硬质堤岸生态修复技术.doc

硬质堤岸生态修复技术以温州城市河道为例徐超清（衡水学院 生命科学学院 河北 衡水 053000）摘要：简要分析了温州城市河道堤岸的现状结构及其对环境生态造成的影响，提出了温州城市河道绿化植物的选择及河道生态修复技术。以温州市区河道横河为例，采用耐污性强的活性微生物制剂，结合各种功能性水生植物的生物性能，及采用陆生植物的水培技术和生物浮岛技术、生物膜技术、曝气复氧技术等综合技术来分解、吸收水体的污染物质，再利用滤食性水生动物的介入来转移水体的污染物质，达到人工重建河道水生态系统的目的。研究表明，城市河道水体的富营养化和环境生态等问题可以采用生态修复技术进行治理。该工程的成功实践与应用推广为城市景观河道生态修复提供了一种新的参考方案。关 键 词：风景园林；城市河道；生态修复；应用；温州中图分类号：TU 986 文献标志码：A 温州市区河道纵横交错，星罗如织而形成河网，河网主干河总长在7km左右，其中主要干河共13条约2km，内河河网通过一系列沿江水闸与瓯江沟通，是一个典型的河网密布的江南水乡。但是随着经济的高速发展，温州的许多河道先后遭到了严重污染，且河道岸堤及种植形式单一，影响了河道生态景观，有些自然坡得不到植物的保护而使堤岸滑动、损坏，导致水土流失、水道堵塞，因此有必要对温州河道生态修复技术进行探讨，以期为建设生态温州、山水温州提供技术参考。1 温州城市河道堤岸的现状结构及对生态环境的影响1.1 河道堤岸的现状 长期以来，人们比较注重河道本身的功能，如行洪速度、河道冲刷、水土保持等，因此河道断面形式单一，走向笔直，河道护坡结构坚硬，采用重力式浆砌石挡墙和钢筋混凝土挡墙结构。1.2 对生态环境的影响 1)光洁的刚性护岸，寸草不草不生，水土生物之间形成的物质和能量循环体系被彻底破坏，水体自净能力消失殆尽； 2)地下水补充通道被切断，城镇地下水位难以得到补充； 3)河道的裁弯取直、横断面的几何规则化，使得自然河流系统中河床的异质性不复存在，许多水生植物和水生动物无法安身，不能形成多种多样的生境组合； 4)没有绿色植物的护坡，河道失去了原有的生机。2 温州城市河道生态修复技术设计2.1 生态修复设计理念 温州城市河道生态修复，以“生态人居，环境可持续发展”为主题进行景观设计。以创建一个“街繁可商，景美可赏，水清可渔”的都市环境，适合人们休闲、居住、观赏的城市水滨环境为目的。2.2 温州城市河道绿化植物配置与选择 温州市地处中亚热带南部亚地带南缘，属中亚热带季风气候区。气候温和、雨水充沛。植物选择优先考虑温州的本土植物，不引用外来物种。植物配置要求主次分明，高低错落，与乔灌草搭配协调，有视觉的参差错落感，载体外观选用自然曲线，取消平直线形，并根据堤岸、河道、水深等不同条件选择物种。 温州城市河道绿化工程可采用的物种有：紫薇、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、垂柳、杜英(Elaeocarpus decipens)、枫香(Liquidambar formosana)、玉簪(Hosta plantaginea)、报春花 (Primulamalacoides)、 马蹄莲 (Zantedeschia aethiopica)、狗牙根(Cynodon dactylon)、黑麦草(Lolium perenne)和高羊茅(Festuca elata)混播、常春油麻藤(Mucuna sempervirens)、藤本月季、薜荔(Ficus pumila)、络石(Trachelospermum jasminoides)、常春藤(Hedera nepalensis)、地锦(Parthenocisus tricuspidata)、迎春花(Jasminumnudiflorum)、金银花(Lonicera japonica)、炮仗花(Pyrostegiavenusta)、灯心草(Juncus effusus)、水葱(Softstem bulrush)、泽泻(Rhizoma Alismatis)、慈菇(Sagittaria sagittfolia)、鸭舌草 (Monochoriavaginalis)、再力花(Thalia dealbata)、芦苇(Phragmites communis)、荷花(Nelumbo nucifera)、水菖蒲(Acorus calamus)、美人蕉(Canna indica)、千屈菜(Lythrum salicaria)、鸢尾(Iris tectorum)、香蒲(Typhaorientalis)、旱伞草(Cyperus alternifolius)、苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla verticillata)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、菹草(Potamogeton crispus)等。3 温州城市河道生态修复技术示范应用3.1 示范工程区概况 横河又称双井头河，位于温州市区，属温瑞塘河水系，东起吕浦河汇合口，西至民航路，是一条盲肠河，全长950m，平均宽度约25m，平均水深约3m，水体面积约24 000m2，水体容量约72 000m3。因长期收纳周邻生活污水排入而导致水质污染。据当地环境监测数据分析已属于劣5类水质指标(表1)，水体生态链严重受损，自净功能丧失殆尽，对周边区域的居民之生活、工作及生存环境带来了极大的负面影响。3.2 示范工程区污染现状分析 1)虽然近期清过淤，但因采用的是粗放式工艺，故仍有较多的有机污染物在河床底部淤积，通过与上覆水体的反复交换，不断向上释放高浓度污染，成为对该河污染贡献率较大的内源性污染源。 2)沿河的民居及附近的商业网点的生活污水因未接入规划的市政管道，故未经处理就直排入河。已查明的排污口直径为1 000mm，排量每天在1 5002 000m3之间, 成为污染贡献率最大的外源性污染源。此外，不排除还有未查明的排污。 3)因是断头河，水的流动性和交换量过小。 4)固体废弃物的进入。 5)驳岸设计单纯考虑了水利防洪的需要，忽略了水陆交界的生态性，造成了沿河地面污染随地表径流未经湿地、生态驳岸的阻拦和缓冲直泻入河。3.3 示范工程设计与实施 以产品菌介入工艺实施水体生物修复，原位降解底泥的有机污染，迅速重建严重受损的底端生物链腐食食物链，为上行生物链的梯次恢复奠定基础，加速底泥的矿化进程，为底栖动物的着床创造底质条件；再利用浮岛技术、生物膜技术、曝气复氧技术改善水质，提高透明度，为水生动植物的种养创造条件；通过人工调控的生态工程，使水系微生物、水生植物、水生动物与底质、水质动态平衡，并逐步向自然生态系统演替。 1)微生物的应用。 提取土著微生物和标准YL生物制剂-H15复配，定向扩大培养微生物制剂2 060kg，经现场适应性驯化应用，其通过硝化和反硝化作用能分解氨氮，分解后的硝态氮被植物吸收，使部分氮退出水体循环，进而净化水质。 2)生物膜应用。 在距民航路排污口附近设置生物膜(生物栅)2排共100m3；在下游东岸设置生物膜(生物栅)350m3。 3)设置生物围网、浮岛。 制作浮岛420m2，设置生物围网2 426m2。 4)水生植物筛选。 经试验种植和筛选，确定了适合在横河种植的水生有挺水植物：再力花、芦苇、水菖蒲、美人蕉、鸢尾、香蒲、泽泻、慈菇、旱伞草及芦苇等。浮叶植物：睡莲、荇菜等。沉水植物：苦草、黑藻、金鱼藻、狐尾藻、菹草。 5)底栖动物投放。 根据水质变化，投放底栖动物。如：水蚯蚓、螺类和蚌类等无脊椎动物，共1 500kg。 6)高等水生动物(滤食性鱼类)投放。 投放水生高等动物(滤食性鱼类)，如鲫鱼、鳙鱼、鳊鱼、鲢鱼等，共1 000kg。以控制藻类生长，完善生物链、食物链，转移、转换水体能量，提高河流生产力。 7)复氧曝气。 增设射流式水下微孔曝气机(型号Q*B7.5)共一套，总功率8kW，对水体进行曝气复氧及造流。复氧曝气和水体造流主要是为了增加水体的溶解氧，提高水体好氧微生物的活性，加快污染有机质的分解。3.4 示范工程效果分析3.4.1 样点布置在居住区民航路15m处、老人亭处、指挥部大门处、河道转弯处、展览馆及水厂处的河道中间各设一采样点，共6个样点。3.4.2 工程进度安排 1)工程安排。 2007年3月3日4月30日 前期调研；样点选址；本底值采样分析；土著生物筛选与标准生物制剂复配；扩大培养。 2008年5月1日5月20日 水样和底泥测试；现场适应性活化(活化时间24h)；底泥微生物接种(水上作业、12天)；生物滤网接种(水上作业、12天)；生物滤网安装(水下作业、2天)；浮岛制作、安装(水上作业、7天)。 2008年5月21日7月20日 系统调试。 2008年7月21日8月31日 沉水、浮水、挺水植物等引入种植，水蚯蚓、蚌、螺等无脊椎动物，投入河道内放养(各500kg)。 2008年9月1日10月15日 滤食性鱼苗(鲫鱼、鳊鱼、鲢鱼、鳙鱼等)共投入河道内放养(1 000kg)。 2008年10月16日10月30日 样点采样、检测分析。 采样频次：泥样 60天/次，共4次(含本底值)；水样 30天/次，共7次(含本底值)。 2)检测项目和验收参考指标。 底泥(渗出液)： CODcr、有机质、TP、H2S、氨氮 ： 去除率50%； 底泥垂直矿化度20cm； 泥色由黑转灰或褐(面料色别卡F8118F8115)； 底泥生物相：微型、小型生物多样化指数 Perio指数0.5。 上覆水体： CODcr、氨氮、TP 去除率40%； DO2mg/L；SD40cm； 水体生物相：生物多样性指数Perio指数0.5。3.4.3 CODcr的效果分析 根据图1显示，治理后的平均CODcr(重铬酸钾法化学耗氧量)已经达到了5类水质标准，达到了污水综合排放一级标准。本底值的水质污染不均匀，经生态治理后的各样点COD cr值基本均匀，治理后的平均COD cr从264.0mg/L下降到34.27mg/L，平均指数下降了87.0%，超过了去除40%的预期目标，达到了景观水质要求。 CODcr值在治理期前3个月的下降幅度最大，到了2月温度降低时略有反弹，原因是民航路排污口没有截断，入冬后温度的降低影响了微生物和植物的生理活性，无法完全分解点污染源和内源进入的大量有机质，因此采取了扩大课题范围的措施来调整。 3.4.4 氨氮的效果分析 根据图2治理后的平均氨氮低于了污水综合排放一级标准的15mg/L，治理后的平均氨氮从12.20mg/L降到了6.28mg/L，平均指数下降了48.6%，达到了去除40%的预期目标。 氨氮反弹幅度在治理期前6个月最大，原因是有机氮在分解的过程中产生大量的氨氮，使治理初期的氨氮数值上升；入冬后温度的降低影响了微生物和植物的生物活性，无法及时硝化新增的氨氮，随着有机氮总量的降低和温度的升高，溶解氧也有了大幅提高，氨氮通过微生物的硝化作用和植物的吸收作用，浓度也大幅降低，说明治理后期的脱氮效果非常明显。 根据下式对水体黑臭程度进行评估(式中DO是溶解氧，NH 3-N是氨氮)： 水体黑臭程度=实测水体NH3-N值/0.4+实测水体DO值/测定时水温的饱和DO值。 结果显示：本底值2007年8月12日为13.79，大大超过严重黑臭水体7.5的标准；4月6日为4.49，小于黑臭水体5的标准；5月11日为7.11，仍属于黑臭水体，但小于严重黑臭水体7.5的标准；根据该公式，该指标最高下降了67.4%，下降幅度在48.4%67.4%范围内波动，说明水质虽然达到预期要求，但是受外界影响波动较大，还需要一定时间的维护稳固。 由于地表水5类水质的氨氮标准为2mg/L，目前还达不到5类水的指标，按照这样的治理效果分析，如果能进行有效的水质维护和污染源控制，随着生态系统完善，有机质总量减少，氨氮也将很快达到景观水的标准。3.4.5 总磷的效果分析 根据图3显示，治理后的平均总磷值从2.36mg/L下降到了0.55mg/L，下降了76.6%，达到了去除40%的预期目标；已经接近了污水综合排放一级标准和5类地表水质标准。因此采用生态修复方法治理水体的总磷污染也非常有效。 CODcr值在治理期前3个月下降幅度最大，到了2008年2月温度降低时略有反弹，原因是民航路排污口没有及时截断，温度的降低影响了微生物和植物的生物活性，无法完全吸收点污染源排入和内源污染释放的磷元素。3.4.6 点源分析 由于民航路排污口没有按期截污，致使大量污水没有经过处理直接排入横河，大大提高了治理难度。为准确计算该排污口的污水总量，课题组制造木质三角形流量槽，利用流速法来测试计算排污口的污水总量。测量日期为2008年5月26日5月31日。测得数据见表2。图2 氨氮分析图图3 总磷分析图 从表2中得知晴天的日最低污水量为308.00m 3 ，日最高污水量为935.97m 3 ，晴天平均日排入污水量为542m 3 。雨天的日最低污水量为1 214.64m 3 ，日最高污水量为2 701.02m 3 ，雨天平均日污水量为1 724.28m 3。 设定水的比重为1t/m3，每年降雨时间为1/4计算，每年合计排入污水总量为305 712.5t，平均每日排入的污水量为838t。点源对示范区河道的污染贡献超过了贫营养化和富营养化的临界负荷量上百倍。富营养化的关键不仅和水中营养化浓度有关，也和连续不断流入水体中的营养盐的负荷量有关。3.4.7 讨论与分析 1)纳污能力。 根据日平均纳污量和工程试验时间(270d)，再结合本底值的污染物指数和示范工程河道的库容量(7.2104m3)进行分析，总结出工程试验时间内合计消纳的污染物总量。 工程试验时间内示范河段总共消纳了污染物总量COD cr 为78.1t、氨氮为15.1t、总磷为1.8t。示范工程河段经过生态治理，自净能力大大提高，在水质指数保持低点循环的情况下，其承受负荷量分别达到CODcr3 938g/(m2年)、氨氮929g/(m2年)、总磷104g/(m2年)。 外源输入的有机物及底泥释放的有机物充分被有益微生物分解和通过水生生物转移，输入的有机物和底泥释放的有机物总量已小于有益微生物分解和通过水生高等植物、水生动物的吸收转移、转换总量。 治理初期有机物分解时氨氮被释放到水体中，造成水体初期氨氮量增加(氨氮硝化消耗水体溶解氧，造成溶解氧变化)；扩大治理范围后，水质不断提高，水中溶解氧升高，氨氮被微生物硝化和植物吸收，经反硝化后部分氮元素以气体形式脱离水体。 在生态治理过程中，外污染源输入和内源污染释放的磷元素，充分被水生动物、水生高等植物吸收、转移，输入的磷元素和内源污染释放的磷元素总量已小于微生物、水生动植物的转移量。 2)生态修复。总碳、总磷、总氮等营养物质现已被控制，并呈下降趋势，是水中有益微生物、水生植物、水生动物共同作用的结果。水生动植物基本完成对藻类的控制，并稳定发挥出生态效应。从该工程生态修复的水质数据可以清楚地看到水质的正向转好，利用该生态系统的自我净化能力，逐步完善水体的生态系统。工程示范区域内分解者、生产者、消费者生态循环建立，各技术单元协同发挥作用。本工程示范区的水体生态修复的目标正在逐步实现，周围群众的反映也较好，从刚开始的不太理解转变到现在的对工作的认可。但是生态修复是个循序渐进的过程，如果对污染源进行有效控制，随着水生植物和水生动物的繁殖成长，示范区的水体生物链将更加稳定，城市河道生态景观的愿望肯定能够实现。3.5 结论 1)本示范区工程的成功实践，表明城市河道水体的富营养化和环境生态等问题可以采用生态修复技术进行治理。工程采用耐污性强的活性微生物制剂，结合各种功能性水生植物的生物性能，采用陆生植物的水培技术和生物浮岛技术、生物膜技术、曝气复氧技术等综合技术来分解、吸收水体的污染物质，再利用滤食性水生动物的介入来转移水体的污染物质，达到人工重建水生态系统的目的。同时又可营造出一个城市河道生态景观。 2)在还没有建造污水处理厂之前，而已有污水处理厂又无法在短时间内进行截污纳管的城市和地区，利用生态修复技术可有效降低水体原有的污染指数，提高河道水体的自净能力和环境容量。同时其纳污能力的增加，可以有效地分解和吸收连续流入的营养盐，其流出的水质达到污水处理厂的一级排放标准，可以减少对下流河段造成的污染压力，有利于河道整体水质的长期保持。4 结语 随着社会经济的发展和城市建设理念的更新，河道生态景观修复建设是城市河流治理发展的必然趋势，其综合治理与生态景观修复建设的最终目的就是实现城市河流的自然化、生态化、人文化、景观化，提升河流的感知价值和综合功能，促进形成可持续发展的城市和生态型园林城市，对构造和谐社会环境具有重要的现实意义(图46)。参考文献：1 董哲仁.保护和恢复河流形态多样性J.中国水利，2003(11)：53-56.2 俞孔坚，等.河流再生设计：浙江黄岩永宁公园生态设计J.中国园林，2005(5)：1-7.3 金相灿，(日)稻森悠平，(韩)朴俊大，等.湖泊和湿地水环境生态修复技术与管理指南M.北京：科学出版社，2007：126-238.Ecological Restoration Technique Embankment-Case Study of Wenzhou Urban RiuerXuchaoqing(Department of Life Science, Hengshui University , Hengshui ,Hebei 053000)Abstract: Embankment structure of Wenzhou urban rivers and its influence on ecological environment were analyzed. As the results,plant greening and arrangement and ecological restoration technique were proposed. Base