城市湖泊水生態(tài)和水景觀治理思路探討

余芬芳，阮 偉，段昌兵

(1.武漢中科水生環(huán)境工程股份有限公司，湖北 武漢 430071;2.武漢市城市建設(shè)投資開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430070)

1 引言

城市湖泊是重要的城市濱水和景觀構(gòu)成部分[1]，具有重要的生態(tài)景觀和社會(huì)服務(wù)功能，能有效地降低城市的“熱島效應(yīng)”，改善空氣質(zhì)量[2]。因此，做好城市湖泊的水生態(tài)和水景觀對(duì)提升周邊居住環(huán)境具有重要意義。

2 湖泊概況

2.1 湖泊特征

夢(mèng)澤湖位于武漢中央商務(wù)區(qū)夢(mèng)澤湖公園內(nèi)部，為人工開(kāi)挖的湖泊，分兩期建設(shè)。依據(jù)《武漢王家墩商務(wù)區(qū)總體規(guī)劃》，其功能定位為：調(diào)蓄防洪、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候，同時(shí)對(duì)調(diào)蓄范圍內(nèi)的城市雨水進(jìn)行凈化，供公園內(nèi)綠化澆灑、道路清洗及消防水源之用，充分體現(xiàn)節(jié)約造園、生態(tài)養(yǎng)園的理念。

夢(mèng)澤湖水體面積21.98 hm2，占整個(gè)公園面積的46.96%，一期水面面積約10 hm2。湖區(qū)常水位20.30 m，最高水位20.50 m。目前一期湖體主體已完工(圖1)，本文主要針對(duì)一期水體進(jìn)行論述。

圖1 夢(mèng)澤湖水體一期平面

2.2 水質(zhì)情況

根據(jù)調(diào)研情況，采集了湖區(qū)東南、東北和西側(cè)3個(gè)表層水樣，其水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果及地表水Ⅳ及Ⅴ指標(biāo)表1所示。

表1 夢(mèng)澤湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況

由表1可知，現(xiàn)階段夢(mèng)澤湖水質(zhì)處于地表水劣Ⅴ類，主要超標(biāo)指標(biāo)為TN，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，東北和東南角兩個(gè)點(diǎn)水質(zhì)相對(duì)較好，為地表水Ⅳ類，西側(cè)點(diǎn)水質(zhì)較差，為劣Ⅴ類。

2.3 污染源狀況

根據(jù)夢(mèng)澤湖公園給排水設(shè)計(jì)規(guī)劃，雖然排水體系采取雨污分流的體制，沒(méi)有生活污水直接排入湖體，但還是會(huì)有其他污染源會(huì)對(duì)水體造成影響，可能影響湖體水質(zhì)的因子主要有：初期雨水、澆灌用水以及底泥[3]。

(1)初期雨水。根據(jù)《王家墩市政專項(xiàng)規(guī)劃》，夢(mèng)澤湖公園承擔(dān)王家墩南片地區(qū)90 hm2范圍的雨水調(diào)蓄任務(wù)，包括夢(mèng)澤湖水體21.98 hm2、公園綠地21.41 hm2及市政管網(wǎng)匯水區(qū)46.61 hm2。由于夢(mèng)澤湖的調(diào)蓄功能，調(diào)蓄范圍內(nèi)除水體面積外，周邊有68.02 hm2降雨會(huì)形成地表徑流直接或者通過(guò)雨水管網(wǎng)排入湖中。而這些雨水尤其是初期雨水將會(huì)攜帶污染物匯入水體，形成污染源，這是夢(mèng)澤湖水體主要的污染來(lái)源。

(2)澆灌用水。夢(mèng)澤湖公園內(nèi)澆灌系統(tǒng)是抽取地下水加壓后澆灌或自來(lái)水澆灌。這些灌溉用水也會(huì)有部分最終流入夢(mèng)澤湖水體中。而這部分灌溉用水會(huì)攜帶土壤里的有機(jī)質(zhì)等匯入湖水水體，形成污染源。這部分的污染可以通過(guò)合理澆灌減少或者避免產(chǎn)生，因此此部分污染可忽略不計(jì)。

(3)底泥污染。夢(mèng)澤湖為新開(kāi)挖的湖泊，湖底處于粘土層，而湖體邊坡處于填土層和粘土層。在湖泊形成初期，這樣的自然湖底及邊坡對(duì)水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要表現(xiàn)為吸附性能，基本不用考慮湖底底泥及邊坡中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素向水體的釋放。

根據(jù)以上分析夢(mèng)澤湖目前不存在內(nèi)源污染，外源污染中也沒(méi)有點(diǎn)源污染，面源污染中，澆灌用水污染量可以基本忽略。所以夢(mèng)澤湖主要的污染源來(lái)自于初期雨水。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

近期(三年內(nèi))主要水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、BOD、NH3-N和TP)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，水體透明度SD達(dá)到0.6 m以上；遠(yuǎn)期，三年后主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，水體透明度SD達(dá)到1 m以上。

3.2 設(shè)計(jì)思路

(1)削減初期雨水入湖污染，在雨水管末端設(shè)置集水池，收集初期雨水沉淀凈化后再排入水體，并在雨水排口設(shè)置強(qiáng)化凈化措施，從而有效削減初期雨水中的污染入湖。

(2)構(gòu)建健康水生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)生產(chǎn)者-消費(fèi)者-分解者的協(xié)同作用，構(gòu)建以沉水植物為核心的水生動(dòng)植物群落，打造健康水生態(tài)系統(tǒng)，穩(wěn)定和提升水體水質(zhì)。

(3)提升水體景觀，在湖泊部分節(jié)點(diǎn)通過(guò)景觀曝氣及景觀浮床提升美化湖面景觀。

(4)建立長(zhǎng)效維護(hù)管理機(jī)制，通過(guò)科學(xué)維護(hù)管理工程，強(qiáng)化水生態(tài)系統(tǒng)的日常維護(hù)，為水體水質(zhì)和水岸景觀的持久改善提供保障。

3.3 技術(shù)路線

工程技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 工程技術(shù)路線

4 工程措施

4.1 初期雨水處理

如圖3所示，雨水通過(guò)管網(wǎng)收集進(jìn)入溢流池1，然后進(jìn)入集水池，當(dāng)集水池水位達(dá)到設(shè)計(jì)容量后，溢流至溢流井2，然后排入夢(mèng)澤湖。集水池中的初期雨水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的沉淀凈化后，利用泵抽取上層清液進(jìn)入絮凝設(shè)備或直接排入湖。此外，在雨水口末端布設(shè)凈化能力強(qiáng)的人工水草作為輔助設(shè)施。

圖3 初期雨水處理思路

針對(duì)公園內(nèi)的初期雨水，公園比較大，集中收集比較困難，建議分區(qū)收集，根據(jù)雨水管網(wǎng)的分布區(qū)域分別設(shè)置4個(gè)集水池，利用雨水干管將現(xiàn)有的雨水管連通，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的初期雨水進(jìn)行收集，匯入集水池。針對(duì)公園外市政雨水，考慮將兩個(gè)雨水管收集的初期雨水集中處理后排放入夢(mèng)澤湖。初期雨水集水池水規(guī)模如表2所示。

表2 夢(mèng)澤湖公園初期雨水水量計(jì)算

此外，在各排水口附近布設(shè)凈化能力強(qiáng)的人工水草，結(jié)合排水口情況，分別在5個(gè)集水池排水口附近布設(shè)人工水草，總布置面積3500 m2，每個(gè)雨水排出口人工水草布置量根據(jù)雨水量綜合確定。

4.2 健康水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建

湖泊水生態(tài)修復(fù)最終目的是保持穩(wěn)定的水質(zhì)，構(gòu)建健康的水生態(tài)系統(tǒng)，水生態(tài)系統(tǒng)主要由水生植物群落(包括沉水、浮葉和挺水植物、浮游植物)、水生動(dòng)物群落(魚(yú)類、底棲動(dòng)物、浮游動(dòng)物)及有益微生物等構(gòu)成[4]。

健康水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的主要目的是通過(guò)適度的人工干預(yù)，對(duì)高等水生植物、魚(yú)類、大型底棲動(dòng)物等關(guān)鍵物種進(jìn)行調(diào)控，提升水體自凈能力，增加生物多樣性。水生植物，特別是沉水植物在整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)水體平衡、功能保持及恢復(fù)過(guò)程中發(fā)揮決定性的作用已得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的肯定[5，6]，沉水植物的恢復(fù)又受到各種因素的影響[7，8]。

在污染得到有效控制的基礎(chǔ)上，為保證穩(wěn)定的水質(zhì)，其主要與沉水植物蓋度有關(guān)，相關(guān)研究顯示河流湖泊中沉水植物面積超過(guò)15%以上才開(kāi)始對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，面積超過(guò)30%以上才開(kāi)始具有顯著的清潔水質(zhì)功能，面積超過(guò)50%以上表明水生植物優(yōu)勢(shì)和清水穩(wěn)態(tài)已得到確立。由此可以看出，為保證河湖具有清水穩(wěn)態(tài)，其覆蓋度宜達(dá)到50%，最低也不得小于15%[9]。

結(jié)合以上研究和夢(mèng)澤湖現(xiàn)狀情況，夢(mèng)澤湖健康水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程內(nèi)容如表3所示。

表3 夢(mèng)澤湖健康水生態(tài)系統(tǒng)工程量

4.3 景觀提升工程

夢(mèng)澤湖公園是一座集休閑娛樂(lè)于一體的多功能綜合性公園，在注重湖泊水體治理的同時(shí)，也需結(jié)合武漢市自然、人文景觀，注重公園景觀打造，充分發(fā)揮湖泊生態(tài)景觀效益。結(jié)合項(xiàng)目水質(zhì)提升的情況，除通過(guò)景觀效果好的水生植物來(lái)提升景觀效果外，可通過(guò)景觀噴泉曝氣和景觀浮床來(lái)提升湖面水體景觀。因此設(shè)計(jì)在夢(mèng)澤湖西端景橋與湖岸形成的半封閉水體區(qū)域構(gòu)建景觀型生態(tài)浮島和景觀噴泉曝氣機(jī)，以美化湖面景觀，改善水體生態(tài)和凈化水質(zhì)為目的。

景觀浮床種植具有景觀與水體凈化功能的水生植被，整體上在湖面呈現(xiàn)良好花床景觀。設(shè)計(jì)布設(shè)景觀型生態(tài)浮島總面積500 m2，生態(tài)浮床可根據(jù)工程設(shè)計(jì)需要拼接成各種形狀。

景觀噴泉曝氣機(jī)一是為了滿足水體凈化過(guò)程對(duì)氧的需求，二是增加水體的流動(dòng)性，此外可根據(jù)水域特點(diǎn)和喜好選擇不同水花類型的曝氣機(jī)。設(shè)計(jì)共布設(shè)6臺(tái)噴泉曝氣機(jī)。

4.4 長(zhǎng)效運(yùn)維管理

一個(gè)健康、穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)的形成需要一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。其良性狀態(tài)的保護(hù)與維持，很大程度上，甚至根本上依賴于健康水體生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)管理體系的建立并實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)作[10，11]，即俗語(yǔ)所云：“三分治、七分管”。因此，在完成以上工程措施后，應(yīng)該由專業(yè)人員對(duì)夢(mèng)澤湖水體進(jìn)行維護(hù)管理，以有效地調(diào)整水體生態(tài)系統(tǒng)，使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)夢(mèng)澤湖實(shí)施水生態(tài)和水景觀工程，一方面可以有效削減初期雨水中的污染負(fù)荷，另一方面可構(gòu)建清水穩(wěn)態(tài)湖泊水生態(tài)，提升和穩(wěn)定水體水質(zhì)，同時(shí)還能美化湖面景觀。此外，通過(guò)水生植物和動(dòng)物的人工引種、自然演替，湖泊的生物多樣性將逐步完善和豐富，同時(shí)將成為部分水禽賴以生存的重要繁殖地和棲息地，從而逐步形成生態(tài)良性循環(huán)。工程實(shí)施完成后可為其他城市湖泊的治理提供參考。