华山洼典型生态湿地修复方案研究

中国资源综合利用应用研究Ｃｈｉｎａ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎVol.37，No.102019年10月华山洼典型生态湿地修复方案研究邹红菊（南京中科水治理股份有限公司，南京 210018）摘要：本文针对济南市典型生态湿地华山洼开展生态修复研究。首先对华山洼的蓄水、调水、降雨以及面源地表径流等水体入湖污染负荷进行调查与评估，结果显示，华山洼最主要的污染源为面源污染，持续的污染负荷输入势必导致水质恶化。随后进行生态修复的可行性分析，因地制宜提出截污（微生态网膜）、基底改良、高等水生植物群落构建、大型底栖动物群落构建、鱼类群落构建以及优化调整工程等水生态修复方案，建设海绵城市。关键词：湿地；生态修复；海绵城市中图分类号：X171.4；P748 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2019)10-0190-04DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2019.10.058Study on Restoration Scheme of Typical Ecological Wetland in HuashanwaZou Hongju(Nanjing Zhongke Water Environment Engineering Co., Ltd., Nanjing 210018, China)Abstract: This paper studied ecological restoration on a typical ecological wetland in Huashanwa of Jinan. First of all, this paper investigated and evaluated the input load of pollutants though impoundment, pumping water, precipitation and urban surface runoff, respectively. The results show that Huashanwa is endangering sever non-point source pollution, and will be faced of water quality deterioration. Subsequently, the feasibility analysis of ecological restoration was carried out, and the water ecological restoration schemes such as interception (micro-ecological membrane), substrate improvement, construction of higher aquatic plant communities, construction of macrobenthos community, fish community construction and optimization and adjustment engineering were proposed according to local conditions, in order to build a sponge city.Keywords: wetland; ecological restoration; the sponge city城市化所带来的生态环境问题在我国和发达国家都有突出体现，城市发展所产生的生态功能低下、环境污染严重、资源短缺和环境恶化等问题影响着城市、国家甚至全球的生态安全[1-3]。海绵城市建设成为解决水环境问题的重要理念和方法，我国已经在多个城市开展了试点工程。济南市属于生态文明建设城市，高度重视生态文明建设，特别是济南市示范海绵城市的建设。华山洼位于济南市小清河水系的节点，属于华山历史文化湿地公园的重要组成部分，华山历史文化湿地公园又属华山片区的组成部分，对于济南市、郊区的区域防洪蓄洪和生态供水起着重要作用。城市湿地具有城市其他生态系统不可替代的多种生态服务功能，是城市生态安全的保障和城市文明的象征[4]。随着城市化的发展，各方面污染物的持续排放导致湖区水质恶化、水体富营养化，直接造成水体服务功能的丧失。本文以华山洼湿地公园为例，通过对现场生态环境污染源调查分析，研究生态修复方案，以期为济南海绵城市的建设提供一个新的生态思路、一种新的生态恢复技术手段、一个优秀成功典范。收稿日期：2019-08-19作者简介：邹红菊（1985-），女，山东聊城人，硕士研究生，工程师，研究方向：水生态修复工程应用。－　１９０　－Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.第10期邹红菊：华山洼典型生态湿地修复方案研究应用研究1 现状条件1.1 相关水系水文特征华山洼总用地面积14.6 km2，水域面积224万m2， 湖区最大水深5 m，最浅水深0.2 m，是典型的浅水型湖泊，湖体库容656万m3。华山洼初次蓄水以鹊山水库为主体，引黄河水作为水源，蓄水600万m3，常态补水每年需调配该路线补给268万m3，排水至小清河，如图1所示。图1 华山洼引水示意图1.2 水体水质调查通过入水水源水量与浓度计算，华山洼补水水源TN、TP年入湖负荷分别为2 538 kg、18 kg。湖面直接降雨年平均污染负荷TN为1 440 kg、TP为80 kg， 湖区地表径流年平均污染负荷TN为27 300 kg、TP为3 310 kg（见表1）。地表径流为水体污染物的最主要来源。表1 每年进入华山洼的各种污染物污染物浓度入湖总污染负荷污染物输入形式污染物（mg/L）（kg）TN2.822 538.0补水输入TP0.0218.0TN0.501 440.0降雨TP0.0580.2TN6.5027 300.0地表径流TP0.803 310.5水体富营养化的主要影响因子。依据《湖泊富营养化调查规范》对现状水质评价，其中湖区中总磷浓度已经达到水体富营养化的外源负荷[5]。1.3.3 水体服务功能丧失根据华山洼总体定位，其生态价值大致包括：涵养水源价值、水质净化价值、调节大气价值、旅游休闲娱乐价值、提供生境、生物多样性维持价值、科研教育价值。然而，随着水体水质恶化，涵养水源价值、水质净化价值、提供生境、生物多样性维持价值、科研教育价值将无法实现，而调节大气价值、旅游休闲娱乐价值将大幅贬值。2 生态修复方案2.1 可行性分析华山洼水环境特征的调查显示，基底条件、湖盆及驳岸形态均利于水生态系统的恢复；水利调配满足生态蓄水量；水体污染负荷也在水生态系统负荷的范围之内。因此，华山洼水生态恢复工程具备实施条件。2.2 水环境整治技术方案2.2.1 雨水口区域净化拦截微生态网膜通过增加水体滞留时间（滞留时1.3 湖区潜在问题分析1.3.1 水质恶化持续的污染负荷输入，势必导致水质恶化。1.3.2 水体富营养化水体富营养化是营养盐总氮、总磷的不断输入导致的，因总磷在水体中处于不断富集的状态，如果无工程措施，总磷较难从湖区清除，因此总磷往往是－　１９１　－Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.应用研究中国资源综合利用第10期间大于30 s）、植物拦截及微生物净化水体。工程布置在雨水管口入湖处，共10处水域，共布置3 637 m2。 拦截微生态网膜是高分子聚乙烯网，网目小，吸附性强，景观影响低。拦截微生态网膜布置在距雨水口约35 m水域，竖向布置在常水位以下水体中，每个区域共布置3道。2.2.2 基底改良原状地貌为农田势必会存在一定的病虫害甚至对水生植物有害的螺类等，不利于水生植物的生长，需进行基底改良。在基底土壤平整的基础上，对工程区域基底和周边环境内施用具有针对性的植物病原体消杀剂，消灭蛰伏的导致高等植物发生褐斑病、叶锈病、秆锈病、黑粉病等的细菌性病原体和霉菌，消灭可摄食植物活体的萝卜螺、福寿螺等有害螺类，以提高高等植物成活率[6-7]。工程实施面积为129.96万m2。2.3 水环境修复技术方案2.3.1 高等水生植物群落构建高等水生植物为生态系统最重要的初级生产力，也是生态系统的核心组成部分，构建由挺水植物、浮叶植物、沉水植物及其根际微生物等组成的复合生态系统[8]。沉水植物在稳定生态系统和净化水体方面有其特有的作用，水生植物有过量吸收营养物质的特性[9]。沉水植物所释放的化学物质对藻类的抑制作用是浅水湖泊维持清水状态的机制之一，同时也为浮游动物逃避鱼类捕食提供避难场所，从而增强生态系统对浮游植物的控制和系统的自净能力[10-11]。另外，形成的水生植物-微生物耦合降解系统能强化水生植物的净水功能[12]。设计参数为：工程实施面积为1 299 560 m2，沉水植物适宜种植的水深为区域透明度的2倍，华山洼设计透明度能达1.5 m，故在构建时沉水植物适宜种植在水深3 m以内区域。待生态系统构建稳定之后，透明度逐步提升，沉水植物会向中央深水区自然繁衍。根据其区域气候、地质地貌以及周边区域情况，选择黑藻、苦草、金鱼藻、菹草、伊乐藻、竹叶眼子菜和狐尾藻等沉水植物。另外，依据沉水植物生态位，由高到低、由近及远地进行混植[6]。2.3.2 大型底栖动物群落构建（1）腹足类底栖动物群落。湖区水体中的悬浮物容易导致沉水植物附着物过厚而影响沉水植物光合作用，使得沉水植物生长减缓，净化效果降低，通过配合附着物清除系统的构建，促进沉水植物生长，对净化效果具有事半功倍之效。环棱螺（Bellamya）能通过絮凝作用显著增加水体的透明度，降低总磷的浓度，对浮游植物的增殖起到抑制作用[13-14]。环棱螺食性为摄食附着物、有机碎屑，对植物活体无摄食，其可有效清除沉水植物叶片上的附着物，从而促进沉水植物生长，提高营养盐净化效率，提升水生植物可观赏性，与沉水植物形成“螺-草”互利功能群[15]。华山洼入湖水源水质较好，水深适宜，非常适合水生态系统构建，水生态恢复技术亦能充分发挥水质净化与保持作用，则稳定净化型系统中沉水植物叶片悬浮物亦应较少。根据此区域特征，投放梨形环棱螺（Bellamya purificata），其设计参数如下：按照沉水植物面积投放，群落建成后最大可达到的密度为30～50个/m2，每胎产仔量20～40个，本设计主要依靠环棱螺的自我繁殖能力进行后期扩展，其一般可移动至3～6 m水深区域。梨形环棱螺投放密度为5 g/m2。（2）双壳类底栖动物群落。生态系统运行后，各水生动植物会有死亡、沉降、在湖底形成沉积物的过程，则生态系统必须恢复有机物分解生物群落，而双壳类底栖动物因其摄食性可有效过滤水体及沉积的有机碎屑，使得营养盐进入食物网链得以再循环。蚌通常以水中的细菌、浮游植物、原生动物、轮虫、小型枝角类、小型桡足类和有机碎屑为食，不同的蚌摄食种类有所不同，例如，褶纹冠蚌要比三角帆蚌摄食的藻类多，其摄食量取决于水中饵料的多少、适口程度和蚌的体质状况等，通过对水的过滤，有效净化水体水质[16]。本设计投放无齿蚌（Anodonta），在沉水植物区域投放，蚌的投放根据其滤水速率、周期、繁殖能力、适宜投放水深等参数进行设计。其中，蚌体型较大，生活在水草丛中，易被鱼类摄食，自然繁殖能力较弱，本设计中不考虑其自我繁殖能力，详细设计参数如下：ñ= ρD×S （1）V×T式中，V为蚌的滤水速率；T为蚌的滤水周期；D为蚌的投放区域水深；S为蚌投放的单位水域面积，以1 m2计。根据相关研究，蚌的滤水速率一般在2～9 L/（kg·h）， 本项目考虑投放滤食速率较高的小体重褶纹冠蚌与无齿蚌，本设计中蚌的滤水速率取值为8 L/（kg·h）；－　１９２　－Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.第10期邹红菊：华山洼典型生态湿地修复方案研究应用研究考虑到水生态系统已成功构建沉水植物群落，其对水体水质净化与浮游植物控制起主要作用，蚌的滤食为辅助作用，其滤水周期设计为120 d；人工投放时，适宜投放水深为2 m区域内，随着水体水质的提升，其可自行往深水区繁衍，本设计中投放区域设计为0～ 2 m水深区域，平均水深以1.5 m计。无齿蚌的投放密度约为10 g/m2。2.3.3 鱼类群落构建（1）黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）群落。无齿蚌的钩介幼虫必须在黄颡鱼鱼鳃内寄生，方能完成变态发育，从而获得有机体的繁殖，因此黄颡鱼-无齿蚌也可形成生物互利功能群，同时黄颡鱼还可捕食杂食性鱼，提高浮游动物生物量，控制浮游植物生物量。根据无齿蚌放养密度及浮游植物控制作用设计，本工程区黄颡鱼放养密度为9 000尾。（2）藻类生物量控制。藻类（浮游植物）生物量削减可通过以下途径进行：浮游动物摄食；鲴大型底栖动物滤食或刮食；鲢鳙鱼滤食性鱼类滤食。根据自然湖泊调查鱼类群落结构、鱼塘养殖控制野杂鱼经验，浅水湖泊中肉食性鱼类密度约为6尾/100 m2。根据对鱼类的调查研究、区域气候、地质地貌、周边区域情况及鱼类的特性，选用以下肉食性鱼类乌鳢（Ophiocephalus argus cantor）、鲶（Silurus spp），其投放量分别为11 190尾、9 600尾。2.4 优化调整工程生态工程优化调整工作是生态系统后续稳定、长效运行的重要基础。本优化调整工程工作内容包括：改变清水型生态系统结构；通过人为设计与自然设计有效结合，实现营养盐-浮游生物-沉水植物-大型底栖动物-杂食性鱼类-肉食性鱼类等群落的优化调控，使清水型生态系统结构合理、健康稳定、长效运行。3 结论城市水系生态修复方案的选择与优化具有灵活性和可操作性，为城市水系生态修复提供决策技术与方法支持。华山洼的重修将实现海绵城市中对雨水的再利用，华山洼的建成将对该流域雨水起到“滞”“蓄”“排”等作用，而遵循生态优先原则，华山洼水生态系统的恢复完全能实现华山洼“净”的功能，丰富水生生物的多样性，最终实现水生态系统稳定且长效运行的既定目标。参考文献[6]景观格局调整与建设探讨[J].生态科学，2018，37（6）：97-105.2 王少剑，方创琳，王 洋.京津冀地区城市化与生态环境交互耦合关系定量测度[J].生态学报，2015，35（7）：2244-2254.3 4 陈明星.城市化领域的研究进展和科学问题[J].地理研究，2015，34（4）：614-630.张 丽，朱晓东，陈 洁，等.城市湿地公园的生态补水模式及其净化效果与生态效益[J].应用生态学报，2008，19（12）：2699-2705.5 6 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].北京：中国环境科学出版社，1990.熊红明，余凯波.潜江东干渠治理工程生态湿地规划设计[J].水利水电技术，2016，47（7）：80-85.7 李宽意，刘正文，胡耀辉，等.椭圆萝卜螺Radix swinhoei（H Adams）对三种沉水植物的牧食选择[J].生态学报，2006，26（10）：3221-3224.8 王国祥，濮培民，张圣照，等.人工复合生态系统对太湖局部水域水质的净化作用[J].中国环境科学，1998，18（5）：410-414.9 吴振斌，邱东茹，贺 锋，等.沉水植物重建对富营养化水体氮磷营养水平的影响[J].应用生态学报，14（8）：1351-1353.10 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）：705-712.11 张饮江，刘晓培，金 晶，等.沉水植物对水体净化的研究进展[J].科技导报，2012，30（27）：72-79.12 傅明辉，郑李军，蒋丽花，等.富营养化水体中水生植物根际微生物群落研究[J].环境科学与技术，2013，（2）：133-137.13 魏阳春，濮培民.太湖铜锈环棱螺对氮磷的降解作用[J].长江流域资源与环境，1999，（1）：88-93.14 白秀玲，谷孝鸿，张 钰.太湖螺类实验生态学研究——以环棱螺为例[J].湖泊科学，2006，（6）：649-654.15 李宽意，文明章，杨宏伟，等.“螺-草”的互利关系[J].生态学，2007，27（12）：5427-5432.16 徐海军，凌去非，杨彩根，等.3种淡水贝类对藻类消除作用的初步研究[J].水生态学杂志，2010，3（1）：72-75.1 陈希冀，郭青海，黄 硕，等.厦门城市水环境－　１９３　－Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. 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