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某地区三条河的水生态系统建设方案及成效

来源:原创论文网 添加时间:2021-03-30

  摘    要: 文章介绍了水生态系统构建在朱家店河等三条河水环境治理工程中的应用。通过对现状的调查及污染源分析,因地制宜的提出了水生态系统构建的治理思路。结果表明,三条河水质改善明显,总磷、氨氮、溶解氧等主要指标达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类标准,其中氨氮、总磷接近Ⅳ类标准,透明度达0.8 m及以上,实现了河道水质生态双重目标。

  关键词: 水生态系统构建; 改善水质; 自净能力; 景观提升;

  Abstract: This paper introduces the application of water ecosystem construction in water environment treatment projects of three rivers suca as Zhujiadian. Based on the investigation of the current situation and the analysis of pollution sources, this paper puts forward the governance ideas of water ecosystem construction according to local conditions. The results showed that the water quality of the three rivers improved significantly, and the main indicators such as total phosphorus, ammonia nitrogen and dissolved oxygen reached the class V standard of 《Environmental quality standards for surface water》(GB 3838-2002), among which ammonia nitrogen and total phosphorus were close to class IV standard, and the transparency reached 0.8 meters and above, achieving the double goal of river water quality and ecology.

  Keyword: construction of water ecosystem; improving water quality; self purification capacity; landscape improvement;

  实现生态化河道治理,恢复河道水生态系统原有的功能,保护水资源,改善区域的生态环境、与城市可持续性发展相协调,是目前城市河道治理迫在眉睫的任务与需求。朱家店河、张村河、芝麻河水环境治理项目通过水环境现状调查、污染成因分析,对三条河提出以水生态系统构建为主导的治理方案,以期为城市河道整治提供一个生态治理技术方法和一个成功的工程典范。
 

某地区三条河的水生态系统建设方案及成效
 

  1、 朱家店河、张村河、芝麻河水体概况

  朱家店河、张村河、芝麻河位于南京市浦口高新区,治理河道总长度4500米,宽度15~30米不等,最大水深2.5米,水域总面积约90000平方米。三条河相互联通,水质相互影响,形成一个微小水系,通过芝麻河南解放泵站控制水位,主要承担排水、景观的功能,河道两侧均预留10米宽的河道保护带,并进行了拓宽、疏浚和建设生态护坡。

  2 、主要问题分析

  2.1 、水生态系统不完善,水体自净能力弱

  该河道两侧周边居民不合理开发及占地种植农作物,河岸断面坡度不理想,所以滨岸带基本无挺水植物,水陆交界带功能缺失;而由于周边长时间排污、农业污染、地表径流污染等,河道水体环境较差,水体透明度底,水生动植物量不足且品种单一,缺乏物种多样性,水体自净能力弱。

  2.2 、清淤之后底泥污染物的释放

  清淤是在短时间内,以最直接的方式把沉降在底泥中的营养盐、有机污染物、重金属等污染沉积物进行移除,来改善水质情况[1]。三条河全断面进行了清淤,首先,清淤打破了原有底泥的平衡释放,水体中营养盐、有机污染物含量仍会恢复或者甚至超过原有的污染水平;其次,泥水交界面原有的河床微生物环境遭受的破坏,沉积物中的污染物分解速率降低;再者,清淤会使沉积在下层的底泥污染物暴露到泥水界面,这必然对水体环境、水质情况造成一定的影响[2]。

  2.3、 氨氮和总磷超标严重

  根据水质检测数据(表1)得出,朱家店河、张春河、芝麻河在水生态系统构建前均为劣Ⅴ类水体,水体透明度27~36 cm之间,总体透明度较低;主要超标因子为氨氮NH3-N、总磷TP,分别超《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类标准2.66倍和2.05倍。

  表1 水质检测数据表
表1 水质检测数据表

  3 、水生态系统构建方案及措施

  河道在开展清淤、排口整治、引水补水、驳岸整治工程的基础上,满足城市防洪排涝的前提下,根据现场踏勘情况和项目要求,并总结以往多个生态修复项目经验,最终确定以水生态系统构建为主导的技术手段对河道进行水生态修复,最终实现消除劣Ⅴ类水体、改善水质、提高水体透明度、水环境水景观相和谐的目标。实施流程如图1:

  图1 项目实施流程图
图1 项目实施流程图

  Fig.1 Project implementation flow chart

  3.1、 底质修复

  底泥是河湖生态系统分解者——微生物的主要聚集地,清淤对河道底质产生了不同程度的的破坏,通过采用缓释型微生物固化颗粒对底质进行修复,利用微生物活化底泥,有效改善基底生境,提高沉水植物的成活和生长率,有助于恢复水体生态自净能力,本工程底质修复面积12000 m2。

  3.2 、水下沉水植物群落构建

  水体中氮、磷的去除主要依靠沉水植物直接吸收、富集、物理作用和微生物作用等途径去除[3,4,5];沉水植物通过光合作用为好养微生物降解水体污染物提供原生氧,为微生物及浮游动植物提供栖息地、避难所;除此之外,沉水植物还有底泥的固定、控制底泥再悬浮、通过化感作用抑制藻类[6]等诸多作用。

  根据沉水植物生活习性、现场水深及透明度的条件,在水深0.5~1.5米范围内种植沉水植物,种植面积12000 m2。沉水植物选择耐寒及净化效果好的苦草、富集吸收率高的伊乐藻和金鱼藻[3]、以及春冬季生长良好、净化效果好的菹草[7]等。

  3.3、 水陆交界带挺水植物群落构建

  水陆交界带挺水植物群落构建是地表径流污染汇入河道水体前的一道屏障,通过拦截、净化作用降低入河污染物浓度,通过根系固定作用防止河道自然驳岸水土流失,为河道增加景观效果。沿河岸带种植挺水植物2600 m2,在种植搭配上做了精心设计。挺水植物选择拦截能力强,净化效果好、景观效果佳的品种:黄菖蒲、水生美人蕉、梭鱼草、常绿水生鸢尾、旱伞草等。

  3.4、 水生动物群落构建

  当沉水植物群落得到一定程度的恢复后,通过人工投放水生动物构建完善的食物链,发挥其生态功能,实现水体的生态平衡。投放的水生动物主要包括鱼类(滤食、肉食性)、底栖动物(主要是软体螺贝类)、虾类及浮游动物等。本项目水生动物投放共计400kg,具体品种选择:鱼类:鲢鱼、鳙鱼、乌鳢、鳜鱼等;大型底栖动物:三角帆蚌、铜锈环棱螺等;浮游动物:大型溞;虾类:河虾。

  3.5、 微生物群落构建

  微生物群落构建主要是通过人工向污染水体或黑臭水体中投加微生物制剂,调控水体中微生物群落的组成和数量,优化群落结构,提高水体中有自净能力的微生物对污染物的降解能力与去除效率,使河水最大程度地恢复其原有的自净能力,污染物就地降解或转化成无害物质。

  本项目主要采用高效微生物菌剂对水体进行微生物群落构建,水质净化剂为液态,主要由光合细菌群、硝化细菌、乳酸菌群、固氮菌、酵母菌群、枯草芽孢杆菌群等多种微生物群落组成。根据河道污染情况,三条河分批次共投撒5800 L高效微生物菌剂。

  3.6、 生态浮岛

  生态浮岛是目前较为成熟的水环境治理技术,它以水生植物为主要载体,运用无土栽培技术原理,应用物种间共生关系,通过构建“生产者-消费者-分解者”良性循环的微生态系统,从而建立高效人工生态系统,削减水体中的污染负荷,实现水质净化功能,并通过挺水植物搭配造景来美化环境。

  本项目共布设1400 m2,共计64组生态浮岛,采用花瓣形设计形式,以河道中心线为基准间隔布设。

  3.7 、浮水曝气喷泉

  浮水曝气喷泉在增加水体溶解氧,增强水体流动性,抑制藻类、破坏水体分层,改善底泥好氧环境等多方面都具有重要作用,与此同时为河道增添一道靓丽的风景。喷泉曝气对氨氮NH3-N有较好的抑制效果,对化学需氧量COD、总磷TP等水质指标也有较好的去除效果[8]。

  根据河道宽度、水深情况及设备循环水量等情况,设计分别采用功率为1.5 kw和2.2 kw的浮水喷泉曝气,共18套喷泉曝气系统,与生态浮岛相互呼应,形成节奏起伏的河道风景。

  4 、治理成效

  朱家店河、张村河、芝麻河生态修复水生态系统构建项目通过6个月的建设(含调试运行),完成包括沉水植物群落构建、水陆交界面挺水植物群落构建、水生动物群落构建、微生物群落构建、生态浮岛、景观喷泉的建设与水生生态系统的调试。目前,河道消除劣Ⅴ类水体,水质目标与生态目标均已实现。2020年,水体总磷小于0.4 mg/L、氨氮小于2.0 mg/L、溶解氧浓度大于5mg/L,主要指标达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ类标准,其中氨氮、总磷接近Ⅳ类标准,透明度达0.8 m及以上,河道恢复水体自净能力,提高了河道承载污染负荷的环境容量,实现了水质与生态的良性互动(图2)。

  图2 水生态系统构建效果
图2 水生态系统构建效果

  Fig.2 Effect of water ecosystem construction

  5 、结语

  在河道生态修复治理工程中,水生态系统构建体现了多方面价值。该技术的应用应该以河道实际情况为出发点,结合河道水环境、水利、气候等条件及特征,保证技术的适用性、经济型,发挥技术对水环境生态修复的最大的价值与作用,改善水质目标及生态目标,提升水体环境治理效果。

  参考文献

  [1] 陈荷生.太湖生态修复治理工程[J].长江流域资源与环境,2001,10(2):173-178.
  [2] 朱敏,王国祥,王建,等南京玄武湖清淤前后底泥主要污染指标的变化[J],南京师范大学学报(工程技术版),2004,2(4):66-69.
  [3] 李琳,岳春雷,张华,等.不同沉水植物净水能力与植株体细菌群落组成相关性[J],环境科学,2019,11(40):4962-4967.
  [4] 王立志,王国祥,俞振飞,等.沉水植物生长期对沉积物和上覆水之间磷迁移的影响[J].环境科学,2012,33(2):385-392.
  [5] Christiansen N H,Andersen F,Jensen H S.Phosphate uptake kinetics for four species of submerged freshwater macrophytes measured by a 33Pphosphate radioisotope technique[J].Aquatic Botany,2016,128:58-67.
  [6] 肖溪,楼莉萍,李华,等.沉水植物化感作用控藻能力评述[J].应用生态学报,2009,20(3):705-712.
  [7] 张智博,刘涛曹,起孟,等.衰亡期黑藻与生长期菹草交替生长对水体磷迁移的影响[J],环境化学.2020,39(08):2263-2271.
  [8] 李丽敏.景观湖泊湖湾区水环境特征及喷泉复氧技术效能研究[D],重庆市:重庆大学,2015.

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