沉水植物技術(shù)在龍騰路明渠生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用探討

李 坤，徐 建，梁同心

（安徽水利生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司，安徽 蚌埠 310030）

引言

城市河道作為承載城市現(xiàn)代化發(fā)展的重要載體，不僅具備對(duì)現(xiàn)代城市市容面貌的美化作用，也承載著現(xiàn)代城市降雨泄洪、水體凈化等核心功能[1]。但是，城市化的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的無(wú)序擴(kuò)張，逐漸帶來(lái)了各種城市病[2]，其中最為顯著的就是城市河道的水污染。城市河道污染的表現(xiàn)是污水排放進(jìn)入河道的量比河流水體自我凈化能力增長(zhǎng)得更為迅速[3]。對(duì)河道污水的治理可以調(diào)整城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的和諧程度，進(jìn)一步推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，提升人們的幸福感。那么如何實(shí)現(xiàn)對(duì)城市河道生態(tài)的良治？對(duì)這一問(wèn)題的解答要從城市河道的水體凈化修復(fù)工作著手[4]。目前傳統(tǒng)的河道修復(fù)存在后期返修成本高等問(wèn)題，因此利用沉水植物實(shí)現(xiàn)河道的生態(tài)化治理引起了相關(guān)人士的關(guān)注。水生植物具有安全高效及低耗的基本優(yōu)勢(shì)，其對(duì)河道的修復(fù)可以避免二次污染，充分實(shí)現(xiàn)對(duì)河道的可持續(xù)治理[5]。因此，沉水植物技術(shù)在修復(fù)城市河道領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

本文針對(duì)安徽蚌埠龍騰路明渠河道的生態(tài)修復(fù)治理進(jìn)行技術(shù)方案的設(shè)計(jì)和研究，以期取得預(yù)想效果，并希望能為城市河道生態(tài)修復(fù)提供借鑒和參考。

1 河道概況及污染原因分析

1.1 現(xiàn)狀水質(zhì)

龍騰路明渠總長(zhǎng)約為950 m，采用復(fù)式斷面，渠底寬15 m，渠頂寬26～29 m；河道兩側(cè)多為漿砌石直立駁岸，護(hù)坡坡度為1∶2.5；明渠常水位為17.50 m，洪水位為19.00 m，渠底標(biāo)高介于15.60～16.50 m之間，常水位時(shí)水深為1.0～2.0 m。

明渠起點(diǎn)為龍湖西路閘站，終點(diǎn)為龍子湖，功能定位為排澇、泄洪及生態(tài)景觀。明渠上游采用箱涵承接周邊匯水區(qū)內(nèi)的雨水，暴雨季節(jié)開(kāi)啟閘門(mén)排放澇水入龍子湖，旱季多為封閉水體。

由于前期上游截污未完善，大量雨污、垃圾、淤泥等在暴雨時(shí)期涌入明渠，導(dǎo)致水體黑臭現(xiàn)象明顯，水生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，水體感官效果較差。其水環(huán)境系統(tǒng)生態(tài)基本功能已經(jīng)受損，河道自我凈化能力逐步降低。

1.2 生態(tài)現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查得知，河道兩邊的側(cè)岸為漿砌石材料構(gòu)造，此構(gòu)造所在的駁岸水位經(jīng)常維持在1.6～2.0 m，并且明渠兩側(cè)不存在對(duì)綠色植被的廣泛維護(hù)，因此兩岸所受侵蝕較大。河道水體的純凈程度非常低，河道淤泥較多，阻塞較大，整體流動(dòng)性較差，水生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 水質(zhì)污染原因分析

1.3.1 沿岸污染

明渠兩側(cè)護(hù)岸的主要制作材質(zhì)是垂直砌石，在暴雨時(shí)，地面積累的污泥經(jīng)過(guò)雨水的運(yùn)輸，將會(huì)從高處的地面逐步進(jìn)入到低處的河流，進(jìn)一步對(duì)河流造成不可避免的污染。

1.3.2 閘口點(diǎn)源污染

明渠閘口設(shè)有攔水閘，但由于未改造雨污合流管道，降雨量大時(shí)，經(jīng)常有污水從閘口流出，尤其是發(fā)生暴雨時(shí)流出的水量更大。

1.3.3 自凈能力差

明渠水體基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，雨季污水未能及時(shí)排放出去，導(dǎo)致水環(huán)境中的水生植物逐漸死亡。明渠河道中并沒(méi)有原生的水生植物，這導(dǎo)致明渠河道的水體自凈能力極為脆弱。因此，在明渠缺失水體自凈能力的情況下，污染物不斷堆積，最終造成水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的普遍出現(xiàn)。

2 生態(tài)修復(fù)工程方案

2.1 技術(shù)思路

明渠河道生態(tài)治理的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在相關(guān)治理工程完工的基礎(chǔ)上，通過(guò)豐富水生植物群落，改善生物多樣性，提高水體自凈能力，改善明渠水生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定；并于暴雨期結(jié)束7天內(nèi)恢復(fù)水體透明度（透明度≥1.0 m），有效改善明渠水面景觀效果。河道生態(tài)修復(fù)治理是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，依靠單一技術(shù)或思維會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境無(wú)法在短時(shí)期內(nèi)得到有效恢復(fù)和持續(xù)治理，因此我們必須清醒地意識(shí)到河道的水體自凈將是一件非常復(fù)雜的工作，不采取綜合性措施不能達(dá)到最終目的，實(shí)現(xiàn)河道水質(zhì)的根本改善。

明渠的水體污染相對(duì)嚴(yán)重、水體水質(zhì)不好、水體透明程度非常低，與此同時(shí)，水體污染將在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不斷惡化，因此，明渠水體治理修復(fù)計(jì)劃的核心技術(shù)手段將是加強(qiáng)水體生態(tài)系統(tǒng)的自我凈化能力，以去除水體污染、提高水體透明度為目的。沉水植物是水循環(huán)的主要參與者，其自身還具備吸收氮、磷的能力，是水體自我修復(fù)的主力軍[6]。徹底解決水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的主要手段是重建沉水植物循環(huán)系統(tǒng)。光照和透明度是沉水植物群落恢復(fù)過(guò)程中的主要影響因素[7]，該明渠兩端設(shè)有水閘，同時(shí)不具有泄洪功能，水位可以調(diào)控，有助于沉水植物的健康成長(zhǎng)，這將進(jìn)一步積極推動(dòng)水體修復(fù)計(jì)劃，并且將會(huì)推動(dòng)其他輔助治理功能的發(fā)揮，比如生物處理、水下皮草等輔助手段能夠推動(dòng)水生態(tài)系統(tǒng)的治理進(jìn)程。因此，項(xiàng)目使用沉水植物來(lái)治理明渠水體并改善水面景觀效果，就此構(gòu)建完整的水生態(tài)系統(tǒng)，提高明渠的自凈能力。

2.2 具體實(shí)施方法及技術(shù)參數(shù)

2.2.1 上游截污具體措施為：上游箱涵沿線污水及合流排口的截污均應(yīng)達(dá)到95%以上，確保旱季無(wú)污水排入明渠；逐步完善源頭雨污分流，開(kāi)展海綿化改造，確保沿線雨水排口不存在混接、錯(cuò)接現(xiàn)象，雨季無(wú)溢流污水排入明渠。

進(jìn)行上游截污，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上游污水的預(yù)處理，進(jìn)而為污水處理的下一步做好鋪墊，并且攔截上游污水，可以保護(hù)河流中游、下游段沿岸的生產(chǎn)、生活狀態(tài)，并且在保護(hù)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染的處理，降低經(jīng)濟(jì)成本。因此，上游截污是污水處理過(guò)程中的重要方法。

2.2.2 河道清淤

具體措施為：將明渠內(nèi)淤積的底泥徹底清除，確保河床底部無(wú)黑臭淤泥，河道水體表面無(wú)浮泥、無(wú)浮渣；對(duì)清淤后的底質(zhì)進(jìn)行氧化改良，降低其中污染物的含量，確保有效滅殺厭氧細(xì)菌。

河道清淤是在河流污染的嚴(yán)重段進(jìn)行的，對(duì)河道進(jìn)行清淤，不僅能夠凈化河道水質(zhì)，同樣，也是保持河流流通的關(guān)鍵。因此，對(duì)河道進(jìn)行清淤是徹底消除明渠內(nèi)淤積的污泥、達(dá)到河道水體純凈標(biāo)準(zhǔn)的核心方法。

2.2.3 水位調(diào)控

具體措施為：通過(guò)水閘來(lái)調(diào)控明渠水位，在水生植物種植期間保持水深在1.0 m以內(nèi)，水體透明度不低于1.0 m，清除干凈明渠內(nèi)的雜魚(yú)，以保障水生植物種植的便捷性及存活率；在水生植物生長(zhǎng)穩(wěn)定后，逐步恢復(fù)明渠水深至常水位；對(duì)明渠內(nèi)現(xiàn)存的挺水植物進(jìn)行梳理、剪除，并清除植物周邊的浮渣、垃圾。

在污水處理過(guò)程中，前期階段需要?jiǎng)佑蒙嫌谓匚邸⒑拥狼逵俚确椒▽?duì)河道水體進(jìn)行徹底凈化，但是，在做好這些基礎(chǔ)工作之后，必須進(jìn)行沉水植物的生態(tài)修復(fù)。但是在修復(fù)之前，為了使得沉水植物的生活環(huán)境相對(duì)較好，就必須對(duì)河流水位進(jìn)行調(diào)控，以對(duì)沉水植物進(jìn)行保護(hù)，保證沉水植物的健康生長(zhǎng)，為河流污水的長(zhǎng)期凈化工作做好準(zhǔn)備。

2.2.4 植物種植

具體措施為：結(jié)合明渠水陸交錯(cuò)帶及渠底的水文特征，并考慮到明渠的水質(zhì)凈化及景觀提升等需求，本項(xiàng)目沉水植物主要選擇根系發(fā)達(dá)、莖葉狹長(zhǎng)柔軟、水下景觀效果好的常綠型苦草，搭配種植少量生態(tài)安全性高、去污能力及適應(yīng)能力較強(qiáng)的馬來(lái)眼子菜，構(gòu)建水下沉水植物群落，提升水環(huán)境自我凈化功能，不斷實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的優(yōu)化及景觀的持續(xù)構(gòu)建。沉水植物主要種植于箱涵下游300～950 m處的明渠兩側(cè)。

植物的種植是明渠污水治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)沉水植物進(jìn)行有計(jì)劃的種植，工作人員可以依據(jù)明渠所處溫度、水文、生長(zhǎng)狀況等現(xiàn)實(shí)條件，對(duì)沉水植物進(jìn)行有針對(duì)性地篩選，并在篩選過(guò)程中，全面認(rèn)識(shí)明渠水質(zhì)，有計(jì)劃地推動(dòng)沉水植物的種植工作。因此，植物種植是對(duì)明渠水體進(jìn)行凈化的關(guān)鍵，相關(guān)人員必須有計(jì)劃、有重點(diǎn)地布局和實(shí)施。

2.2.5 生物操縱

具體操作為：根據(jù)上游污水的排放情況，待水質(zhì)逐步惡化后，向河道水資源中投放凈化水的微生物群落，通過(guò)生物操作的方式穩(wěn)定并修復(fù)生態(tài)環(huán)境。在大規(guī)模種植沉水植物后，等待適當(dāng)?shù)募竟?jié)，比如汛期過(guò)后，上游污水趨于惡化時(shí)，及時(shí)進(jìn)行生物干預(yù)，利用生物本身所具備的凈化水體的功效，達(dá)到綠色凈化水體的目的。因此，生物操作也是進(jìn)行河道水體凈化的重要措施。

2.2.6 來(lái)水凈化

具體措施為：由于暴雨季節(jié)開(kāi)啟閘門(mén)排放澇水，易在明渠內(nèi)產(chǎn)生較大流速的水流，其水流沖擊力及攜帶的污染物會(huì)對(duì)沉水植物產(chǎn)生較大危害，因此在明渠下游100～300 m處設(shè)置60 m2立體生態(tài)凈化浮床，利用其下方懸掛的人工水草對(duì)箱涵來(lái)水進(jìn)行阻流、緩沖，并通過(guò)生物膜過(guò)濾、吸附及植物同化吸收凈化來(lái)水，從而改善下游生態(tài)環(huán)境。

來(lái)水凈化是應(yīng)對(duì)河道運(yùn)動(dòng)的特殊狀況的一種特殊措施，主要是在暴雨季節(jié)進(jìn)行水流減速的技術(shù)處理。上述使用人工水草凈化水體的過(guò)程就是一個(gè)典型示例。因此，使用人工水草可以降低暴雨季節(jié)的水體流速，以保護(hù)水體植物并改善水體質(zhì)量。因此，來(lái)水凈化是保護(hù)沉水植物和河道環(huán)境的具體方式，也是對(duì)污水凈化工作的重要鋪墊。

3 生態(tài)修復(fù)效果

3.1 沉水植物恢復(fù)情況

在利用沉水植物治理水體的工作落實(shí)后，相關(guān)部門(mén)將組織工人進(jìn)行河道生態(tài)的常態(tài)化維護(hù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)河道的根本性保護(hù)。維護(hù)一年之后，相關(guān)人員在2021年7月開(kāi)展對(duì)明渠沉水植物的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，明渠沉水植物長(zhǎng)勢(shì)良好，成活率達(dá)到85%以上，整體實(shí)現(xiàn)了沉水植物綠色水下景觀的盛況，水體透明度達(dá)到1 m以上。這表明對(duì)明渠河道進(jìn)行沉水植物恢復(fù)是比較可行的，并且可以實(shí)現(xiàn)理想效果，達(dá)到規(guī)劃預(yù)期。另外，沉水植物區(qū)域內(nèi)的水體環(huán)境一直處于動(dòng)態(tài)平衡的自我凈化過(guò)程中，這對(duì)于生態(tài)修復(fù)工作來(lái)說(shuō)，是對(duì)生態(tài)修復(fù)理念和技術(shù)的肯定，并且這樣的肯定表明，對(duì)水體的生態(tài)修復(fù)工作是一項(xiàng)綠色、環(huán)保、可持續(xù)的工作。

3.2 河道水質(zhì)情況

為了對(duì)河道的修復(fù)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和對(duì)水體改善效果進(jìn)行檢查，工作人員進(jìn)行了長(zhǎng)期的跟蹤回訪，相關(guān)數(shù)據(jù)綜合結(jié)果表明，明渠水質(zhì)狀態(tài)良好，水體透明程度較高，部分水體清澈見(jiàn)底?？傮w看來(lái)，明渠河道水質(zhì)相較于生態(tài)修復(fù)之前，水質(zhì)明顯向好。2021年5月到2021年9月，水體相關(guān)指標(biāo)如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 2021年5月至2021年9月COD的變化情況

圖2 2021年5月至2021年9月TP的變化情況

圖3 2021年5月至2021年9月氨氮的變化情況

由上述各圖可知，自2021年5月到2021年9月，相關(guān)數(shù)據(jù)與工程實(shí)施之前相比較，結(jié)果表明水體整體向好，COD、TP、NH3-N等數(shù)值指標(biāo)均有下降，河道水質(zhì)總體達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)雨季水量對(duì)明渠水體的作用不甚顯著。

根據(jù)上述對(duì)水體的檢測(cè)結(jié)果，水體修復(fù)項(xiàng)目計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了以沉水植物修復(fù)為主、其他手段為輔的綜合治理目標(biāo)，達(dá)到了水體凈化目的。生態(tài)修復(fù)計(jì)劃實(shí)施后的效果見(jiàn)圖4。

圖4 生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施后效果

4 結(jié)語(yǔ)

在水位可控的城市河道內(nèi)，本項(xiàng)目主要進(jìn)行了以種植沉水植物為主要手段的河道治理，加之以外部污染處置治理、河道底部改良、增氧修復(fù)、生物技術(shù)干預(yù)等綜合手法的技術(shù)治理，最終達(dá)到了比較理想的河道治理目標(biāo)，構(gòu)建起健康、穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)。此生態(tài)修復(fù)工程的成功實(shí)施為城市污染河道的生態(tài)修復(fù)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，這些措施的成功推廣將對(duì)河道的水體凈化工作做出突出貢獻(xiàn)。