湖水生态修复与水质改善方法设计

2023-12-13罗屹琳LUOYilin

价值工程 2023年33期

罗屹琳 LUO Yi-lin

（南宁市南湖公园，南宁 530021）

0 引言

伴随城市化进程的不断加速，城市人口不断攀升，大量生活污水、工业废水直接排放至河流、湖泊等水系，造成城市水环境污染严重，水体水质变差，严重影响到水生动植物的生存环境，造成水生态的严重破坏。2015年，中央政治局常务委员会会议审议通过《水污染防治行动计划》（以下简称“水十条”），其中提出了生态文明建设中水环境质量改善工作的总体要求、工作指标等，城市水系水质改善一时间成为各级政府环境综合整治工作的重要内容。据生态环境部水生态环境司司长黄小赠在生态环境部例行新闻发布会中公开数据表明，2022年地级及以上城市建成区黑臭水体基本消除，累计新建污水管网9.9万公里，新增污水处理能力4088万吨/日。在近些年城市水系污染治理的浪潮中，涌现出了很多典型的生态修复案例，其中南宁市南湖水质改善项目便极具代表性，改善后的南湖公园水生态环境令往来市民游客满意，游园人次明显增加，特别是傍晚时期人潮拥挤。鉴于此，本研究以南宁市南湖水质改善项目为例，分析了湖水生态修复与水质改善方法。

1 南湖水质改善项目概况

1.1 南湖流域概况南湖为东北-西南狭长形的淡水湖泊，位于南宁市中心城区东部，南湖整体面积大约为1km2，全长约3.8km，宽0.25～0.38km，平均水深与最大水深分别约1.7m与2.0m，容积约为2.1×106m3，流域面积约107公顷。南湖地势西南高、东北低，整体被南湖拱桥与南湖大桥分割成上湖、中湖与下湖，水通过桥孔相连，西连邕江，东连竹排冲，分别通过补水管与连通渠进行连接，水来源包括降雨及其形成的地表径流以及邕江水抽取补水，以连通渠船闸调控水位，常年控制南湖水位高程在70.03m。

1.2 南湖水质概况2002年，为了改善南湖水质情况，南宁市启动了南湖综合整治工程，主要措施为对排入南湖流域的生活污水进行截污处理以及彻底清理南湖湖底的淤泥杂质，同时还借助补水管向邕江取水，从而实现南湖水质改善。项目实施以后，南湖水质虽然有了一定幅度的改善，然而因为其为开放式水系，当遇到强降雨天气时，仍有雨水混合生活污水等通过南湖五处溢流口流入。根据南宁市环境保护监测站公开的2017年南湖水质监测结果，水体主要超标因子为总磷，浓度为0.13mg/L，超过标准值的30%，总氮浓度为1.3mg/L，略低于总氮浓度标准值的1.5mg/L，全湖透明度在0.1～0.5m范围内，透明度较差，为进一步了解南湖水质的整体污染变化情况，特搜集了2017年1～12月南湖水质主要超标因子的逐月数据，具体可见表1。

表1 2017年南湖水质主要超标因子变化情况

同时，采用综合营养状态指数法对南湖2017年全年综合营养状态指数进行了计算，具体可见图1。由图1可知，南湖全年综合营养指数呈现倒U型变化趋势，每年在夏季的7月、8月达到最大值，而根据历年数据，南湖综合营养指数基本在每年的7月、8月都会达到64以上，而每年最低值则是1月份，但也都基本稳定在50以上。

图1 2017年南湖综合营养状态指数逐月数据

综上，在南湖水质改善项目未实施以前，南湖总体水质处在Ⅴ类和劣Ⅴ类之间，水体已经达到了轻度、中度富营养状态，南湖水质改善已经达到了刻不容缓的状态。

2 南湖生态修复与水质改善措施

根据南湖湖水污染情况，提出了湖泊生态系统构建工程，该工程实施中以水质改善和生态修复为目标，为解决水质污染问题，选择通过污水截留和水体连通改善南湖水质。此外，需要实施溢流口改造工程，拦截污染物实现水质净化。在生态修复中，对湿地驳岸进行了重新修复与生态化改造，从而实现环境改造与水质净化。南湖生态修复与水质改善工程结构如图2所示。

图2 南湖生态修复与水质改善工程示意图

2.1 污水截流与水体连通南宁南湖水体由于内部连通性较差影响了整体水质，且由于外界水源不充足，南湖水体无法实现频繁换水。南湖水体虽然具有较大面积，但由于是静态水域，相互连通性较差，水体内循环动力较差，自净能力严重不足，在长期污染积累下容易出现生态问题，最终导致了南湖水体水质差，且生态系统受到了破坏。在南湖湖水水质改善中，需要科学规划污水截流方式，考虑到当地降水量较大，为了降低生活污水的影响应逐步对附近的排污管道进行改建，最大限度地对城市污水进行截流处理。

为进一步提升南湖水体与上下游水体连通效率，增加了一条自北向南的入水廊道和由东向西的出水廊道，从而提升南湖水体的连通度。入水廊道与出水廊道增加南湖水体的流动性，实现了阶段性换水，人为增加南湖水体内循环动力。北部入水口位置为当地闲置空地，可以在此区域扩大湖泊水体入水口，形成北部区域地表径流自然缓冲自净空间，降低入湖雨水带来的污染物质。

2.2 溢流口改造工程针对南湖湖泊水质问题，需要对外源污染进行有效控制。南湖承担着城市泄洪的功能，因此在降水较强的天气会有大量的污水流入南湖中，为了最大程度地减少雨污合流对南湖水生态环境的影响，本次修复工程对南湖的五座溢流口进行了改造升级，在溢流管道中增加设置了拦污设备。通过增加的电力清洁滚刷和沉沙装置可以有效提高水中污染物和垃圾的过滤效率。与此同时，在南湖五座溢流口的外部设置专门的污水净化系统，该净化系统主要使用柔性拦截网膜对南湖溢流口中的污染物进行再次拦截净化处理，借助溢流口净化系统可以有效促进南湖水体中的污染物降解，从而有效降低水体中的总氮、总磷和氨氮饱和度。

在外源污染控制基础上，需要进一步做好南湖内源污染控制措施。南湖水质与生态系统修复工程中，需要对南湖湖底进行彻底清淤处理，通过内源性清淤可以有效清除水体中的污染底泥，为南湖生态修复提供良好的条件。此外，清淤工作与南湖水体治理修复工程协同开展，有效降低了对周围生态环境的影响。长期以来，南湖湖底堆积了大量的沉积物，其中包含大量的城市建筑垃圾和生活垃圾，这导致南湖底泥中的腐殖质较高，且含有大量的有害病菌，这直接影响了南湖水生动植物的生长，且大量腐殖质的存在会导致水体富营养化问题严重。本次修复工程项目中，对水底垃圾进行了彻底清除，并通过消杀等方式对水底淤泥进行了基底改良，将水底淤泥进行了二次处理，用于种植沉水植物。

2.3 溢流口出水口区域强化净化南湖水体的自净能力较差，在生态系统未完全恢复前，单靠水体的自净能力往往难以实现水体水质的改善，考虑到南湖公园的景观要求和水质恢复需求，为了有效提高南湖水质，防止水体进一步恶化，在溢流口出水区域进行曝气充氧处理。水体曝气充氧需要使用曝气机对水体区域进行有效处理，本次针对南湖生态修复和水质改善工程需要使用该方法进行重点区域处理，曝气充氧中需要鼓风曝气、机械曝气方式共同使用，以此达到联合曝气的效果。水体区域鼓风曝气方法将空压机输送的压缩空气通过管道直接输送到湖底区域的空气扩散装置中，并将空气以微小气泡方式输出，从而实现气体与水体的有效混合，从而实现对污染水体的有效搅拌。机械曝气方法则是将曝气装置直接安装在污染水体表面，通过上下安置叶片的高速旋转，达到扰动水体的效果，从而将空气中的氧直接混合到水体中，实现水体上下层面的有效循环，在发生溢流事件时可打开曝气系统及时循环，为了保证南湖生态环境稳定，需要在溢流口出水口区域构建长效管理措施，以健全完善的管理措施保证各项保护工作的高效运作。

2.4 湖泊生态基质修复南宁南湖湖泊水体主要提供汇水、水源涵养、水土保持和地表径流净化功能。在生态基质修复方向上，主要是加强植树造林，提高湖泊生态的植被覆盖度，丰富生态多样性。本研究提出的南湖湖泊生态基质修复，一方面可以发挥湖泊的再净化功能，另一方面可以为湖泊提供水动力来源。南湖湖泊沿岸的水陆过渡区域，是南湖湖泊生态系统功能最强和生物多样性最丰富的区域。在水陆物质交互和湿地植物的作用下，具有最强的环境净化能力。因此该区域的基质修复效率最高，复合功能最强。本次针对该公园近岸区域的生态修复，主要从驳岸生态化改造、植被生态修复两个角度展开。

针对南湖湖泊驳岸年久失修和上湖、中湖区域开裂下沉的情况，选则在南湖湖泊沿线采用垂直重力式浆砌石挡墙，从而弥补南湖湖泊缺少过渡空间的现状，驳岸生态化改造可以采用自然植被护岸、块石木桩护岸。自然植被护岸，是发挥南湖湖泊生态功能的最佳模式，运用植被塑造湖泊驳岸，形成一道天然的隔离带保护湖泊动植物栖息地。本文设计的自然植被护岸由湖面到公园景观步道分别由水生植物、原档石、护岸绿化组成。其中水生植被起到净化水质的基础作用，原档石起到加固驳岸和固定水生植物生长基底的作用。通过铺垫原档石形成带有天然坡度的湿地浅滩，为南湖湖泊植物提供生存环境，自然植被护岸设计剖面如图3所示。在南湖生态基质修复中采用的块石木桩护岸为湖泊中的缓冲区域，该区域内以块石和木桩作为主要材料，将湖泊与道路之间分隔。由于石块与木桩的间隙较大，因此护岸中可生长植物，有助于湖泊的生态稳定，其剖面示意图如图4所示。