水環境綜合治理方案設計探究范文

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[摘要]孔雀湖水環境綜合治理采用構建“草型清水生態系統”方案，其核心在于通過人工干預措施，在湖泊底部構建沉水植物群落，同時按照生態系統控制需要投加魚類、底棲動物和微生物，形成以沉水植物為主導的水生態系統。水生態系統利用水生動植物凈化體系，建立健康完整的湖泊水生態系統，可以提高水體自凈能力，以保證整體景觀的長效穩定。

[關鍵詞]水環境；草型清水生態系統；生態修復技術；孔雀湖

1工程概況

孔雀湖位于廣西南寧市青秀區，毗鄰南寧青秀山風景區，位于邕江左岸。孔雀湖由7個湖組成，位于最低處為1號湖，面積最大，隨地勢上升，依次分布其他6個湖，湖的面積依次減小，湖與湖之間用0.5～1.0m砌石景觀壩分隔。水體總面積4.5萬m2，蓄水量7.4萬m3，平均水深0.8~2.0m。孔雀湖不定期從1號湖抽水至頂端7號湖，利用地勢落差進行水系內部循環，需要時，開啟內循環，形成跌水，滿足景觀需要。

2現狀水環境調查與分析

孔雀湖水體主要功能為景觀用水，湖內飼養有錦鯉、羅非魚等魚類，湖周飼養有天鵝、孔雀等景觀鳥類。現狀水體的主要污染感官情況為懸浮物太多，水體濁度較大，透明度低，呈綠黃色。根據水體監測數據表明，孔雀湖水質為Ⅳ類~Ⅴ類，各湖水體營養狀態較高，在中營養~中-富營養之間。主要超標因子為：總氮、總磷、高錳酸鹽指數。7個景觀湖藻密度均超過1000萬cells/L，達到藻類水華污染標準，優勢藻類為魚腥藻。主要由于孔雀湖水體封閉，水量小、水深較淺、水體流動性差，湖水的自凈能力有限；湖底鋪設了防滲毯，阻隔了湖水與周圍環境的物質交換，使得湖水、底泥與周圍土壤、基巖的交換作用喪失，周圍環境對湖水、底泥的凈化作用隨之喪失；湖內及湖周飼養著大量的魚類、鳥類，投放的養魚飼料的殘余以及魚與景觀鳥類的部分排泄物等富集在湖內，導致湖內水體逐步富營養化，在夏季氣溫高、光照強的條件下，藻類（以藍綠藻為主，甲藻，褐藻等為次）爆發式繁殖，導致湖內水華的產生，水體呈現藍綠色、褐色，影響湖的景觀功能。

3水環境治理目標

根據孔雀湖現狀情況，并結合其他國內水環境治理的思路及理念，計劃通過人工干預措施，使孔雀湖水體由以藻類為主、濁水形態的藻型生態系統向以水生植物為主、清水形態的草型生態系統轉變。具體建設預期目標如下：（1）水體感官指標。水體清澈透亮、無異味；水體透明度≥1.5m或清澈見底；無藍綠藻暴發、水體黑臭現象。（2）水體生態景觀效果。構建穩定的草型清水水生態系統，沉水植物覆蓋率≥80%；水生植物保持四季常綠，顯著提升水體景觀與水體靈動性；水生態系統結構完整、功能完善、具有自凈作用，且具備一定抗污染能力。（3）水質效果。改善孔雀湖水質，水體主要富營養化水質指標（高錳酸鉀指數、溶解氧、氨氮、總磷、總氮）達到國家《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）IV類標準。

4工程設計

4.1設計思路

采用生態修復技術，凈化水質，美化水景，構建完整的水下生態系統，使治理后的湖內水生態系統及水生態食物鏈得到完善，湖中水體實現生態多樣性，水生植物保持四季常綠，水體常年清澈，并在治理設計、建設及運營維護過程中統籌考慮水體修復與孔雀湖景觀相結合、管理實際與生態修復相結合，兼顧孔雀湖的活動情況等因素，盡量減少項目施工對孔雀湖周邊的影響，使孔雀湖修復后水體景觀盡可能達到人與自然和諧相處，以實現長效治理，水體質量長期穩定的目的。

4.2水環境治理方案選擇

曝氣、引水換水、絮凝沉淀等物理化學的方法在景觀水體治理中多作為輔助手段或應急措施使用，無法對水體起到長期有效的治理效果。目前常見的原位生態治理技術主要分為兩大類，即單純的微生物治理技術和草型清水生態系統構建技術。

4.2.1單純的微生物治理方案目前市場上各種微生物產品種類繁多，也確實能起到效果。作為景觀水體，不同于養殖水體，水質治理的目標是清澈、美觀。微生物在水體中的生存繁衍同樣需要營養物質，當水體營養物質濃度降低，水質達到治理目標時，人工投放的微生物群落會銳減甚至消失。再次有內外污染源的累積導致浮游藻類大量繁殖時，需再次投放微生物。也就是說，微生物治理技術很難達到持久有效的治理目標。

4.2.2草型清水生態系統構建方案草型清水生態系統的思路是效法自然中的水生態系統，構建由水生植物-水生動物-微生物-浮游生物組成的穩定生態鏈，使得湖泊水質能夠長效保持且能夠抵御一定的外界污染負荷。由此發展而來的基于淺水湖泊穩態轉換理論的草型清水生態系統構建技術，即構建沉水植物-底棲動物-魚類-微生物群落，形成生產者-消費者-分解者組成的穩定生態鏈。草型清水生態系統構建其核心在于通過人工干預措施，在湖泊底部構建沉水植物群落，同時按照生態系統控制需要投加魚類、底棲動物和微生物，形成以沉水植物為主導的水生態系統。系統構建完成后，具有足夠生物量的沉水植物群落與藻類競爭奪取水中的COD、N、P營養物質進行繁殖和生長，同時沉水植物釋放化感物質抑制藻類的繁殖。螺、蚌等底棲動物群落以湖泊底部的有機碎屑和腐殖質為食，不同食性的魚類作為消費者維持生態系統各種群之間的平衡，附著在沉水植物和底部土壤的各類微生物作為分解者利用自身的代謝作用實現營養鹽和腐殖質的轉化降解。基于系統內各級參與者的生命特征，形成完整的沉水植物—底棲動物—魚類—微生物食物網鏈，通過物質和能量在食物鏈中的流動過程，最終達到水質凈化與穩態轉換的目的，實現草型清水態湖泊的構建。草型清水生態系統食物網鏈與水質凈化原理見圖1。沉水植物在生長過程中可以吸收湖泊水體的營養物質，將營養鹽轉化為生物量，而且植物葉片可以吸附懸浮物，提高水體透明度；景觀上，沉水植物在水底形成水下草原，透過清澈的水體，可形成“水下草成原，岸上樹成蔭”的美景。沿岸挺水植物群落的構建可對岸帶污染物的排入起到一定的過渡、緩沖和攔截作用，同時形成有層次的景觀。經綜合考慮，孔雀湖水環境治理采用草型清水生態系統構建方案。

4.3水環境治理方案設計

孔雀湖草型清水生態系統構建共包括6個分項工程，分別是基底改良工程、沉水植物群落構建工程、魚類群落構建工程、底棲動物群落構建工程、沿湖生態緩沖帶完善工程和系統優化調整工程。（1）基底改良工程包括排湖中原有水、清理湖中現有雜魚、清除湖底表面雜草、鋪塘泥或沖洗表層石頭泥皮、基底界面消毒、對土底質微量元素調整、注入水等內容，為后期草型清水生態系統提供基礎保障。（2）沉水植物群落構建工程是根據工程區域實際情況及水體總量、湖面范圍等，選擇合適的沉水植物進行種植。沉水植物品種多樣，根據其對水深的適應能力可選擇深水型沉水植物或淺水型沉水植物。孔雀湖水深大部分在2m以內，為保證系統構建后的穩定性和水體景觀效果，在沉水植物選擇上以淺水型沉水植物為主，即矮型苦草和亞洲苦草，種植密度按100株/m2。沉水植物在湖泊中分布較廣、生物量較大，可成為湖泊生態系統的主要初級生產者，也是使湖泊從浮游植物為優勢的濁水態轉換為以大型植物為優勢的清水態的關鍵。（3）魚類群落構建工程是根據工程特點及生物總量等因素，選擇不同魚類進行搭配應用。魚類群落構建配置如下：濾食性魚類選用鰱魚，投放密度1尾/100m2，鰱魚終生以浮游生物為食；肉食性魚類選用鱖魚和黑魚，用于控制野雜魚和其他魚類，投放密度1尾/400m2，實施過程中發現湖水中存在較多的野雜魚，可增加肉食性魚類，等湖中水的野雜魚慢慢減少了再除去一些肉食性魚類，動態調節；腐食性魚類選用鲴魚，投放密度1尾/150m2，以水底腐屑、底泥為食，喜食藻類，能凈化水體，改善水質。（4）底棲動物群落構建工程在水生態系統物質循環與流動中具有特殊的地位和作用。田螺、河蚌等底棲動物對水體起著過濾器和沉淀器的作用，可以捕食底質中大量的有機質及腐敗的水生植物殘體等，大幅度降低底質中有機質含量及營養物質的釋放。同時，大型螺類等釋放的某些物質又是水體中天然的絮凝劑，可以降低水中的懸浮物顆粒并吸附氮磷營養鹽。根據工程特點，底棲動物群落構建配置如下：腹足類采用梨形環棱螺，投放密度5g/m2；瓣鰓類采用褶紋冠蚌和無齒蚌，投放密度10g/m2；同時配制少量河蝦，投放密度3g/m2，在景觀水體中放養一定數量的河蝦以攝食有機碎屑，起到凈化水質的作用。（5）沿湖生態緩沖帶完善工程主要針對沿岸挺水植物配置較缺乏的區域，合理配置水生植物，以提升沿湖生態緩沖帶的生態功能和景觀效果。湖岸生態緩沖帶是人工湖水生態環境向陸生生態系統過渡的關鍵部分，也是人工湖小型生態系統中生態梯度的重要組成環節，生態緩沖帶為兩棲動物提供良好的生境，對沿岸雨水徑流帶入的污染負荷起到一定的凈化和阻隔作用。（6）系統優化調整工程主要是通過對高等水生植物群落、魚類群落、底棲生物群落優化調控，使草型清水生態系統結構合理、健康，充分發揮作用，穩定、長效運行，使孔雀湖水體清澈、水質良好，滿足較高的景觀需求。生態工程優化調整工作是生態系統后續穩定、長效運行的重要基礎。（7）基底改良工程、沉水植物群落構建工程、魚類群落構建工程、底棲動物群落構建工程實施后，孔雀湖水生態系統構建初步完成，其中沉水植物群落作為初級生產者，為水生態系統構建的核心部分。后期維護管理階段通過對系統的監測和觀察，實施優化調整工程，確保水生態系統逐漸向穩定自然的狀態轉換，最終形成穩定的孔雀湖水生態系統，長效達到水體清澈、景觀良好、物種群落多樣穩定的狀態。孔雀湖草型清水生態系統見圖2。

5工程治理效果

工程實施后，經過合理的維護管理，對水生態系統進行優化調整，使之逐漸向穩定自然的水生態系統演替，可使孔雀湖長期保持水清景美治理目標。根據項目實施完后半年的效果，現狀水體清澈透亮、無異味，水體透明度≥1.5m或清澈見底；沉水植物覆蓋率大概為60%~80%，顯著提升水體景觀與水體靈動性；水生態系統開始具備一定自凈作用和一定抗污染能力；水質達到國家《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）IV類標準。

6結語

根據本工程實施后的效果，草型清水生態系統的構建能夠大大改善水體水環境質量，使水體生態系統得到修復，促進湖區生態系統良性健康發展，提高生物多樣性，使水體具有一定的自凈能力。本工程的實施，為推動環境教育、新方法和新技術研究開發與技術成果展示，提供了良好的工程示范效果生態教育科普基地，將為提高民眾環境意識和科技成果的推廣應用起到了積極的促進作用，也為同類水環境治理工程提供經驗，可供類似工程借鑒。

參考文獻

[1]廣西水利電力勘測設計研究院.廣西左江治旱馱英水庫及灌區工程初步設計報告[R].南寧：廣西水利電力勘測設計研究院，2016.

[2]劉從玉，劉平平，劉正文，等.沉水植物在生態修復和水質改善中的作用[J].安徽農業科學，2008，36（7）：2908-2910.

[3]劉正文.湖泊生態系統恢復與水質改善[J].中國水利，2006（17）：30-33.

作者：劉時明 單位：廣西水利電力勘測設計研究院