清暉河生態(tài)修復(fù)技術(shù)中的沉水植物技術(shù)探討

(浙江問源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 杭州 310030)

城市河道是城市的重要組成部分，具有行洪、排澇、水土保持、水體自凈和城市景觀等基本功能[1]。城市河道作為水生態(tài)環(huán)境的重要載體，在人類社會經(jīng)濟發(fā)展中有著十分重要的地位[2]。但隨著城鎮(zhèn)的發(fā)展，同時受城市區(qū)域內(nèi)人類活動的干擾，各種污染物直接或間接入河，使得入河污染物量嚴重超過河流自凈能力，導(dǎo)致城市河道嚴重污染，甚至有些河道水生態(tài)系統(tǒng)徹底崩潰，既影響了沿河居民的生活質(zhì)量[3]，也影響了城市的可持續(xù)發(fā)展。在治理城市河道受污染水體的多種措施中，水生植物恢復(fù)具有低耗、高效和環(huán)境安全的特點，是一種既行之有效又保護生態(tài)環(huán)境、避免二次污染的有效方法，日益受到廣泛關(guān)注。沉水植物作為初級生產(chǎn)者，可提高河道水體的自凈能力，完善水生生物群落結(jié)構(gòu)，在水生生態(tài)系統(tǒng)中有著不可替代的作用[4]。因此，利用沉水植物進行河道生態(tài)恢復(fù)受到高度關(guān)注，國內(nèi)外許多專家圍繞沉水植物的生長條件進行了大量研究，并取得了一些研究成果，然而在野外實踐中沉水植物卻經(jīng)常難以大面積成活或形成穩(wěn)定的種群或群落[5]?，F(xiàn)有城市河道由于河道水體多為深度較大、透明度較低、水質(zhì)污染嚴重，同時還經(jīng)受長期、持續(xù)的水體污染等，因此對城市河道實施生態(tài)修復(fù)尤其在城市河道內(nèi)恢復(fù)和重建沉水植被的成功案例報道較少。

本文選擇浙江省杭州市清暉河西湖區(qū)段河道實施的生態(tài)修復(fù)工程，探討了生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)方案及效果，為城市河道生態(tài)治理工程項目的實施，尤其為沉水植被的恢復(fù)提供理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。

1 河道概況及污染原因分析

1.1 現(xiàn)狀水質(zhì)

杭州市西湖區(qū)清暉河大體呈“S”形，河道全長約675.0m，河寬10.0～25.0m，水深1.5～2.0m，總水域面積約8800m2，總蓄水量約17600m3。由于是南方城市河道，水位變化不大。河道兩端有水閘，控制與周邊水系相互貫通。多年來，該河道水體感官較差，水體透明度較低，并常有藻類暴發(fā)、水體異味等現(xiàn)象，其水生生態(tài)系統(tǒng)功能受損，穩(wěn)定性下降，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)。在該河道生態(tài)修復(fù)工程實施前，于2016年2月對河道內(nèi)2個斷面進行了3次取樣分析，水質(zhì)檢測結(jié)果見表1。

表1 河道水質(zhì)檢測結(jié)果 單位：mg/L

由表1可知，除pH值外，水體中的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷等主要水質(zhì)指標明顯超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)Ⅴ類水標準，為劣Ⅴ類水體，超標率分別為26.7%、12.5%、20.0%。

1.2 生態(tài)現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該河道兩側(cè)駁岸基本為漿砌石直立駁岸，駁岸水下部分高1.5～2.0m，河道兩側(cè)缺乏完整的水陸交錯帶、水生植物帶等生態(tài)緩沖帶的保護，水體整體透明度較低，約15～25cm，水體呈土灰色，流動性較差，水生生態(tài)系統(tǒng)功能受損，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。

1.3 水質(zhì)污染原因分析

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，造成河道水質(zhì)劣Ⅴ類的原因如下：

a.初期雨水造成面源污染。該河道兩岸目前主要為垂直漿砌石護岸，在降雨季節(jié)，尤其地面徑流量較大時，累積在地表的污染物受到降水的沖刷作用，隨著徑流的形成和泥沙的輸移在河道兩側(cè)坡面產(chǎn)生污染負荷，并隨徑流與泥沙的輸移最終流入河道造成污染。

b.沿岸點源污染。河道沿岸共有5處排水口。河道周邊為居民生活老舊小區(qū)，前幾年相關(guān)部門對居民小區(qū)雨污合流管道進行了改造，但由于可能存在雨污合流管道改造不徹底或者管道破損現(xiàn)象，偶爾有污水從排水口流出，特別是雨天從排水口溢流出的水量更大。

c.自凈能力差。河道兩側(cè)駁岸基本為漿砌石直立駁岸，這種固化駁岸雖然使河道景觀看上去顯得很整潔、漂亮，但破壞了水岸植被賴以生存的基礎(chǔ)，不僅使很多陸地上的植被喪失了生存空間，還使一些水生植物失去了生存場所。河道中基本無水生植物存在，影響了水體的自凈能力。由于河道缺乏基本的自凈能力，污染物長期累積，造成富營養(yǎng)化不斷加劇。

2 生態(tài)修復(fù)工程方案

2.1 技術(shù)思路

水體生態(tài)修復(fù)是以恢復(fù)重建水生態(tài)系統(tǒng)及其景觀為目的，通過對水治理工程的生態(tài)設(shè)計與調(diào)控，恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、高效的系統(tǒng)功能和協(xié)調(diào)的內(nèi)在關(guān)系[6]。由于河道生態(tài)修復(fù)是一項長期、艱巨的工程，如單純依靠某種生態(tài)修復(fù)技術(shù)，難以從根本上恢復(fù)和重建水生態(tài)系統(tǒng)，勢必需要采取綜合技術(shù)措施來實現(xiàn)河道生態(tài)治理和景觀提升。該河道水體深度較大、透明度較低、水質(zhì)污染嚴重，同時還經(jīng)受長期、持續(xù)的水體污染，因而生態(tài)修復(fù)工程的技術(shù)思路主要是發(fā)揮和強化生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能，以達到去除污染、凈化水質(zhì)的目的。水生植物不僅是水生態(tài)系統(tǒng)的主要初級生產(chǎn)者之一，自身還具有氮、磷吸收能力，是水體生物多樣性賴以維持的基礎(chǔ)，是建立健康的水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵?；謴?fù)和重建沉水植物是預(yù)防和治理水體富營養(yǎng)化的重要環(huán)節(jié)。在沉水植物生態(tài)恢復(fù)過程中，光照和透明度是主要的限制性因子[7]，該河道不具有行洪功能，同時兩端設(shè)置有水閘，水位可調(diào)控，有利于沉水植物的定植、存活。因此本項目采用以沉水植物恢復(fù)為主，同時輔以外源污染接觸處理、曝氣復(fù)氧、生物操縱、水下種植槽等綜合技術(shù)措施來實現(xiàn)河道生態(tài)治理和景觀提升，從而構(gòu)建“水下森林”，實現(xiàn)健康的水生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

2.2 具體實施方式及工藝參數(shù)

a.水位調(diào)控。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，河道常水位偏高，光照不足，河道水質(zhì)較差，特別是在含有機物豐富的底泥與水界面處，常常處于厭氧狀態(tài)，會造成水生植物尤其是沉水植物死亡，限制了生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)措施的實施，因而在工程實施前，通過水閘來調(diào)控河道內(nèi)水位，為沉水植物的定植、存活提供條件。

b.魚類清理。在實施生態(tài)修復(fù)工程過程中不宜有魚類存在，由于魚類活動，會降低水體透明度，還有部分草食性魚類以水生植物為食物，增大生態(tài)修復(fù)工程的難度。

c.輔助措施實施。主要采用底質(zhì)改良、污水排放口生物接觸處理、曝氣復(fù)氧、水下種植槽等措施，提高水體透明度，降低水體營養(yǎng)鹽的濃度，改善底泥環(huán)境條件。在5處排水口處設(shè)置生物接觸氧化填料37.5m3，對排水口來水進行生物接觸氧化處理；在重點區(qū)域投撒底質(zhì)改良劑8m3，改善河道底質(zhì)氧化還原環(huán)境條件；設(shè)置微孔曝氣3套，噴泉曝氣2套，對水體進行強化增氧曝氣；針對直立駁岸，在駁岸一定區(qū)域布置水下種植槽10處，美化和提升河道景觀。單個種植槽長度5.0m，寬度0.5m，種植槽內(nèi)填充鵝卵石、礫石、米石等作為挺水植物生長的基質(zhì)，在槽內(nèi)種植再力花、美人蕉、梭魚草、鳶尾、香蒲等挺水植物。

d.植物種植。待水體透明度有所提高、水體營養(yǎng)鹽濃度降低到一定程度后，種植耐污能力強、易定植的先鋒物種沉水植物和浮葉植物。該河道選擇了苦草、金魚藻、菹草等沉水植物，于不同季節(jié)采用扦插法或播撒種子方式種植，種植面積4400 m2。另外選擇粉紅、亮黃、純白等品種的睡蓮種植在河道水面較開闊區(qū)域，種植面積約100 m2。

e.生物操縱。根據(jù)水生植物的生長情況，逐步有序增高水位。待水生植物達到一定規(guī)模后，向水體中投放適量花白鰱和河蚌幼苗，通過生物操縱措施使水生態(tài)系統(tǒng)逐步向健康、良性方面轉(zhuǎn)變。

3 生態(tài)修復(fù)效果

3.1 沉水植物恢復(fù)情況

生態(tài)修復(fù)工程竣工后，安排專人對河道水質(zhì)進行日常養(yǎng)護。養(yǎng)護約一年后，于2017年8月對河道內(nèi)水生植物情況進行了調(diào)查研究。研究發(fā)現(xiàn)，河道內(nèi)除部分區(qū)域水生植物比較稀疏外，大部分區(qū)域水生植物長勢良好，沉水植物和浮葉植物現(xiàn)存量達到了85%以上，沉水植物基本形成了“水下森林”景觀，水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，許多水域清澈見底。

3.2 河道水質(zhì)情況

項目竣工后，為考查生態(tài)修復(fù)工程實施對水質(zhì)改善的長期效果，進行了長達11個月的水質(zhì)采樣跟蹤監(jiān)測，結(jié)果表明，河道水質(zhì)pH值范圍在6.74～8.68之間，DO的范圍在3.81～5.53mg/L之間，水體透明度達到60cm以上，部分區(qū)域水質(zhì)清澈見底。2017年8月至2018年6月，河道水體中CODMn、TP、NH3-N各月情況分別見圖1、圖2、圖3。

圖1 2017年8月至2018年6月CODMn的變化情況

圖2 2017年8月至2018年6月TP的變化情況

由圖1、圖2、圖3可知，2017年8月至2018年 6月期間，CODMn、TP、NH3-N平均值分別為6.30mg/L、0.14mg/L 、1.15mg/L。與工程治理前相比，河道水體中CODMn、TP、NH3-N等水質(zhì)指標均得到了大幅改善，濃度分別下降66.8%、52.1%、68.9%，總體水質(zhì)達到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ～Ⅳ類水平。同時發(fā)現(xiàn)，季節(jié)性差異對河道水質(zhì)影響不明顯。

圖3 2017年8月至2018年6月氨氮的變化情況

由以上水質(zhì)檢測結(jié)果可知，該工程通過以沉水植物恢復(fù)為主，輔以外源污染接觸處理、底質(zhì)改良、曝氣復(fù)氧、生物操縱、水下種植槽等綜合治理措施，達到了較好的水質(zhì)凈化效果。生態(tài)修復(fù)工程實施后效果見圖4。

圖4 生態(tài)修復(fù)工程實施后效果

4 結(jié) 語

在城市水位可控的河道內(nèi)，通過以沉水植物恢復(fù)為根本目的，同時在工程實施過程中，輔以外源污染接觸處理、底質(zhì)改良、曝氣復(fù)氧、生物操縱、水下種植槽等綜合治理措施，能夠達到較好的水質(zhì)凈化效果，最終構(gòu)建起健康、穩(wěn)定的水生生態(tài)系統(tǒng)。此生態(tài)修復(fù)工程的成功實施期望能為類似城市河道的生態(tài)修復(fù)提供有益的參考。