校園河道生態(tài)修復(fù)規(guī)劃設(shè)計探討——以三峽大學(xué)求索溪為例

陳小蘭 黃 緒 陳建軍 肖玉輝 丁幫璟 張 發(fā) 樊宗嘯

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002）

城市水環(huán)境系統(tǒng)是由水源、供水、用水和排水等要素組成的一個水資源利用和保護(hù)的循環(huán)鏈，具有滿足城市的合理用水需求，包括生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)、歷史文化功能和旅游娛樂、商務(wù)、居住等功能［1］.而校園水環(huán)境系統(tǒng)不僅具有部分城市水環(huán)境的功能，更重要的是其具有獨特的景觀調(diào)節(jié)和人文教育功能.健康和諧的校園河道生態(tài)系統(tǒng)是校園一道亮麗的風(fēng)景線，它也可以是一個無聲的課堂，使受教育者感受到心靈的愉悅和放松，達(dá)到調(diào)節(jié)寓教于景、寓教于情的效果.生態(tài)修復(fù)是當(dāng)前城市河流水質(zhì)修復(fù)廣泛采用的方法，在國內(nèi)外均有較成功的應(yīng)用案例［2－3］.在已有相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，本項研究因地制宜地開展了對求索溪的河道水生態(tài)環(huán)境修復(fù)設(shè)計模式的探討，旨在為求索溪及類似的校園河道生態(tài)修復(fù)工程提供參考和借鑒.

1 工程概況

1.1 求索溪概況

求索溪是三峽大學(xué)校園重要景觀水體，是校區(qū)排泄暴雨洪水的主要通道，全長2.1km，寬約8m，是典型的大學(xué)校園河道.該校園河道水深約0.8m，總水量約2.4萬m3，底泥厚度平均50～80cm.求索溪水體主要來源為周邊的自然降水和部分校園及周邊居民生活污水，水體流量小，且底泥富集了大量的污染物［4－5］.近年來，由于校園河道缺水，水體封閉以及污水排入等原因造成水質(zhì)惡化嚴(yán)重；夏季出現(xiàn)水中的藍(lán)綠藻大量繁殖、部分河段水體黑臭的現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響了校園的環(huán)境質(zhì)量.

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀分析

求索溪的部分水質(zhì)指標(biāo)采樣和監(jiān)測工作開展于2013年6月中旬～7月中旬.從求索溪上游到下游依次布設(shè)采樣點8個，監(jiān)測頻率為每周一次，共采樣4次.水樣的采集參考《水質(zhì)湖泊和水庫采樣技術(shù)指導(dǎo)》（GB／T14581－93），水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》.監(jiān)測指標(biāo)包括：溶解氧（DO）、溫度（℃）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）、葉綠素（Chla），數(shù)據(jù)見表1.

表1 求索溪部分理化指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，對照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838－2002）分析可知在一個月的4次監(jiān)測期內(nèi)，求索溪各監(jiān)測點的CODMn含量有3次的平均值處于Ⅳ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)值之間、TP含量有3次的平均值高于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)值，而4次監(jiān)測的TN平均含量約為Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)值的4～5倍.因此，根據(jù)以上不同位點的水質(zhì)指標(biāo)均值的單因子評價結(jié)果來看，求索溪的目前水質(zhì)整體處于劣Ⅴ類的嚴(yán)重污染狀況.由該表中Chla的含量，并參考湖泊的富營養(yǎng)化分級標(biāo)準(zhǔn)［6］，可知求索溪整體上處于超富營養(yǎng)化水平.

1.3 水生植物現(xiàn)狀分析

目前在求索溪的部分區(qū)域有大量生長的挺水植物，植物的種類主要為蘆葦、菖蒲、荷花和睡蓮.蘆葦和菖蒲集中分布在求索溪上游（東西流向）部分河段，其中夾雜生長有塊狀分布的荷花；這3種植物的分布面積約為3 139m2，植物的生長情況較好且對上游水質(zhì)有一定的凈化效果.然而，該區(qū)域植物的生長雜亂，缺乏規(guī)劃管理因而總體景觀效果較差.在求索溪的中下游（南北流向）河段，有零星塊狀分布的景觀水生植物睡蓮，然而睡蓮的數(shù)量較少且分布無規(guī)律，因此其景觀效果和對水質(zhì)的生態(tài)凈化功能均難以實現(xiàn).

圖1 三峽大學(xué)求索溪景觀現(xiàn)狀

2 設(shè)計理念

求索溪的生態(tài)修復(fù)設(shè)計應(yīng)遵循以下理念和原則：

1）整體規(guī)劃、綜合整治.對求索溪的生態(tài)修復(fù)設(shè)計應(yīng)首先確定整體模式和工作思路，鑒于對求索溪概況及其水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的分析，針對性地提出了“外源污染削減—底泥微生物修復(fù)—植物強(qiáng)化過濾帶構(gòu)建—河道水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化—生態(tài)河道管理及維護(hù)”的治理模式和思路，以供進(jìn)一步探討研究.

2）生態(tài)優(yōu)先，兼顧景觀.校園河道的生態(tài)修復(fù)設(shè)計，需要利用生態(tài)學(xué)原理，從生態(tài)學(xué)角度考慮水質(zhì)凈化、河道水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建、河道濱岸帶的植被群落配置等問題，以達(dá)到提高河道生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和穩(wěn)定性，強(qiáng)化河道生態(tài)系統(tǒng)對污染的凈化能力.另在河道生態(tài)系統(tǒng)的植物的配置種植、濱岸帶生態(tài)改造設(shè)計過程中，也需要考慮景觀生態(tài)學(xué)原理，利用斑塊和廊道等景觀元素的合理設(shè)計搭配，實現(xiàn)生態(tài)功能與景觀效應(yīng)最大程度的融合.

3）經(jīng)濟(jì)適用，穩(wěn)定持續(xù).在工程的規(guī)劃和設(shè)計階段，應(yīng)充分考慮技術(shù)的適用性以及經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行多方比較和論證；對于生態(tài)修復(fù)工程，因重點考慮技術(shù)和工程效益的穩(wěn)定性和持續(xù)性，對于校園河道的生態(tài)修復(fù)，工程核心目標(biāo)應(yīng)該是構(gòu)建出一套結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生物多樣性豐富的生態(tài)系統(tǒng)以實現(xiàn)工程效果的持續(xù)性.

4）因地制宜、突出特色.在滿足城市河流生態(tài)環(huán)境功能的前提下，修復(fù)工程的設(shè)計要兼顧三峽大學(xué)校園河道周圍的景觀特征，使求索溪的水環(huán)境與周圍景觀能夠有機(jī)融合，共同營造一個自然景觀與人文景觀相得益彰、和諧宜人而有特色的校園美景.

3 工程規(guī)劃

3.1 截污及補水工程

在校園河道兩旁有一些教學(xué)區(qū)和生活區(qū)的排污管，生活污水廢水基本上未經(jīng)處理就直接排入了求索溪，這可能是目前求索溪水質(zhì)惡化的重要原因之一.為保障生態(tài)修復(fù)的效果，生態(tài)修復(fù)工程首先應(yīng)實施截污工程.為此，可以考慮在求索溪附近建立一個污水處理站，然后對入河道的排污管網(wǎng)進(jìn)行改造，將生活污水納入到污水處理站進(jìn)行二級處理后再排入求索溪.將來，建成并投入使用的三峽大學(xué)生活污水站也可以用于科研及教學(xué)實習(xí)基地.另外，已有研究表明，求索溪（三峽大學(xué)內(nèi)沙河）的生態(tài)缺水相當(dāng)嚴(yán)重［7］，而經(jīng)凈化處理的生活污水水量有限.因此，可考慮采取工程措施將三峽大學(xué)外沙河的水定期定量引入求索溪以解決其生態(tài)缺水的問題.

3.2 底泥微生物修復(fù)

底泥是河道水體中營養(yǎng)物質(zhì)和污染物的蓄積庫及遷移轉(zhuǎn)化的載體，底泥中的污染物會影響上覆水的水質(zhì)［8－9］.在求索溪的部分河段水質(zhì)已出現(xiàn)嚴(yán)重黑臭，因此需要對求索溪的黑臭底泥進(jìn)行污染治理.污染底泥修復(fù)技術(shù)主要分為異位修復(fù)和原位修復(fù).其中工程應(yīng)用成本相對較低、對周圍生態(tài)環(huán)境影響較小的污染底泥原位生化修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)更有發(fā)展前景［10］.硝酸鈣介導(dǎo)的底泥土著微生物原位促生技術(shù)對城市湖泊黑臭底泥修復(fù)效果較好［11］，可對該技術(shù)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并用于求索溪黑臭底泥治理的研究與實踐.

3.3 水生植物修復(fù)與景觀優(yōu)化

植物修復(fù)在污水處理中越來越受關(guān)注.植物不僅能夠直接吸收污水中的營養(yǎng)物，且可以輸送氧氣到根區(qū)促進(jìn)根際好氧微生物的生長，另可以維持和加強(qiáng)濕地系統(tǒng)內(nèi)水力傳輸，因此植物對污水的凈化是一個系統(tǒng)的過程［12］.對于求索溪的植物修復(fù)，相應(yīng)設(shè)計了“強(qiáng)化植物過濾帶構(gòu)建”和“河道水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化”兩項工程.由于求索溪上游是生活污水和實驗廢水的排放較集中的河段，擬在此區(qū)域構(gòu)建兩塊“強(qiáng)化植物過濾帶”（1區(qū)和2區(qū)）.1區(qū)的過濾帶主要是種植特定品種的水葫蘆，利用其發(fā)達(dá)的根系實現(xiàn)對污染物的快速過濾和截留凈化，考慮到水葫蘆的生長繁殖較快，擬用圍隔材料對其生長進(jìn)行控制并塑造景觀斑塊.2區(qū)的過濾帶主要是對求索溪上游現(xiàn)有的一片蘆葦、菖蒲、荷花雜生區(qū)域進(jìn)行改造，作為1區(qū)之后的第二塊過濾帶，植物仍采用菖蒲和蘆葦，改造的考慮依據(jù)主要是景觀優(yōu)化和后期的維護(hù)管理.

“河道水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化”工程主要是在位于校區(qū)核心地帶的求索溪中下游河段配置種植水生植物，一方面構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)凈化水中的污染物以改善水質(zhì)，另一方面進(jìn)一步優(yōu)化中心地帶的校園景觀.擬選擇觀賞性強(qiáng)的水生植物，植物種類包括挺水植物再力花、鳶尾、菖蒲、蘆葦，浮水植物可選用睡蓮、萍蓬草，沉水植物擬選用黑藻和菹草.在求索溪兩塊水面相對寬敞的區(qū)域種植荷花，最終建成具備木棧道的荷花景觀池，其設(shè)計景觀效果可參考圖2所示.

圖2 求索溪荷花池的景觀設(shè)計效果

綜上所述，求索溪的微生物和植物修復(fù)工程可以分為“黑臭底泥修復(fù)區(qū)”、“植物強(qiáng)化過濾區(qū)”、“水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化區(qū)”、以上各區(qū)的在河道不同區(qū)域布置設(shè)計如圖3所示.

圖3 求索溪河道生態(tài)修復(fù)功能區(qū)的布置設(shè)計

3.4 護(hù)岸的生態(tài)改造

生態(tài)護(hù)岸是現(xiàn)代河流治理的發(fā)展趨勢，是以河流生態(tài)系統(tǒng)為中心，集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體，以河流動力學(xué)為手段而修建的新型水利工程［13］.生態(tài)護(hù)岸具有景觀連通性，同時可以過濾和截留沉積物、水分和營養(yǎng)物質(zhì)，并且為水生生物提供棲息地，在生態(tài)修復(fù)中起到了十分重要的作用.

本研究以直立式結(jié)構(gòu)生態(tài)護(hù)岸為基礎(chǔ)，結(jié)合多孔式結(jié)構(gòu)生態(tài)護(hù)岸的優(yōu)勢，基于求索溪護(hù)岸的現(xiàn)狀設(shè)計出改造型直立多孔式生態(tài)護(hù)岸，其構(gòu)造設(shè)計如圖4所示.該生態(tài)護(hù)岸在設(shè)計理念上體現(xiàn)出現(xiàn)狀改造為主，盡量減少施工的工程量；擬保留求索溪原有的直立式結(jié)構(gòu)，在直立式結(jié)構(gòu)上鑿開一定數(shù)量的石孔.可每隔2m設(shè)置一個直徑為0.5m的圓石孔.孔的上開口在濱岸散步道上，下開口與水體聯(lián)通.石孔深為護(hù)岸高度的一半，其水平部分與水平線成5°角傾斜.底部水平孔道可填充鵝卵石，有石孔的垂直孔道可填充土壤.如此設(shè)計的石孔可為水生物提供產(chǎn)卵繁衍的場所，孔道中的土壤可以過濾從護(hù)坡流下來的雨水.另擬在石孔的土壤中種植迎春花、長春藤等常綠景觀植物，以減弱直立式護(hù)岸給人帶來的剛性生硬感覺，改善景觀效果并增強(qiáng)石孔對雨水中污染物的截留吸收效果.

圖4 改造型直立多孔式生態(tài)護(hù)岸

4 求索溪生態(tài)河道管理

已有研究表明，濕地植物在死亡后如果不進(jìn)行收割，其殘體將重新向水體釋放營養(yǎng)鹽并影響水質(zhì)［14］，對植物的收割管理可轉(zhuǎn)移出營養(yǎng)鹽，避免植物過度生長并解決冬季枯枝殘葉影響景觀的問題.生態(tài)河道的管理既要體現(xiàn)科學(xué)性，又要結(jié)合校園的實際情況.建議將求索溪綜合治理后的生態(tài)維護(hù)工作形成制度，在校園的綠化或環(huán)衛(wèi)等部門設(shè)立相應(yīng)的崗位并落實人員.具體的生態(tài)河道管理維護(hù)包括以下措施：1）定期安排工作人員機(jī)械捕撈水面上的廢棄物和污染物；2）定期對“強(qiáng)化植物過濾帶”中生長較快植物以及生長過多的沉水植物進(jìn)行收割，以輸出營養(yǎng)鹽凈化水體，冬季對重要景觀區(qū)域的植物殘體進(jìn)行清理以美化河道；3）在枯水期適當(dāng)引水以保證河道的最低生態(tài)需水量；4）學(xué)校可定期舉辦以求索溪環(huán)境保護(hù)為主體的活動，提高學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識和素質(zhì).

5 結(jié) 語

求索溪是貫穿于三峽大學(xué)的一條重要校園河道.目前求索溪水體的嚴(yán)重污染，影響了整個校園環(huán)境和廣大師生的生活質(zhì)量.該河道的污染治理和生態(tài)修復(fù)工作迫在眉睫，本項研究根據(jù)求索溪的水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，基于生態(tài)工程學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)的基本原理，提出了一套從外源污染控制到生態(tài)河道管理維護(hù)的求索溪綜合治理模式，介紹了該模式的設(shè)計原則并提出了相應(yīng)的部分工程措施.本項規(guī)劃設(shè)計立足于求索溪現(xiàn)狀調(diào)研，綜合了河道生態(tài)、校園景觀和區(qū)域特色的要求，考慮了生態(tài)河道的長期管理和維護(hù)，擬為求索溪及類似校園河道的生態(tài)修復(fù)工程提供參考.

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