城市濕地公園建造中底泥重金屬生態(tài)影響及治理研究

李曉波

（重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院,重慶 400030；重慶第二師范學(xué)院,重慶 400067）

人類自古就有“親水而居”的生活習(xí)性，隨著城市環(huán)境的改善、居民生活水平的提升，景觀水體越來越受到人們的關(guān)注。城市濕地公園的出現(xiàn)，滿足了人、城市與自然和諧共存，環(huán)境教育與生態(tài)旅游等多目標綜合實現(xiàn)的意愿，體現(xiàn)了人類對環(huán)境最小干擾的生產(chǎn)與生活方式的現(xiàn)代環(huán)境倫理觀。作為長江上游、中國西部唯一的直轄市，重慶正積極打造“美麗城市”，為此，城市人工濕地公園將是生態(tài)環(huán)境建設(shè)中濃墨重彩的一筆。鑒于國內(nèi)對濕地及濕地公園的認識和研究起步較晚，一些理念尚不成熟，缺乏全面的、系統(tǒng)的、完整的城市濕地公園建設(shè)的研究，筆者選取改造前的城市水體底泥的處理作為研究對象，以求提出濕地公園健康發(fā)展的科學(xué)建議。

1 城市濕地公園建設(shè)背景

作為城市系統(tǒng)中的一種自然地理元素，城市水體在生態(tài)性、景觀性、功能性等方面具有重要意義。據(jù)羅韌等開展的重慶都市區(qū)濕地資源調(diào)查顯示，重慶都市區(qū)河流有42條，長度總計1430.26km，面積為10449.48km2，中型水庫有5座，壩址以上控制面積 176.59500km2；小型水庫162座，壩址以上控制面積595.9215 km2[1]，可以看出，重慶都市區(qū)具有十分豐富的濕地資源。

城區(qū)內(nèi)的濕地公園或景觀水體大多以原溪河、池塘、水庫等改建而來，如九龍坡彩云湖濕地公園，其前身就是主城區(qū)內(nèi)最大的溪河之一桃花溪。20世紀80年代中期到2005年的近二十年間，兩岸快速的城市化和滯后的城市建設(shè)與管理，使環(huán)境優(yōu)美的桃花溪變成一條禍及兩岸生態(tài)環(huán)境、嚴重影響當?shù)鼐用裆畹摹拔鬯疁稀?。為保留住城市?nèi)這條載滿人們記憶的河流，再現(xiàn)昔日碧波蕩漾、垂釣泛舟的桃花溪。作為《三峽庫區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃》的重大項目之一的桃花溪流域綜合整治工程立項，考慮到隨著流域的城市化，沒有活水來源的桃花溪在日后將難于維持。為此，設(shè)計單位利用桃花溪上游丘陵深溝切割的地形條件，結(jié)合污水處理廠產(chǎn)生的中水及地表匯水，規(guī)劃修建一個占地約20hm2，蓄水達168萬m3彩云湖水庫，為保障水庫的水質(zhì)安全，在污水處理廠與水庫之間，水庫的壩前規(guī)劃建設(shè)人工濕地。彩云湖濕公園從2006年啟動規(guī)劃設(shè)計，到目前初步建成，一個“青山綠水、市民理想休憩地”正逐步顯現(xiàn)出來。

依據(jù)《重慶市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年（2011-2015年）規(guī)劃綱要》的要求，為打造宜居宜業(yè)、山水園林、獨具魅力的國家中心城市，突出“山城”、“江城”自然風(fēng)貌，重慶依托豐富的水域資源，濕地公園如雨后春筍般建立起來。2009年始，九龍坡彩云湖濕地公園、南岸迎龍湖國家濕地公園等13個濕地公園陸續(xù)獲批，成為國家級濕地公園建設(shè)試點；預(yù)計到2030年，重慶還將規(guī)劃建設(shè)小南海國家級濕地公園等17個濕地公園；另有部分大型社區(qū)開發(fā)商，為了彰顯社區(qū)的生態(tài)環(huán)境，依據(jù)地理位置對原有水體進行改造，修建了各自的濕地公園，提升了社區(qū)地產(chǎn)的價值，如棕櫚湖國際社區(qū)濕地公園。這些不同投資渠道、不同類型的濕地景觀將在重慶形成集游覽、休閑、健身、科普等功能多樣化的開放型、生態(tài)型濕地公園群。

2 城市水體沉積物中重金屬及其生態(tài)風(fēng)險

2.1 城市底泥特性

位于城市內(nèi)的水體往往容易受到人類活動的影響，城市化的快速發(fā)展過程和污水處理設(shè)施的滯后配置，部分生活污水、工業(yè)廢水、路面徑流等直接排入城市水系，加上城市水體大都相對孤立、自凈能力差，極易造成水體富營養(yǎng)化、水體自凈功能喪失，生態(tài)功能受到嚴重損害，從而喪失了景觀水體的功能。就重慶都市區(qū)而言，每年有120×108噸以上的工業(yè)廢水和生活污水經(jīng)盤溪河、溉瀾溪、清水溪等排入嘉陵江和長江[1]。大量污水的排入造成底泥成分復(fù)雜，營養(yǎng)元素、微生物、重金屬等污染物質(zhì)進入水體后，經(jīng)過水體顆粒物的吸附、絮凝、沉淀以及生物吸收等方式最終沉積并富集在底泥中。重金屬因其影響的持續(xù)性和毒性，尤為危險，即使外界污染源消除后，底泥重金屬仍可能在很長時間內(nèi)對上覆水的水質(zhì)產(chǎn)生影響。當環(huán)境條件改變時，底泥中的重金屬就可能由“匯”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸础?，從底泥遷移到其他生態(tài)系統(tǒng)組成部分中產(chǎn)生負面影響。

2.2 城市底泥重金屬污染風(fēng)險

目前，國內(nèi)外已有關(guān)于城市湖泊沉積物中重金屬的賦存形態(tài)、分布規(guī)律、生態(tài)風(fēng)險等報道。我國自20世紀70年代以來在重金屬對水環(huán)境的污染問題領(lǐng)域開展了大量相關(guān)工作。近年來，隨著工業(yè)化、城市化過程的加快，城市水體受重金屬的污染引起了許多學(xué)者的關(guān)注。

周懷東等按照“中國土壤元素背景值”和《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》，對我國江河湖庫等地表水體沉積物中的重金屬進行了“超背景值”和“超標”評價，結(jié)果表明在所采集的樣品中，80.8%的樣品沉積物重金屬含量高于當?shù)赝寥涝乇尘爸担?6.9%的樣品沉積物重金屬含量超過了土壤環(huán)境質(zhì)量標準，反映了我國沉積物重金屬含量增高的趨勢[2]。趙璇等分析發(fā)現(xiàn)城市河流中有35.1%的河段出現(xiàn)總汞超過地表水III類水體標準，18.5%的河段面總鎘超過III類水體標準，25.0%的河段有總鉛的超標樣本出現(xiàn)[3]。最新研究發(fā)現(xiàn)蘇州河中鉛全部超標、鎘為75%超標、汞為62.5%超標[4]。喬勝英等選擇武漢市區(qū)不同污水來源的湖泊來研究重金屬元素在沉積物中的污染狀況，以及與湖泊背景值、土壤背景值的對比，表明幾個湖泊沉積物不同地都遭受了環(huán)境污染，湖泊表層沉積物重金屬含量分布表現(xiàn)為從遠郊、近郊、城區(qū)遞增的特點，其中位于城區(qū)的湖泊尤為突出[5]。滑麗萍等通過收集中國不同區(qū)域的21個主要湖泊重金屬資料，認為基本上靠近工礦企業(yè)和人類活動頻繁區(qū)的湖泊底泥重金屬污染比較嚴重[6]。劉紅磊等以武漢市墨水湖為研究對象,結(jié)果表明，表層沉積物重金屬污染程度較重，重金屬在全湖區(qū)域上具有比較高的富集系數(shù)，主要受人為輸入的影響;在所有采樣點重金屬含量均高于最低效應(yīng)閾值，多數(shù)采樣點甚至超過了嚴重效應(yīng)閾值；該湖泊沉積物中重金屬分布具有比較明顯的空間差異性:排污口區(qū)＞湖中心水域＞城區(qū)岸邊帶＞林田岸邊帶[7]。馬婷等選取南京城市5個主要湖泊為研究對象，分析表層沉積物中重金屬含量，并對重金屬污染風(fēng)險和潛在生態(tài)危害進行評價。通過評價結(jié)果顯示，Cd處于中等到嚴重潛在生態(tài)風(fēng)險水平，表層沉積物重金屬污染最嚴重的是月牙湖，其次是前湖和紫霞湖，這3個湖泊都處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險狀態(tài)[8]。王國平等采用重力沉積芯采樣鉆鉆孔采樣與剖面切割采樣相結(jié)合的方法，研究了沉積物重金屬元素在剖面中的分布，結(jié)果顯示，剖面上部沉積物表層沉積序列內(nèi)已明顯富集了重金屬，大多數(shù)沉積柱芯下層的重金屬含量相對較低并接近地球化學(xué)天然背景水平[9]。

大量的研究都揭示了在人類活動的影響下，受納高污染負荷市政污水、路面徑流的城市水體，存在潛在的重金屬生態(tài)風(fēng)險,必須引起足夠的重視。由此，在對原有水體底泥的清淤疏浚、濕地公園改造工程前，開展水體底泥污染物調(diào)查與施工工藝研究對于城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護是十分必要的。

2.3 水體底泥的特性

城市水景改造過程中清淤處理的底泥的物理、化學(xué)特性與污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥相似，其含水率高約97%。底泥未做任何處理的污泥外運、隨意棄置、簡單填埋或直接農(nóng)用，就將給生態(tài)環(huán)境帶來隱患。污泥處置的傳統(tǒng)技術(shù)主要是衛(wèi)生填埋、焚燒、海洋處理和土地利用，但隨著環(huán)境標準的嚴格化，其應(yīng)用受到諸多限制。以污泥安全處置為最終目的的多元化污泥綜合利用技術(shù)，如建材利用、能源利用、環(huán)境保護利用、污泥蛋白質(zhì)利用等還處于研究階段，實際應(yīng)用很少。

水景改造具有階段性、周期短、底泥處理量大等性質(zhì)，從經(jīng)濟學(xué)角度看為疏浚建造專門的底泥處理設(shè)施不劃算，應(yīng)集中密閉運輸?shù)接邢鄳?yīng)處理設(shè)備的污水處理廠。但我國現(xiàn)有的污水處理設(shè)施中，因污泥物理處理投資占污水處理廠總投資比例高，運行費用大，造成配置污泥穩(wěn)定處理配套設(shè)施率低，正常運行的也很少。因此，底泥運至污水處理廠處理也具有很大的限制因素。從底泥的成分上看，城市污泥中含有豐富的氮、磷、鉀和有機質(zhì)等植物性營養(yǎng)元素，是很好的肥源和良好的土壤改良劑，將城市污泥的土地資源化利用是更符合的處置方法。

3 城市底泥疏浚技術(shù)及環(huán)境影響

底泥控制技術(shù)主要有物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物生態(tài)技術(shù)?；瘜W(xué)技術(shù)和生物生態(tài)技術(shù)主要針對底泥的穩(wěn)定和修復(fù)，物理技術(shù)按位置不同可分為原位控制技術(shù)和異位控制技術(shù)[10]。

3.1 底泥原位控制技術(shù)

底泥原位控制技術(shù)包括底泥封閉、底泥鈍化技術(shù)，主要是用材料覆蓋底泥或投加鈍化劑，阻隔、抑制底泥中氮、磷營養(yǎng)元素和重金屬的釋放。其不足是：不適于大規(guī)模應(yīng)用于河流、湖泊；化學(xué)處理可能會改變水體的理化性質(zhì)，對水底的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞；底泥封閉的效果難以持久性保證等。

3.2 異位控制技術(shù)

異位控制技術(shù)又稱底泥疏浚清淤，就是把底泥搬運到其他地方進行控制或處理的一種方法，是一種大規(guī)模的人為干擾行為，能夠比較徹底地去除污染底泥。然而，其工程量大、耗材耗力、處理難度高、底泥達標難，尤其是疏浚產(chǎn)生的大量底泥如何妥善處理是亟待解決的問題。據(jù)研究報道,對于污染嚴重的水體底泥的疏浚運作會促進底泥中重金屬離子的釋放,可使湖泊生態(tài)系統(tǒng)面臨潛在的生態(tài)風(fēng)險[11]。劉愛菊等對疏浚前后五里湖沉積物提取液和全底泥沉積物的生態(tài)毒性進行了研究與分析。表明疏浚后,盡管沉積物中重金屬污染物的含量有顯著降低，但鉻、鉛和鎳的含量處在淡水質(zhì)量基準值TEL-PEL之間的灰色區(qū)域,沉積物仍然可能會產(chǎn)生不良的生物效應(yīng)，底泥疏浚具有導(dǎo)致沉積物生物毒性增加的風(fēng)險,尤其是整體沉積物毒性[12]。

4 水體底泥土地資源化利用

從上述綜述可知，城市水體底泥長期收納生產(chǎn)、生活廢水和路面徑流，重金屬污染嚴重。由此，在對城市水體進行濕地景觀改造前的底泥處理必須科學(xué)化、規(guī)范化。將底泥處理與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合，促進底泥綜合應(yīng)用?，F(xiàn)代疏浚工程包括沉積物的挖、運、放和沉積物的處置的全過程。

4.1 底泥分析及剝離

重金屬在土壤剖面中的垂直分布特征是土壤自身理化性質(zhì)和外界條件影響下重金屬遷移和積累的綜合反映，也是了解土壤重金屬污染程度和修復(fù)治理的基礎(chǔ)[13]。因此，應(yīng)建立一套快速的重金屬剖面垂直分布分析檢測系統(tǒng)，掌握重金屬在土壤中的分布模式。底泥在工程清淤疏浚前，運用類似公路建設(shè)中的表土剝離技術(shù)，對重金屬超標的淺層底泥剝離后進行如淋洗法、焚燒法、脫水處理法等物化處理；對較深層次、且重金屬含量和土壤背景值接近的底泥可做為工程土方利用于公園基礎(chǔ)建設(shè)或作為棄土外運，疏浚底泥含水量高，對其運輸必須使用密閉封裝的專用運輸車輛。

4.2 底泥綜合利用

采用合理的堆肥方式能有效消滅底泥中的病原菌和微生物，但堆肥對底泥中的重金屬沒有減量作用。在對城市水體改造治理過程中，水濱帶基底改造和綠化帶營建工程需要大量的土方，而疏浚出的底泥有機質(zhì)含量高，彌補了園林土壤貧瘠的不足，促進植物生長，又降低污染物進入食物鏈的風(fēng)險性，是城市疏浚底泥資源化的較為理想的出路。同時，應(yīng)充分考慮滲漏液對地下水的污染因素，對基地進行防滲處理。

4.3 綠化帶植物選擇

重金屬土壤的植物修復(fù)是環(huán)境治理的熱點和前沿領(lǐng)域，它利用超積累植物能從底泥中超量吸收重金屬和降解有機物的特性，達到減少底泥中重金屬和有機物含量之目的，但目前植物修復(fù)的研究還很不完善，因此綠化植物品種的選擇也得注重，通過試驗監(jiān)測和對比，進一步了解不同品種植物對污染疏浚底泥的修復(fù)情況及機理，選擇易吸收、易存儲重金屬的本土植物營建綠化帶。

4.4 實行污水截流、區(qū)別對待的排入模式

由于底泥疏浚具有導(dǎo)致沉積物生物毒性增加的風(fēng)險，由此，改造后的水體必須嚴格控制污水的排入。目前城市濕地按功能可分為污水處理為主型、防洪蓄洪為主型、水體景觀為主型等。對于改造后的水體，首先，對不同類型的水體都要實行污水截流，從源頭控制污水的流入；其次，按其功能對截流的污水分別處理，對于污水處理型濕地，要通過實驗掌控水力負荷、間歇期等重要參數(shù)對處理效果的影響，從而得到最佳運行方式。對其他類別的濕地，排入污水要嚴格按照“雨污分流、污水處理、達標排放”的原則，污水接入排污管道就近排向的污水處理廠，經(jīng)過處理后的中水使用專門的管道接入濕地入水口，既補充了濕地生態(tài)需水、又利用了濕地的物理、化學(xué)、生物等作用深度凈化水質(zhì)。通過工程的實施，將大大減少排入水體的重金屬量。

5 討論

隨著城市經(jīng)濟發(fā)展迅速、人口增多和工業(yè)化進程的加快已經(jīng)給城市水體帶來明顯的污染。城市濕地資源的保護與利用形勢異常嚴峻，而城市濕地公園探索出一條滿足人類生存和發(fā)展基本需求，最大限度地保存了城市濕地，實現(xiàn)人與自然和諧共存的愿望，對城市可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。但濕地公園的規(guī)劃設(shè)計是一項復(fù)雜、動態(tài)和長期的系統(tǒng)工程，針對城市水體底泥疏浚和避免重金屬的二次污染，我們建議采取污水截流、疏浚清淤、土地利用等工程和修復(fù)技術(shù)，并建立快速的重金屬分布檢測系統(tǒng)，以達到城市水體改造過程中科學(xué)化、資源化。短時間內(nèi)，底泥疏浚清淤能對城市水體的水質(zhì)改善起到明顯作用，但從長遠的觀點來看，為了使城市水體長期保持良好的水質(zhì)，更重要的是運用科學(xué)的管理手段、利用生態(tài)修復(fù)技術(shù)建立穩(wěn)定的水體生態(tài)系統(tǒng)。

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