湖濱濕地生態(tài)修復(fù)和藍(lán)藻防控治理思路與措施

余 婷，謝三桃

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 233000)

湖濱濕地是湖泊生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，在攔截凈化入湖徑流污染、豐富保育生物多樣性及調(diào)節(jié)改善湖濱生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著顯著作用。近年來(lái)，隨著人類(lèi)活動(dòng)加劇、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化加重、水文節(jié)律波動(dòng)及藍(lán)藻聚集腐化等因素影響，湖濱濕地不同程度上出現(xiàn)水質(zhì)惡化、植物消亡、功能退化等一系列問(wèn)題，保護(hù)修復(fù)湖濱濕地已成為大型淺水湖泊生態(tài)治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

巢湖是我國(guó)第五大淡水湖和全國(guó)水污染重點(diǎn)防治的“三河三湖”之一。建國(guó)以來(lái)，相繼建成了巢湖閘、裕溪閘、環(huán)巢湖防洪大堤等一系列控湖工程，這些工程在防洪、灌溉及供水等方面功能顯著，但由于江湖交換關(guān)系與水文節(jié)律發(fā)生變化，巢湖生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，湖濱濕地萎縮嚴(yán)重，濕地面積由建閘前的200km2銳減至不足2km2，生態(tài)服務(wù)功能基本喪失。由于缺乏濕地緩沖過(guò)渡，藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)期，藍(lán)藻直逼湖岸邊，聚集腐爛發(fā)臭，嚴(yán)重影響周邊生態(tài)環(huán)境并威脅人們身體健康[1]。由此，探索巢湖湖濱濕地生態(tài)修復(fù)與藍(lán)藻防控具有十分重要現(xiàn)實(shí)意義。

巢湖常年為東南風(fēng)向，藍(lán)藻聚集區(qū)域主要西北部湖區(qū)，派河口更是藍(lán)藻暴發(fā)的重災(zāi)區(qū)。本文選取派河口湖濱濕地作為研究對(duì)象，通過(guò)分析濕地生境條件、藍(lán)藻時(shí)空分布特點(diǎn)及重難點(diǎn)問(wèn)題，針對(duì)藍(lán)藻全生命周期生長(zhǎng)特征，提出了“攔擋+打撈+捕獲”3道防線藍(lán)藻防控策略。針對(duì)湖濱濕地水文節(jié)律變化特點(diǎn)，提出了基底修復(fù)、植被恢復(fù)及消浪防護(hù)等技術(shù)措施，工程的實(shí)施對(duì)于派河口濕地藍(lán)藻防控與生態(tài)修復(fù)效果顯著，可為巢湖其他區(qū)域及類(lèi)似湖泊湖濱濕地保護(hù)修復(fù)提供理論支持和技術(shù)參考。

1 湖濱濕地演變及問(wèn)題分析

1.1 濕地演變過(guò)程

巢湖歷史上曾是一個(gè)多層次的生態(tài)結(jié)構(gòu)，蘆、荻叢生，菰、芡和柳樹(shù)防浪林等水生經(jīng)濟(jì)植物遍布，有多種魚(yú)類(lèi)、禽鳥(niǎo)棲息繁衍，形成了較為穩(wěn)定的自然濕地生態(tài)系統(tǒng)[1]。自1962年巢湖閘建成后，水位提高，堤岸防浪林等植物屏障喪失，崩岸嚴(yán)重。自新中國(guó)成立以來(lái)，每年平均崩岸寬度達(dá)5m。沿岸屬?lài)?yán)重崩岸的土岸長(zhǎng)達(dá)44.4km，輕微崩塌的土岸20km，每年崩塌入湖的土方為34萬(wàn)m3，約60萬(wàn)t。巢湖每年損失大量濕地，水土流失嚴(yán)重，導(dǎo)致湖水日趨混濁。同時(shí)，過(guò)度圍墾圈圩導(dǎo)致巢湖濕地資源嚴(yán)重退化，面積減少，濕地功能受損，巢湖湖面逐漸縮小[2]。自2000年開(kāi)始，濕地生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程逐步實(shí)施，主要包括河道整治、堤防加固、水源保護(hù)、濕地修復(fù)等。

據(jù)2018年4月底調(diào)查，環(huán)巢湖堤壩水向湖濱濕地多為防浪林臺(tái)，自然濕地類(lèi)型較少，寬度30～500m，平均寬度不足50m，其中防浪林臺(tái)有50m和100m的2種寬度。巢湖堤岸防護(hù)林在防浪護(hù)堤、凈化水質(zhì)、保護(hù)濕地及生物多樣性方面起到了極為重要的作用。巢湖堤岸防護(hù)林分為迎水面防護(hù)林和背水面防護(hù)林。迎水面防浪林主要是天然防浪植物蘆葦、柳樹(shù)，也間有東方香蒲和空心蓮子草等水生植物，天然形成水草、蘆葦、柳樹(shù)不同梯度的防浪林帶。堤岸背水面防護(hù)林主要由楊樹(shù)多品系混合組成。自然濕地寬度較寬的分布于西部的派河河口、西南的羅大郢、南部的兆河河口、東北是羅巷村和柘皋河口，濕地總面積約1.67km2，僅占巢湖水域面積0.21%。據(jù)研究，巢湖湖濱濕地內(nèi)捕獲的藻類(lèi)生物量為巢湖藻類(lèi)總現(xiàn)存量的0.047%，積累的氮、磷分別僅占水體總量的0.016%和0.048%，可見(jiàn)巢湖湖濱帶濕地對(duì)湖體藍(lán)藻消納與水質(zhì)凈化幾乎沒(méi)有作用，生態(tài)環(huán)境效益極低。2019年9月調(diào)查顯示，受環(huán)湖堤防修筑影響，環(huán)巢湖濕地面積進(jìn)一步萎縮，其中派河口濕地面積減少了約4.85hm2。

1.2 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

派河口湖濱濕地寬度在50～500m，長(zhǎng)約1000m，高程8.3～9.4m(吳淞高程系，下同)。根據(jù)2020年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，派河河口整體水質(zhì)處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，水體質(zhì)量總體處于劣Ⅴ類(lèi)水平。派河口位于巢湖下風(fēng)口，風(fēng)浪吹程最大達(dá)42.7m，受風(fēng)浪淘刷，導(dǎo)致周邊土壤硬化，不利于動(dòng)植物生長(zhǎng)。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，派河口區(qū)域湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)健康狀況一般，植物以蘆葦、雜交柳為主，蓋度在15%左右。浮游植物物平均物種數(shù)位20；底棲動(dòng)物物種較巢湖平均少，主要是底質(zhì)以淤泥為主，軟體動(dòng)物物種極少[3]。

1.3 藍(lán)藻脅迫影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，近3—5年來(lái)巢湖每年藍(lán)藻暴發(fā)頻次約60次，巢湖在所有月份都有不同程度的藍(lán)藻水華覆蓋，4月份開(kāi)始水華覆蓋度明顯增加，藍(lán)藻水華主要發(fā)生在5—11月，其中水華發(fā)育蓋度在9月達(dá)到最高[4]。研究認(rèn)為，藍(lán)藻生長(zhǎng)與水華形成會(huì)經(jīng)歷越冬休眠、春季復(fù)蘇、生長(zhǎng)和集聚上浮4個(gè)階段[4- 5]。冬季(12月—次年2月)隨著溫度降低，藍(lán)藻從上層水體下沉到水底越冬，表面藍(lán)藻覆蓋明顯降低；春季(3—4月)隨著溫度上升、光照增加，藍(lán)藻從水底開(kāi)始上浮復(fù)蘇，藍(lán)藻覆蓋度明顯增加；夏、秋季(5—11月)藍(lán)藻大量生長(zhǎng)并上浮集聚，形成大面積水華。從巢湖各區(qū)域來(lái)看，西巢湖月平均覆蓋度最高[4]，尤其派河口全年藍(lán)藻水華暴發(fā)頻率為100%。藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)，湖體呈稠密的油狀，腥臭難忍，觸目驚心，極大的影響到湖濱濕地的感官效果。

派河口現(xiàn)有1座去藻平臺(tái)、1座藻水分離站和3道擋藻圍隔。通過(guò)近年來(lái)藍(lán)藻暴發(fā)期實(shí)際情況來(lái)看，現(xiàn)有打撈藻設(shè)備只能不斷打撈更新藻華，減輕對(duì)湖濱堆積的壓力，防止藍(lán)藻腐爛發(fā)臭，近岸湖區(qū)藍(lán)藻防控問(wèn)題沒(méi)有得到根本性解決。

1.4 問(wèn)題識(shí)別及分析

湖濱濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱，生態(tài)服務(wù)功能退化：巢湖風(fēng)大浪高，水位變幅較大，湖濱濕地受風(fēng)浪淘蝕，底質(zhì)退化和岸線崩塌；同時(shí)受藍(lán)藻脅迫，濕地生態(tài)服務(wù)功能退化，如不加以保護(hù)和回復(fù)，派河口湖濱濕地將迅速喪失。

藍(lán)藻水華暴發(fā)頻繁，應(yīng)急防控能力不足：流域內(nèi)城鎮(zhèn)快速擴(kuò)張，污染物排放剛性增長(zhǎng)，湖區(qū)氮磷濃度偏高，藍(lán)藻水華時(shí)有暴發(fā)；受岸線形狀、氣象條件尤其是風(fēng)向、水流、水溫多因素影響，派河口是聚藻區(qū)湖濱帶，僅僅通過(guò)設(shè)備打撈無(wú)法從根本上控制水華。

2 治理思路與策略

2.1 治理思路

為抑制湖濱藍(lán)藻聚集暴發(fā)，豐富濕地生物多樣性、改善近岸湖區(qū)生態(tài)環(huán)境[6]，本文提出了湖濱濕地生態(tài)修復(fù)與藍(lán)藻防控的治理思路，對(duì)湖濱濕地進(jìn)行基底修復(fù)、植被恢復(fù)及消浪防護(hù)等措施，恢復(fù)濕地生態(tài)功能[7]；針對(duì)派河口聚藻型湖濱濕地特點(diǎn)，提出設(shè)置“攔擋+打撈+捕獲”3道防線，最終形成從春季至冬季可以抵御、捕獲與降解藍(lán)藻的防控體系。

2.1.1生態(tài)修復(fù)

在維持湖濱自然形態(tài)的基礎(chǔ)上，外圍新建水生植物帶，一方面通過(guò)大片茂密的水生植物帶起到消浪緩沖的作用；另一方面，增加湖濱濕地濕地植物寬度，提升湖濱區(qū)域生態(tài)效益；其次，避免藍(lán)藻進(jìn)入近岸水域，促進(jìn)近岸水域沉水植被發(fā)育，修復(fù)生態(tài)完整性；再次，為抵御巢湖風(fēng)浪對(duì)岸坡沖刷，在區(qū)域最外圍利用木籬樁進(jìn)行消浪防護(hù)。

2.1.2藍(lán)藻防控

針對(duì)巢湖藍(lán)藻衰亡下沉、越冬、復(fù)蘇和快速生長(zhǎng)、水華暴發(fā)各階段的分布特征，以夏季藍(lán)藻應(yīng)急防控工程為重點(diǎn)，集成物理防藻除藻和生物控藻等技術(shù)措施，構(gòu)建派河湖濱濕地藍(lán)藻水華防控集成技術(shù)與裝備體系。

2.2 治理策略

針對(duì)巢湖派河口聚藻型湖濱濕地特點(diǎn)，結(jié)合派河口已有藍(lán)藻打撈設(shè)施，在秋季絮凝沉淀、冬季底泥洗脫降低藍(lán)藻暴發(fā)生物量的基礎(chǔ)上，在派河口構(gòu)筑“智能攔擋+物理打撈+濕地捕獲”3道防線。第一道防線：利用現(xiàn)有最外側(cè)擋藻圍隔和加壓除藻平臺(tái)，削減60%以上外部藻類(lèi)，其技術(shù)原理是在運(yùn)用圍隔物理攔截并聚集大量水華藍(lán)藻的基礎(chǔ)上，再通過(guò)“加壓除藻平臺(tái)+圍隔系統(tǒng)”對(duì)聚集的藍(lán)藻進(jìn)行大面積消除，達(dá)到快速消除外部敞水區(qū)域水華藍(lán)藻的目的；第二道防線：增加移動(dòng)藍(lán)藻打撈設(shè)施，打撈剩余的70%以上藻類(lèi)；第三道防線：湖濱濕地生態(tài)修復(fù)和捕獲藍(lán)藻，主要是在湖灘外圍新建水生植物帶，利用水生植物帶滯留水華藍(lán)藻，避免藍(lán)藻進(jìn)入近岸水域[8]，可利用藍(lán)藻捕獲濃縮裝置對(duì)蘆葦濕地內(nèi)部藍(lán)藻進(jìn)行高效清除，最終消除近岸湖區(qū)藍(lán)藻腐爛發(fā)臭的現(xiàn)象。

2.3 技術(shù)路線

針對(duì)巢湖藍(lán)藻衰亡下沉、越冬、復(fù)蘇和快速生長(zhǎng)，水華暴發(fā)各階段的分布特征，提出藍(lán)藻水華全過(guò)程控制的技術(shù)與工程方案，結(jié)合濕地基底修復(fù)、植被恢復(fù)及消浪防護(hù)等技術(shù)措施，構(gòu)建派河口湖濱濕地生態(tài)修復(fù)與藍(lán)藻水華集成技術(shù)與裝備體系。湖泊濕地生態(tài)修復(fù)與藍(lán)藻防控技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 湖濱濕地生態(tài)修復(fù)與藍(lán)藻防控體系示意圖

3 防控與修復(fù)措施

(1)底泥洗脫和絮凝覆蓋措施。秋冬季對(duì)湖灘內(nèi)部坑塘和近岸水域進(jìn)行底泥洗脫和絮凝覆蓋，降低越冬藻種生物量[9]。

(2)物理隔離措施。為防止藍(lán)藻進(jìn)入湖濱內(nèi)，2015年起，在近岸區(qū)分別設(shè)置了3道柔性軟圍隔，總長(zhǎng)約4.0km。因2020年巢湖地區(qū)普降大雨，巢湖最高水位達(dá)13.43m，受超高洪水的影響，該處3道柔性軟圍隔受到不同程度的損壞，為了使其更好地發(fā)揮作用，本次擬修復(fù)該處損壞的柔性軟圍隔，修復(fù)總長(zhǎng)約3.83km。

(3)應(yīng)急打撈措施。針對(duì)派河口水域藍(lán)藻控制現(xiàn)狀問(wèn)題，從延長(zhǎng)除藻作業(yè)時(shí)間，提高除藻作業(yè)效率，消除湖蕩區(qū)域藍(lán)藻水華產(chǎn)生的次生污染角度，增設(shè)3艘可移動(dòng)式除藻船[10]。

(4)消浪防護(hù)措施。巢湖環(huán)湖汛期風(fēng)大浪高，要求護(hù)坡堅(jiān)固耐久、抗沖刷、抗磨損性能強(qiáng)；巢湖沿岸護(hù)坡設(shè)計(jì)要考慮生態(tài)環(huán)境和水景觀的要求，此外還要求便于施工，經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)工程區(qū)的現(xiàn)狀及工程特點(diǎn)，參考滇池、太湖工程案例經(jīng)驗(yàn)，采用木籬樁進(jìn)行消浪。設(shè)計(jì)木樁直徑12cm，木樁長(zhǎng)度5m。

(5)濕地基底修復(fù)措施。以現(xiàn)有8.3m高程的湖灘岸線為基礎(chǔ)，保留湖灘上現(xiàn)有的水塘洼地，稍加整理形成淺灘、深潭、島嶼、緩坡等多樣生境，完善濕地生態(tài)系統(tǒng)。

(6)濕地植物恢復(fù)措施。鑒于滇池、太湖工程案例經(jīng)驗(yàn)，綜合藍(lán)藻暴發(fā)、風(fēng)浪吹程因素影響，在派河口外圍新建蘆葦帶1.0km，設(shè)計(jì)平均寬度150m；同時(shí)為豐富濕地生物多樣性和提升湖濱帶景觀效果，在蘆葦帶中增植喬木，品種選擇上充分借鑒了巢湖2016、2020年大水年經(jīng)驗(yàn)，選用了適生、耐水濕的池杉、落羽杉和美國(guó)雜交柳。其次對(duì)派河口近岸子湖進(jìn)行適當(dāng)改造，首先利用加壓井對(duì)子湖水體的藍(lán)藻進(jìn)行加壓除藻；通過(guò)改性土壤提升水體的透明度[11]，在透明度適宜的時(shí)候恢復(fù)苦草、輪葉黑藻、狐尾藻、眼子菜等沉水植物種植，完善派河口近岸子湖的水生植物群落[12]。

4 實(shí)施效果及評(píng)價(jià)

派河口生態(tài)修復(fù)與藍(lán)藻防控工程于2021年4月底基本建設(shè)完成，工程共構(gòu)建0.55km2的健康生態(tài)系統(tǒng)，水生植被分布面積為23.7萬(wàn)m2，蓋度為43%，水生植物種類(lèi)有22種，生物多樣性指數(shù)為2.09，可實(shí)現(xiàn)自然演替。修復(fù)后的濕地可促進(jìn)水體中藻類(lèi)及懸浮泥沙沉降，沉積物平均年沉積通量達(dá)118.9kg/(m2·a)，年消解轉(zhuǎn)化藍(lán)藻藻漿的能力約為98797t/a，有效降低了近岸湖區(qū)藻密度，減少了藍(lán)藻暴發(fā)頻率和面積，為美麗巢湖、城湖相依共生的美好生活盡一份力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文深入分析了派河口湖濱濕地生境條件、水文節(jié)律變化及藍(lán)藻時(shí)空分布等特點(diǎn)，從藍(lán)藻全生命周期，提出了藍(lán)藻“攔擋+打撈+捕獲”3道防線防控策略，并針對(duì)湖濱濕地水文節(jié)律變化特點(diǎn)，提出了基底修復(fù)、植被恢復(fù)及消浪防護(hù)等濕地修復(fù)措施，對(duì)于抑制湖濱藍(lán)藻聚集暴發(fā)、豐富濕地生物多樣性及改善湖濱區(qū)域生態(tài)環(huán)境等方面，起到了明顯的效果，具有一定的復(fù)制推廣價(jià)值。

湖泊治理是一個(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜的過(guò)程，目前仍存在著生境條件對(duì)植物生長(zhǎng)影響機(jī)理及群落穩(wěn)定的機(jī)制不清、水生植物生境改良技術(shù)匱乏、濕地滯留藍(lán)藻等污染物的去除及處置技術(shù)不足等機(jī)理與技術(shù)問(wèn)題，湖濱濕地生態(tài)修復(fù)需在水文節(jié)律變化、生境條件營(yíng)造、濕生植物選擇及藍(lán)藻脅迫影響等方面加強(qiáng)探索研究。