淺析水質(zhì)凈化功能型河口生態(tài)濕地構(gòu)建技術(shù)

李鑫斐 黃羽

(1 中交(天津)生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300461；2 天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300392)

隨著人們對(duì)“地球之肺”——濕地重要性的認(rèn)識(shí)逐漸加深，我國(guó)相繼采取了一系列重大舉措加強(qiáng)濕地資源的保護(hù)與恢復(fù)，設(shè)立河口生態(tài)濕地就是實(shí)施濕地資源全面保護(hù)的一項(xiàng)重要措施。河流，尤其是流經(jīng)城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的河流常承受生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)田面源等污染，導(dǎo)致入湖河流成為湖泊污染的主要來(lái)源。河口區(qū)是河流終點(diǎn)與受水體結(jié)合的區(qū)域，在此設(shè)置基于水質(zhì)凈化功能的河口濕地不但可保護(hù)和恢復(fù)濕地生態(tài)，還能夠有效減少污染物的入湖總量，保障湖泊的生態(tài)環(huán)境。如白洋淀府河河口的生態(tài)濕地，通過(guò)凈化府河等入淀河流水質(zhì)，保障白洋淀區(qū)的水質(zhì)。本文對(duì)水質(zhì)凈化型河口濕地建設(shè)研究現(xiàn)狀進(jìn)行討論，并從規(guī)劃設(shè)計(jì)、生態(tài)管理等方面對(duì)生態(tài)濕地水質(zhì)凈化功能進(jìn)行了論述與分析。

1 河口生態(tài)濕地規(guī)劃設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

我國(guó)的濕地建設(shè)與規(guī)劃研究起步較晚，但在理論和技術(shù)實(shí)踐方面發(fā)展迅速。2005 年，我國(guó)批準(zhǔn)成立了第一個(gè)國(guó)家濕地公園—杭州西溪國(guó)家濕地公園，濕地方面的研究也在全國(guó)各地迅速發(fā)展(王榮女,2017)。濕地公園的建設(shè)有利于改善城市的生態(tài)環(huán)境，但目前其設(shè)計(jì)建造大多還比較盲目，?；焱谄胀ü珗@或水上公園，存在核心區(qū)域劃分不明確、建設(shè)體量過(guò)大、建設(shè)材料選用不當(dāng)、建筑風(fēng)格不協(xié)調(diào)等一系列問(wèn)題(孫楠, 2008; 王火, 2013)?；谒|(zhì)凈化的河口區(qū)濕地建設(shè)也處于起步階段(秦瑜,2011; 孫遜, 2011)，如何強(qiáng)化生態(tài)濕地水質(zhì)凈化功能研究尚少，生態(tài)濕地構(gòu)建技術(shù)還不成體系。

2 河口生態(tài)濕地規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 河口區(qū)濕地的選址及范圍

河口區(qū)濕地的選址及范圍需綜合考慮以下幾個(gè)方面：

(1)符合城市規(guī)劃的要求。重點(diǎn)落實(shí)城市總體規(guī)劃、城市控制性詳細(xì)規(guī)劃、城市濕地資源保護(hù)等專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，結(jié)合河口區(qū)范圍、區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)等，避免濕地的規(guī)劃建設(shè)與已有規(guī)劃的沖突。

(2)分析濕地原有場(chǎng)址環(huán)境。充分了解和掌握河口區(qū)原有生態(tài)風(fēng)貌和濕地狀況，對(duì)原有濕地環(huán)境的土壤、水、動(dòng)植物等狀況有最大程度的理解，在設(shè)計(jì)中保證濕地自然系統(tǒng)的完整性(沈潔, 2009)。

(3)評(píng)估河口區(qū)現(xiàn)有水文情勢(shì)。在現(xiàn)狀水系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上優(yōu)化布局，盡可能利用現(xiàn)有溝渠、坑塘等建設(shè)生態(tài)濕地，杜絕在環(huán)境條件不適宜的情況下大面積開(kāi)挖濕地。利用現(xiàn)有水系結(jié)構(gòu)建設(shè)河口濕地，不僅可減少對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)，還能降低工程量與造價(jià)、縮短工期。濕地選址還應(yīng)考慮汛期洪水影響，減小濕地被淹沒(méi)的風(fēng)險(xiǎn)，保證河口濕地的正常運(yùn)行。

(4)濕地選址應(yīng)盡可能考慮可操作性。濕地選址應(yīng)充分考慮土地征用拆遷、既有道路等對(duì)工程的約束，確保后續(xù)工程的順利進(jìn)行。

(5)濕地面積須滿足水處理系統(tǒng)所需。依據(jù)濕地進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)及所選工藝計(jì)算濕地建設(shè)面積，進(jìn)而指導(dǎo)濕地的選址及范圍。

2.2 工藝流程設(shè)計(jì)

工藝流程設(shè)計(jì)是河口生態(tài)濕地規(guī)劃中最重要的研究?jī)?nèi)容，既要恢復(fù)完整的濕地生態(tài)，又要保證河流水質(zhì)的凈化效果，主要包括進(jìn)水工程、預(yù)處理、濕地建設(shè)與排水工程4個(gè)內(nèi)容，工藝流程如圖1所示。

(1)進(jìn)水工程是將河流徑流導(dǎo)流進(jìn)入濕地的水利設(shè)施，可采取閘壩或設(shè)置泵站等方式，做好配水方案設(shè)計(jì)，有效提升水體流動(dòng)速率和水體凈化效率。

(2)預(yù)處理部分設(shè)置生態(tài)塘，首先將污染河水進(jìn)行初步凈化，實(shí)現(xiàn)懸浮顆粒物或泥沙的沉降、厭氧分解和植物吸收，減輕后續(xù)處理單元的污染負(fù)荷，最后再通過(guò)布水系統(tǒng)進(jìn)入濕地，布水應(yīng)均勻。

(3)濕地建設(shè)是河口生態(tài)濕地的主要功能區(qū)，主要采用人工濕地對(duì)水質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)化處理，分為表面流、水平潛流和垂直潛流濕地(表1)。

生態(tài)濕地強(qiáng)調(diào)濕地的完整性與穩(wěn)定性，處理對(duì)象為污染河流，水質(zhì)指標(biāo)要優(yōu)于中水或生活污水。綜合考慮濕地的景觀構(gòu)建及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需求，營(yíng)建濕地應(yīng)盡可能選擇表流濕地，可減少對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)并構(gòu)建良好的景觀效果，還可減少后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用，利于濕地的長(zhǎng)期運(yùn)行(李楊克,2017)。只有在進(jìn)水水質(zhì)較差的情況下，在遠(yuǎn)離濕地核心保育區(qū)的區(qū)域采用潛流濕地，以提高水處理效果。表流濕地水流通道可設(shè)計(jì)為九曲連環(huán)式，以增加水力停留時(shí)間，達(dá)到強(qiáng)化處理的效果。應(yīng)避免產(chǎn)生滯水區(qū)或死水區(qū)，必要時(shí)可設(shè)置推流器，加強(qiáng)水循環(huán)效果。

圖1 水質(zhì)凈化功能型河口生態(tài)濕地工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of estuarial wetland used for water purification

(4)排水入湖。通過(guò)建設(shè)水工構(gòu)筑物閘壩等將濕地出水排出。該部分工程不僅是濕地出水口，也是濕地內(nèi)水位調(diào)控的關(guān)鍵，可利用橡膠壩、鋼板閘或調(diào)水泵進(jìn)行調(diào)控。

2.3 功能區(qū)劃分及布局

依據(jù)基址屬性、濕地特征和管理需要進(jìn)行科學(xué)合理的濕地規(guī)劃設(shè)計(jì)。河口生態(tài)濕地強(qiáng)化了生態(tài)功能，弱化了科普、游憩功能，在保證濕地系統(tǒng)良好運(yùn)行的情況下可適當(dāng)兼顧觀賞服務(wù)。在水質(zhì)凈化功能型河口生態(tài)濕地水系上游，應(yīng)設(shè)置保育區(qū)，減少人為活動(dòng)的干擾，強(qiáng)化濕地保護(hù)或恢復(fù)，可適當(dāng)構(gòu)建植物籬或建設(shè)雕塑隔離游人(林博, 2018)，避免人與水的頻繁交互，以保證濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整與穩(wěn)定。在下游水質(zhì)得到改善后，可構(gòu)建親水空間，開(kāi)展限制性生態(tài)旅游、科學(xué)觀察與探索等活動(dòng)。也可利用土方在核心區(qū)構(gòu)建湖心島，為鳥(niǎo)類(lèi)構(gòu)建遠(yuǎn)離人群侵?jǐn)_的棲息地。

2.4 水生植物選擇

植物配置設(shè)計(jì)是濕地營(yíng)建的重要環(huán)節(jié)(杜波,2009)。河口生態(tài)濕地植物選擇主要遵循以下原則：

(1)盡可能選擇當(dāng)?shù)刂参?，避免外?lái)植物過(guò)度繁殖，保證植物的適應(yīng)性和存活生長(zhǎng)，維持植物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

(2)根據(jù)河流水質(zhì)情況選擇耐污力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、凈化能力強(qiáng)、抗病蟲(chóng)害能力強(qiáng)、具備美觀作用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的挺水植物與沉水植物。挺水植物因植株高大，生物量大，去污能力也較強(qiáng)，是目前濕地應(yīng)用最多的種類(lèi)。沉水植物一般用于初級(jí)處理和二級(jí)處理的深度處理。浮水植物主要用于氮、磷的去除和提高生態(tài)塘效率(朱華兵, 2011)。

表1 濕地類(lèi)型及特點(diǎn)Table 1 Types and characteristics of wetlands

(3)蘆葦、菖蒲組合可較好去除總氮，鳶尾、蘆葦組合可較好去除氨氮和總磷，蘆葦、菖蒲可較好去除硝態(tài)氮(杜紅霞, 2017)。多種類(lèi)植物搭配可塑造不同季節(jié)的觀賞景觀，對(duì)水體污染物的凈化也能夠相互補(bǔ)充，有利于實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的自我循環(huán)。

(4)注重植被的自然演替，植物群落的物種及其組成與濕地生境的自然演替相符合，可有效促進(jìn)和加速濕地生境的恢復(fù)。必要時(shí)可采取分階段的綠化模式，先建先鋒植物群落，待生境改善后再構(gòu)建目標(biāo)植物群落（楊學(xué)軍, 2001）。

(5)充分保護(hù)并利用現(xiàn)有植物，如杭州西溪濕地建設(shè)時(shí)保留了濕地內(nèi)柿子樹(shù)，構(gòu)建了獨(dú)特的風(fēng)景線，并設(shè)立了火柿節(jié)，帶動(dòng)了濕地的生態(tài)經(jīng)濟(jì)。

2.5 濕地的生態(tài)管理

2.5.1 植物的生態(tài)收割 水生植物可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化，但同時(shí)也應(yīng)防止富集在植物體內(nèi)的污染物腐爛后殘留在濕地內(nèi)，造成污染加劇。我國(guó)南方地區(qū)氣候溫潤(rùn)，水生植物能夠全年生長(zhǎng)。北方冬季低溫地區(qū)應(yīng)種植耐寒性強(qiáng)、生物量多、根區(qū)豐富、繁殖性能及氧氣傳輸能力好的植物（熊昌龍, 2014）。研究資料顯示，蘆葦、茭白、水燭、香蒲等植物比較適合冬季北方潛流濕地。蘆葦雖具有較強(qiáng)的氮磷吸收能力，但在冬季枯萎腐爛后釋放的氮、磷會(huì)重新進(jìn)入水體，造成水體氮、磷濃度過(guò)高，且干枯的蘆葦存在火災(zāi)隱患，因此宜在秋冬季進(jìn)行收割處理。

2.5.2 濕地的冬季管理 如果濕地床體無(wú)法給植物和微生物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，就會(huì)導(dǎo)致濕地對(duì)污水中污染物的去除達(dá)不到理想的效果，其中溫度的影響至關(guān)重要（紀(jì)淼, 2017）。低溫對(duì)植物、微生物、填料基質(zhì)均有影響，低溫結(jié)冰還會(huì)造成排水不暢，因此需采取以下保障措施：

(1)控制進(jìn)水流量。在冬季水溫較低的情況下，應(yīng)控制濕地進(jìn)水量，減輕濕地污染負(fù)荷，保證濕地出水達(dá)標(biāo)。

(2)采取保溫措施。采用植物體覆蓋、地膜覆蓋等保溫措施，保障濕地冬季運(yùn)行效果。沈陽(yáng)渾南人工濕地工程中將炭化后的蘆葦屑作為覆蓋物進(jìn)行保溫處理，濕地出水口的溫度可始終保持在9℃之上，保溫效果良好(李亞峰, 2006)。沈陽(yáng)滿堂河人工濕地工程將枯萎的濕地植物作為保溫覆蓋物，也取得了很好的保溫效果，有機(jī)物的去除率較無(wú)覆蓋物有所提高(王湛, 2009)。

(3)微生物強(qiáng)化技術(shù)。濕地系統(tǒng)中微生物對(duì)有機(jī)物和氮的去除作用最大，可通過(guò)生物技術(shù)強(qiáng)化微生物掛膜，提高濕地系統(tǒng)內(nèi)部的微生物數(shù)量和種類(lèi)，保證濕地的凈化處理效果。

3 結(jié)論與展望

濕地系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、涵養(yǎng)水源和維護(hù)生物多樣性方面具有重要意義?；谒|(zhì)凈化功能的入湖河口濕地建設(shè)，可以為市民提供游憩的場(chǎng)所，同時(shí)可改善和保障湖泊水質(zhì)，具有良好的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的發(fā)展理念和《全國(guó)濕地保護(hù)“十三五”實(shí)施規(guī)劃》的指導(dǎo)下，水質(zhì)凈化功能型生態(tài)濕地的建設(shè)大有可為。