基于近自然結(jié)構(gòu)的湖灣生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)

田甜 郭劍橋 楊文宇

摘?要： 對湯遜湖重點(diǎn)污染湖灣紅旗湖緩沖凈化，降低入湖污染，同時(shí)提升湖灣生態(tài)景觀品質(zhì)，改善周邊居民人居條件，構(gòu)建“魚翔淺底、水清岸綠”的城市生態(tài)湖灣，充分發(fā)揮湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。設(shè)計(jì)過程中注重生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、工程與原有水體形態(tài)相協(xié)調(diào)，遵循生物學(xué)和景觀學(xué)的原理，在保證實(shí)現(xiàn)達(dá)到水功能目標(biāo)前提下，達(dá)到自然、經(jīng)濟(jì)、低碳、環(huán)保。

關(guān)鍵詞： 近自然結(jié)構(gòu);湖灣;生態(tài)修復(fù)

【中圖分類號(hào)】X171.4?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）24-0042-02

0?引言

隨著近年來城市化及工業(yè)化迅速發(fā)展，城市河湖水系出現(xiàn)水體污染、生態(tài)逐步退化等一系列環(huán)境問題。武漢市為應(yīng)對越來越嚴(yán)重的水污染現(xiàn)狀，全面開展“清源、清管、清流”，把水污染治理作為共抓長江大保護(hù)、推動(dòng)長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展的重要行動(dòng)，并把水環(huán)境治理難度最大的三河三湖之一的湯遜湖視為突破口，推動(dòng)提升武漢市水環(huán)境治理水平，重現(xiàn)清澈見底，水草豐茂的景象，打造“湖清岸綠、城湖共融”亞洲最大城市內(nèi)湖水環(huán)境治理示范區(qū)。

湯遜湖位于武漢市東南部，水域面積47.62km2，是東湖水域面積的1.4倍，南湖水域面積的6.2倍。湯遜湖流域面積 240.48 km2，涉及洪山區(qū)、東湖高新區(qū)、江夏區(qū)3個(gè)行政區(qū)，流域范圍內(nèi)現(xiàn)狀總?cè)丝诩s為 68 萬人。湯遜湖在2006 年至 2013 年間入湖廢污水量急劇上升，水質(zhì)從Ⅲ類逐步下降到Ⅳ類，2014年水質(zhì)惡化為V類，2018年變?yōu)榱覸 類，部分區(qū)域爆發(fā)了藍(lán)藻水華，2019 年水質(zhì)為 V類～劣V類，目前TN及TP超標(biāo)超標(biāo)2～3倍。

1?工程概況

紅旗湖位于湯遜湖東北角，水域面積1.37km2，湖灣面積占全湖的4.2%。受雨污混接、污水廠尾水排放、初雨徑流污染、湖區(qū)圍墾養(yǎng)殖等影響，紅旗湖片區(qū)中紅旗渠等水體向湯遜湖外源輸入嚴(yán)重，在湯遜湖流域各子湖匯水區(qū)中污染占比較大，COD、氨氮、TP和TN指標(biāo)占比較高;同時(shí)紅旗湖水體流動(dòng)性差，水生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損，現(xiàn)狀水質(zhì)在V～劣V類之間，水質(zhì)未達(dá)到水功能區(qū)劃要求。為2021年主湖水質(zhì)主要指標(biāo)穩(wěn)定Ⅴ類創(chuàng)造條件，確定了紅旗湖生態(tài)凈化工程。

2?湖區(qū)現(xiàn)狀問題

（1）湖區(qū)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。湖區(qū)水質(zhì)為Ⅴ類～劣Ⅴ類，湖心水質(zhì)略好，部分點(diǎn)位可達(dá)到Ⅳ類，雨天時(shí)部分點(diǎn)位水質(zhì)惡化。湖區(qū)水質(zhì)主要超標(biāo)指標(biāo)為TP、COD和氨氮。湖區(qū)處于中度～輕度富營養(yǎng)化水平，存在富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。

（2）湖區(qū)存在內(nèi)源污染。湖區(qū)主要內(nèi)源污染物為總氮和總磷，大多數(shù)污染物集中在表層，重金屬指標(biāo)均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，底泥內(nèi)源釋放影響湖區(qū)水質(zhì)。

（3）生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性低。近半湖體目前為魚塘及藕塘，受人為干擾較重，以荷花蓮藕為主，未發(fā)展出自然植被群落;湖體部分存在魚類和少量水生植物。同時(shí)紅旗湖以自然岸線為主，沿湖存在自然濱岸帶，但物種相對單一。由于渠道化、濱岸帶缺失，生物多樣性水平較低，生態(tài)系統(tǒng)成分組成簡單，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力弱，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性低[1，2]。

（4）水體自凈能力差。旗湖的水體連通性差，且多年以來養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致水體營養(yǎng)濃度相對較高，生物降解與吸收作用受到影響，湖體的自凈能力相對較弱。

3?治理思路

根據(jù)湯遜湖生態(tài)健康評價(jià)近期工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，退垸環(huán)湖入湖港渠圍堤拆除后，污水廠尾水和港渠入湖徑流污染對紅旗湖的水質(zhì)影響較大，占區(qū)域總污染負(fù)荷的較大比例，將紅旗湖定位為湯遜湖主湖的緩沖凈化區(qū)，通過湖灣濕地生態(tài)凈化系統(tǒng)建設(shè)，有效消納入湖污染物，削減進(jìn)入湯遜湖主湖的污染負(fù)荷，為提升整個(gè)湯遜湖流域的水環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮作用。

近期紅旗湖濕地生態(tài)緩沖區(qū)的主要功能定位為污水廠尾水和入湖港渠污染負(fù)荷緩沖凈化濕地，遠(yuǎn)期污水廠尾水全部實(shí)現(xiàn)外排后，承擔(dān)入湖港渠污染負(fù)荷緩沖凈化功能。

構(gòu)建紅旗湖濕地，近期保留紅旗渠并設(shè)置引水設(shè)施，在湯遜湖污水廠尾水外排前，主要凈化污水廠尾水3.5萬t/d，為內(nèi)湯主湖提供優(yōu)質(zhì)補(bǔ)水;遠(yuǎn)期尾水外排，紅旗渠圍堤拆除后，承擔(dān)紅旗渠入湖污染的緩沖凈化功能，解決區(qū)域面源污染入湖問題。

規(guī)劃紅旗湖為一個(gè)整體性生態(tài)凈化系統(tǒng)，構(gòu)建湯遜湖生態(tài)緩沖區(qū)，通過提升湖區(qū)凈化能力，消納入湖污水富余污染物，削減進(jìn)入湯遜湖主湖的污染負(fù)荷。根據(jù)水質(zhì)凈化生態(tài)濕地建設(shè)需求，湖區(qū)主體包括預(yù)處理區(qū)、生態(tài)凈化區(qū)和濕地涵養(yǎng)區(qū)。

4?工程總體布置

4.1?建設(shè)目標(biāo)

紅旗湖生態(tài)凈化工程首要目標(biāo)為控制流域污水廠尾水入湖污染，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行湖泊生態(tài)修復(fù)，具體有：（1）紅旗湖凈化目標(biāo)：原位構(gòu)建功能性生態(tài)凈化濕地，近期凈化東湖高新區(qū)應(yīng)急處理設(shè)施尾水并考慮部分雨季溢流污染，遠(yuǎn)期凈化初雨廠尾水，主要水質(zhì)指標(biāo)凈化至Ⅴ類（氨氮、COD、總磷）后向主湖提供優(yōu)質(zhì)補(bǔ)水水源。（2）生態(tài)修復(fù)目標(biāo)：構(gòu)建健康的湖泊水生態(tài)系統(tǒng)，消除紅旗湖內(nèi)源污染，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，提高紅旗湖水生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性與穩(wěn)定性，防止富營養(yǎng)化，形成入主湖的生態(tài)緩沖區(qū)。

4.2?建設(shè)任務(wù)

（1）濕地水質(zhì)凈化工程：原位構(gòu)建功能性生態(tài)濕地，濕地近期凈化東湖高新區(qū)應(yīng)急處理設(shè)施尾水6萬噸/天，并考慮部分雨季溢流污染（2萬噸/天），進(jìn)水共計(jì)8萬噸/天，水質(zhì)為一級(jí)A，遠(yuǎn)期凈化初雨廠設(shè)計(jì)規(guī)模15萬噸/天的尾水，主要水質(zhì)指標(biāo)凈化達(dá)到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)（氨氮、COD、總磷）后向主湖補(bǔ)水。

（2）凈化濕地基底構(gòu)建：針對紅旗湖湖底淤泥，采用原位植物固封輔以微生物底質(zhì)改良方法控制湖區(qū)內(nèi)源污染。結(jié)合現(xiàn)狀地形構(gòu)建湖底地形，調(diào)整魚塘區(qū)地形。結(jié)合現(xiàn)狀魚塘隔梗構(gòu)建導(dǎo)流潛堤，利用魚塘開挖土方填筑導(dǎo)流潛堤。其余土方用于東南部滯水湖灣的淺灘濕地構(gòu)建和現(xiàn)狀大水面區(qū)域底泥污染覆蓋及湖底地形整理。對現(xiàn)狀存在安全隱患的岸坡進(jìn)行修整，補(bǔ)種灌木、草本植物，構(gòu)建完整、健康的湖濱隔離緩沖帶，攔截、凈化入湖面源污染。

4.3?工藝比選

按照污水在濕地床的流動(dòng)方式可分為表流濕地、潛流濕地，其中潛流濕地又分為水平潛流濕地和垂直流濕地[3]。穩(wěn)定塘以塘為主要構(gòu)筑物，依靠水域自然生態(tài)系統(tǒng)的能力凈化污水，也常用于人工濕地系統(tǒng)中[4]。

由上表可知，人工濕地系統(tǒng)工藝的選擇與凈化要求和用地條件關(guān)系密切[5]。對于紅旗湖人工濕地系統(tǒng)，需削減COD、氨氮、TP。結(jié)合紅旗湖生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，本工程不改變現(xiàn)狀水系格局，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定塘，同時(shí)，為達(dá)到凈化目標(biāo)，設(shè)置預(yù)處理區(qū)（前置緩沖區(qū)和強(qiáng)化處理區(qū)）。前置緩沖區(qū)通過深潭營造相對厭氧環(huán)境，提高污水可生化性，在排澇時(shí)能夠沉淀雨水中懸浮物，保障后續(xù)工藝流程凈化效果。強(qiáng)化處理區(qū)承擔(dān)較大的COD和氨氮負(fù)荷，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定塘則進(jìn)一步削減COD、氨氮和TP。

4.4?工程總體布局

紅旗湖凈化濕地面積為1.37km2。濕地入水口位于湖區(qū)東北部，北部湖面布置導(dǎo)流潛堤，南部為大湖面。水流進(jìn)入后經(jīng)潛堤導(dǎo)流后進(jìn)入南部水面。導(dǎo)流潛堤利用現(xiàn)有魚塘隔梗構(gòu)建而成，最南側(cè)一道為軟圍隔導(dǎo)流，潛堤和軟圍隔的設(shè)置增加水體停留時(shí)間，減少水體短流。濕地出水口為藏龍大道橋涵。

湖區(qū)分為前置緩沖區(qū)、強(qiáng)化處理區(qū)和自然濕地區(qū)，其中自然濕地區(qū)根據(jù)現(xiàn)狀地形進(jìn)一步分為生態(tài)凈化區(qū)和濕地涵養(yǎng)區(qū)。前置緩沖區(qū)穩(wěn)定來水水質(zhì)、水量，均勻布水，緩沖超標(biāo)雨水。強(qiáng)化處理區(qū)采用EHBR工藝，消納水中有機(jī)物和氨氮[4]。自然濕地區(qū)構(gòu)建以沉水植物為主導(dǎo)的水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步凈化水質(zhì)。

為保障系統(tǒng)構(gòu)建和凈化效果，利用現(xiàn)有地形構(gòu)建濕地基底，主要措施魚塘隔梗拆除、地形調(diào)整、導(dǎo)流潛堤構(gòu)建、淺灘濕地構(gòu)建、湖區(qū)底質(zhì)改良，之后構(gòu)建EHBR膜系統(tǒng)、水生植物、動(dòng)物群落，并布置增氧曝氣系統(tǒng)。

5?結(jié)論

本文參考借鑒國內(nèi)外類似城市內(nèi)湖水質(zhì)提升的項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，遵循“尊重自然、以人為本、生態(tài)優(yōu)先、人水和諧”的原則，通過湖灣緩沖凈化，有效控制現(xiàn)狀入湖污染負(fù)荷，致力成為湯遜湖流域生態(tài)治理的示范，為本流域及其他類似湖區(qū)的整治提供經(jīng)驗(yàn)。

此工程項(xiàng)目為沿湖城鎮(zhèn)居民創(chuàng)造了良好的生活環(huán)境，提升了流域水質(zhì)和湖區(qū)功能，具有良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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