霞灣港生態(tài)修復(fù)研究

陳明梅，姚 曄，李 良

（1. 湖南工業(yè)大學(xué) 包裝設(shè)計藝術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412007；2. 株洲市規(guī)劃設(shè)計院，湖南 株洲 412002）

霞灣港生態(tài)修復(fù)研究

陳明梅1，姚 曄1，李 良2

（1. 湖南工業(yè)大學(xué) 包裝設(shè)計藝術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412007；2. 株洲市規(guī)劃設(shè)計院，湖南 株洲 412002）

霞灣港位于湖南省株洲市清水塘工業(yè)區(qū)，區(qū)域內(nèi)工業(yè)污染使其水生態(tài)環(huán)境受到明顯損害。霞灣港中氨氮、懸浮物、化學(xué)需氧量、生化需氧量、氟化物、總氰化物及總磷7項指標(biāo)均超標(biāo)，且底泥中汞、鎘、鉛、鋅、砷、鎳、銅等重金屬含量嚴重超過國家土壤污染標(biāo)準。霞灣港水污染直接影響到湘江水質(zhì)，危害居民的生活和健康，也制約了湘江干流下游長株潭城市群的可持續(xù)發(fā)展?？刹捎脧氐浊袛喔髌髽I(yè)的污染源、徹底清理霞灣港中長期沉積的含重金屬淤泥、制訂科學(xué)合理的實施方案及預(yù)案措施、環(huán)保等政府有關(guān)部門對治理全過程實行有效監(jiān)管等治理思路；同時，清淤固化填埋后栽植人工植被，針對河道平面、橫斷面、縱向進行生態(tài)修復(fù)設(shè)計，建立濕地保護帶、恢復(fù)和重建河岸水生植被，建立沿岸植被緩沖帶，采取生態(tài)護岸措施等，以最大程度地恢復(fù)霞灣港流域良好的生態(tài)環(huán)境。

霞灣港；水污染；污染治理；生態(tài)修復(fù)

0 引言

湖南省株洲市清水塘工業(yè)區(qū)是長沙、湘潭和株洲的污染源頭，其水污染對湘江下游的長沙、湘潭產(chǎn)生了嚴重的影響，空氣污染則影響到了整個株洲市區(qū)。清水塘工業(yè)區(qū)的工業(yè)廢水主要通過霞灣港排入湘江，霞灣港是清水塘區(qū)域工業(yè)污染的主要承納水體，區(qū)域各工廠、企業(yè)的工業(yè)廢水、廢渣和部分生活污水都流入此河流，這使得霞灣港成為株洲市乃至湖南省最大的工業(yè)排污口，極大地損害了霞灣港的水生態(tài)環(huán)境，也直接影響到湘江水質(zhì)，危害了居民的生活和健康，制約著湘江干流下游的長株潭城市群的可持續(xù)發(fā)展。因此，保護和改善霞灣港的水質(zhì)，治理其水污染，實施霞灣港生態(tài)修復(fù)工程，是構(gòu)建和諧社會、促進長株潭社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

1 霞灣港流域水污染現(xiàn)狀

由于清水塘工業(yè)區(qū)的廢水、廢氣、廢渣未能得到及時、有效處理，重金屬污水與二氧化硫煙氣排放量長期處于高位水平，對流域周圍的土壤、作物、地表水以及地下水等環(huán)境造成了嚴重的污染，致使霞灣港流域水污染嚴重，霞灣港底泥中沉積的汞、鎘、鉛、鋅、砷、鎳、銅等重金屬含量嚴重超過國家土壤污染標(biāo)準。

2009年霞灣港港水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)（見表1）顯示，以污水綜合排放標(biāo)準來衡量，霞灣港港水中氨氮、懸浮物、化學(xué)需氧量、生化需氧量、氟化物、總氰化物以及總磷等7項指標(biāo)均超標(biāo)，其中，氨氮超標(biāo)最為嚴重，其次為懸浮物。

表1 2009年霞灣港港水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)Table1 Xiawan water monitoring data in 2009

由于長期受到排污影響，霞灣港港底中淤積了大量的污泥，而污泥中沉積的重金屬一直未得到清除。表2為2009年霞灣港底泥中重金屬質(zhì)量比。參考GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》，2009年，霞灣港底泥中各重金屬質(zhì)量比均嚴重超標(biāo)，其中，鎘Cd超標(biāo)最嚴重。霞灣港流域水質(zhì)污染嚴重，實施生態(tài)修復(fù)工程刻不容緩。

表2 2009年霞灣港底泥中重金屬質(zhì)量比Table2 The heavy metal pollution in the sediment of Xiawan Harbor in 2009 mg/kg

霞灣港土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)（見表3）表明，各監(jiān)測點的土壤pH值均為4.0，土質(zhì)呈強酸性。參考GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》，霞灣港河堤內(nèi)、外土壤含鉛量達到二級標(biāo)準要求，但高于土壤背景值。土壤中的鎘、汞含量均嚴重超標(biāo)，且超過背景值較多，其中，霞灣港河堤土壤超標(biāo)最為嚴重，鎘、汞超標(biāo)倍數(shù)分別達205倍和2.6倍以上。這表明霞灣港河堤邊土壤已受到區(qū)域沉積重金屬的嚴重污染。

表3 霞灣港土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)Table3 Xiawan soil monitoring data

2 霞灣港治理思路及工藝

由于清水塘工業(yè)區(qū)水污染源復(fù)雜，且污染問題由來已久，雖然各方盡了努力，但從水質(zhì)和景觀來看，霞灣港流域的水污染問題并無明顯改善，其水污染治理和水資源保護任重道遠。針對霞灣港的污染現(xiàn)狀，為徹底消除區(qū)域的內(nèi)源污染，消除重金屬的污染隱患，可采用如下治理思路：

1）從源頭抓起，徹底切斷各企業(yè)的污染源。清水塘工業(yè)區(qū)重金屬污染治理的關(guān)鍵在于嚴格控制和截除各企業(yè)的污染源。企業(yè)的環(huán)境治理，從理念認識到工藝實踐，應(yīng)該從治標(biāo)（即末端治理污染）轉(zhuǎn)向治本，積極開發(fā)清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)，推進綠色化工和綠色冶煉，減少污染源頭，在生產(chǎn)過程中提高資源能源的綜合利用率，并嚴格控制排污，努力實現(xiàn)零排放。

2）徹底清理霞灣港中長期沉積的含重金屬的淤泥，并加以固化、穩(wěn)定化處理。

3）對挖掘清理和壓濾沉積物過程中產(chǎn)生的水液，應(yīng)認真仔細地收集，凈化處理達標(biāo)之后，再將污泥進行水泥固化及穩(wěn)定化。

4）由于霞灣港底淤泥的清理和挖掘是一項風(fēng)險性較大的操作，應(yīng)制訂科學(xué)合理的實施方案，并提出應(yīng)對不同風(fēng)險的預(yù)案措施，準備完善后才可實施清理與挖掘行為。

5）港、塘清理和挖掘的時季，一般建議選在秋冬之季，但晚秋至初冬的干旱時期，雖便于施工，卻是湘江枯水季節(jié)，流量較小，處于風(fēng)險較大的時期。為防止工程期間超標(biāo)廢水外排而造成湘江污染事故，應(yīng)成立應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，明確應(yīng)急范圍、原則、程序和工作任務(wù)，以及發(fā)生污染事故后的處置辦法和應(yīng)對措施。

6）施工前，應(yīng)編制工程初步設(shè)計報告和環(huán)境污染事故應(yīng)急預(yù)案，并報經(jīng)政府有關(guān)部門批準后實施。在實施過程中，施工單位應(yīng)嚴格執(zhí)行施工方案和應(yīng)急預(yù)案規(guī)定的各項措施，設(shè)置事故池，嚴禁在暴雨期間施工。

7）環(huán)保等政府有關(guān)部門應(yīng)對項目實施的全過程實行有效監(jiān)管。

根據(jù)霞灣港重金屬污染現(xiàn)狀，結(jié)合上述治理思路，可采用如圖1所示的治理工藝。

圖1 霞灣港治理工藝Fig.1 The treatment process of Xiawan

首先需進行霞灣港港水截流與引排工程，然后分段進行清淤工程，將清除的污泥輸送至固化處理場地，進行污泥固化、穩(wěn)定化工程，固化時產(chǎn)生的污水送污水處理站處理，固化后的污泥運輸至填埋場安全填埋，填埋完畢后進行封場和生態(tài)修復(fù)。河道污泥清除后，應(yīng)及時進行港底硬化及護砌工程，并進行在線監(jiān)測和排污口整治工程，最后進行河道生態(tài)修復(fù)工程。

3 霞灣港生態(tài)修復(fù)方案

生態(tài)河道是指河水清潔無污染，河流流勢自然、蜿蜒曲折，既有淺灘，也有深潭，時快時慢，時動時靜，河道中具有供植物扎根的土壤，河岸具有利于植物生長的環(huán)境，同時還應(yīng)穩(wěn)固，能夠抵御雨水、洪水的沖刷。完全沒有防護功能的天然河道不能滿足生態(tài)河道的要求。生態(tài)恢復(fù)是改善城市河流水體的常用方法，在我國及世界各地得到了廣泛的應(yīng)用[1]。本研究組在采用物理治理的同時，利用生態(tài)修復(fù)，以最大程度地恢復(fù)霞灣港流域良好的生態(tài)環(huán)境。

3.1 清淤固化填埋后栽植人工植被

在填埋場栽植人工植被，填埋氣以及伴隨出現(xiàn)的高溫是影響植物生長的主要制約因素。封場2a時間內(nèi)，一般不宜種植木本植物。喬灌木的生長會因填埋氣抗性因種類的不同而有差異，某些喬灌木根系淺，側(cè)根發(fā)達，生長迅速，可在2～3a填齡的填埋場上種植。草本植物因根系淺，多為須根及匍匐莖根，一般分布在10～20cm淺土層內(nèi)，受甲烷影響較小，某些野生種類可在1a填齡的垃圾上生長。建議在填埋場運行初期，即對選定的植物進行試驗性種植，以了解每種植物的生長情況，并最終確定合適的環(huán)境復(fù)植植物。

3.2 河道生態(tài)修復(fù)設(shè)計

3.2.1 河道平面設(shè)計

可根據(jù)霞灣港港道平面顯性以自然曲線為主的特點，形成蜿蜒曲折的水流形態(tài)，這符合自然型生態(tài)河道的設(shè)計理念。根據(jù)環(huán)境和地勢的不同，在不同的岸線，運用不同的處理手法，以豐富沿河景觀，并與沿河周邊景觀風(fēng)貌渾然一體。河床應(yīng)為自然河床，沒有襯砌，而且也不能像傳統(tǒng)的河道整治那樣，全部推平或固化，而應(yīng)該隨著河勢營造淺灘和深潭，增強河勢落差曝氣、深潭沉淀、多種凹凸面的接觸氧化與吸附、生物的吸收與分解等河流自凈作用，改善生物生存條件，維持河道形式與河道生物的多樣性[2]。

3.2.2 河道橫斷面設(shè)計

河道段面一般采用梯形斷面、蝶形斷面和主槽與灘地相結(jié)合的斷面形式。河道應(yīng)有坡度，但坡度要盡量放緩。在河道較寬的區(qū)域，修建漫灘濕地，使港水流經(jīng)濕地時得到凈化。濕地修建應(yīng)結(jié)合一些親水設(shè)施，可以供人們休憩、觀光，充分發(fā)揮河道的自凈和景觀功能。

3.2.3 河道縱向設(shè)計

霞灣港全長約4.26km，寬約4～10m，水深約0.5～1.5m，流域面積約11.85km2，年平均流量約為4.3m3/s，呈相對封閉的生態(tài)系統(tǒng)，水交換緩慢。在河床存在較大比降的情況下，依據(jù)地形，人工設(shè)置落差，形成階梯狀，但最大設(shè)計落差不宜超過1.0m，否則，將會影響魚類的上溯。一方面，落差的設(shè)置可通過跌水增強河流的復(fù)氧能力，促進河流的生態(tài)修復(fù)進程；另一方面，也能形成水流和河相的多種變化，不僅有利于保持生物的多樣性，而且也能形成魚類上溯、河流跌水等景觀，同時還能抬高部分河段水位，減少河床裸露，進一步增強河流的整體景觀效果。

3.3 建立濕地保護帶，恢復(fù)和重建河岸水生植被

人工濕地是人為建造的濕地系統(tǒng)[3]。河道濕地生態(tài)恢復(fù)以人工濕地技術(shù)為核心，結(jié)合水利工程技術(shù)，以恢復(fù)河道的自然條件和植物類型，形成以濕地為主的濱水景觀。該措施旨在沿湖岸水陸界面兩側(cè)分別建立生態(tài)保護帶，改善湖泊濱岸帶特有的自然景觀[4]，主要包括河岸濕地保護帶工程及河岸帶高等水生植物恢復(fù)和調(diào)控工程。水生植被恢復(fù)是使用最普遍的河流修復(fù)方法。植被通過影響河流的流動、河岸抗沖刷強度、泥沙沉積、河床穩(wěn)定性和河道形態(tài)等，對河流產(chǎn)生較大影響。合理分布的植被還具有提供景觀休閑場所和多種生態(tài)服務(wù)的功能[5]。同時，濕地和水生高等植物能起到物理阻滯作用，可消浪，促使沉積，降低沉積物的再懸浮，吸收水體和沉積物中的營養(yǎng)鹽，改變水生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時還具有資源利用價值[6]。

應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟功能以及水生植被和陸生植物的景觀銜接要求來選擇植物種類。在河岸陸域范圍，種植蘆葦?shù)葷竦馗叩戎参?，將陸域區(qū)改為濕地帶，建立流域的第一防線；在河岸水深小于1m的水域范圍，種植蘆葦、茭草等挺水植物；在河岸水深大于1m的水域范圍，種植苦草、黑藻、馬來眼子菜等；在城鎮(zhèn)區(qū)沿港或旅游區(qū)范圍，種植觀賞性的蓮藕等水生植物。

3.4 建立沿岸植被緩沖帶

城市河畔林在水陸生態(tài)系統(tǒng)之間架起了一道連接的橋梁，對兩者間的物流、能流、生物流發(fā)揮著廊道、過濾器和天然屏障的功能。沿岸植被緩沖帶的建立，使河畔林景觀格局對元素的遷移產(chǎn)生重要影響，可以有效地減少徑流中污染物的含量，提高土地處理系統(tǒng)的凈化能力[7]。河畔林堤岸在治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加動植物種類、提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、成為速生豐產(chǎn)林基地、調(diào)節(jié)氣候和美化環(huán)境等方面，都具有較大的作用，并與城市文化背景融為一體，可作為城市的風(fēng)景游覽休閑之地。

3.5 生態(tài)護岸措施

霞灣港的污染主要表現(xiàn)為地表水污染、底泥淤積、岸邊土壤重金屬含量高等，為了維持霞灣港河流系統(tǒng)各方面的平衡、和諧狀態(tài)，應(yīng)使霞灣港具備以下特征：具有良好的恢復(fù)能力和自我維持能力，即對污染能稀釋、降解，對干擾能化解排除；能滿足原生生態(tài)系統(tǒng)基本的水需求，即能滿足河流及河岸生態(tài)系統(tǒng)生物生存的基本需要；具有相對穩(wěn)定性，河流特征不出現(xiàn)重大改變，對鄰近的生態(tài)系統(tǒng)和人類沒有大的危害；能夠發(fā)揮正常的生態(tài)功能、景觀功能、旅游休閑功能，體現(xiàn)一定的水文化內(nèi)涵[8]。

為了達到以上要求，霞灣港河道的整治應(yīng)采用形態(tài)各異的生態(tài)型護岸，促進河道生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量流通，恢復(fù)港道中動植物的生長，利用動植物自身的功能來凈化水體。生態(tài)護岸包括山石、石籠、塊石、生態(tài)磚、生態(tài)袋護岸、植物護坡等。施工時，可以在原有技術(shù)基礎(chǔ)上進行改進，做到里剛外美，以有利于解決防洪、水土流失、污染治理與生態(tài)的矛盾[9]。

4 結(jié)語

河流生態(tài)修復(fù)工程是以恢復(fù)河流的自然水文狀態(tài)和水流運動方式為標(biāo)準，通過恢復(fù)原有的水文環(huán)境，達到修復(fù)生態(tài)功能的目的。在原有濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能剛剛失衡、但還未形成深層次的功能損壞前進行修復(fù)，能提高恢復(fù)的成功率。河道生態(tài)修復(fù)應(yīng)遵循生態(tài)平衡的指導(dǎo)原則，在利用渠化工程行洪的同時，不可忽視由此引發(fā)的生態(tài)變化。一旦渠化工程產(chǎn)生了負面影響，應(yīng)及時恢復(fù)河道的自然水文水力條件，進而重建其生態(tài)環(huán)境。

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（責(zé)任編輯：徐海燕）

Study on Ecological Restoration of Xiawan

Chen Mingmei1，Yao Ye1，Li Liang2
（1. School of Packaging Design and Art，Hunan Uninversity of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China；2. Zhuzhou City Planning and Design Institute，Zhuzhou Hunan 412002，China）

Xiawan is located in Qingshuitang industrial region of Zhuzhou City and its industrial pollution causes obvious harm to water ecological environment. Xiawan water pollution is serious, 7 indexes of ammonia nitrogen, suspended solids, COD, BOD, fluoride, total cyanide and TP in water exceed the standard, and the contents ofmercury, cadmium, lead, zinc, arsenic, nickel and copper in the port sediment exceed the national soil pollution standards. Xiawan water pollution affects the water quality of Xiang Jiang and endangers the lives and health of residents, also restricts sustainable development of Chang-Zhu-Tan City Group at Xiangjiang River downstream. The governance ideas can be applied such as cutting off the pollution sources of enterprises, cleaning long-term depositing sludge containing heavy metals in Xiawan, developing a scientific and reasonable implement scheme and plan measures and effectively supervising the whole process management by relevant departments of environmental protection. At the same time of physical treatment, takes ecological restoration schemes such as planting artificial vegetation after the dredging solidification landfill, applying ecological restoration design aiming at the plane, cross-sectional and longitudinal river course, establishing wetland protection zone, recovering and reconstructing riparian vegetation, establishing riparian vegetation buffer zone and taking the ecological revetment measures to maximize the recovery of good ecological environment of Xiawan harbor basin.

Xiawan；water pollution；pollution control；ecological restoration

X522

A

1673-9833(2014)02-0101-05

2013-12-03

陳明梅（1987-），女，湖南懷化人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向為環(huán)境藝術(shù)設(shè)計，

E-mail：578377086@qq.com

10.3969/j.issn.1673-9833.2014.02.021