公園景觀水體水生態(tài)修復(fù)工程實(shí)踐
——以東平國家森林公園景觀水體為例

羅鼎暉 王嘉偉 蔣躍

（上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200335）

1 引言

水生態(tài)修復(fù)一般是指在充分發(fā)揮河湖等水體生態(tài)系統(tǒng)自修復(fù)功能的基礎(chǔ)上，采取如曝氣增氧技術(shù)、生物群落構(gòu)建技術(shù)和內(nèi)外源污染控制技術(shù)等生態(tài)修復(fù)技術(shù)手段及后續(xù)日常管理，使水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到較為自然的狀態(tài)，以提高其生態(tài)完整性和可持續(xù)性。公園景觀水體由于主要面向游客，水色、水味、透明度和水生動(dòng)植物等水體表征情況直接沖擊游客人群的感官，因此營造“水清岸綠、魚翔淺底”景象尤為重要。目前，國內(nèi)針對公園景觀水體生態(tài)修復(fù)的報(bào)道已有不少，如廈門五緣灣濕地公園［1］、上海市曲陽公園［2］等，且基本以水質(zhì)改善水平作為工程實(shí)施效果評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。上海市東平國家森林公園景觀水體（天鵝湖、水杉湖和龍策湖）自2020年5月開始施工，截至2020年10月主體工程基本完工，水質(zhì)基本穩(wěn)定在Ⅲ類，水生態(tài)修復(fù)初見成效。通過歸納東平國家森林公園水生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)過程和經(jīng)驗(yàn)，為此類及相關(guān)類型水體生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)提供參考。

2 研究區(qū)域概況

東平國家森林公園（121°49′E，31°68′N）地處上海市崇明區(qū)，如圖1所示，園區(qū)內(nèi)景觀水體主要包括龍策湖、天鵝湖、水杉湖等開闊水域水面。因中國第十屆花卉博覽會(huì)定址在上海市［3］，花博會(huì)園區(qū)包含東平國家森林公園，園區(qū)內(nèi)景觀水體作為游客賞景的重要組成部分，其水生態(tài)系統(tǒng)整體質(zhì)量提升對花博會(huì)順利開展具有重要意義。

圖1 東平國家森林公園水系

3 現(xiàn)狀和問題識別

3.1 公園水系現(xiàn)狀

公園園區(qū)水系東臨張網(wǎng)港，北接界河，南連洪林河；內(nèi)部共計(jì)南北向泯溝14道，河口平均寬度在3～10 m之間。園區(qū)計(jì)劃在張網(wǎng)港和洪林河交界處新建泵閘1座，日常補(bǔ)水工況通過張網(wǎng)港引入洪林河，再通過南北向泯溝向公園景觀水體補(bǔ)水。

3.2 公園水環(huán)境現(xiàn)狀

公園補(bǔ)水水源主要來自張網(wǎng)港，依據(jù)前期水質(zhì)資料，參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，2017年張網(wǎng)港除夏季溶解氧指標(biāo)值達(dá)到Ⅳ類水水質(zhì)水平，其余指標(biāo)值均達(dá)到Ⅲ類（含Ⅲ類）以上標(biāo)準(zhǔn)。園區(qū)內(nèi)污水管網(wǎng)已基本完善，不存在游客及工作人員生活污水入湖問題?？傮w而言，湖區(qū)水質(zhì)尚可。公園內(nèi)景觀水體水味正常，無惡臭現(xiàn)象存在；湖區(qū)水色以暗綠色為主，入湖區(qū)段以黃濁色為主；湖區(qū)透明度在20～30 cm之間。

3.3 公園水生態(tài)現(xiàn)狀

公園內(nèi)景觀水體濱水植被帶狀況總體較好，植物種類豐富，主要種類包括蘆葦、狹葉香蒲、荻蘆、美人蕉等。水體內(nèi)水生高等植物缺失，除龍策湖可零星見到金魚藻分布，其余未見沉水植物存在。浮游動(dòng)植物和底棲動(dòng)物均有檢出，生物多樣性尚可。

3.4 問題識別

水環(huán)境：公園水體主要補(bǔ)水水源為張網(wǎng)港，上述河道水質(zhì)狀況較好，但泥沙含量高，導(dǎo)致園區(qū)水體透明度較低；公園水系沿岸林地茂密，大量枯枝落葉輸入水體，沉積于湖底，形成底泥淤積，加劇水體有機(jī)營養(yǎng)負(fù)荷，加上水系水動(dòng)力總體不足，導(dǎo)致水體藻類大量繁殖，水體呈渾濁暗綠。

水生態(tài)：公園水體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺失，沉水植物群落稀缺，水體自凈能力較差。

4 治理目標(biāo)、思路和措施

4.1 治理目標(biāo)

針對上述景觀水體問題，提出具體治理目標(biāo)。

水環(huán)境：工程水體經(jīng)過治理后使水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水水質(zhì)水平；水體透明度達(dá)到60 cm以上。

水生態(tài)：經(jīng)生態(tài)修復(fù)，公園工程水體水生高等植物覆蓋率達(dá)到80%以上。

4.2 設(shè)計(jì)思路

針對上述主要水環(huán)境和水生態(tài)問題，基于生態(tài)學(xué)原理，以穩(wěn)定達(dá)到年均水質(zhì)Ⅲ類、提升水體透明度和構(gòu)建良好草型生態(tài)系統(tǒng)為核心目標(biāo)，在深入研究公園內(nèi)外水體情況的基礎(chǔ)上，制定了“清水入園＋內(nèi)源控制＋生態(tài)修復(fù)”的設(shè)計(jì)思路，再通過各版塊具體工程措施設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)恢復(fù)水體良好生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自凈能力，“水清岸綠、魚翔淺底”的終極目標(biāo)。

工程設(shè)計(jì)典型剖面示意見圖2。

圖2 工程設(shè)計(jì)典型剖面示意

4.3 治理措施

4.3.1 清水入園

清水入園是本次水生態(tài)修復(fù)工程的前提，主要起到攔截顆粒懸浮物和去除水體污染物的作用，包含以下3項(xiàng)技術(shù)措施：（1）生物柵填料。本次選取的生物柵填料材質(zhì)為維綸醛化和滌綸混紡，比表面積為4 000～6 000 m2/m3，直徑為50 mm。生物柵填料具有一定的比表面積，可以吸附水體中的顆粒懸浮物；其掛膜形成的生物膜，可有效去除水體污染物。（2）組合式生態(tài)浮島。本次水生態(tài)修復(fù)工程選取的組合式生態(tài)浮島由1座中央浮島和4座水中綠毯組成。中央浮島主要種植美人蕉（Canna indica）、西伯利亞鳶尾（Iris sibirica）等挺水植物，水中綠毯以耐蔭性浮葉植物銅錢草（Hydrocotyle vulgaris）為主。浮葉植物葉片可以有效緩解水流沖擊，增加生物填料作用時(shí)間；水生植物根系形成的微生物膜可有效去除水體污染物。（3）攔污簾。本次水生態(tài)修復(fù)工程選取的攔污簾為80～100目軟圍隔，主要布設(shè)在入湖口，起到攔截枯枝落葉和大顆粒懸浮物的作用。

4.3.2 內(nèi)源控制

內(nèi)源控制是本次水生態(tài)修復(fù)工程的基礎(chǔ)，也為沉水植物種植創(chuàng)造良好條件?？紤]到湖底底泥現(xiàn)狀及后期沉水植物種植需求，本次內(nèi)源修復(fù)以底質(zhì)改良為主。底質(zhì)改良采用微生物菌劑投放，微生物菌劑由光合菌群、乳酸菌群和酵母菌群等組成，主要功能作用為產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)，清除氧化物質(zhì)，造就良性生態(tài)，形成適合于生物生長的良好底質(zhì)環(huán)境。

4.3.3 生態(tài)修復(fù)

生態(tài)修復(fù)是本次水生態(tài)修復(fù)工程的重點(diǎn)，同樣也是目標(biāo)，主要包含以下3項(xiàng)技術(shù)措施：（1）沉水植物種植。Scheffer M［4］于1990年提出淺水湖泊存在以沉水植物為主的清水形態(tài)，或以浮游植物為主的濁水形態(tài)?；谏鲜隼碚摚敬嗡鷳B(tài)修復(fù)工程以構(gòu)建沉水植物群落為主。參考上海地區(qū)氣候條件和植物種植景觀效果，沉水植物選用矮苦草（Vallisneria natans）、刺苦草（Vallisneria spinulosa）和馬來眼子菜（Potamogeton malaianus）；依據(jù)水體特征及工程經(jīng)驗(yàn)，矮苦草種植于常水位下0.5～1.0 m區(qū)域，刺苦草和馬來眼子菜混種于常水位下1.0 m至湖底區(qū)域。（2）水生動(dòng)物投放。Shapiro J［5］于1990年明確提出“生物操縱技術(shù)”，認(rèn)為調(diào)整魚類結(jié)構(gòu)，發(fā)展牧食性枝角類浮游動(dòng)物，可以控制浮游植物的繁殖和生長；劉建康等［6］提出“鰱、鳙魚控制藍(lán)藻技術(shù)”，認(rèn)為鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙魚（Aristichthys nobilis）可通過濾食作用抑制藍(lán)藻水華的發(fā)生?；谏鲜隼碚?，水生動(dòng)物投放以魚類投放為主，魚類投放以鰱、鳙魚為主；考慮到枝角類浮游動(dòng)物對水體透明度具有一定的改善作用，投放適量溞（Daphnia）類；同時(shí)為完善食物鏈，輔以投放青蝦（Macrobrachium nipponense）、環(huán)棱螺（Bellamya）等大型底棲動(dòng)物。（3）曝氣增氧設(shè)置。水體溶氧是沉水植物生長的重要因素，趙風(fēng)斌等［7］在上海淀山湖進(jìn)行苦草現(xiàn)場生長試驗(yàn)表明，1 m水層處，溶解氧均值為5.66 mg/L時(shí)，苦草成活率為86.5%；2 m水層處，溶解氧均值為2.76 mg/L時(shí)，苦草成活率為46.5%?？紤]到園區(qū)水體溶解氧現(xiàn)狀及沉水植物生長需要，在湖區(qū)水體內(nèi)布設(shè)沉水鼓風(fēng)-曝氣設(shè)備。

5 工程效益

5.1 生態(tài)效益

景觀水體經(jīng)生態(tài)修復(fù)工程后，水體透明度穩(wěn)定在60 cm以上，水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類水平；工程區(qū)域沉水植物覆蓋率達(dá)到80%以上，經(jīng)跟蹤調(diào)查，湖區(qū)水體內(nèi)浮游動(dòng)植物、底棲動(dòng)物多樣性水平及周邊區(qū)域節(jié)肢動(dòng)物、鳥類多樣性水平均提升明顯；陽光映照下，水下森林郁郁蔥蔥，一派生機(jī)蓬勃景象。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

植物通過光合作用可以固碳釋氧，每產(chǎn)生1 g干物質(zhì)需要消耗1.62 g二氧化碳，釋放1.2 g氧氣［8］；氧氣生產(chǎn)價(jià)值參照國家林業(yè)局發(fā)布的LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》確定，固碳價(jià)格1 320元/t，釋氧價(jià)格1 000元/t。本次沉水植物群落構(gòu)建涉及水域面積107 400 m2，覆蓋率按80%計(jì)算，種植規(guī)格110株/m2，株高15～20 cm，沉水植物按每株均值8g計(jì)算，干物質(zhì)按沉水植物的10%計(jì)算［9］，可得日固碳量：107 400×0.8×110×8×1.62×0.1×10－6＝12.2 t/d，日釋氧量：107 400×0.8×110×8×1.2×0.1×10－6＝9.1 t/d；年化固碳經(jīng)濟(jì)效益：12.2×365×1 320×10－4＝587.80萬元，年化釋氧經(jīng)濟(jì)效益：9.1×365×1 000×10－4＝332.15萬元。本工程總投資約為970萬元，年化大氣調(diào)節(jié)價(jià)值919.95萬元，可見通過沉水植物群落構(gòu)建產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)論

東平國家森林公園景觀水體主要問題為水體透明度低、沉水植物缺失，進(jìn)而導(dǎo)致水體自凈能力較差。本次生態(tài)修復(fù)工程以外源攔截為前提，底質(zhì)改良為基礎(chǔ)，將沉水植物群落凈化系統(tǒng)構(gòu)建、水生動(dòng)物控藻、底棲動(dòng)物過濾、曝氣增氧系統(tǒng)布設(shè)等生態(tài)工程技術(shù)進(jìn)行合理搭配，最終形成具有穩(wěn)定利用與控制藻類、凈化水體污染物、吸收水體營養(yǎng)物質(zhì)的水生態(tài)系統(tǒng)。就目前效果而言，水質(zhì)、透明度和沉水植物覆蓋率均已達(dá)到治理目標(biāo)要求，后續(xù)也產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。但生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)長效工程，后期應(yīng)從水生植物日常及季節(jié)維護(hù)、魚類群落結(jié)構(gòu)調(diào)整等角度對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理，方能形成具備長效凈化能力的水生態(tài)系統(tǒng)。