城河治理建成段水生态修复工程范例

1、一、综 述1.1 项目背景慈溪市城河治理建成段水生态修复工程慈溪市城河治理工程指挥部宁波星荷园林景观发展有限公司慈溪市大塘江、浒山江、邵家路江、东城河、城东新村横江。慈溪市随着其经济的发展,人口的增加,生活水平的提高,水的需求 和消耗量不断增多,相应的废水排放量也在不断的增多,由于污水处理设 施和面源控制的滞后等原因,城市水环境污染严重,河网水体己基本失去 水环境功能,饮用水源水库富营养化问题突出,使慈溪这个严重缺水的地 区正面临着水源型缺水与水质型缺水.日益加剧的水污染,正威胁着慈溪 市经济的可持续发展、危害慈溪人民的生活质量以及水体生态系统。防治 河流湖泊等水体富营养化已是社会经济和生态环

2、境建设的一项迫切需求。 对此,慈溪市政府、市人大高度重视,对水资源实行外引内治策略。为了 实现内治的目标,市政府及有关部门从 1997年开始对已发臭发黑城河进行 了分区、分阶段清淤、截污治理,治理后的城河水质虽然得到了一定改善, 但水质仍处于重度富营养化状态。 2004年 3月以来又实施中水调控,以搞活水体,但水质富营养化化情况仍未好转。为此,慈溪市环局、慈溪市建 设局、慈溪市水产研究所,于 2004年 2月到 2005年 10月,在慈溪市峙山 文化广场 A 区河道, 开展了 城河生态修复治理技术研究 研究项目, 2005年 11月 3日,通过专家鉴定,并建议抓紧做好推广应用工作。因此实施城

3、河建成段的水生态修复工程,以控制慈溪城河的水体富营养化,使水体从 富营养型转到中营养型,使城河治理达到水质清澈、景观优美,对实现慈 溪市成为生态模范城市的目标具有非常重大的意义。1 慈溪市城河治理建成段水生态修复招标文件 ,慈溪市城河治理 工程指挥部, 2005年 12月;2由业主提供的有关本方案设计的书面答疑文件, 2006年 1月;3 慈溪市城河治理建成段水生态修复工程可行性研究报告 ,慈溪 市城河治理工程指挥部;4 慈溪市城区河道污染治理图及河道断面图 ;5 慈环监报水 -2005-140号及水 -2005-141号监测报告 ;6河道规划蓝线(电子版 ;7 地表水环境质量标准 , GB3

4、838-2002。8 地表水资源质量标准 , SL63-941.2 项目概况本项目位于我国东部海滨城市浙江省慈溪市城区,北临杭州湾。对已经截污、 清淤的大塘江、 浒山江等 5条 (段 河道进行生态修复, 河 道总长 9146m ,蓄水标高以黄海高程 2. 00m 计.具体见下表: 在污染负荷能够控制,水位能调控的前题下,达到以下水生态修 复目标:(1水质指标pH :6-9DO :>3mg/LCOD Mn :<10 mg/LBOD 5:<6mg/LNH 3-N :<1.5 mg/LTN :<2.0 mg/LTP :<0.3 mg/LSD :>1.0mCh

5、la :<0.015mg/L(2水生植被修复目标使城河水生态系统食物链中的生产者:具有多样性种群的,暖季、寒 季能自然交替的,以沉水植物为优势种群的稳定的植物群落。构建的水生 植物面积占工程总水面的 33%50%。1原位治理为主原则。在所治理河道内就地构建水质净化工程和生 态修复工程。2清洁治污原则:治污过程不产生二次污染。3技术先进性、经济合理性和可操作性原则相结合。 1.3问题与建议1实践表明,以水生植物为主体的河道水质净化生态工程系统有除氮 能力,但有限度,如水生植被覆盖度高达 70%80%的长江下游某湖泊, 水生植被磷和氮的净化量仅为 3.78 gP/(m2·a 和 2

6、9.8gN/(m2·a 。因此当 用总氮含量高的污水厂中水作为城河补水时,河道水质难以达到目标。而 用总氮含量高、 C/N比低于 6的中水(慈溪污水厂中水即属此类补充城 河时水质达标更难,不止于此,还会引起河水总氮含量增加,导致水体严 重富营养化和蓝藻水华发生。而且总氮含量会有所增加。鉴于此,建议中 止对治理河道的中水补给措施。同时建议加强沿河截污系统的监管。 2调查表明,本工程部分治理河段还污染较严重,水质条件难以满足 水生植物种植等水体生态修复技术的实施,建议对这部分河段可采取对河 道生态环境无不良影响的人为强制清水措施和实行水位调控等,以促进水 体生态修复工程实施。二、工程区环

7、境概况2.1 地形、地貌与土壤概况慈溪市地处杭州湾周边的冲积平原河网区,地势平坦,河道密集,地 表冲积和淤积层厚,土壤粘性较强,透气性较差,偏碱。2.2 水文特征本项目治理河段属慈溪市内河水系,建有多处泵闸、节制闸、橡胶坝 等控制治理河道与周围河道的水力连通,治理河道控制水位 2.0m (黄海基 准 ,一般不存在防洪排涝问题 。2.3气候与气象特征慈溪市位于亚热带北缘,属东亚季风盛行区,受大陆季风和海洋季风 的交替影响,四季分明,雨量充沛,光照充足,气温适中,但有台风、寒 潮等不良天气影响。多年平均气温 16,最热月平均气温 31,最冷月平均气温 1。 多年平均降水量 1170mm , 年最大

8、降雨量 2030mm , 年最小降水量 650mm 。 降雨多集中在 59月,占全年降水的 60%,降水月数较多的在 36月, 其间主要有春雨和梅雨。风向季节变化明显,全年主导风向偏东南,其次为偏西北。 79月台 风盛行,并易生强台风灾害,最大风速 40m/s。空气温度较高且年变化不大,冷季易生雾天。寒潮在当地 1月和 12月易入侵成不良天气。2.4 水质污染状况分析慈溪市环境保护监测站 2003年2005年对浒山江水质进行的监测结果 和 2005年 12月 2日对慈溪市城河十个样点进行水质监测的结果表明,五 条河的水质均劣于地表水环境质量标准 (GB3838-2002的类,污染 物主要为总磷

9、和总氮,以总氮的污染最为严重。五条河中,城东新村横河和东城河的水质较差。三、工程方案设计范围、边界条件与技术指标3.1 工程方案设计范围对河道总长 9146m 的慈溪市城河治理建成段水体的生态修复工程方案 进行设计。拟实施水生态修复工程的五条(段河道的长度、河宽、水深和河段 起止点列于下表: 3.2工程进度要求根据招标文件要求,本工程方案设计应满足如下要求:本工程针对水体富营养化的生态学的原因和实质,和以整体观为指导,结合清淤、截污等多种措施,通过修复水生态系统食物链中的生产者高等 水生植物及消费者水生动物,来抑制藻类,疏通与增加河流生态系统中有 机质、营养盐等在河中迁移、转化、输出途径和量.

10、将原已生态失衡的状 况,逐步恢复生态平衡,从而改善水质,控制水体富营养化,实现生态系 统的良性循环.具体分以下步骤实施:第一阶段 (2005年 12月至 2006年 2月 :调查、设计及管理措施制订 阶段.一是对制约试验河道中水生植物的主要环境因子,即水文、水质、 底质、生物,以及外源污染负荷等进行调查。二是根据营养平衡、生态平 衡原则,以及主导生态因子、生态适应性、物种耐性、生态位、生物多样 性等生态学原理,对先锋物种进行选择及植物群落的水平空间和垂直空间 进行优化设计。并根据生态系统食物链中生产者与消费者初级生产与次级 生产的情况选择水生动物种类和数量,以协调食物链中生产者与消费者关 系。

11、三是制订出保护城河的法规、条例,以及建立一支切实保证治理措施 和管理措施实施的管理队伍。四是水生生物资源的管理与利用计划,包括 收割与渔业、畜牧业等利用技术。第二阶段:(2006年 3月 消除危及水生植被生存因素。包括外源污 染负荷的控制,消除草食性鱼类等。第三阶段:(2006年 4月到 5月 实施水生植物与水生动物的修复. 第四阶段:(2006年 7月到 2008年 5月 在第三阶段的植物群落对其环 境因子改善的基础上,建立多样性种群的,暖季、寒季能自然交替的,以 沉水植物为优势种群的稳定的植物群落。从而控制水体富营养化,建立良 性的城河水生态系统。第五阶段:(2006年 3月到 2008年

12、 5月 :包括管理、水生生物资源的收割 与利用以及水质监测等,该阶段贯穿于城河生态修复工的始终。3.3 工程方案设计总体目标与具体技术指标在污染负荷能够控制,水位能够调控的前提下,达到以下技术要求: 1水质指标pH :6-9DO :>3mg/LCOD Mn :<10mg/LBOD 5:<6mg/LNH 3-N :<1.5mg/LTN :<2.0mg/LTP :<0.3mg/LSD :>1.0mChla :<0.015mg/L2水生植被修复目标使该工程水体生态系统食物链中的生产者:具有多样性种群的,暖季、 寒季能自然交替的,以沉水植物为优势种群的稳

13、定的植物群落。具体如下:植物种类:应包括挺水植物、浮叶植物、沉水植物,能反映生物多 样性,生境复杂性。挺水植物、浮叶植物各二种以上,并考虑景观效果; 沉水植物包括暖季沉水植物与寒季沉水植物,暖季沉水植物以苦草、黑藻 为主,寒季沉水植物以黄丝草等为主。水生植被面积:修复的水生植物面积为该工程整个水体面积的 33%50%。其中,挺水植物与浮叶植物的面积占 10%,沉水植物的面积 占 23%40%。 12月、 1月、 2月,由于是大多数植物的越冬期,水生植 被面积可相应减少 50%。自然繁殖与自然交替:种植的植物经过越冬期或越夏期后,应能自 然繁殖;暖季植物与寒季植物能自然交替。四、工程方案设计4.

14、1水生生态系统现状分析所有治理河道的水质状况均属超 GB3838-2002标准类,超类的 污染物主要为总磷和总氮,特别是总氮的污染尤为严重。在列入本项目水体生态修复的五条河中,城东新村横河水质最差,水 体受总磷、氨氮和总氮的污染严重,水体透明度低且处于缺氧-厌氧状态; 其次为东城河,同样受总磷、氨氮和总氮的严重污染,水体透明度低亦处 于缺氧-厌氧状态,水质状况比城东新村横河的稍好一些;再其次为邵家 路江,水体受总氮的严重污染;大塘江与浒山河的水质大致相当,水质虽 好于前述诸河,但仍受总氮的严重污染。根据我们 2006年 1月 5日对上述诸河水质的调查, 发现各河底层水均 严重缺氧,处于厌氧状态

15、。城东新村横河河水还散发恶臭。根据 20032005年浒山江水质监测结果,可以明显看到,浒山江总磷 和总氮的污染逐年加重,尤其是总氮的污染更为严重,值得特别关注。总 氮污染是本工程要解决的关键问题、难题。约有 6000m 的河床铺砌毛块石,不利水生植物种植。根据 2006年 1月 56日我们对河道底质的调查,发现各河流由于水体流动性很小和受到 污染,底层水均缺氧,其溶解氧含量为 0,因此河底底泥呈黑色,用竹竿触 动表层底泥时,泥层中放出大量气泡,表明泥层处于厌氧状态。对于铺砌毛块石的河床,河床上的沉积物较少,泥层厚度比较薄。 东城河底泥呈黑色且有腐质状烂叶。因河床上未铺砌毛块石,底泥稍 厚些。

16、城东新村横河的底质状况最差,不仅呈黑色,且腐泥厚有恶臭。河边 居民反映,夏季有时河水发臭翻泥。1浮游植物2005年 12月 2日取样测定结果表明, 河水中浮游植物数量已达到 2.12×1067.58×107个 /L,虽然时值冬季,但河水呈绿色,河流已属富营养型 -重富营养型水体。在大塘江西闸处和浒山江南端橡胶坝前均看到蓝藻水华堆集。2高等水生植物高等水生植物稀少,仅在大塘江和浒山江的岸边看到少量人工栽培的 睡莲。3浮游动物枝角类和挠足类等大型浮游动物数量稀少,这可能与水体中小型鱼类 资源丰富相关。4鱼类在大塘江和浒山江的水面上看到数量可观的小型鱼类“晒太阳” 。 5底栖动物

17、由于水体底层缺氧以至处于厌氧状态,推测深水河床区缺少或根本无 大型底栖动物存在。但在大塘江上看到一些吊养的蚌类、数量不多。1水体主要受到磷、氮特别是总氮的严重污染,解决总氮污染问题是 本工程的关键与难点。2水体属藻型浊水态富营养型-重富营养型水体,如何使之逆向演替 并尽快转变为草型清水态中营养型水体是本工程设计与实施追求的目标与 挑战。3由于河道物理形态结构上存在的缺陷,水体多处于封闭、流动性差 和无良好水交换的水文特征状态,以及由于水体地处人类经济、生产、社 会活动最活跃的地理区域,受人类活动的负面影响大,从而导致本工程所 治理河道的水生生态系统十分脆弱,水底世界在构建和维护良性水生态系 统

18、中的重要功能和巨大作用被严重损害和破坏,因此,要在城河建成段水 域建立起回归自然型的良性生态系统并非易事,应科学地谨慎行事,否则 将欲速则不达。4.2技术路线以生态学和生态修复学原理为指导,针对水体生态系统现状和治理目 标,采取相宜适用的水体污染原位治理工程技术来达到水生态系统的修复 与良性构建。采用的工程技术主要有:1高等水生植被构建工程技术;2水生动物种群构建工程技术;3高效微型生物净水系统构建工程技术;4轻便移动式辅助曝气充氧技术;5水体造流与引清冲污技术。工程工艺流程如下:水生植物构建工程高效微型生物净水系统构建工程轻便移动式曝气充氧工程水体造流-引清冲污工程水生态系统长效管理工程4.

19、3工程方案设计慈溪市城河治理建成段水体有 5条河道,其特点:(1约有 70%的河床用 毛块石铺砌而成,在块石之间有小缝隙; (2约有 30%的河床为 泥质,但其中约 50%河床一侧的护坡为铺砌混凝土空心砖护坡; (3部分 河道的两岸或一岸水下有宽 0.30.8m 的截污渠顶板或底板平台, 平台为混 凝土质; (4常水位 2.0m 时河道中心线水深 1.92.4m 。慈溪市城河治理 建成段 5条河道的分布情况如图 1。根据以上特殊条件,水生植物种植地区和种植技术如下:(1选择适 于石缝和浅泥层中生长和繁殖的水生植物,根据现场种植条件,灵活采取 栽插式、抛种式、撒播式等种植法种植; (2在截污渠平

20、台上铺设 C20预制混凝土种植槽,填土后种植沉水植物; (3采取原位强化净化水质技术, 尽快提高河水透明度,争取能在河床深水区种植,以扩大沉水植物面积。 通过以上措施,五条河道水生植物种植面积为 61900,占总水面积 的 46.52%,其中 :挺水植物和浮叶植物的面积 12720,占水面的 9.56%; 沉水植物约 49180,占水面的 36.95% 。 (表 1表 1 慈溪市城河建成段水生植物种植面积设计 注:挺水植物主要种植在人工浮床上,浮床布局在河中水面。浮叶植物和部分挺水植物种植在钭 坡浅水处。设计在两岸截污渠平台上建筑水生植物种植槽,槽内填土后种植,主要种植沉水植物。1河道全长 1

21、172m ,河宽 10m ,面积 11720,常水位 2.00m ,河底 高程 0.13m , 常水位水深约 1.9m 。 左岸为铺砌 C20预制混凝土空心砖护坡, 右岸 1.03m 高程处有宽 300mm 的混凝土平台。2设计种植面积约 4510(包括建立在两岸截污渠平台上的水生植 物种植槽,其种植面积约 300 ,占总水面积的 38.48%。其中:挺水植物 960,浮叶植物 210,沉水植物 3340。3在南岸截污渠底板上铺设 C20预制混凝土种植槽,面积约 300, 槽中填泥土后种植沉水植物和少量浮叶植物。由于河底水深 1.9m ,拟设法创造条件采用“浅水-逐步提高水位法” 在深水区种植

22、沉水植物,以扩大沉水植物种植面积。4除在左岸护坡浅水处适当种植挺水植物外,主要采取人工浮床无土 栽培技术种植挺水植物。浮床面积约 900,每个浮床面积为 15,布局 在河道中间水面上。5 沉水植物种类以暖季植物苦草、 黑藻、 马来眼子菜, 冷季植物菹草, 常绿植物黄丝草为主;挺水植物以水生美人蕉为主,兼种香蒲、菖蒲、千 屈菜;浮叶植物以荇菜为主,兼种睡莲、金银莲花。6水生植物的断面分布和平面分布见图 2和图 3所示。1河道全长 2530m ,河宽 20m ,面积 50600,常水位 2.00m ,河底 高程 -0.37m ,常水位水深约 2.4m 。河床全部用毛块石铺砌。两岸 1.13m 高

23、程处有截污渠底板平台,两岸平台宽 550mm ,东岸平台宽 350mm ,可设种植槽种植水生植物。2设计种植面积 24300,占总水面积的 48.02%。其中:挺水植物和 浮叶植物 5000,沉水植物 19300。3一部分沉水植物种植于水位高程 0.13-1.13m ,坡比 1:3的毛块石 铺砌的护坡上;另在两岸截污渠底板平台上铺设预制混凝土种植槽,种植 槽面积约 1660,填土后种植沉水植物。沉水植物种类以暖季植物苦草、黑藻、马来眼子菜、狐尾藻,冷季植 物菹草,常绿植物黄丝草等为主。4除在河两岸护坡上适当地种植浮叶植物外,另在河西岸宽 0.55m 的 水下混凝土上,采用盆栽方法种植适量浮叶植

24、物,种类有荇菜、睡莲等。 5挺水植物采取人工浮床无土栽培技术种植,浮床布设在景观节点和 河中心水面,面积约 4500,种类有美人蕉、香蒲、菖蒲、伞草、纸莎草 等。6浒山江水生植物的断面分布和平面分布见图?和图?所示。1河道全长 2620m ,河宽 18m ,面积 47160,常水位水深约 2.4m 。 从呜山闸至住宅公司的河床已铺砌毛块石。2设计种植面积 23000,占总水面积的 48.77%。其中:挺水植物种 植面积约 4000,浮叶植物约 500,沉水植物约 18500。3一部分沉水植物种植于水位高程 0.23-1.03m 的毛块石衬砌的护坡 上,坡比 1:3。另在浒山江至周家路区间江段两

25、岸截污渠底板上铺设的预制混凝土种植槽中,填种植土后种植沉水植物。沉水植物品种有苦草、黑藻、菹草、黄丝草、狐尾藻、马来眼子菜等; 4浮叶植物种植区域与沉水植物种植区域相同,但呈分散斑块状分布 在沉水植物种植区中,种植品种以荇菜为主,兼种睡莲。5 挺水植物的种植采取人工浮床无土栽培技术, 种类有美人蕉、 香蒲、 千屈菜、菖蒲、纸莎草、伞草等。浮床布设在景观节点和河中心水面 , 浮床 面积约 4000。6大塘江水生植物的断面分布和平面分布见图?和图?所示。1河道全长 1306m ,河宽 10m ,面积 13060,常水位水深约 2.0m 。 全河道河床均铺砌毛块石,其中毛块石护坡坡比 1:3。2 设

26、计种植面积 6500, 占总水面积的 49.77%。 其中沉水植物 5500,挺水植物和浮叶植物 1000。3沉水植物种植在水位高程 0.20-1.12m 两岸毛块石铺砌的护坡上, 种植品种有暖季的苦草、黑藻、狐尾藻,冷季的菹草,常绿的黄丝草等。 4浮叶植物种植区域与沉水植物种植区域相同,但呈分散斑块状分 布在沉水植物种植区中,种植品种以荇菜为主,兼种睡莲。5挺水植物采用人工浮床无土栽培技术种植,种类有美人蕉、香蒲、 菖蒲、纸莎草、伞草等。浮床布设在景观节点与河中心水面。1河道全长 1508m ,河宽约 7m ,面积约 10556,常水位水深 2.3m 。河床未做毛块石铺砌。2设计水生植物种植

27、面积 3590,占总水面积的 34.00%。其中沉水 植物 2540,挺水植物和浮叶植物约 1050。3本河道水质很差,透明度太低,须先采取特殊处理,待透明度提高 后,再种植沉水植物。特殊处理技术有:原位生物膜法净水技术;在截污 渠平台铺设水生植物种植槽种植水生植物;其他临时性预处理技术等。 4 本河道在部分河段的两岸 (如三北大街桥处往南至大塘江处, 两岸有 截污渠平台 或一岸有宽约 0.8m 的截污渠平台, 可在其上铺设填土的种植槽 种植水生植物,种植的种类有沉水植物黑藻、狐尾藻、苦草、金鱼藻等, 有浮叶植物荇菜、睡莲、金银莲花等,有挺水植物香蒲、菖蒲、美人蕉等。 5挺水植物主要种植在人工

28、浮床上,面积约 800,种植种类有美人 蕉、香蒲、菖蒲、纸莎草、伞草等。人工浮床布设在景观节点与河中心水 域。由于治理河道中总氮和氨氮的含量较高,水体氮营养的去除主要依靠 硝化-反硝化微生物生化过程脱氮其次为水生植物营光合作用吸收氮后通 过收割移出水体而去除。但本工程按招标文件要求设计构建的水生植物净 化系统的脱氮能力不能完全满足河水氮的去除,而依靠水体本身的硝化-反硝化微生物生化过程除氮又受到河水 C/N的比值低和溶氧量高的制约, 因此,必须构建强化水体硝化-反硝化微生物生化除氮过程的高效微型生 物净水系统。本设计的这一系统是采用原位净化工艺,即直接在河床内建设生物膜法净水系统。据调查和测算

29、,共需布设生物膜软性载体 4500(东城河 800,城 东新村横河 800,大塘江 1300,浒山江 1600 。软性生物膜载体用 悬挂式成排安装于河道各断面低于控制水位 1m 的下层水体,每排间距依据 水质和河道结构情况设定。为构建能利用水体中数量和生物量都极其庞大的浮游生物、微生物、 各类碎屑的食物链(生物链环,有效提高水体的自净能力,使水质和高 等水生植物的生境得到显著改善,须实施构建水生动物种群工程。1主要底栖动物种群构建向水体放养铜锈环棱螺、蚌类等,放养量按每亩水面各 10kg 计算,总放养 量约为 4000kg 。放养方式:蚌类采用吊养;螺类要于水生植被构建起来后水体底层溶 氧状况

30、达>3mg/L时才能放养,主要均匀洒投于水深 1.5m 的沉水植物种植 区。2鱼类种群构建放养吃水草碎屑的鱼类种群,如放养鲴类;补充放养吞食藻类的鱼类种群,如放养白鲢;清除食草性鱼类种群,主要清除草鱼、鳊鱼;控制吞养螺、蚌等的种群数量,如青鱼和鲤鱼的种群数量;放养适量的凶猛性鱼类,如乌鳢、鲶鱼、红鲌等,以控制吃浮游动 物的小型鱼类种群。由五台微型轻便移动提水式曝气机组成,用于缺氧水体进行辅助曝气 充氧。本工程项目中,主要用于污染且缺氧较严重的东城河和城东新村横 河生态修复工程,其他河道需要充氧时可临时统一调动使用。轻便移动式曝气充氧机是有机物微污染水体水质改善与管理中常用的基本设备,如同水产养殖水体必须配备应急曝气机一样。由于东城河和城东新村横河目前还污染较严重,水体流动性差,有部 分河道