生態(tài)浮島技術(shù)及其在河湖生態(tài)治理中的應(yīng)用

王嘉臨

（惠州市華禹水利水電工程勘測設(shè)計有限公司，廣東惠州 516000）

1 生態(tài)浮島簡介

生態(tài)浮島是應(yīng)用自然界的生態(tài)工程學(xué)原理，采用環(huán)境友好型材料，在水體中搭建供水生植物生長的平臺。生態(tài)浮島本質(zhì)上屬于人工浮床，浮在水面上，種植茂密的水生植物，從遠處看猶如一個小島。生態(tài)浮島應(yīng)用了2 種技術(shù)，一種是綠化技術(shù)，另一種是漂浮技術(shù)。生態(tài)浮島主要由5 個部分組成，分別是浮床的床體、框體、水生植物、栽培的填料及水下固定裝置。浮床的框體一般選取密度較小、重量較輕的材料進行拼裝，使其成為框架形狀的結(jié)構(gòu)，漂浮在水面上。浮床的床體通常選擇環(huán)保塑料材料，先將其制作成中空的扣板，然后將扣板連接起來即成為生態(tài)浮島的床體，最后將生態(tài)浮島的框體與床體用繩索連接，使其成為整體，就成了生態(tài)浮島的浮床。在中空扣板中間空的圓形區(qū)域放置種植籃，種植籃中放置顆粒填料，填料設(shè)置在浮床床底，浸泡在水中，用來附著水生植物的根系，吸附水體中的懸浮物。栽培的填料一般選擇天然、環(huán)保的材料，如椰子樹纖維或合成的高分子纖維如漁網(wǎng)。在種植籃里栽種適合水生的植物。生態(tài)浮島選用的水生植物主要有香蒲、荷花、蘆葦、菖蒲、茭白、水龍、海芋、香根草、水竹草、水芹菜、牛筋草、美人蕉、燈心草、旱傘草、空心菜、千屈菜、鳳眼蓮、多花黑麥草等，在水中生長茂密，可營造良好景觀的植物。此外，為了將生態(tài)浮島固定在某個位置，防止被風(fēng)浪吹走，需要在水下安裝固定裝置。選擇水下固定裝置要考慮2 個方面：一方面，當(dāng)水面風(fēng)浪較大時，保證浮島不被風(fēng)浪吹走；另一方面，水位出現(xiàn)劇烈變動時，不同的浮島之間會出現(xiàn)相互碰撞的情況。因此，要求水下固定裝置能緩沖浮島之間的相互碰撞，減少損失。常用的水下固定方式，主要有重物型、船錨型和樁基型3 種（見圖1）。

圖1 生態(tài)浮島水下固定方式

為了提升生態(tài)浮島所在河湖的整體景觀布局，可在生態(tài)浮島的周圍種植觀賞性好的水生植物，如浮萍、荷花、睡蓮、美人蕉、菖蒲、荇菜等，以提高景觀的可觀賞性。此外，還可根據(jù)美化景觀的設(shè)計需要，將生態(tài)浮島拼成各種各樣的圖形，如圓形、心形、正方形、橢圓形等，或拼成英文字母或漢字形狀?？梢?，生態(tài)浮島技術(shù)應(yīng)用在河湖水中，不僅可凈化河湖水質(zhì)，修復(fù)水生態(tài)環(huán)境，還可創(chuàng)設(shè)清新、優(yōu)美的景觀，給人們帶來美的享受。

生態(tài)浮島技術(shù)與其他的水治理技術(shù)相比，具有無可比擬的優(yōu)勢：浮床上生長的各種水生植物生機勃勃，郁郁蔥蔥，極大美化了水面環(huán)境，與附近的水面環(huán)境融為一體，創(chuàng)設(shè)出一個新的景觀，猶如蓬萊仙島，意境深遠。同時，浮床上還可種植一些適合水中生長的經(jīng)濟作物，如蓮藕、茭白、空心菜等，不僅可凈化水體，到了收獲季節(jié)還可以取得更好的經(jīng)濟效益。國內(nèi)外眾多的實踐證明，建設(shè)生態(tài)浮島成本較低，建成后，生態(tài)浮島的運行費用較低，維護簡單、方便，受到了越來越多的水處理行業(yè)人員的青睞，在江河、湖泊、水庫等各種水體的治理中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

2 生態(tài)浮島技術(shù)凈化水質(zhì)的機理

利用生態(tài)浮島技術(shù)凈化受污染的水體是一個復(fù)雜的過程，包含物理、化學(xué)、生物等綜合理論，主要是根據(jù)動植物、微生物等不同物種之間的相互依存關(guān)系，運用自然界生態(tài)平衡的原理，充分利用水體的空間、營養(yǎng)。其核心是水體中的水生植物和微生物能吸收氮、磷、營養(yǎng)鹽，降解水體中的有機物和富集重金屬離子。生態(tài)浮島技術(shù)凈化水質(zhì)的機理，主要包括如下6 個方面：

2.1 接觸氧化

通過增加水體生物接觸氧化的邊緣面積，發(fā)揮水體凈化的功能。

2.2 吸收內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)

生態(tài)浮島中生長的水生植物通過根系的吸附、吸收、降解、代謝以及水中微生物的生化、降解等作用，可有效去除水體中的有機物、氮、磷、富營養(yǎng)化物質(zhì)等污染物。

2.3 酶促進降解

水生植物發(fā)達的根系及其根系表面所附著的生物膜含有大量的細(xì)菌和原生動物等，其分泌大量的酶，可加快水體中的大分子污染物的降解過程，凈化水質(zhì)。

2.4 對藻類的他感作用、克藻效應(yīng)

水生植物分泌的克藻物質(zhì)是天然的除藻劑，可抑制藻類的生長，改善水質(zhì)。

2.5 植物與微生物的協(xié)同效應(yīng)

水生植物的根系能給益生菌和微生物提供巨大的附著位點，促進其生長，提高水中污染物的去除效率。

2.6 去除重金屬

水中植物的根系通過吸附、吸收、代謝作用，去除水中的重金屬。同時，生態(tài)浮島中的水生植物自身通過光合作用，吸收CO2，釋放O2，不僅可滿足自身生長的需要，為野生動植物提供生息空間，還能營造清新、靜謐、綠意盎然的水面景觀，極大提升周圍的環(huán)境品質(zhì)。生態(tài)浮島技術(shù)凈化水質(zhì)的機理見圖2。

圖2 生態(tài)浮島技術(shù)凈化水質(zhì)機理圖

3 生態(tài)浮島在河湖生態(tài)治理中的應(yīng)用

3.1 用于凈化水質(zhì)

生態(tài)浮島中植物盤根錯節(jié)的發(fā)達根系，通過吸收水體中大量的氮、磷、氨、有機污染物等，提高水的透視度，凈化水體；浮島中茂盛的水生植物可遮擋陽光，抑制水體中藻類的生長；生態(tài)浮島中的水生植物為鳥類、魚類等提供棲息的環(huán)境，有助于凈化水質(zhì)。生態(tài)浮島技術(shù)要更好地發(fā)揮凈化水質(zhì)的作用，需要做好2 點：第一，制作生態(tài)浮島所用的材料一定要生態(tài)、環(huán)保，避免污染水體；第二，生態(tài)浮島的填料密度一定要小，才能保證整個生態(tài)浮島輕質(zhì)，能很好地漂浮在水面上，浮島中水生植物的根系才能很好地附著。

3.2 用于提高水生態(tài)治理的效果

與人工濕地相比，單純的植物浮島由于其中含有的微生物量較少，對水生態(tài)治理的效果不佳，處理效率較低。對此，可在植物生態(tài)浮島的基礎(chǔ)上增加人工填料，增強生物膜的作用。人工填料與水體中的動物、植物、微生物等相互作用，有助于使水中的懸浮物沉淀，降低水體的渾濁度，增加水體的透明度。實踐表明，生態(tài)浮島中的植物選用小香蒲、千屈菜、黃菖蒲，人工填料選用生物碳纖維，對去除水體中的COD、氨氮及磷有較好的效果，處理效率較高。

3.3 用于強化生態(tài)系統(tǒng)交互作用

在河湖水中養(yǎng)殖一些貝類動物，其以水中的有機物為食物，有助于降低河湖水中的有機物含量，避免河湖水質(zhì)的惡化。但貝類動物不具有脫氮能力，必須與水生植物相配合才有脫氮能力。因此，在生態(tài)浮島水生植物下面的空間，可以養(yǎng)殖貝類水生動物。為避免其游走，可以養(yǎng)在透水性好的籠子里，固定在生態(tài)浮島下面。通過貝類動物與水生植物配合，強化生態(tài)系統(tǒng)交互作用，進而凈化河湖水體。

3.4 用于提高去除氨氮的效果

在生態(tài)浮島中，可通過設(shè)置曝氣管的辦法增加河湖水中的溶解氧，進而提高河湖水中氨氮的去除效果。河湖水中增加溶解氧，還有助于河湖水中好氧微生物的生長、繁殖。此外，在河湖水體凈化中，微生物也發(fā)揮著重要作用，通過在生態(tài)浮島中創(chuàng)建適于硝化菌、反硝化菌生長的環(huán)境，可提高河湖水中氮磷的去除效果。

3.5 用于消波、保護堤岸

生態(tài)浮島中生長茂盛的植物可對水面上的風(fēng)浪造成阻力，降低風(fēng)浪的行進速度，減小波濤對岸邊的沖擊力，保護河堤或駁岸的安全。與其他的防波建筑物相比，生態(tài)浮島與岸邊的植物帶和河湖周圍景觀的融和性更好，更易成為風(fēng)景優(yōu)美的大景觀帶。此外，生態(tài)浮島的材料為模塊化的中空管狀結(jié)構(gòu)，不僅施工簡單，安裝便捷，還可有效提升生態(tài)浮島的抗風(fēng)浪、保護堤岸的能力。

4 提高生態(tài)浮島效能的措施

4.1 選擇適宜的浮島植物

選擇生態(tài)浮島中的水生植物時，不僅要考慮其凈化水質(zhì)的效果及當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)是否適合其生長，還要考慮所選水生植物的外形、花期、花色等是否美觀，是否好搭配及考慮季節(jié)的影響，如在冬季寒冷的條件下，所選水生植物是否依然能成活、生長，實現(xiàn)良好的景觀效果。

4.2 確定生態(tài)浮島的覆蓋率

提高生態(tài)浮島的覆蓋率雖有利于凈化水質(zhì)，但如果覆蓋率過高，會影響水體的使用功能，加大浮島植物的呼吸作用，植物消耗過多溶解氧，導(dǎo)致水體周期性缺氧。因此，在水利工程的實際應(yīng)用中，要根據(jù)水體的污染水平、凈化要求、水體規(guī)模及使用功能，如行船、景觀、泄水等，綜合考慮各種實際情況，然后確定生態(tài)浮島的覆蓋率。

4.3 做好生態(tài)浮島的管理

由于生態(tài)浮島安裝在水面上，其管理和維護通常在船上進行，不但費用較高，且工作量大，操作難度較高。對此，開發(fā)出了易管理維護的浮床結(jié)構(gòu)，如浮田型生態(tài)浮島，浮島水生植物的根系和浮島材料互相纏繞，融為一體，植物的根系盤根錯節(jié)，相互牽拉，使浮床的浮力超強，可承載人的重量，有助于生態(tài)浮島的管理維護。

5 結(jié)語

綜上所述，在河湖生態(tài)治理中，生態(tài)浮島技術(shù)作為一項重要的治理手段，不僅可解決河湖水的污染和生態(tài)平衡問題，達到生態(tài)修復(fù)效果，還可營造優(yōu)美的水上環(huán)境，具有良好的應(yīng)用前景。在建設(shè)生態(tài)浮島時，要因地制宜，綜合考慮制作材料的使用年限、所選水生植物的越冬能力、抗風(fēng)浪能力、觀賞效果及浮島的管理維護是否方便等各方面因素，最大程度發(fā)揮其在河湖生態(tài)治理中效能。