因而在工程实施前，通过水闸来调控河道内水位，为沉水植物的定植、存活提供条件。

b.鱼类清理。在实施生态修复工程过程中不宜有鱼类存在，由于鱼类活动，会降低水体透明度，还有部分草食性鱼类以水生植物为食物，增大生态修复工程的难度。

c.辅助措施实施。主要采用底质改良、污水排放口生物接触处理、曝气复氧、水下种植槽等措施，提高水体透明度，降低水体营养盐的浓度，改善底泥环境条件。在5处排水口处设置生物接触氧化填料37.5m3，对排水口来水进行生物接触氧化处理；在重点区域投撒底质改良剂8m3，改善河道底质氧化还原环境条件；设置微孔曝气3套，喷泉曝气2套，对水体进行强化增氧曝气；针对直立驳岸，在驳岸一定区域布置水下种植槽10处，美化和提升河道景观。单个种植槽长度5.0m，宽度0.5m，种植槽内填充鹅卵石、砾石、米石等作为挺水植物生长的基质，在槽内种植再力花、美人蕉、梭鱼草、鸢尾、香蒲等挺水植物。

d.植物种植。待水体透明度有所提高、水体营养盐浓度降低到一定程度后，种植耐污能力强、易定植的先锋物种沉水植物和浮叶植物。该河道选择了苦草、金鱼藻、菹草等沉水植物，于不同季节采用扦插法或播撒种子方式种植，种植面积4400 m2。另外选择粉红、亮黄、纯白等品种的睡莲种植在河道水面较开阔区域，种植面积约100 m2。

e.生物操纵。根据水生植物的生长情况，逐步有序增高水位。待水生植物达到一定规模后，向水体中投放适量花白鲢和河蚌幼苗，通过生物操纵措施使水生态系统逐步向健康、良性方面转变。

3 生态修复效果

3.1 沉水植物恢复情况

生态修复工程竣工后，安排专人对河道水质进行日常养护。养护约一年后，于2017年8月对河道内水生植物情况进行了调查研究。研究发现，河道内除部分区域水生植物比较稀疏外，大部分区域水生植物长势良好，沉水植物和浮叶植物现存量达到了85%以上，沉水植物基本形成了“水下森林”景观，水质明显好转，许多水域清澈见底。

3.2 河道水质情况

项目竣工后，为考查生态修复工程实施对水质改善的长期效果，进行了长达11个月的水质采样跟踪监测，结果表明，河道水质pH值范围在6.74～8.68之间，DO的范围在3.81～5.53mg/L之间，水体透明度达到60cm以上，部分区域水质清澈见底。2017年8月至2018年6月，河道水体中CODMn、TP、NH3-N各月情况分别见图1、图2、图3。

图1 2017年8月至2018年6月CODMn的变化情况

图2 2017年8月至2018年6月TP的变化情况

由图1、图2、图3可知，2017年8月至2018年 6月期间，CODMn、TP、NH3-N平均值分别为6.30mg/L、0.14mg/L 、1.15mg/L。与工程治理前相比，河道水体中CODMn、TP、NH3-N等水质指标均得到了大幅改善，浓度分别下降66.8%、52.1%、68.9%，总体水质达到了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ～Ⅳ类水平。同时发现，季节性差异对河道水质影响不明显。