綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)用于上海古猗園內(nèi)景觀水體治理
導(dǎo)讀
綜合利用底泥疏浚、造流曝氣及水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等技術(shù)對(duì)上海古猗園內(nèi)的富營養(yǎng)化水體進(jìn)行治理,結(jié)果表明該綜合技術(shù)對(duì)園林景觀水體具有良好的污染物去除效果,對(duì)TN、NH3-N和TP的去除率分別達(dá)到48.6%、95.8%和75.0%,園內(nèi)水體水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、景觀效果等明顯改善,具備了較強(qiáng)的自凈能力。
作者簡介:吉琴(1971- ),女,上海人,碩士,主要研究方向?yàn)閳@林綠化和景觀。
古猗園是一座建于明代的古典園林,位于上海市西北郊嘉定區(qū)南翔鎮(zhèn),該園亭臺(tái)樓閣多臨水而建,與水景配合,體現(xiàn)了“亭臺(tái)到處皆臨水,屋宇雖多不礙山”的意境。
1、水體改造背景
1.1
改造前水質(zhì)現(xiàn)狀
古猗園從清代至建國后的歷次修復(fù)和拓?cái)U(kuò)均注重挖河理水,使水置于園林,以水為主,相映園景。古猗園的水與外隔絕,但在百畝之園中有千米長的溪流,以方池和狹長形的水面形態(tài)貫通全園。水體面積約17 765 m2,水深為0.8~1.3 m,蓄水量約21 000 m3,底泥厚約0.3 m,局部區(qū)域底泥淤積,厚度增至0.4~0.6 m。通過在園區(qū)設(shè)置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位測定水質(zhì),結(jié)果表明全園水體透明度為35~55 cm,溶解氧為2.49~3.27 mg/L,COD為5.36~7.12 mg/L,氨氮為0.62~0.83 mg/L,總氮為1.55~1.83 mg/L,總磷為0.13~0.17 mg/L,葉綠素a為17.4~34.8 mg/m3?傮w來看,園區(qū)水體為輕度-中度富營養(yǎng)狀態(tài),特別是較狹窄區(qū)域水體流動(dòng)性較差,初夏藻類大量繁殖,對(duì)公園的園林景觀造成影響。
1.2
水體富營養(yǎng)化成因
通過調(diào)查分析水體污染源和水質(zhì)污染現(xiàn)狀,診斷污染源導(dǎo)致的潛在影響,認(rèn)為古猗園公園水體富營養(yǎng)化的主要原因有三個(gè):
①由于水體與外界河道隔斷而處于封閉狀態(tài),水體的流動(dòng)性和置換能力較差;水體補(bǔ)充主要靠降雨,沿岸泥土在降雨的淋溶和沖刷作用下,隨地表徑流進(jìn)入水體,成為面源污染的受體。
②景觀水系蜿蜒曲折造成沿岸較長,湖畔樹木密集,每年大量枯枝落葉、花瓣等植物殘?bào)w直接或隨地表徑流進(jìn)入水體,腐爛后造成水體中有機(jī)物、氮、磷等增加,為藻類大量生長提供了營養(yǎng)源。
③由于多年沒有進(jìn)行大規(guī)模的底泥疏浚,古猗園部分湖畔底部的淤泥厚度增加,平均為0.47 m,底泥含有大量有機(jī)質(zhì),對(duì)水體水質(zhì)造成影響。在富營養(yǎng)化水體中,藻類特別是藍(lán)藻往往會(huì)在一定時(shí)期內(nèi)突然過度增殖,覆蓋水面,使水體變得混濁,呈現(xiàn)綠色或藍(lán)色的“水華”,其破壞性作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:首先,藻類大量繁殖,占據(jù)水體的上層空間,阻擋陽光,抑制其他浮游生物和沉水植物的生長和繁殖;同時(shí)消耗水中的氧氣,使魚、蝦等水生生物處于缺氧狀態(tài),嚴(yán)重者將導(dǎo)致魚蝦死亡。其次,隨著營養(yǎng)物質(zhì)的增加,部分有毒藻類大量繁殖,破壞原有水生食物鏈。第三,藻類的大量繁殖消耗氧氣,影響水體微生物群落結(jié)構(gòu),特別是局部水域氧氣耗盡后,厭氧生物開始大量繁殖,其代謝產(chǎn)物含有SO2、H2S等有毒有害氣體,破壞了園林水體的景觀功能。
2、水體綜合治理措施
水體富營養(yǎng)化并不是一個(gè)簡單的水污染問題,而是水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失衡后出現(xiàn)的一種生態(tài)問題,僅靠底泥疏浚和人工換水,難以徹底改善水體環(huán)境并保持水質(zhì)。借鑒國內(nèi)外水環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)治理的技術(shù)方法,從古猗園的實(shí)際情況出發(fā),運(yùn)用物理-生物-生態(tài)的綜合治理方法,采用曝氣、底泥疏浚、食藻蟲-水下森林共生系統(tǒng)、食物網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建和近自然駁岸重建等技術(shù)體系,形成標(biāo)本兼治的綜合治理方案。
2.1
增設(shè)水體微循環(huán)和曝氣系統(tǒng)
為達(dá)到流水不腐和水體富氧凈化的效果,設(shè)計(jì)了多套循環(huán)和推流曝氣系統(tǒng),達(dá)到促進(jìn)水體整體循環(huán)流動(dòng)的目的。通過在湖區(qū)設(shè)置曝氣循環(huán)系統(tǒng),利用氣泵向水體曝氣,使得整個(gè)水體上下循環(huán),起到增氧、平衡水質(zhì)的作用,加速水體新陳代謝,調(diào)節(jié)沉水植物系統(tǒng)的光合作用和呼吸作用,增強(qiáng)水體凈化功能及水質(zhì)維持功能。在較大面積的水體處設(shè)置微流循環(huán)系統(tǒng),即采用潛水泵制造微動(dòng)力(微流<0.1 m/s),結(jié)合季風(fēng)效應(yīng),增強(qiáng)水體的內(nèi)部流動(dòng)性,還可形成噴泉,增強(qiáng)景觀效果。
2.2
底泥疏浚
采用抽吸的方式對(duì)園內(nèi)底泥淤積的水域進(jìn)行疏浚,疏?偯娣e約1 574 m2。重點(diǎn)區(qū)域疏浚至公園最大水深為1.3 m,其中近岸2 m范圍內(nèi)考慮安全需要,只疏浚至水深0.7 m,并按1∶5坡度向水體中心增加疏浚深度,即疏浚深度為0.2~0.8 m。通過底泥疏浚,提高了園內(nèi)水體深度和庫容量,同時(shí)降低底泥的營養(yǎng)鹽含量,有效控制底泥中有機(jī)物分解釋放對(duì)水體水質(zhì)產(chǎn)生不良影響,水體的自凈能力得到提升。
2.3
構(gòu)建“食藻蟲-水下森林”共生系統(tǒng)
對(duì)于富營養(yǎng)化的湖泊水污染治理來說, 滅藻系統(tǒng)是效果最直接的處理設(shè)施,結(jié)合古猗園古典園林特色、景觀要求高等情況,采用了滅藻效果好、無二次污染、有成功實(shí)例的 “食藻蟲-水下森林” 構(gòu)建方案。其基本思路是以食藻蟲食藻控藻作為啟動(dòng)因子,繼而引起各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的連鎖反應(yīng),包括底泥有益微生物恢復(fù)、底泥昆蟲蠕蟲恢復(fù)、底棲螺貝類恢復(fù)到沉水植物恢復(fù)、土著魚蝦類等水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù),最終實(shí)現(xiàn)水體的內(nèi)源污染生態(tài)自凈功能和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能。主要工序:清除水體中的魚類(為食藻蟲繁殖生長創(chuàng)造條件)→投放食藻蟲(吃藻控藻,提高水體透明度)→種植沉水植物(吸收水體中的磷、氮等營養(yǎng)物質(zhì),消除富營養(yǎng)化)。
根據(jù)耐污、景觀以及易管理等需要,有選擇地配置物種,形成一年四季常綠且有季節(jié)更替的生物群落。根據(jù)水體水質(zhì)特征,生態(tài)系統(tǒng)的功能、水深條件和景觀布局,每個(gè)季節(jié)水生植物覆蓋率超過60%水面面積,通過采用化整為零、逐步改善、連點(diǎn)成片的策略,對(duì)原有水生植物群落進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)充,建立由荷花、美人蕉等挺水植物,睡蓮等浮水植物和輪葉黑藻、紅線草、苦草及刺苦草等沉水植物組成的人工復(fù)合植物群落,達(dá)到逐步改善控制水體富營養(yǎng)化程度,同時(shí)構(gòu)建穩(wěn)定多季相公園水體景觀的目的。
2.4
構(gòu)建食物網(wǎng)系統(tǒng)
應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理,通過在園內(nèi)湖中投入魚、蝦、蟹類等具有可操控性的原有土著水生動(dòng)物,調(diào)整水體食物鏈結(jié)構(gòu),控制草食性魚類,發(fā)展濾食性、雜食性魚類群體,進(jìn)行多種魚類、多種規(guī)格的混養(yǎng),捕食食藻蟲,平衡水生植物群落生產(chǎn)力。同時(shí),充分利用水體中的浮游生物、懸浮有機(jī)碎屑,有效地去除水底沉積物,優(yōu)化水體中水生生物的多樣性,形成良性循環(huán)的水生生態(tài)自凈系統(tǒng)。適當(dāng)增加具有觀賞價(jià)值的濾食性魚類,即建立起相對(duì)完整的可持續(xù)水生食物鏈系統(tǒng),達(dá)到優(yōu)化水體生物群落結(jié)構(gòu)、控制藻類、改善水體的目的。
2.5
重建近自然駁岸
降水作為古猗園水體的主要水源,本身也會(huì)對(duì)水體造成污染,在當(dāng)前條件下,完全消除進(jìn)入水體的污染物,尚無法做到,但可通過濱岸整改和補(bǔ)充植被,修復(fù)濱岸生態(tài)系統(tǒng),減少水土流失,盡量降低雨季溢流進(jìn)水體的污水量。古猗園對(duì)園內(nèi)沿湖駁岸綠化改造,調(diào)整優(yōu)化面積達(dá)2 600 m2,設(shè)置寬約1 m的挺水植物,形成濱岸植物帶。濱岸植物帶主要選擇花菖蒲、黃花鳶尾和紅花鳶尾混栽,采用定植樁控制其生長范圍,既對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行了攔截,又提高了古猗園水體的濱岸帶生物多樣性,豐富了公園的景觀效果。
3、水體治理成效
該項(xiàng)目建設(shè)完工后,對(duì)改造后的水體連續(xù)取樣檢測,6個(gè)月后發(fā)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)逐步穩(wěn)定,結(jié)果見表1。
表1 古猗園水體治理前后水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果
比對(duì)改造前后水質(zhì)情況,發(fā)現(xiàn)改造后水體透明度和DO指標(biāo)大幅提高,平均增幅分別達(dá)215.09%和273.73%,而CODMn、氨氮、總氮、總磷和葉綠素a等指標(biāo)均有顯著下降,平均降幅分別達(dá)30.15%、95.8%、48.6%、75.0%和77.26%。從改造前高于地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)下降到低于地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),水體透明度達(dá)1.3 m。綜上,通過對(duì)各項(xiàng)主要水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測分析表明,綜合治理技術(shù)對(duì)水體中氮、磷等富營養(yǎng)化物質(zhì)具有較強(qiáng)的去除能力,水質(zhì)顯著改善。
4、結(jié)論與建議
古猗園水體綜合治理工程采用曝氣、底泥疏浚、食藻蟲-水下森林共生系統(tǒng)、食物網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建和近自然駁岸重建等技術(shù)體系,改善園內(nèi)水體水質(zhì),達(dá)到了標(biāo)本兼治的綜合治理目標(biāo),將水質(zhì)從國家地表水的劣Ⅳ類提升到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),是改善城市公園景觀水體富營養(yǎng)化的一次成功嘗試。
古猗園水體綜合治理措施,具有成本低、無生物副作用、不產(chǎn)生二次污染以及水質(zhì)可長期維持等優(yōu)勢。構(gòu)建“食藻蟲-水下森林”共生系統(tǒng),是古猗園水體綜合治理的核心和關(guān)鍵。通過蟲控藻、魚食蟲等形成食物鏈,恢復(fù)沉水植物,發(fā)揮沉水植物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收凈化效果,可改善水體水質(zhì)和景觀。建議進(jìn)一步加強(qiáng)示范與篩選,并推廣應(yīng)用于上海城市黑臭水體的生態(tài)修復(fù)中。
(根據(jù)發(fā)表于《中國給水排水》2017年7月第14期“綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)用于上海古猗園內(nèi)景觀水體治理”一文整理)
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