華山洼典型生態(tài)濕地修復(fù)方案研究

鄒紅菊

（南京中科水治理股份有限公司，南京 210018）

城市化所帶來的生態(tài)環(huán)境問題在我國和發(fā)達(dá)國家都有突出體現(xiàn)，城市發(fā)展所產(chǎn)生的生態(tài)功能低下、環(huán)境污染嚴(yán)重、資源短缺和環(huán)境惡化等問題影響著城市、國家甚至全球的生態(tài)安全[1-3]。海綿城市建設(shè)成為解決水環(huán)境問題的重要理念和方法，我國已經(jīng)在多個城市開展了試點(diǎn)工程。濟(jì)南市屬于生態(tài)文明建設(shè)城市，高度重視生態(tài)文明建設(shè)，特別是濟(jì)南市示范海綿城市的建設(shè)。

華山洼位于濟(jì)南市小清河水系的節(jié)點(diǎn)，屬于華山歷史文化濕地公園的重要組成部分，華山歷史文化濕地公園又屬華山片區(qū)的組成部分，對于濟(jì)南市、郊區(qū)的區(qū)域防洪蓄洪和生態(tài)供水起著重要作用。城市濕地具有城市其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的多種生態(tài)服務(wù)功能，是城市生態(tài)安全的保障和城市文明的象征[4]。隨著城市化的發(fā)展，各方面污染物的持續(xù)排放導(dǎo)致湖區(qū)水質(zhì)惡化、水體富營養(yǎng)化，直接造成水體服務(wù)功能的喪失。本文以華山洼濕地公園為例，通過對現(xiàn)場生態(tài)環(huán)境污染源調(diào)查分析，研究生態(tài)修復(fù)方案，以期為濟(jì)南海綿城市的建設(shè)提供一個新的生態(tài)思路、一種新的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)手段、一個優(yōu)秀成功典范。

1 現(xiàn)狀條件

1.1 相關(guān)水系水文特征

華山洼總用地面積14.6 km2，水域面積224 萬m2，湖區(qū)最大水深5 m，最淺水深0.2 m，是典型的淺水型湖泊，湖體庫容656 萬m3。華山洼初次蓄水以鵲山水庫為主體，引黃河水作為水源，蓄水600 萬m3，常態(tài)補(bǔ)水每年需調(diào)配該路線補(bǔ)給268 萬m3，排水至小清河，如圖1所示。

圖1 華山洼引水示意圖

1.2 水體水質(zhì)調(diào)查

通過入水水源水量與濃度計(jì)算，華山洼補(bǔ)水水源TN、TP年入湖負(fù)荷分別為2 538 kg、18 kg。湖面直接降雨年平均污染負(fù)荷TN 為1 440 kg、TP 為80 kg，湖區(qū)地表徑流年平均污染負(fù)荷TN 為27 300 kg、TP為3 310 kg（見表1）。地表徑流為水體污染物的最主要來源。

表1 每年進(jìn)入華山洼的各種污染物

1.3 湖區(qū)潛在問題分析

1.3.1 水質(zhì)惡化

持續(xù)的污染負(fù)荷輸入，勢必導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

1.3.2 水體富營養(yǎng)化

水體富營養(yǎng)化是營養(yǎng)鹽總氮、總磷的不斷輸入導(dǎo)致的，因總磷在水體中處于不斷富集的狀態(tài)，如果無工程措施，總磷較難從湖區(qū)清除，因此總磷往往是水體富營養(yǎng)化的主要影響因子。依據(jù)《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》對現(xiàn)狀水質(zhì)評價，其中湖區(qū)中總磷濃度已經(jīng)達(dá)到水體富營養(yǎng)化的外源負(fù)荷[5]。

1.3.3 水體服務(wù)功能喪失

根據(jù)華山洼總體定位，其生態(tài)價值大致包括：涵養(yǎng)水源價值、水質(zhì)凈化價值、調(diào)節(jié)大氣價值、旅游休閑娛樂價值、提供生境、生物多樣性維持價值、科研教育價值。然而，隨著水體水質(zhì)惡化，涵養(yǎng)水源價值、水質(zhì)凈化價值、提供生境、生物多樣性維持價值、科研教育價值將無法實(shí)現(xiàn)，而調(diào)節(jié)大氣價值、旅游休閑娛樂價值將大幅貶值。

2 生態(tài)修復(fù)方案

2.1 可行性分析

華山洼水環(huán)境特征的調(diào)查顯示，基底條件、湖盆及駁岸形態(tài)均利于水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)；水利調(diào)配滿足生態(tài)蓄水量；水體污染負(fù)荷也在水生態(tài)系統(tǒng)負(fù)荷的范圍之內(nèi)。因此，華山洼水生態(tài)恢復(fù)工程具備實(shí)施條件。

2.2 水環(huán)境整治技術(shù)方案

2.2.1 雨水口區(qū)域凈化

攔截微生態(tài)網(wǎng)膜通過增加水體滯留時間（滯留時間大于30 s）、植物攔截及微生物凈化水體。工程布置在雨水管口入湖處，共10 處水域，共布置3 637 m2。攔截微生態(tài)網(wǎng)膜是高分子聚乙烯網(wǎng)，網(wǎng)目小，吸附性強(qiáng)，景觀影響低。攔截微生態(tài)網(wǎng)膜布置在距雨水口約35 m 水域，豎向布置在常水位以下水體中，每個區(qū)域共布置3 道。

2.2.2 基底改良

原狀地貌為農(nóng)田勢必會存在一定的病蟲害甚至對水生植物有害的螺類等，不利于水生植物的生長，需進(jìn)行基底改良。在基底土壤平整的基礎(chǔ)上，對工程區(qū)域基底和周邊環(huán)境內(nèi)施用具有針對性的植物病原體消殺劑，消滅蟄伏的導(dǎo)致高等植物發(fā)生褐斑病、葉銹病、稈銹病、黑粉病等的細(xì)菌性病原體和霉菌，消滅可攝食植物活體的蘿卜螺、福壽螺等有害螺類，以提高高等植物成活率[6-7]。工程實(shí)施面積為129.96 萬m2。

2.3 水環(huán)境修復(fù)技術(shù)方案

2.3.1 高等水生植物群落構(gòu)建

高等水生植物為生態(tài)系統(tǒng)最重要的初級生產(chǎn)力，也是生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分，構(gòu)建由挺水植物、浮葉植物、沉水植物及其根際微生物等組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[8]。

沉水植物在穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)和凈化水體方面有其特有的作用，水生植物有過量吸收營養(yǎng)物質(zhì)的特性[9]。沉水植物所釋放的化學(xué)物質(zhì)對藻類的抑制作用是淺水湖泊維持清水狀態(tài)的機(jī)制之一，同時也為浮游動物逃避魚類捕食提供避難場所，從而增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對浮游植物的控制和系統(tǒng)的自凈能力[10-11]。另外，形成的水生植物-微生物耦合降解系統(tǒng)能強(qiáng)化水生植物的凈水功能[12]。

設(shè)計(jì)參數(shù)為：工程實(shí)施面積為1 299 560 m2，沉水植物適宜種植的水深為區(qū)域透明度的2 倍，華山洼設(shè)計(jì)透明度能達(dá)1.5 m，故在構(gòu)建時沉水植物適宜種植在水深3 m 以內(nèi)區(qū)域。待生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建穩(wěn)定之后，透明度逐步提升，沉水植物會向中央深水區(qū)自然繁衍。

根據(jù)其區(qū)域氣候、地質(zhì)地貌以及周邊區(qū)域情況，選擇黑藻、苦草、金魚藻、菹草、伊樂藻、竹葉眼子菜和狐尾藻等沉水植物。另外，依據(jù)沉水植物生態(tài)位，由高到低、由近及遠(yuǎn)地進(jìn)行混植[6]。

2.3.2 大型底棲動物群落構(gòu)建

（1）腹足類底棲動物群落。湖區(qū)水體中的懸浮物容易導(dǎo)致沉水植物附著物過厚而影響沉水植物光合作用，使得沉水植物生長減緩，凈化效果降低，通過配合附著物清除系統(tǒng)的構(gòu)建，促進(jìn)沉水植物生長，對凈化效果具有事半功倍之效。

環(huán)棱螺（Bellamya）能通過絮凝作用顯著增加水體的透明度，降低總磷的濃度，對浮游植物的增殖起到抑制作用[13-14]。環(huán)棱螺食性為攝食附著物、有機(jī)碎屑，對植物活體無攝食，其可有效清除沉水植物葉片上的附著物，從而促進(jìn)沉水植物生長，提高營養(yǎng)鹽凈化效率，提升水生植物可觀賞性，與沉水植物形成“螺-草”互利功能群[15]。

華山洼入湖水源水質(zhì)較好，水深適宜，非常適合水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建，水生態(tài)恢復(fù)技術(shù)亦能充分發(fā)揮水質(zhì)凈化與保持作用，則穩(wěn)定凈化型系統(tǒng)中沉水植物葉片懸浮物亦應(yīng)較少。根據(jù)此區(qū)域特征，投放梨形環(huán)棱螺（Bellamya purificata），其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：按照沉水植物面積投放，群落建成后最大可達(dá)到的密度為30～50 個/m2，每胎產(chǎn)仔量20～40 個，本設(shè)計(jì)主要依靠環(huán)棱螺的自我繁殖能力進(jìn)行后期擴(kuò)展，其一般可移動至3～6 m 水深區(qū)域。梨形環(huán)棱螺投放密度為5 g/m2。

（2）雙殼類底棲動物群落。生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行后，各水生動植物會有死亡、沉降、在湖底形成沉積物的過程，則生態(tài)系統(tǒng)必須恢復(fù)有機(jī)物分解生物群落，而雙殼類底棲動物因其攝食性可有效過濾水體及沉積的有機(jī)碎屑，使得營養(yǎng)鹽進(jìn)入食物網(wǎng)鏈得以再循環(huán)。

蚌通常以水中的細(xì)菌、浮游植物、原生動物、輪蟲、小型枝角類、小型橈足類和有機(jī)碎屑為食，不同的蚌攝食種類有所不同，例如，褶紋冠蚌要比三角帆蚌攝食的藻類多，其攝食量取決于水中餌料的多少、適口程度和蚌的體質(zhì)狀況等，通過對水的過濾，有效凈化水體水質(zhì)[16]。本設(shè)計(jì)投放無齒蚌（Anodonta），在沉水植物區(qū)域投放，蚌的投放根據(jù)其濾水速率、周期、繁殖能力、適宜投放水深等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，蚌體型較大，生活在水草叢中，易被魚類攝食，自然繁殖能力較弱，本設(shè)計(jì)中不考慮其自我繁殖能力，詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

式中，V為蚌的濾水速率；T為蚌的濾水周期；D為蚌的投放區(qū)域水深；S為蚌投放的單位水域面積，以1 m2計(jì)。

根據(jù)相關(guān)研究，蚌的濾水速率一般在2～9 L/（kg·h），本項(xiàng)目考慮投放濾食速率較高的小體重褶紋冠蚌與無齒蚌，本設(shè)計(jì)中蚌的濾水速率取值為8 L/（kg·h）；考慮到水生態(tài)系統(tǒng)已成功構(gòu)建沉水植物群落，其對水體水質(zhì)凈化與浮游植物控制起主要作用，蚌的濾食為輔助作用，其濾水周期設(shè)計(jì)為120 d；人工投放時，適宜投放水深為2 m 區(qū)域內(nèi)，隨著水體水質(zhì)的提升，其可自行往深水區(qū)繁衍，本設(shè)計(jì)中投放區(qū)域設(shè)計(jì)為0～2 m 水深區(qū)域，平均水深以1.5 m 計(jì)。無齒蚌的投放密度約為10 g/m2。

2.3.3 魚類群落構(gòu)建

（1）黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）群落。無齒蚌的鉤介幼蟲必須在黃顙魚魚鰓內(nèi)寄生，方能完成變態(tài)發(fā)育，從而獲得有機(jī)體的繁殖，因此黃顙魚-無齒蚌也可形成生物互利功能群，同時黃顙魚還可捕食雜食性魚，提高浮游動物生物量，控制浮游植物生物量[6]。根據(jù)無齒蚌放養(yǎng)密度及浮游植物控制作用設(shè)計(jì)，本工程區(qū)黃顙魚放養(yǎng)密度為9 000 尾。

（2）藻類生物量控制。藻類（浮游植物）生物量削減可通過以下途徑進(jìn)行：浮游動物攝食；鲴大型底棲動物濾食或刮食；鰱鳙魚濾食性魚類濾食。根據(jù)自然湖泊調(diào)查魚類群落結(jié)構(gòu)、魚塘養(yǎng)殖控制野雜魚經(jīng)驗(yàn)，淺水湖泊中肉食性魚類密度約為6 尾/100 m2。

根據(jù)對魚類的調(diào)查研究、區(qū)域氣候、地質(zhì)地貌、周邊區(qū)域情況及魚類的特性，選用以下肉食性魚類烏鱧（Ophiocephalus argus cantor）、鯰（Silurus spp），其投放量分別為11 190 尾、9 600 尾。

2.4 優(yōu)化調(diào)整工程

生態(tài)工程優(yōu)化調(diào)整工作是生態(tài)系統(tǒng)后續(xù)穩(wěn)定、長效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。本優(yōu)化調(diào)整工程工作內(nèi)容包括：改變清水型生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；通過人為設(shè)計(jì)與自然設(shè)計(jì)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)鹽-浮游生物-沉水植物-大型底棲動物-雜食性魚類-肉食性魚類等群落的優(yōu)化調(diào)控，使清水型生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、健康穩(wěn)定、長效運(yùn)行。

3 結(jié)論

城市水系生態(tài)修復(fù)方案的選擇與優(yōu)化具有靈活性和可操作性，為城市水系生態(tài)修復(fù)提供決策技術(shù)與方法支持。華山洼的重修將實(shí)現(xiàn)海綿城市中對雨水的再利用，華山洼的建成將對該流域雨水起到“滯”“蓄”“排”等作用，而遵循生態(tài)優(yōu)先原則，華山洼水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)完全能實(shí)現(xiàn)華山洼“凈”的功能，豐富水生生物的多樣性，最終實(shí)現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定且長效運(yùn)行的既定目標(biāo)。