城市典型人工湖濕地生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵施工技術(shù)質(zhì)量控制
——以杭州某人工湖為例

肖 冰

城市人工湖是城市生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，為城市提供了可持續(xù)發(fā)展條件。為提高人工湖水質(zhì)、改善水生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)采用生態(tài)修復(fù)工程進行治理，包括生態(tài)清淤、人工濕地、植物景觀工程等，而合理科學(xué)的施工技術(shù)，可有效保證工程質(zhì)量?；诖耍Y(jié)合杭州某人工湖實際情況，詳細分析了城市人工湖生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵施工技術(shù)，為類似工程施工提供參考。

人工湖；生態(tài)修復(fù)；施工技術(shù)

1 引言

城市人工湖通常指人工挖掘、具有觀景用途的景觀湖，作為城市濱水空間的重要組合部分，為城市提供更為穩(wěn)定、舒適、可持續(xù)的發(fā)展條件[1]，同時作為城市開放空間，為居民提供休閑娛樂的場所。在城市規(guī)劃中，人工湖的建設(shè)十分必要，它的建成可以改善由于自然水體被蠶食而導(dǎo)致的一系列環(huán)境問題，同時具有豐富的景觀、人文等功能，如維持區(qū)域城市生態(tài)系統(tǒng)的完整性、調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候、改善城市生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)水源、保持水土、優(yōu)化城市景觀格局[2]。由于人工湖流動性差、封閉性強、生物群落不穩(wěn)定、自凈能力差，造成其生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，水質(zhì)易受外部和內(nèi)部因素的影響而惡化，同時由于人類活動加速了湖體的富營養(yǎng)化演化過程，使其生命周期迅速縮短，因此，通過合理有效的生態(tài)修復(fù)措施保持人工湖生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，提高并維持水質(zhì)是極其必要的，是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的一部分，具有改善人民生活環(huán)境的生態(tài)價值和經(jīng)濟價值。

1.治理前水體特征

2.生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線

3.施工工藝流程圖

人工湖生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要包括內(nèi)源減負、外源截留、構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)等，其中，內(nèi)源減負措施主要為生態(tài)清淤技術(shù)、底質(zhì)改良技術(shù)等，控制底泥中污染物質(zhì)的釋放，改良底質(zhì)使其適合動植物及微生物生長；外源截留技術(shù)主要針對匯入人工湖的點源及面源污染，點源污染通過截污納管可去除，而面源污染需根據(jù)其匯流區(qū)域特征采用植草溝、雨水花園等低影響開發(fā)技術(shù)來控制；生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建則是通過合理種植挺水—浮水—沉水植物，合理放養(yǎng)水生動物等方式構(gòu)建較為完整的食物鏈，提高水體自凈能力。人工湖生態(tài)修復(fù)和景觀工程在治理工藝和技術(shù)選擇上是遵循一定的模式并得到共識，而施工質(zhì)量問題作為影響水體修復(fù)工程最終效果的重要因素，應(yīng)受到充分重視和嚴格把控。

本文以杭州某人工湖生態(tài)修復(fù)工程為例，通過分析該生態(tài)修復(fù)工程凈化工藝、施工工藝等內(nèi)容，總結(jié)形成人工湖生態(tài)修復(fù)工程施工質(zhì)量控制技術(shù)，為修復(fù)工程實現(xiàn)其預(yù)期效果提供保障，為類似工程的施工提供一些參考。

2 工程概況

2.1 項目概況

人工湖位于浙江省杭州市西湖區(qū)，原為養(yǎng)殖魚塘，欲將其改造為景觀湖，水面面積約1 297 m2，為封閉水域，補水來自日常降雨。人工湖北側(cè)為辦公區(qū)和食堂，生活污水通過市政管道納管，人工湖無點源污染。為保證水質(zhì)提升效果，將水體原狀進行調(diào)整，水池設(shè)計面積為1 375 m2，設(shè)計水深為2 m，為區(qū)塊內(nèi)的內(nèi)湖水景。

人工湖生態(tài)修復(fù)工程總體定位：將水域景觀與陸域景觀相融合，實現(xiàn)水清草綠、生態(tài)自然、休閑娛樂等功能；具體目標為：水體清澈、色度較低、透明度可達1.5 m以上，水質(zhì)凈化目標為主要水質(zhì)指標（總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量等）《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）III類標準，水體生態(tài)系統(tǒng)完善、自凈能力較好，水生植物空間布局合理，水底營造茂盛“水下森林”，岸上打造環(huán)境優(yōu)美、功能齊全的生態(tài)駁岸，構(gòu)建水體立體景觀。

2.2 治理前水域特征

人工湖原為魚塘，治理前存在以下問題：

（1）隨著時間推移，底泥中積累了大量營養(yǎng)物質(zhì)（圖1），在特定條件下會釋放入水體，使水體中營養(yǎng)鹽含量增加，引發(fā)藻類爆發(fā)。

（2）水體駁岸為土岸，岸體泥土裸露，無植物生長，面源污染較嚴重，水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能極不佳，加之水體封閉獨立，水動力條件差，水體自凈能力不足，很難保持健康穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

（3）降雨期間雨水沖刷地表，污染物隨降雨產(chǎn)生地表徑流進入水域。面源污染的80%～90%負荷被初期雨水（降雨前期600～1000 s）帶入水體。人工湖無點源污染，初期雨水污染占污染總量的87%。

2.3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線

城市人工湖作為內(nèi)源性湖泊，是城市水生態(tài)環(huán)境的重要部分，人工湖的生態(tài)修復(fù)需經(jīng)歷先治理后修復(fù)的過程，先將水體中的污染物質(zhì)降低到一定濃度以下，后根據(jù)生態(tài)位、食物鏈、自然演替等理論構(gòu)建穩(wěn)定的動物—植物—微生物系統(tǒng)，使其具有一定的自凈與循環(huán)能力，最終達到生態(tài)修復(fù)的目的（圖2）。

由于人工湖底泥污染嚴重[3]，因此首先需對底泥進行清淤，減少人工湖內(nèi)源污染，清淤后再對底泥進行改良，使其適合動植物和微生物生長。

其次，考慮到人工湖水體封閉性，水面降雨、蒸發(fā)、下滲、綠化灌溉和雨水徑流匯入等原因均會導(dǎo)致水體水量變化，為保持水位穩(wěn)定，對水體進行水量平衡分析。影響人工湖水位變動因子主要為降雨、蒸發(fā)、滲漏、地表徑流、綠化灌溉等，由于人工湖所在地塊為淤泥質(zhì)黏土，滲透系數(shù)極小，因此不考慮湖底滲漏。通過水量平衡分析，為保持人工湖水位穩(wěn)定，需進行補水，年補水量為2 462.5 m3，其中8月份需補充水量最多，為549.6 m3，結(jié)合西湖大學(xué)整體設(shè)計，選取人工湖北側(cè)約200 m的下確橋港作為人工湖補水水源。根據(jù)補水量、水頭損失等，選用額定流量Q=5.0 m3/h、揚程H=10 m的潛水泵。

根據(jù)下確橋港的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，下確橋港水質(zhì)穩(wěn)定在IV類及以上，以地表水III類作為標準，補水水源主要為氨氮（NH4+-N）和總磷（TP）超標，且下確橋港透明度較低，補水水源TP平均濃度為0.13 mg/L，以年補水量2 462.5 m3計算，年輸入氨氮（NH3-N）為3.89 kg/a，總磷（TP）為0.44 kg/a。因此為減少補水水源帶入人工湖的污染物含量，來水需先進入預(yù)處理池通過沉淀、吸附等凈化作用后，再流入人工濕地進行強化凈化。

由于湖內(nèi)為靜水環(huán)境，為不斷加入溶解氧，使滯留區(qū)湖水構(gòu)成一個流水型生態(tài)系統(tǒng)，加快有機物的降解，降低污染的維護，人工湖中設(shè)置人工曝氣裝置及內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，形成良性水體循環(huán)。

為強化凈化效果，湖內(nèi)及駁岸種植沉水植物、挺水植物和浮葉植物（種植量見表1），以完善水體生態(tài)系統(tǒng)，增強水體自凈功能，湖底種植土下層鋪設(shè)膨潤土吸附層，一方面可以起到防滲作用，另一方面膨潤土對底泥及水體中的污染物有較好的吸附作用。

2.4 施工工藝流程

人工湖生態(tài)修復(fù)工程施工工藝主要包括湖體基底處理、濕地基底處理、水生植物種植及內(nèi)循環(huán)泵的安裝等（圖3）。

表 1 水生植物種植量

4.水循環(huán)工藝流程圖

3 城市人工湖水循環(huán)與水凈化工程

3.1 補水及水循環(huán)工程

為保證城市人工湖水量平衡，改善水動力條件，設(shè)置補水及水循環(huán)工程（圖4）。人工湖循環(huán)周期為72 h，即3 d循環(huán)一次，根據(jù)人工湖總水量，計算其循環(huán)泵流量，根據(jù)流量、揚程，選取循環(huán)泵型號，內(nèi)循環(huán)泵采用額定流量Q=30 m3/h，揚程H=9 m，功率P=2.2 kw潛水泵，配管口徑為65 mm。

潛水泵安裝在泵坑中，泵坑的基礎(chǔ)、尺寸按照圖紙施工，各部分尺寸及位置的偏差不得超過規(guī)定值，泵的縱向安裝水平偏差不應(yīng)大于0.1‰，橫向安裝水平偏差不應(yīng)大于0.2‰，并應(yīng)在泵的進出口或其他水平面進行測量。與泵連接的管道，應(yīng)符合相關(guān)標準，且內(nèi)部和管端清洗潔凈、無雜物和損傷，吸入管道和輸出管道應(yīng)有各自支架，不得由泵承受管道的重量，相互連接的端面應(yīng)平行。待泵和相關(guān)管道安裝完畢后，需對電動機和泵進行試運行，檢查電動機是否正常運轉(zhuǎn)，電動機與泵轉(zhuǎn)向是否一致，是否出現(xiàn)異常聲響和摩擦現(xiàn)象，管道連接是否牢固有無滲漏，管道是否暢通，壓力是否在設(shè)計范圍內(nèi)等等。

3.2 水凈化工程

為避免補水水源的匯入對人工湖造成污染，補水進入人工湖前需經(jīng)過預(yù)處理池（圖5）和人工濕地（圖6）的凈化：來水進入預(yù)處理池，通過預(yù)處理池中的礫石填料過濾后進入濕地集水區(qū)，防止人工濕地堵塞。根據(jù)預(yù)處理池處理流量及停留時間，其有效容積為10 m3，設(shè)計深度為1.5 m，有效水深為1.0 m，SS去除率可達40～50%。

人工濕地的凈化機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解轉(zhuǎn)行、植物吸收等物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用。人工濕地采用水平潛流濕地，表面水力負荷取0.16 m3/m2·d，根據(jù)人工濕地日處理水量，計算得濕地面積為120 m2。

預(yù)處理池及人工濕地主要采用不同粒徑礫石作為過濾材料，要求質(zhì)地堅硬、新鮮、未風(fēng)化。粒徑滿足設(shè)計要求，超粒徑比例不得超過5%，濾料含泥量應(yīng)滿足設(shè)計部大于3%的要求，濾料回填前需洗凈，且根據(jù)要求，需對碎石進行全鈣含量檢測，不低于30%。

4 城市人工湖生態(tài)修復(fù)與植物景觀工程

4.1 生態(tài)清淤與土方開挖

人工濕地的基礎(chǔ)為地下結(jié)構(gòu)，開挖基坑施工對于濕地的穩(wěn)定尤為重要，項目所在地周邊為苗木種植基地，開挖基坑形狀為45°放坡，采用機械開挖與人工修整想結(jié)合的施工技術(shù)方法，基坑內(nèi)采用污泥泵排水。基坑的開挖順序自上而下逐層開挖，開挖厚度每層宜為1 m，不得超挖，開挖至設(shè)計標高1 m上停止機械開挖，人工挖至設(shè)計標高，對基底土層人工分揀一次，保證不含石塊、樹枝、樹根等，后壓實整平?；禹斆婧突追啪€出45°上下水平線，確認無誤后，機械開挖挖斗控制好45°坡腳，一次開挖整形，減少人工修坡，確保土坡美觀平整?；颖砻嬲?，人工清理土塊碎石，機械碾壓密實，平整后檢查平整度和密實度，壓實度達95%，保證無鼓包和洼坑，無樹根、石塊等雜物，防止影響防滲膜防水效果[4]。

4.2 駁岸及擋墻施工

人工湖原為自然土坡駁岸，為發(fā)揮駁岸污染物攔截功能和生態(tài)功能，對駁岸進行生態(tài)設(shè)計，先用挖機和人工對駁岸進行調(diào)整，使坡度自然舒緩，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，再種植挺水植物，構(gòu)建生態(tài)平衡、環(huán)境優(yōu)美、功能齊全的駁岸。

濕地擋墻采用壘石擋墻。土方開挖至設(shè)計標高并平整后，放線定位出墊層邊線，支設(shè)處墊層邊摸驗收合格后澆筑C15混凝土墊層，墊層施工完成后，復(fù)核設(shè)計高程并按圖紙和擋墻中線樁定出墻體軸線、基礎(chǔ)尺寸線等。石料需材質(zhì)堅實新鮮，無風(fēng)化剝落或裂紋，石材表面無污垢、水銹等雜質(zhì)，強度不低于MU40，密度大于2200 kg/m3?？刂贫咽障洞笮?，保證粒徑級配良好，防止過多碎石堵塞孔隙，底層為30 cm以上大粒徑石料，自下而上逐層施工，上層為小粒徑毛石，堆石間用飽滿砂漿填筑，采用鋪漿法砌筑料石砂漿的砂最大粒徑不大于2.5 mm。

5.預(yù)處理池結(jié)構(gòu)圖

6.人工濕地結(jié)構(gòu)圖

7.膨潤土鋪設(shè)剖面圖

4.3 底質(zhì)改良與膨潤土鋪設(shè)

蓄水前，為改善土壤粒徑、消除土壤中有害孢子、病菌等，可用含有陶粒、蛭石、黏土、腐殖酸和草石灰等的藥劑和殺菌類藥劑進行處理。藥劑應(yīng)選擇晴天在湖底沉水植物栽培區(qū)域內(nèi)均勻潑灑，潑灑完畢后，要暴曬一周[5]。

根據(jù)地勘報告，人工湖所在地塊底部為淤泥質(zhì)黏土，滲透系數(shù)極小，屬微透水性地層，滲透量可忽略不計，因此湖底不需鋪設(shè)防滲層。為了增強水質(zhì)凈化效果，設(shè)計在湖底鋪設(shè)膨潤土層，通過膨潤土的吸附作用吸附底泥和水體中的污染物質(zhì)。根據(jù)污染物去除計算，設(shè)計在湖底鋪設(shè)厚度為200 mm的膨潤土層。膨潤土呈粉狀，遇水后體積脹大呈懸浮狀，因此用編織袋包裝后鋪設(shè)在湖底，上覆20～30 cm種植土（圖7）。

人工濕地及湖底基底處理后需回填濾料和種植土，回填過程中保證濾料清潔無雜物，機械車輛不得把泥土帶入濕地床內(nèi)，且裝填后高程誤差控制在±5 cm以內(nèi)。濾料回填時注意管道安全，避免管道損壞及細料從管口進入管內(nèi)，造成堵塞?；靥钍┕?yīng)采用后退法施工，避免對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。

4.4 水生植物栽植

水生植物是展現(xiàn)水體景觀工程的重要部分[6]，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥赖葪l件配置適宜各個季節(jié)生長的多種水生植物，增加水體景觀效果，保持生物多樣性，增強生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。濕地床內(nèi)及人工湖岸帶所選植物主要為鳶尾、千屈菜、美人蕉、梭魚草、矮蒲葦、旱傘草等，沉水植物為矮型苦草。

水生植物質(zhì)量的好壞直接影響水體景觀和水處理效果，因此植物選取應(yīng)符合質(zhì)量標準和設(shè)計要求，選擇發(fā)育良好、生長健壯、無病蟲害的植株。運輸過程應(yīng)保持根部濕潤，避免風(fēng)吹暴曬，運輸至項目地后，及時把根系或整個植株浸泡在水中。

挺水植物移植時，為提高植物成活率，應(yīng)進行適當(dāng)修剪，剪口必須平滑，不得劈裂并注意留芽位置。沉水植物一般不做修剪，應(yīng)確保種植后沉水植物不漂浮于水面。

種植時間一般選擇在蒸騰量小和有利根系及時恢復(fù)的時期，選擇當(dāng)日氣溫較低或小陰雨天移植，晴天可在下午5點后移植，工序必須緊湊，盡量縮短暴露時間。沉水植物需存放于水中，挺水植物種植后至成活前，應(yīng)每天上下午各澆一次水[7-10]。

待初次進水至20～30 cm后，開始種植沉水植物，并保持水位一周，確保沉水植物存活，之后開始進水，進行下一步種植，水位升至1 m時，為保證沉水植物接收到足夠的光照，應(yīng)對水體透明度進行調(diào)整，投加凈水劑，保證水體透明度，再種植沉水植物。沉水植物的種植方式為滿鋪種植，類似插秧。

挺水植物種植前，對土壤進行摟平粑細等清理后，用工具先掏出種植穴，種植穴大小根據(jù)所種植的挺水植物根系/土球的大小和形狀確定，植物放下后不窩根。掏好種植穴后，將苗木放入種植穴中，返土扶直植物，并壓實覆土，確保苗木垂直地面不倒伏，不傾斜。

若施工現(xiàn)場由于光線遮擋等原因會使植物生長受到影響，存活率不能得到保證時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整具體施工工藝和施工順序。

5 城市人工湖生態(tài)修復(fù)管養(yǎng)維護

5.1 水循環(huán)與水凈化設(shè)施運行維護

設(shè)施的維護管養(yǎng)是生態(tài)修復(fù)工程長效運行的保障，人工湖生態(tài)修復(fù)工程中使用的設(shè)備主要有潛水泵和噴泉式曝氣機，維護管理的重點在于以預(yù)防為主，堅持日常保養(yǎng)與按計劃維修并重。對于常年使用與季節(jié)性使用的設(shè)備，合理制定安排維修保養(yǎng)計劃。設(shè)置設(shè)備臺賬，記錄設(shè)備的檢查維修情況。若出現(xiàn)異常情況及時處理。

5.2 生態(tài)修復(fù)工程初期與日常養(yǎng)護

生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建初期，某一物種會因為環(huán)境適應(yīng)性強而大量繁殖，使得單個物種生長占優(yōu)勢，從而抑制其他物種的競爭力，使其他物種數(shù)量減少甚至消失，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)難以維持平衡，因此在生態(tài)系統(tǒng)初步構(gòu)建后，需通過對水生動植物種類、密度的監(jiān)測，掌握其變化動態(tài)，并采取多種生物操縱和生態(tài)調(diào)控技術(shù)，輔以人工措施引導(dǎo)水生態(tài)系統(tǒng)形成優(yōu)勢良性群落，盡快達到生態(tài)平衡狀態(tài)。水生態(tài)建設(shè)初期，可使用凈水劑提高水體透明度，使其滿足沉水植物生長所需光照條件。

保持水面干凈，及時打撈水面雜物，清除青苔、狐尾藻、菹草等雜草；控制入侵物種，禁止私自放生；定期觀察水色、魚類活動，觀察底棲動物和水生植物生長狀況；突發(fā)大雨或暴雨及時排水，干旱期及時補水，保持水位穩(wěn)定；定期檢修曝氣水泵等設(shè)備，保證正常運行。

對水生植物的維護，應(yīng)定期去除雜草；及時修剪枯黃、枯死、倒伏植株；及時清理岸帶雜物或垃圾；發(fā)生病蟲害時，及時噴施農(nóng)藥。沉水植物一般無需收割，但為了去除人工湖水中營養(yǎng)物質(zhì)，可在每年4～10月生長旺盛期進行適量修剪，高度割至水面以下30 cm即可。

對水生動物的維護，主要是捕撈和放養(yǎng)工作。人工湖投放水生動物以底棲動物為主，同時投放少量鰱等濾食性魚類和極少量觀賞性金魚；及時清撈動物殘尸，并根據(jù)具體情況補給；對于優(yōu)勢過于明顯的單一物種，采取輪捕輪放或放養(yǎng)其他生物物種加以控制。對于總量過少的水生動物積極補放，確保生物鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

6 結(jié)語

城市人工湖是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，影響著城市生態(tài)結(jié)構(gòu)，同時發(fā)揮著重要的生態(tài)、社會、經(jīng)濟效益。然而由于其水體的封閉性，生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，易受影響，需采取相應(yīng)生態(tài)修復(fù)措施改善生態(tài)系統(tǒng)，提高并維持水質(zhì)。影響生態(tài)修復(fù)工程施工質(zhì)量的因素有很多，為保證施工質(zhì)量，應(yīng)嚴格控制施工技術(shù)，有效提升施工作業(yè)的科學(xué)性和合理性。該項目所采用施工工藝能夠保證工程質(zhì)量，使得生態(tài)修復(fù)措施發(fā)揮作用（圖8）。

8.治理后效果