上海動物園水環(huán)境工程生態(tài)修復(fù)技術(shù)探析

徐陽

摘要?上海動物園是位于上海市長寧區(qū)一座城市動物園，承擔(dān)著動物保護、市民科普、生態(tài)保護等功能。園內(nèi)水系復(fù)雜，水體面積較大，污染源主要為動物飼料糞便、園林綠化、雨水地表徑流等。針對上海動物園水體存在的問題，通過水力沖挖、生態(tài)浮床以及水、濕生植物垂直結(jié)構(gòu)分區(qū)等工程技術(shù)手段，改善園內(nèi)水體質(zhì)量，修復(fù)園內(nèi)生態(tài)環(huán)境，以期為城市類似水環(huán)境的提升提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞?水體;生態(tài)修復(fù)技術(shù);上海動物園

中圖分類號?X171.4?文獻標(biāo)識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）14-0198-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.056

Abstract?Shanghai Zoo is a city zoo located in Changning District of Shanghai. It has many functions such as animal protection， public science popularization and ecological protection. The water system in the park is complex and the water body area is large. The pollution sources are mainly animal feed manure， landscaping， rainwater surface runoff， etc. In view of the problems existing in the water body of Shanghai Zoo，?the quality of the water body in the zoo was improved and the ecological environment was restored through engineering techniques such as hydraulic digging， ecological floating bed and vertical structure division of water and wet plants， so as to provide reference and basis for the improvement of similar water environment in cities.

Key words?Water body;Ecological restoration technology;Shanghai Zoo

上海動物園景觀水體多為靜止水體或流動性較差的封閉或半封閉水體[1]，且多為露天水體，容易受到污染，其自身自凈能力有限，河面落葉等雜物較多，如天鵝湖有較多禽類羽毛漂浮，部分區(qū)域浮游藻類覆蓋全水面，水體形成缺氧環(huán)境，有明顯腥臭味。因此，采取適當(dāng)?shù)拇胧τ趧游飯@內(nèi)水體的治理十分重要。

水、濕生植物是水體生態(tài)系統(tǒng)和園林水景的重要組成部分。大量研究表明，水、濕生植物在水體凈化、生態(tài)修復(fù)中發(fā)揮重要作用。袁東海等[2]研究了幾種濕地植物對生活污水的凈化作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其對污染水體中化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）的去除效果明顯。陳亮等[3]對濕地植物開展的研究發(fā)現(xiàn)，旱傘草?（Cyperus involucratus）、燈心草（Juncus effusus）、美人蕉（Canna indica）?等植物對污水具有較強的凈化效果，可以作為理想濕地植物，實用性和適應(yīng)性都很高，不僅容易生長，而且具有相當(dāng)程度的美感。張倩妮等[4]以29種常見水生植物為材料，對模擬農(nóng)村污水出水進行凈化，發(fā)現(xiàn)植物處理對TN（總氮）的凈化率比無植物對照組提高6.21%～26.66%，對NH3-N（氨氮）、TP（總磷）、CODCr（化學(xué)需氧量）、SS（懸浮固體）的凈化率分別提高7.03%～23.92%、17.40%～28.13%、7.47%～18.62%和8.90%～13.00%。Kadlec等[5]研究發(fā)現(xiàn)人工濕地對廢水的去除效果極佳，對BOD5的去除率為80%，而對氨氮去除率高達95%。

常規(guī)的景觀水體修復(fù)方式，往往在水體靜止不動、又有大量動物糞便的動物園中失去應(yīng)用的效能。筆者在對上海動物園水體進行調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了園內(nèi)天鵝湖等污染水體區(qū)域存在的問題，并創(chuàng)新性地采用水力沖挖、生態(tài)浮床與水、濕生植物垂直結(jié)構(gòu)分區(qū)相結(jié)合的工程技術(shù)手段，對問題水體進行了工程修復(fù)，取得了良好的效果。

1?上海動物園水體現(xiàn)狀

上海動物園建立至今，已有60多年的發(fā)展，園內(nèi)飼養(yǎng)多種稀有、珍貴的野生動物，還種植了大面積樹木和草坪，成為旅游熱門地點。上海動物園園內(nèi)園外水系復(fù)雜，園外由北夏家浜、直挺浜、夏家浜和新涇港組成動物園周邊水系，園內(nèi)景觀水體類型豐富，以湖泊和河流為主，水面積達60 342 m2，占園區(qū)總面積的8.69%。動物園內(nèi)的景觀水體主要來自園外市政河道中的水，引入后基本上靜止不動，需要采取合理的措施進行治理和修復(fù)。

該工程于2019年7月份啟動，在工程實施之前，對動物園主要項目實施區(qū)域、同時也是水環(huán)境污染嚴重的天鵝湖區(qū)域（圖1）等附近水樣進行了抽檢，測定指標(biāo)包括NH3-N（氨氮）、SS（懸浮物）、TP（總磷）、TN（總氮）、CODMn（高錳酸鉀指數(shù)）、DO（水體溶解氧）等（表1）。通過水體檢測數(shù)據(jù)與其所在位置進行綜合分析，結(jié)果表明水體的污染來源中，外源主要是由園內(nèi)的枯枝落葉、動物的排泄物、羽毛等組成，由雨水和地表徑流被帶入水體以及游客帶來的垃圾和游客投喂行為。其中，天鵝湖受到外源污染較為嚴重，湖面上漂浮大量羽毛以及鳥類糞便（圖2）;內(nèi)源污染主要來自底泥，經(jīng)分析全園水系淤泥厚度是0～80 cm，主要成分是落葉等沉積物。

綜上所述，上海動物園內(nèi)的污染水體主要存在以下問題：①水體氮、磷含量高，大部分輕度富營養(yǎng)化，且部分有藻類暴發(fā)現(xiàn)象。

②根據(jù)地表水標(biāo)準(zhǔn)，天鵝湖4個水質(zhì)采樣點水質(zhì)均為劣Ⅴ類或Ⅴ類。金魚廊附近水體水質(zhì)為Ⅲ類，水面懸浮物多。③溶解氧較低，無法滿足水中動植物的需求，水質(zhì)整體有輕度黑臭化的趨勢。

針對以上問題，將通過工程技術(shù)措施對上海動物園內(nèi)水環(huán)境進行治理和提升。

2?上海動物園水環(huán)境工程生態(tài)修復(fù)技術(shù)

針對上海動物園水體存在的問題，提出通過工程技術(shù)來改善園內(nèi)水體質(zhì)量，加強園內(nèi)水環(huán)境的護理。修復(fù)工程的主要目的是提高水體水質(zhì)，完善水體生態(tài)系統(tǒng)，提高水體動植物多樣性，從而間接提高水體的自凈能力，實現(xiàn)水體的長期治理。該工程的主要技術(shù)手段是水利沖挖、生態(tài)浮床以及水、濕生植物垂直結(jié)構(gòu)分區(qū)水濕生植物配置及生態(tài)凈化。

2.1?水力沖挖技術(shù)

水力沖挖技術(shù)是指在河道施工段構(gòu)筑臨時圍堰，將河道水排干，之后采用水力沖挖機組的高壓水槍沖刷底泥，將底泥擾動成泥漿。其技術(shù)原理是模擬自然界水流沖刷原理，借水力作用來進行挖土、輸土、填土，即水流經(jīng)高壓泵產(chǎn)生壓力，通過水槍噴出一股密實的高速水柱，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合。流動的泥漿匯集到事先設(shè)置好的低洼區(qū)，由泥泵吸取、管道輸送、將泥漿輸送至岸上的堆場或集漿池內(nèi)[6-8]。

針對上海動物園天鵝湖水體現(xiàn)有狀況，其技術(shù)實施過程中的關(guān)鍵技術(shù)為：挖泥機挖至河底以下1.5 m深，結(jié)合原先水深1 m并考慮圍堰超出地面0.5 m，合計池深約3.5 m。將池構(gòu)筑成大致中部倒圓臺形，以利于泥漿的沉淀與集中，填筑折合直徑約20 m（圖3）。在截水回流時，為利用泥漿沉淀泌水，減少沖挖用水的補充量，在距臨河側(cè)圍堰3 m外的河底設(shè)100 cm×80 cm的排水溝或截水溝將滲水、漫水及泌水回流至供沖挖施工抽水的導(dǎo)流溝（200 cm×150 cm）以重復(fù)利用（圖4）。施工時，泄水口應(yīng)隨時填筑沙袋，保持堰上水頭為0.05 m，防止水流太急造成帶漿溢出。

在應(yīng)用效果上，水力沖挖在上海動物園水環(huán)境重建及提升工程中起到基礎(chǔ)性作用。通過合理計算清淤量及清淤位置，重點清

除了天鵝湖等5個區(qū)域的淤泥（圖5）。這幾個區(qū)域不僅是重點污染區(qū)域，并且由于處于中心地帶，也是連接上海動物園內(nèi)水系的重點區(qū)域。水力沖挖后，污染淤積得到了緩解，并在一定程度上增加了園內(nèi)水循環(huán)的動力。

2.2?生態(tài)浮床技術(shù)

人工生態(tài)浮床凈化技術(shù)的原理是通過無土栽培，將具有凈化水質(zhì)、具有觀賞性的水生或者濕生植物，種植在具有水面浮力的載體上，通過拼裝成塊，使其生長在污染水體上，利用植物強大根系的吸收、吸附、截留作用和微生物的生化降解等作用，削減污染水體中的重金屬離子或?qū)⒏粻I養(yǎng)化的N、P及有機物質(zhì)等污染物質(zhì)富集在浮床的植物體內(nèi)。若將生態(tài)浮床搬離水體，即可達到凈化水質(zhì)的效果。同時，生長于水面的植物也可以形成多元化的生態(tài)環(huán)境，可作為魚類、浮游生物類、昆蟲等的棲息地和繁殖產(chǎn)卵區(qū)。多種植物間雜生長也能營造良好的水上景觀，美化環(huán)境[9-10]。

根據(jù)上海動物園水體的特點，該工程應(yīng)用的生態(tài)浮床實施的技術(shù)關(guān)鍵包括：①生態(tài)浮床植物種植。

項目實施中，所采用的種植床主體結(jié)構(gòu)為長絲編織聚酯纖維結(jié)構(gòu)（填充物），覆蓋材料有機植物纖維，中間通過鋼骨架連接。單體結(jié)構(gòu)尺寸為200 cm×150 cm×22 cm，種植床每平方有25個種植穴，在指定種植穴位置進行種植，種植時確保植物根系浸泡在水下。該項目選用的生態(tài)浮床植物主要有菖蒲?（Acorus calamus）、美人蕉、鳶尾（Iris tectorum）、蘆葦（Phragmites australis）?等（圖6）。②生態(tài)浮床拼接。水生植物種植完畢后，便可以開始浮動濕地單元的拼接。浮動濕地單元內(nèi)部有不銹鋼管作為骨架。在拼接過程中，需將不銹鋼管對齊，并采用套管的方式進行對接。由于在水面上進行拼接，可能產(chǎn)生無法移動浮動濕地單元等情況，則需在漂浮濕地單元兩側(cè)綁扎繩索，并進行人力牽扯，使漂浮濕地移動并達到指定位置（圖7）。③浮床固定。

水下固定是浮動濕地建造的重要環(huán)節(jié)。上海動物園生態(tài)浮床采用插桿固定方式，在浮動濕地的四周插入4根鍍鋅鋼管作為固定支撐，并以尼龍繩作為連接，將浮動濕地固定在一定范圍之內(nèi)，使之無法移動。為保持浮動濕地平衡性，不被波浪所打翻，在尼龍繩上栓上重物如水泥塊等，使其保持平衡（圖8）。④生態(tài)浮床維護。

浮床植物種植后若發(fā)現(xiàn)植物枯萎、蟲害等現(xiàn)象要及時查看原因并予以解決。如因固定連接不牢導(dǎo)致單元連接松散，要及時加固，防止沖擊能力變?nèi)?。待植物生長到一定規(guī)模后進行收割并重新種植。具體收割時間以植物品種及類別而異，一般為1～2年。

實踐結(jié)果表明，上海動物園水體構(gòu)建生態(tài)浮床的意義和應(yīng)用效果在于：①生態(tài)浮床能夠有效吸收、吸附和富集富營養(yǎng)化物質(zhì)元素（如N、P等），緩解了水體富營養(yǎng)化程度，使天鵝湖、金魚廊段水體水華頻繁暴發(fā)的區(qū)域富營養(yǎng)化的程度有效降低;②能通過植物呼吸作用向水體有效輸氧，使傳統(tǒng)黑臭隱患區(qū)域不僅解決了黑臭問題，而且在景觀上得到了大幅度提升;③生態(tài)浮床能夠建設(shè)和諧健康的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。在金魚廊段水體構(gòu)建生態(tài)浮床后，其水體內(nèi)的魚類和蚌類明顯增多（圖9）。

2.3?水、濕生植物垂直結(jié)構(gòu)分區(qū)凈化技術(shù)?景觀水體的治理中，植物修復(fù)技術(shù)是普遍使用的一種方法，其原理是以構(gòu)建水生植物群落為中心，利用其自身聯(lián)合共生系統(tǒng)中其他生物體去除污染物的一種技術(shù)，而水濕生植物對景觀水體的凈化效果明顯。

構(gòu)建合理健康的水生植物的關(guān)鍵是進行垂直結(jié)構(gòu)上的分區(qū)。上海動物園工程實踐中，其垂直結(jié)構(gòu)分區(qū)為水邊與駁岸的挺水、喜濕植物區(qū)，水面的浮葉型、飄浮型植物區(qū)及水底的沉水型植物區(qū)。植物分區(qū)凈化技術(shù)實施要點如下：在植物選擇上，水邊和駁岸主要選擇黃菖蒲?（Iris pseudacorus）、旱傘草、花菖蒲（Iris ensata?var.?hortensis）、千屈菜（Lythrum salicaria）、美人蕉和慈姑（Sagittaria trifolia?L. var.?sinensis）?5種挺水、喜濕植物;水底選擇的沉水植物主要有金魚藻?（Ceratophyllum demersum?L.）、微齒眼子菜?（Potamogeton maackianus?A. Bennett）、龍須眼子菜?[Stuckenia pectinata?（Linnaeus） Borner]、輪葉黑藻?[Hydrilla verticillata?（L. f.） Royle]、苦草?[Vallisneria natans?（Lour.） Hara]等;浮葉植物則重點選用了睡蓮?（Nymphaea tetragona）。?這幾種水生植物不但觀賞性都較強，且對水體的凈化作用也十分明顯（圖10），不僅能夠去除氮、磷，降低COD和BOD，對一些重金屬（如Cu、Pb、Zn等）也具有去除效果，并能抑制其他藻類生長[2-3]。

在應(yīng)用效果上，水、濕生植物的選擇和垂直結(jié)構(gòu)分區(qū)的設(shè)置，有效解決了上海動物園植物景觀效果與污染防治之間的矛盾。作為一個修復(fù)性的功能，不僅與水力沖挖、生態(tài)浮床技術(shù)帶來的污染防治成果相銜接并構(gòu)建了一個相對完整的生態(tài)系統(tǒng)，而且呈現(xiàn)給游客良好的視覺景觀效果，達成了提升動物園整體水環(huán)境的目的。

3?結(jié)語

像上海動物園這樣歷史悠久、規(guī)模大、情況復(fù)雜、污染嚴重、水體更新緩慢的水體中，僅僅強調(diào)植物配植生態(tài)修復(fù)，不能起到很好的效果，往往植物還會因為環(huán)境缺氧或多菌而枯萎。通過大量文獻的查閱及以往工程實踐的研究總結(jié)，探究出水力沖挖、生態(tài)浮床與水、濕生植物垂直結(jié)構(gòu)分區(qū)相結(jié)合的水環(huán)境提升技術(shù)。水力沖挖可實現(xiàn)水體物理性的水質(zhì)提升，生態(tài)浮床是實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)水生態(tài)的基本保障，水、濕生植物篩選及垂直分區(qū)技術(shù)則實現(xiàn)大量污染物質(zhì)的有機代謝及系統(tǒng)維護以及園區(qū)內(nèi)生態(tài)景觀觀賞效果的保障。這一系列工程技術(shù)的配合使受污染的水體在較短的時間內(nèi)達到了很好的生態(tài)凈化效果。此技術(shù)在水域范圍大、水體流動性不強，并且有機物富集的景觀水體中能夠發(fā)揮很好的凈化效果，在復(fù)雜的水環(huán)境提升中也將具有重要的參考意義。

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