武漢市塔子湖水生態(tài)治理探析

萬(wàn) 珍

（中工武大設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430205）

1 塔子湖概況

塔子湖位于武漢市江岸區(qū)北部，東起塔子湖東路，南至碧波街，西臨夢(mèng)湖路，北靠三環(huán)線，匯水面積約3.3 km2，水體水源來(lái)自天然降水、周邊雨水匯流。塔子湖是漢口地區(qū)最大的城中湖，也是武漢市重點(diǎn)保護(hù)的40 個(gè)湖泊之一，原隸屬漢口養(yǎng)殖場(chǎng)，現(xiàn)已退漁還湖，主要功能為調(diào)蓄和城市景觀。根據(jù)《武漢市中心城區(qū)湖泊“三線一路”保護(hù)規(guī)劃》，塔子湖藍(lán)線控制面積31.02 hm2，控制長(zhǎng)度3.55 km，綠線控制面積15.94 hm2，灰線控制面積31.33 hm2。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，湖區(qū)分布的巖土層為全新世的河流近代沖積物，主要為黏土、亞黏土、亞礦土、粉砂及淤泥質(zhì)土等，厚10~25 m。

2 塔子湖現(xiàn)狀分析

2.1 駁岸

塔子湖沿岸基本為直立硬質(zhì)砌體護(hù)岸，在3.6 km 的岸線中有3.4 km 已護(hù)砌，僅在西南端有部分緩坡，且坡岸采用鵝卵石砌筑。沿湖設(shè)有防護(hù)欄桿和環(huán)湖木棧道。塔子湖東側(cè)湖岸長(zhǎng)期受水浪侵蝕，局部出現(xiàn)垮塌情況，存在安全隱患，且易引發(fā)水土流失，引起湖泊局部水體混濁。

2.2 底質(zhì)、水深

塔子湖底質(zhì)硬化，湖底大部分區(qū)域（約占湖底面積的85%）為硬化底質(zhì)（主要為建筑垃圾），但表層有一層絮狀物，在受擾動(dòng)后極易發(fā)生再懸浮。部分區(qū)域（主要是中東部，約占湖底面積的15%）仍存在深厚（平均淤泥深度1.22 m）的黑臭沉積物。同時(shí)，塔子湖局部深度較淺，沉積在底泥中的污染物極易受風(fēng)浪、魚(yú)類(lèi)以及底棲動(dòng)物擾動(dòng)發(fā)生絮狀物懸浮，影響水體水質(zhì)和透明度。

2.3 水質(zhì)

塔子湖水質(zhì)情況不穩(wěn)定（Ⅴ類(lèi)），在感官上水體發(fā)綠明顯，透明度較低，成混濁態(tài)。中部水質(zhì)最差，南部水質(zhì)好于北部，污染物濃度分布總體上呈現(xiàn)北高南低的規(guī)律，即北部水質(zhì)差于南部水質(zhì)。北部水域葉綠素濃度過(guò)高，且優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門(mén)的平裂藻，若遇持續(xù)高溫，存在較高的水華爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。塔子湖水質(zhì)指標(biāo)主要為總磷超標(biāo)，以夏季較為明顯，主要由于夏季沿湖生活用水量增加，并且溫度高加速底泥磷的釋放，使得沉積物中有機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化分解成無(wú)機(jī)態(tài)磷，不溶性磷轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)磷。

2.4 水生態(tài)

1）缺少水生植物。塔子湖水體內(nèi)除在南部長(zhǎng)有少量菹草外，幾乎沒(méi)有其它水生植物。此外，水生植物少使浮游藻類(lèi)在初級(jí)生產(chǎn)者中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，浮游藻類(lèi)的增加，降低了湖水的透明度和補(bǔ)償深度，而這又將進(jìn)一步減少水生植物的生存范圍。湖中缺少水生植物，尤其是湖底幾乎沒(méi)有沉水植物，意味著當(dāng)入湖的污染負(fù)荷過(guò)大時(shí)，水體無(wú)法自行消化，極易加劇富營(yíng)養(yǎng)化程度，發(fā)生水華。

2）魚(yú)類(lèi)種群結(jié)構(gòu)不合理。塔子湖歷史上具有水產(chǎn)養(yǎng)殖功能，曾向湖內(nèi)投放了大量的經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)。養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)使得殘餌及魚(yú)類(lèi)的排泄物隨著養(yǎng)殖時(shí)間的增加而逐年積累，成為影響水質(zhì)的主要因素，其增加了水體中浮游生物和懸浮物，造成水體透明度降低。此外，魚(yú)類(lèi)和其他水生生物的呼吸以及殘餌、糞便等耗氧，使得水體溶解氧含量較低，氮、磷污染負(fù)荷也隨之增加，加快了湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程[1]。

3 塔子湖治理方案研究

3.1 碳纖維生態(tài)草方案

碳纖維生態(tài)草凈水技術(shù)是一種物理材料促進(jìn)生物—生態(tài)原位修復(fù)的綜合技術(shù)，突破了短效治理技術(shù)的瓶頸[2]。碳纖維—生物—生態(tài)原位修復(fù)技術(shù)是將碳纖維編織成人工水草形式布設(shè)在生物反應(yīng)池中或受污染的河湖水體中，起到截留、絮凝、吸附、架橋、卷掃、氧化、還原、催化等作用，能吸收、吸附、截留水中溶解態(tài)和懸浮態(tài)污染物。碳纖維生物親和性好，是生物載體良好材料。由于比表面積大，吸附速率快，在碳纖維生態(tài)草上形成具有很強(qiáng)活性功能的“生物膜”，可快速提高水體透明度，增加光合作用，促進(jìn)生物—生態(tài)系統(tǒng)原位修復(fù)，為各類(lèi)微生物、著生藻類(lèi)和動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖提供良好的著生、附著或穴居條件，碳纖維生態(tài)草隨風(fēng)浪搖擺發(fā)出的音波能夠激發(fā)微生物活性，促進(jìn)污染物的降解及轉(zhuǎn)化，在自然水體形成碳纖維—微生物—水生植物—著生藻場(chǎng)—水生動(dòng)物綜合凈化系統(tǒng)。

3.2 微生物強(qiáng)化方案

微生物菌劑是利用微生物新陳代謝功能，使廢水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物被降解并轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，使廢水得以凈化[3]。它在處理高濃度有機(jī)廢水方面，以處理費(fèi)用低、處理效率高而被廣泛采用，后來(lái)也被逐漸引入到河湖生態(tài)治理中。該方法主要是利用好氧或厭氧微生物進(jìn)行污水處理。微生物菌劑除了能有效降解水體有機(jī)物，還能有效預(yù)防魚(yú)、蝦、貝類(lèi)疾病的發(fā)生；有益微生物在繁殖過(guò)程中，分泌大量活性物質(zhì)，能有效促進(jìn)浮游植物的繁殖，增加水體溶解氧，其生成絮狀物是濾食性魚(yú)類(lèi)的最佳食物，且能有效降低水中氨氮和硫化物濃度，促進(jìn)魚(yú)蝦生長(zhǎng)。

3.3 水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建方案

水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)以恢復(fù)高覆蓋率沉水植物為主，通過(guò)整合多種生物、生態(tài)技術(shù)，帶動(dòng)整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)[4]。該修復(fù)技術(shù)要求沉水植物覆蓋率達(dá)到60%以上，為此需進(jìn)行以下工作。

1）湖水透明度保障。在清水型湖泊建設(shè)初期，為確保沉水植物核心功能群的建立，保持較高的水體透明度及較低的營(yíng)養(yǎng)水平至關(guān)重要。透明度較低時(shí)，湖體底部光照條件較差，給沉水植物生長(zhǎng)帶來(lái)不利影響。水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平過(guò)高，尤其是總磷升高時(shí)，將導(dǎo)致浮游植物迅速增殖，占據(jù)水體上層空間，從而對(duì)沉水植物生存造成威脅。

2）沉水植物群落構(gòu)建。沉水植物群落是水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的核心技術(shù)。一方面，它不僅能給附著生物、螺類(lèi)、浮游動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)等提供生境，增加生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多樣性，而且能夠通過(guò)根系將氧氣從上部輸送至根部，在根區(qū)附近形成好氧—兼氧—厭氧的環(huán)境，改善沉積物氧化還原條件，促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解和硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，從而達(dá)到去除水中氮及其他污染物的目的。另一方面，在生長(zhǎng)過(guò)程中，它能夠直接從水體和沉積物中吸收營(yíng)養(yǎng)鹽，從而固定沉積物，減少沉積物再懸浮，減少營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，增加水體的凈化能力。

3）食物網(wǎng)調(diào)控。食物網(wǎng)調(diào)控是指利用生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)食物網(wǎng)中不同生物的比例，消除水體富營(yíng)養(yǎng)化。常見(jiàn)的有用鰱、鳙魚(yú)控制浮游生物現(xiàn)存量的技術(shù)，用軟體生物減少浮游生物現(xiàn)存量的技術(shù)，用其他高等水生植物消耗水體營(yíng)養(yǎng)鹽技術(shù)等。

3.4 內(nèi)源污染原位控制方案

湖泊內(nèi)源污染是指蓄積在沉積物的氮、磷等污染物釋放進(jìn)入上覆水，對(duì)上層水體造成污染。營(yíng)養(yǎng)鹽含量高的沉積物會(huì)持續(xù)向水體釋放營(yíng)養(yǎng)鹽，影響水體生態(tài)修復(fù)進(jìn)程，延緩水體水質(zhì)改善。常見(jiàn)內(nèi)源污染原位控制技術(shù)包括：物理修復(fù)技術(shù)（底泥覆蓋、水下充氧等）、化學(xué)修復(fù)技術(shù)（化學(xué)沉淀、化學(xué)膠結(jié)、氧化劑注射等）、生物修復(fù)技術(shù)（植物種植、投加生物制劑、微生物降解等）[5]。

不同內(nèi)源污染控制技術(shù)，由于機(jī)理不同，短期、長(zhǎng)期效果與見(jiàn)效過(guò)程均有明顯差異。其中，生物控制技術(shù)見(jiàn)效慢，但長(zhǎng)期效果最佳，化學(xué)控制、物理覆蓋與疏浚前期效果最好，但短期內(nèi)易反復(fù)，長(zhǎng)期效果不佳。在湖體內(nèi)源污染程度較輕時(shí)，選擇植物種植的手段即能達(dá)到最優(yōu)長(zhǎng)期控制效果，同時(shí)經(jīng)濟(jì)成本也較低；在內(nèi)源污染較重時(shí)，由于初期控制效果較差，種植手段修復(fù)成功的概率大大降低，因此必須綜合其他控制技術(shù)手段。

3.5 方案比選

依據(jù)各類(lèi)技術(shù)方案的原理以及國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用情況，對(duì)4 種方案進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表1所示。

表1 4 種修復(fù)方案對(duì)比

由于塔子湖存在明顯外源污染和內(nèi)源污染，湖泊水質(zhì)惡化，湖體生態(tài)系統(tǒng)失衡。綜合考慮塔子湖現(xiàn)狀和各項(xiàng)方案實(shí)際應(yīng)用情況，本文推薦綜合利用碳纖維生態(tài)草方案和微生物強(qiáng)化方案，以削減內(nèi)源污染負(fù)荷，構(gòu)建健康穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)塔子湖水清、魚(yú)游、草綠的生態(tài)景觀。