綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)用于上海古猗園內(nèi)景觀水體治理
導(dǎo)讀
綜合利用底泥疏浚、造流曝氣及水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等技術(shù)對(duì)上海古猗園內(nèi)的富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行治理，結(jié)果表明該綜合技術(shù)對(duì)園林景觀水體具有良好的污染物去除效果，對(duì)TN、NH3-N和TP的去除率分別達(dá)到48.6%、95.8%和75.0%，園內(nèi)水體水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、景觀效果等明顯改善，具備了較強(qiáng)的自?xún)裟芰Α?/span>
作者簡(jiǎn)介：吉琴（1971- ），女，上海人，碩士，主要研究方向?yàn)閳@林綠化和景觀。
古猗園是一座建于明代的古典園林，位于上海市西北郊嘉定區(qū)南翔鎮(zhèn)，該園亭臺(tái)樓閣多臨水而建，與水景配合，體現(xiàn)了“亭臺(tái)到處皆臨水，屋宇雖多不礙山”的意境。
1、水體改造背景
1.1
改造前水質(zhì)現(xiàn)狀
古猗園從清代至建國(guó)后的歷次修復(fù)和拓?cái)U(kuò)均注重挖河理水，使水置于園林，以水為主，相映園景。古猗園的水與外隔絕，但在百畝之園中有千米長(zhǎng)的溪流，以方池和狹長(zhǎng)形的水面形態(tài)貫通全園。水體面積約17 765 m2，水深為0.8~1.3 m，蓄水量約21 000 m3，底泥厚約0.3 m，局部區(qū)域底泥淤積，厚度增至0.4~0.6 m。通過(guò)在園區(qū)設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位測(cè)定水質(zhì)，結(jié)果表明全園水體透明度為35~55 cm，溶解氧為2.49~3.27 mg/L，COD為5.36~7.12 mg/L，氨氮為0.62~0.83 mg/L，總氮為1.55~1.83 mg/L，總磷為0.13~0.17 mg/L,葉綠素a為17.4~34.8 mg/m3�？傮w來(lái)看，園區(qū)水體為輕度-中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，特別是較狹窄區(qū)域水體流動(dòng)性較差，初夏藻類(lèi)大量繁殖，對(duì)公園的園林景觀造成影響。
1.2
水體富營(yíng)養(yǎng)化成因
通過(guò)調(diào)查分析水體污染源和水質(zhì)污染現(xiàn)狀，診斷污染源導(dǎo)致的潛在影響，認(rèn)為古猗園公園水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因有三個(gè)：
①由于水體與外界河道隔斷而處于封閉狀態(tài)，水體的流動(dòng)性和置換能力較差；水體補(bǔ)充主要靠降雨，沿岸泥土在降雨的淋溶和沖刷作用下，隨地表徑流進(jìn)入水體，成為面源污染的受體。
②景觀水系蜿蜒曲折造成沿岸較長(zhǎng)，湖畔樹(shù)木密集，每年大量枯枝落葉、花瓣等植物殘?bào)w直接或隨地表徑流進(jìn)入水體，腐爛后造成水體中有機(jī)物、氮、磷等增加，為藻類(lèi)大量生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)源。
③由于多年沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模的底泥疏浚，古猗園部分湖畔底部的淤泥厚度增加，平均為0.47 m，底泥含有大量有機(jī)質(zhì)，對(duì)水體水質(zhì)造成影響。在富營(yíng)養(yǎng)化水體中，藻類(lèi)特別是藍(lán)藻往往會(huì)在一定時(shí)期內(nèi)突然過(guò)度增殖，覆蓋水面，使水體變得混濁，呈現(xiàn)綠色或藍(lán)色的“水華”，其破壞性作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，藻類(lèi)大量繁殖，占據(jù)水體的上層空間，阻擋陽(yáng)光，抑制其他浮游生物和沉水植物的生長(zhǎng)和繁殖；同時(shí)消耗水中的氧氣，使魚(yú)、蝦等水生生物處于缺氧狀態(tài)，嚴(yán)重者將導(dǎo)致魚(yú)蝦死亡。其次，隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加，部分有毒藻類(lèi)大量繁殖，破壞原有水生食物鏈。第三，藻類(lèi)的大量繁殖消耗氧氣，影響水體微生物群落結(jié)構(gòu)，特別是局部水域氧氣耗盡后，厭氧生物開(kāi)始大量繁殖，其代謝產(chǎn)物含有SO2、H2S等有毒有害氣體，破壞了園林水體的景觀功能。
2、水體綜合治理措施
水體富營(yíng)養(yǎng)化并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的水污染問(wèn)題，而是水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失衡后出現(xiàn)的一種生態(tài)問(wèn)題，僅靠底泥疏浚和人工換水，難以徹底改善水體環(huán)境并保持水質(zhì)。借鑒國(guó)內(nèi)外水環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)治理的技術(shù)方法，從古猗園的實(shí)際情況出發(fā)，運(yùn)用物理-生物-生態(tài)的綜合治理方法，采用曝氣、底泥疏浚、食藻蟲(chóng)-水下森林共生系統(tǒng)、食物網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建和近自然駁岸重建等技術(shù)體系，形成標(biāo)本兼治的綜合治理方案。
2.1
增設(shè)水體微循環(huán)和曝氣系統(tǒng)
為達(dá)到流水不腐和水體富氧凈化的效果，設(shè)計(jì)了多套循環(huán)和推流曝氣系統(tǒng)，達(dá)到促進(jìn)水體整體循環(huán)流動(dòng)的目的。通過(guò)在湖區(qū)設(shè)置曝氣循環(huán)系統(tǒng)，利用氣泵向水體曝氣，使得整個(gè)水體上下循環(huán)，起到增氧、平衡水質(zhì)的作用，加速水體新陳代謝，調(diào)節(jié)沉水植物系統(tǒng)的光合作用和呼吸作用，增強(qiáng)水體凈化功能及水質(zhì)維持功能。在較大面積的水體處設(shè)置微流循環(huán)系統(tǒng)，即采用潛水泵制造微動(dòng)力（微流<0.1 m/s），結(jié)合季風(fēng)效應(yīng)，增強(qiáng)水體的內(nèi)部流動(dòng)性，還可形成噴泉，增強(qiáng)景觀效果。
2.2
底泥疏浚
采用抽吸的方式對(duì)園內(nèi)底泥淤積的水域進(jìn)行疏浚，疏浚總面積約1 574 m2。重點(diǎn)區(qū)域疏浚至公園最大水深為1.3 m，其中近岸2 m范圍內(nèi)考慮安全需要，只疏浚至水深0.7 m，并按1∶5坡度向水體中心增加疏浚深度，即疏浚深度為0.2~0.8 m。通過(guò)底泥疏浚，提高了園內(nèi)水體深度和庫(kù)容量，同時(shí)降低底泥的營(yíng)養(yǎng)鹽含量，有效控制底泥中有機(jī)物分解釋放對(duì)水體水質(zhì)產(chǎn)生不良影響，水體的自?xún)裟芰Φ玫教嵘?/span>
2.3
構(gòu)建“食藻蟲(chóng)-水下森林”共生系統(tǒng)
對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊水污染治理來(lái)說(shuō), 滅藻系統(tǒng)是效果最直接的處理設(shè)施，結(jié)合古猗園古典園林特色、景觀要求高等情況，采用了滅藻效果好、無(wú)二次污染、有成功實(shí)例的 “食藻蟲(chóng)-水下森林” 構(gòu)建方案。其基本思路是以食藻蟲(chóng)食藻控藻作為啟動(dòng)因子，繼而引起各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的連鎖反應(yīng)，包括底泥有益微生物恢復(fù)、底泥昆蟲(chóng)蠕蟲(chóng)恢復(fù)、底棲螺貝類(lèi)恢復(fù)到沉水植物恢復(fù)、土著魚(yú)蝦類(lèi)等水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)水體的內(nèi)源污染生態(tài)自?xún)艄δ芎拖到y(tǒng)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能。主要工序：清除水體中的魚(yú)類(lèi)（為食藻蟲(chóng)繁殖生長(zhǎng)創(chuàng)造條件）→投放食藻蟲(chóng)（吃藻控藻，提高水體透明度）→種植沉水植物（吸收水體中的磷、氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，消除富營(yíng)養(yǎng)化）。
根據(jù)耐污、景觀以及易管理等需要，有選擇地配置物種，形成一年四季常綠且有季節(jié)更替的生物群落。根據(jù)水體水質(zhì)特征，生態(tài)系統(tǒng)的功能、水深條件和景觀布局，每個(gè)季節(jié)水生植物覆蓋率超過(guò)60%水面面積，通過(guò)采用化整為零、逐步改善、連點(diǎn)成片的策略，對(duì)原有水生植物群落進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)充，建立由荷花、美人蕉等挺水植物，睡蓮等浮水植物和輪葉黑藻、紅線(xiàn)草、苦草及刺苦草等沉水植物組成的人工復(fù)合植物群落，達(dá)到逐步改善控制水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，同時(shí)構(gòu)建穩(wěn)定多季相公園水體景觀的目的。
2.4
構(gòu)建食物網(wǎng)系統(tǒng)
應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)在園內(nèi)湖中投入魚(yú)、蝦、蟹類(lèi)等具有可操控性的原有土著水生動(dòng)物，調(diào)整水體食物鏈結(jié)構(gòu)，控制草食性魚(yú)類(lèi)，發(fā)展濾食性、雜食性魚(yú)類(lèi)群體，進(jìn)行多種魚(yú)類(lèi)、多種規(guī)格的混養(yǎng)，捕食食藻蟲(chóng)，平衡水生植物群落生產(chǎn)力。同時(shí)，充分利用水體中的浮游生物、懸浮有機(jī)碎屑，有效地去除水底沉積物，優(yōu)化水體中水生生物的多樣性，形成良性循環(huán)的水生生態(tài)自?xún)粝到y(tǒng)。適當(dāng)增加具有觀賞價(jià)值的濾食性魚(yú)類(lèi)，即建立起相對(duì)完整的可持續(xù)水生食物鏈系統(tǒng)，達(dá)到優(yōu)化水體生物群落結(jié)構(gòu)、控制藻類(lèi)、改善水體的目的。
2.5
重建近自然駁岸
降水作為古猗園水體的主要水源，本身也會(huì)對(duì)水體造成污染，在當(dāng)前條件下，完全消除進(jìn)入水體的污染物，尚無(wú)法做到，但可通過(guò)濱岸整改和補(bǔ)充植被，修復(fù)濱岸生態(tài)系統(tǒng)，減少水土流失，盡量降低雨季溢流進(jìn)水體的污水量。古猗園對(duì)園內(nèi)沿湖駁岸綠化改造，調(diào)整優(yōu)化面積達(dá)2 600 m2，設(shè)置寬約1 m的挺水植物，形成濱岸植物帶。濱岸植物帶主要選擇花菖蒲、黃花鳶尾和紅花鳶尾混栽，采用定植樁控制其生長(zhǎng)范圍，既對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行了攔截，又提高了古猗園水體的濱岸帶生物多樣性，豐富了公園的景觀效果。
3、水體治理成效
該項(xiàng)目建設(shè)完工后，對(duì)改造后的水體連續(xù)取樣檢測(cè)，6個(gè)月后發(fā)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)逐步穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 古猗園水體治理前后水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果
比對(duì)改造前后水質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)改造后水體透明度和DO指標(biāo)大幅提高，平均增幅分別達(dá)215.09%和273.73%，而CODMn、氨氮、總氮、總磷和葉綠素a等指標(biāo)均有顯著下降，平均降幅分別達(dá)30.15%、95.8%、48.6%、75.0%和77.26%。從改造前高于地表水Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)下降到低于地表水Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，水體透明度達(dá)1.3 m。綜上，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)主要水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)分析表明，綜合治理技術(shù)對(duì)水體中氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)具有較強(qiáng)的去除能力，水質(zhì)顯著改善。
4、結(jié)論與建議
古猗園水體綜合治理工程采用曝氣、底泥疏浚、食藻蟲(chóng)-水下森林共生系統(tǒng)、食物網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建和近自然駁岸重建等技術(shù)體系，改善園內(nèi)水體水質(zhì)，達(dá)到了標(biāo)本兼治的綜合治理目標(biāo)，將水質(zhì)從國(guó)家地表水的劣Ⅳ類(lèi)提升到Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，是改善城市公園景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化的一次成功嘗試。
古猗園水體綜合治理措施，具有成本低、無(wú)生物副作用、不產(chǎn)生二次污染以及水質(zhì)可長(zhǎng)期維持等優(yōu)勢(shì)。構(gòu)建“食藻蟲(chóng)-水下森林”共生系統(tǒng)，是古猗園水體綜合治理的核心和關(guān)鍵。通過(guò)蟲(chóng)控藻、魚(yú)食蟲(chóng)等形成食物鏈，恢復(fù)沉水植物，發(fā)揮沉水植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收凈化效果，可改善水體水質(zhì)和景觀。建議進(jìn)一步加強(qiáng)示范與篩選，并推廣應(yīng)用于上海城市黑臭水體的生態(tài)修復(fù)中。
（根據(jù)發(fā)表于《中國(guó)給水排水》2017年7月第14期“綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)用于上海古猗園內(nèi)景觀水體治理”一文整理）
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