李曉波

（重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院,重慶 400030；重慶第二師范學(xué)院,重慶 400067）

人類(lèi)自古就有“親水而居”的生活習(xí)性，隨著城市環(huán)境的改善、居民生活水平的提升，景觀水體越來(lái)越受到人們的關(guān)注。城市濕地公園的出現(xiàn)，滿(mǎn)足了人、城市與自然和諧共存，環(huán)境教育與生態(tài)旅游等多目標(biāo)綜合實(shí)現(xiàn)的意愿，體現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)環(huán)境最小干擾的生產(chǎn)與生活方式的現(xiàn)代環(huán)境倫理觀。作為長(zhǎng)江上游、中國(guó)西部唯一的直轄市，重慶正積極打造“美麗城市”，為此，城市人工濕地公園將是生態(tài)環(huán)境建設(shè)中濃墨重彩的一筆。鑒于國(guó)內(nèi)對(duì)濕地及濕地公園的認(rèn)識(shí)和研究起步較晚，一些理念尚不成熟，缺乏全面的、系統(tǒng)的、完整的城市濕地公園建設(shè)的研究，筆者選取改造前的城市水體底泥的處理作為研究對(duì)象，以求提出濕地公園健康發(fā)展的科學(xué)建議。

1 城市濕地公園建設(shè)背景

作為城市系統(tǒng)中的一種自然地理元素，城市水體在生態(tài)性、景觀性、功能性等方面具有重要意義。據(jù)羅韌等開(kāi)展的重慶都市區(qū)濕地資源調(diào)查顯示，重慶都市區(qū)河流有42條，長(zhǎng)度總計(jì)1430.26km，面積為10449.48km2，中型水庫(kù)有5座，壩址以上控制面積 176.59500km2；小型水庫(kù)162座，壩址以上控制面積595.9215 km2[1]，可以看出，重慶都市區(qū)具有十分豐富的濕地資源。

城區(qū)內(nèi)的濕地公園或景觀水體大多以原溪河、池塘、水庫(kù)等改建而來(lái)，如九龍坡彩云湖濕地公園，其前身就是主城區(qū)內(nèi)最大的溪河之一桃花溪。20世紀(jì)80年代中期到2005年的近二十年間，兩岸快速的城市化和滯后的城市建設(shè)與管理，使環(huán)境優(yōu)美的桃花溪變成一條禍及兩岸生態(tài)環(huán)境、嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用裆畹摹拔鬯疁稀?。為保留住城市?nèi)這條載滿(mǎn)人們記憶的河流，再現(xiàn)昔日碧波蕩漾、垂釣泛舟的桃花溪。作為《三峽庫(kù)區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃》的重大項(xiàng)目之一的桃花溪流域綜合整治工程立項(xiàng)，考慮到隨著流域的城市化，沒(méi)有活水來(lái)源的桃花溪在日后將難于維持。為此，設(shè)計(jì)單位利用桃花溪上游丘陵深溝切割的地形條件，結(jié)合污水處理廠產(chǎn)生的中水及地表匯水，規(guī)劃修建一個(gè)占地約20hm2，蓄水達(dá)168萬(wàn)m3彩云湖水庫(kù)，為保障水庫(kù)的水質(zhì)安全，在污水處理廠與水庫(kù)之間，水庫(kù)的壩前規(guī)劃建設(shè)人工濕地。彩云湖濕公園從2006年啟動(dòng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，到目前初步建成，一個(gè)“青山綠水、市民理想休憩地”正逐步顯現(xiàn)出來(lái)。

依據(jù)《重慶市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年（2011-2015年）規(guī)劃綱要》的要求，為打造宜居宜業(yè)、山水園林、獨(dú)具魅力的國(guó)家中心城市，突出“山城”、“江城”自然風(fēng)貌，重慶依托豐富的水域資源，濕地公園如雨后春筍般建立起來(lái)。2009年始，九龍坡彩云湖濕地公園、南岸迎龍湖國(guó)家濕地公園等13個(gè)濕地公園陸續(xù)獲批，成為國(guó)家級(jí)濕地公園建設(shè)試點(diǎn)；預(yù)計(jì)到2030年，重慶還將規(guī)劃建設(shè)小南海國(guó)家級(jí)濕地公園等17個(gè)濕地公園；另有部分大型社區(qū)開(kāi)發(fā)商，為了彰顯社區(qū)的生態(tài)環(huán)境，依據(jù)地理位置對(duì)原有水體進(jìn)行改造，修建了各自的濕地公園，提升了社區(qū)地產(chǎn)的價(jià)值，如棕櫚湖國(guó)際社區(qū)濕地公園。這些不同投資渠道、不同類(lèi)型的濕地景觀將在重慶形成集游覽、休閑、健身、科普等功能多樣化的開(kāi)放型、生態(tài)型濕地公園群。

2 城市水體沉積物中重金屬及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

2.1 城市底泥特性

位于城市內(nèi)的水體往往容易受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，城市化的快速發(fā)展過(guò)程和污水處理設(shè)施的滯后配置，部分生活污水、工業(yè)廢水、路面徑流等直接排入城市水系，加上城市水體大都相對(duì)孤立、自?xún)裟芰Σ?，極易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化、水體自?xún)艄δ軉适?，生態(tài)功能受到嚴(yán)重?fù)p害，從而喪失了景觀水體的功能。就重慶都市區(qū)而言，每年有120×108噸以上的工業(yè)廢水和生活污水經(jīng)盤(pán)溪河、溉瀾溪、清水溪等排入嘉陵江和長(zhǎng)江[1]。大量污水的排入造成底泥成分復(fù)雜，營(yíng)養(yǎng)元素、微生物、重金屬等污染物質(zhì)進(jìn)入水體后，經(jīng)過(guò)水體顆粒物的吸附、絮凝、沉淀以及生物吸收等方式最終沉積并富集在底泥中。重金屬因其影響的持續(xù)性和毒性，尤為危險(xiǎn)，即使外界污染源消除后，底泥重金屬仍可能在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)上覆水的水質(zhì)產(chǎn)生影響。當(dāng)環(huán)境條件改變時(shí)，底泥中的重金屬就可能由“匯”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸础?，從底泥遷移到其他生態(tài)系統(tǒng)組成部分中產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.2 城市底泥重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)

目前，國(guó)內(nèi)外已有關(guān)于城市湖泊沉積物中重金屬的賦存形態(tài)、分布規(guī)律、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等報(bào)道。我國(guó)自20世紀(jì)70年代以來(lái)在重金屬對(duì)水環(huán)境的污染問(wèn)題領(lǐng)域開(kāi)展了大量相關(guān)工作。近年來(lái)，隨著工業(yè)化、城市化過(guò)程的加快，城市水體受重金屬的污染引起了許多學(xué)者的關(guān)注。

周懷東等按照“中國(guó)土壤元素背景值”和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)我國(guó)江河湖庫(kù)等地表水體沉積物中的重金屬進(jìn)行了“超背景值”和“超標(biāo)”評(píng)價(jià)，結(jié)果表明在所采集的樣品中，80.8%的樣品沉積物重金屬含量高于當(dāng)?shù)赝寥涝乇尘爸担?6.9%的樣品沉積物重金屬含量超過(guò)了土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，反映了我國(guó)沉積物重金屬含量增高的趨勢(shì)[2]。趙璇等分析發(fā)現(xiàn)城市河流中有35.1%的河段出現(xiàn)總汞超過(guò)地表水III類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)，18.5%的河段面總鎘超過(guò)III類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)，25.0%的河段有總鉛的超標(biāo)樣本出現(xiàn)[3]。最新研究發(fā)現(xiàn)蘇州河中鉛全部超標(biāo)、鎘為75%超標(biāo)、汞為62.5%超標(biāo)[4]。喬勝英等選擇武漢市區(qū)不同污水來(lái)源的湖泊來(lái)研究重金屬元素在沉積物中的污染狀況，以及與湖泊背景值、土壤背景值的對(duì)比，表明幾個(gè)湖泊沉積物不同地都遭受了環(huán)境污染，湖泊表層沉積物重金屬含量分布表現(xiàn)為從遠(yuǎn)郊、近郊、城區(qū)遞增的特點(diǎn)，其中位于城區(qū)的湖泊尤為突出[5]?；惼嫉韧ㄟ^(guò)收集中國(guó)不同區(qū)域的21個(gè)主要湖泊重金屬資料，認(rèn)為基本上靠近工礦企業(yè)和人類(lèi)活動(dòng)頻繁區(qū)的湖泊底泥重金屬污染比較嚴(yán)重[6]。劉紅磊等以武漢市墨水湖為研究對(duì)象,結(jié)果表明，表層沉積物重金屬污染程度較重，重金屬在全湖區(qū)域上具有比較高的富集系數(shù)，主要受人為輸入的影響;在所有采樣點(diǎn)重金屬含量均高于最低效應(yīng)閾值，多數(shù)采樣點(diǎn)甚至超過(guò)了嚴(yán)重效應(yīng)閾值；該湖泊沉積物中重金屬分布具有比較明顯的空間差異性:排污口區(qū)＞湖中心水域＞城區(qū)岸邊帶＞林田岸邊帶[7]。馬婷等選取南京城市5個(gè)主要湖泊為研究對(duì)象，分析表層沉積物中重金屬含量，并對(duì)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)和潛在生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，Cd處于中等到嚴(yán)重潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，表層沉積物重金屬污染最嚴(yán)重的是月牙湖，其次是前湖和紫霞湖，這3個(gè)湖泊都處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)[8]。王國(guó)平等采用重力沉積芯采樣鉆鉆孔采樣與剖面切割采樣相結(jié)合的方法，研究了沉積物重金屬元素在剖面中的分布，結(jié)果顯示，剖面上部沉積物表層沉積序列內(nèi)已明顯富集了重金屬，大多數(shù)沉積柱芯下層的重金屬含量相對(duì)較低并接近地球化學(xué)天然背景水平[9]。

大量的研究都揭示了在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，受納高污染負(fù)荷市政污水、路面徑流的城市水體，存在潛在的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),必須引起足夠的重視。由此，在對(duì)原有水體底泥的清淤疏浚、濕地公園改造工程前，開(kāi)展水體底泥污染物調(diào)查與施工工藝研究對(duì)于城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)是十分必要的。

2.3 水體底泥的特性

城市水景改造過(guò)程中清淤處理的底泥的物理、化學(xué)特性與污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥相似，其含水率高約97%。底泥未做任何處理的污泥外運(yùn)、隨意棄置、簡(jiǎn)單填埋或直接農(nóng)用，就將給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)隱患。污泥處置的傳統(tǒng)技術(shù)主要是衛(wèi)生填埋、焚燒、海洋處理和土地利用，但隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格化，其應(yīng)用受到諸多限制。以污泥安全處置為最終目的的多元化污泥綜合利用技術(shù)，如建材利用、能源利用、環(huán)境保護(hù)利用、污泥蛋白質(zhì)利用等還處于研究階段，實(shí)際應(yīng)用很少。

水景改造具有階段性、周期短、底泥處理量大等性質(zhì)，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看為疏浚建造專(zhuān)門(mén)的底泥處理設(shè)施不劃算，應(yīng)集中密閉運(yùn)輸?shù)接邢鄳?yīng)處理設(shè)備的污水處理廠。但我國(guó)現(xiàn)有的污水處理設(shè)施中，因污泥物理處理投資占污水處理廠總投資比例高，運(yùn)行費(fèi)用大，造成配置污泥穩(wěn)定處理配套設(shè)施率低，正常運(yùn)行的也很少。因此，底泥運(yùn)至污水處理廠處理也具有很大的限制因素。從底泥的成分上看，城市污泥中含有豐富的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)等植物性營(yíng)養(yǎng)元素，是很好的肥源和良好的土壤改良劑，將城市污泥的土地資源化利用是更符合的處置方法。

3 城市底泥疏浚技術(shù)及環(huán)境影響

底泥控制技術(shù)主要有物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物生態(tài)技術(shù)。化學(xué)技術(shù)和生物生態(tài)技術(shù)主要針對(duì)底泥的穩(wěn)定和修復(fù)，物理技術(shù)按位置不同可分為原位控制技術(shù)和異位控制技術(shù)[10]。

3.1 底泥原位控制技術(shù)

底泥原位控制技術(shù)包括底泥封閉、底泥鈍化技術(shù)，主要是用材料覆蓋底泥或投加鈍化劑，阻隔、抑制底泥中氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素和重金屬的釋放。其不足是：不適于大規(guī)模應(yīng)用于河流、湖泊；化學(xué)處理可能會(huì)改變水體的理化性質(zhì)，對(duì)水底的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞；底泥封閉的效果難以持久性保證等。

3.2 異位控制技術(shù)

異位控制技術(shù)又稱(chēng)底泥疏浚清淤，就是把底泥搬運(yùn)到其他地方進(jìn)行控制或處理的一種方法，是一種大規(guī)模的人為干擾行為，能夠比較徹底地去除污染底泥。然而，其工程量大、耗材耗力、處理難度高、底泥達(dá)標(biāo)難，尤其是疏浚產(chǎn)生的大量底泥如何妥善處理是亟待解決的問(wèn)題。據(jù)研究報(bào)道,對(duì)于污染嚴(yán)重的水體底泥的疏浚運(yùn)作會(huì)促進(jìn)底泥中重金屬離子的釋放,可使湖泊生態(tài)系統(tǒng)面臨潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[11]。劉愛(ài)菊等對(duì)疏浚前后五里湖沉積物提取液和全底泥沉積物的生態(tài)毒性進(jìn)行了研究與分析。表明疏浚后,盡管沉積物中重金屬污染物的含量有顯著降低，但鉻、鉛和鎳的含量處在淡水質(zhì)量基準(zhǔn)值TEL-PEL之間的灰色區(qū)域,沉積物仍然可能會(huì)產(chǎn)生不良的生物效應(yīng)，底泥疏浚具有導(dǎo)致沉積物生物毒性增加的風(fēng)險(xiǎn),尤其是整體沉積物毒性[12]。

4 水體底泥土地資源化利用

從上述綜述可知，城市水體底泥長(zhǎng)期收納生產(chǎn)、生活廢水和路面徑流，重金屬污染嚴(yán)重。由此，在對(duì)城市水體進(jìn)行濕地景觀改造前的底泥處理必須科學(xué)化、規(guī)范化。將底泥處理與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合，促進(jìn)底泥綜合應(yīng)用。現(xiàn)代疏浚工程包括沉積物的挖、運(yùn)、放和沉積物的處置的全過(guò)程。

4.1 底泥分析及剝離

重金屬在土壤剖面中的垂直分布特征是土壤自身理化性質(zhì)和外界條件影響下重金屬遷移和積累的綜合反映，也是了解土壤重金屬污染程度和修復(fù)治理的基礎(chǔ)[13]。因此，應(yīng)建立一套快速的重金屬剖面垂直分布分析檢測(cè)系統(tǒng)，掌握重金屬在土壤中的分布模式。底泥在工程清淤疏浚前，運(yùn)用類(lèi)似公路建設(shè)中的表土剝離技術(shù)，對(duì)重金屬超標(biāo)的淺層底泥剝離后進(jìn)行如淋洗法、焚燒法、脫水處理法等物化處理；對(duì)較深層次、且重金屬含量和土壤背景值接近的底泥可做為工程土方利用于公園基礎(chǔ)建設(shè)或作為棄土外運(yùn)，疏浚底泥含水量高，對(duì)其運(yùn)輸必須使用密閉封裝的專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)輛。

4.2 底泥綜合利用

采用合理的堆肥方式能有效消滅底泥中的病原菌和微生物，但堆肥對(duì)底泥中的重金屬?zèng)]有減量作用。在對(duì)城市水體改造治理過(guò)程中，水濱帶基底改造和綠化帶營(yíng)建工程需要大量的土方，而疏浚出的底泥有機(jī)質(zhì)含量高，彌補(bǔ)了園林土壤貧瘠的不足，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，又降低污染物進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)性，是城市疏浚底泥資源化的較為理想的出路。同時(shí)，應(yīng)充分考慮滲漏液對(duì)地下水的污染因素，對(duì)基地進(jìn)行防滲處理。

4.3 綠化帶植物選擇

重金屬土壤的植物修復(fù)是環(huán)境治理的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域，它利用超積累植物能從底泥中超量吸收重金屬和降解有機(jī)物的特性，達(dá)到減少底泥中重金屬和有機(jī)物含量之目的，但目前植物修復(fù)的研究還很不完善，因此綠化植物品種的選擇也得注重，通過(guò)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)和對(duì)比，進(jìn)一步了解不同品種植物對(duì)污染疏浚底泥的修復(fù)情況及機(jī)理，選擇易吸收、易存儲(chǔ)重金屬的本土植物營(yíng)建綠化帶。

4.4 實(shí)行污水截流、區(qū)別對(duì)待的排入模式

由于底泥疏浚具有導(dǎo)致沉積物生物毒性增加的風(fēng)險(xiǎn)，由此，改造后的水體必須嚴(yán)格控制污水的排入。目前城市濕地按功能可分為污水處理為主型、防洪蓄洪為主型、水體景觀為主型等。對(duì)于改造后的水體，首先，對(duì)不同類(lèi)型的水體都要實(shí)行污水截流，從源頭控制污水的流入；其次，按其功能對(duì)截流的污水分別處理，對(duì)于污水處理型濕地，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌控水力負(fù)荷、間歇期等重要參數(shù)對(duì)處理效果的影響，從而得到最佳運(yùn)行方式。對(duì)其他類(lèi)別的濕地，排入污水要嚴(yán)格按照“雨污分流、污水處理、達(dá)標(biāo)排放”的原則，污水接入排污管道就近排向的污水處理廠，經(jīng)過(guò)處理后的中水使用專(zhuān)門(mén)的管道接入濕地入水口，既補(bǔ)充了濕地生態(tài)需水、又利用了濕地的物理、化學(xué)、生物等作用深度凈化水質(zhì)。通過(guò)工程的實(shí)施，將大大減少排入水體的重金屬量。

5 討論

隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、人口增多和工業(yè)化進(jìn)程的加快已經(jīng)給城市水體帶來(lái)明顯的污染。城市濕地資源的保護(hù)與利用形勢(shì)異常嚴(yán)峻，而城市濕地公園探索出一條滿(mǎn)足人類(lèi)生存和發(fā)展基本需求，最大限度地保存了城市濕地，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共存的愿望，對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。但濕地公園的規(guī)劃設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)和長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，針對(duì)城市水體底泥疏浚和避免重金屬的二次污染，我們建議采取污水截流、疏浚清淤、土地利用等工程和修復(fù)技術(shù)，并建立快速的重金屬分布檢測(cè)系統(tǒng)，以達(dá)到城市水體改造過(guò)程中科學(xué)化、資源化。短時(shí)間內(nèi)，底泥疏浚清淤能對(duì)城市水體的水質(zhì)改善起到明顯作用，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看，為了使城市水體長(zhǎng)期保持良好的水質(zhì)，更重要的是運(yùn)用科學(xué)的管理手段、利用生態(tài)修復(fù)技術(shù)建立穩(wěn)定的水體生態(tài)系統(tǒng)。

[1]羅韌,婁利華,王正春,等.重慶都市區(qū)濕地資源調(diào)查[J].重慶林業(yè)科技,2011,(3):11-13.

[2]周懷東,彭文啟等編著.水污染與水環(huán)境修復(fù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2005

[3]趙璇,吳天寶,葉裕才.我國(guó)飲用水源的重金屬污染及治理技術(shù)深化問(wèn)題[J].給水排水,1998,24（10）:22-25。

[4]成新，2002.太湖流域重金屬污染亟待重視[J]。水資源保護(hù)，18（4），39-41.

[5]喬勝英,蔣敬業(yè),向武,唐俊紅.武漢市湖泊中重金屬污染狀況[J].水資源保護(hù),2007,23(1):45-48.

[6]滑麗萍,華珞,高娟,等.中國(guó)湖泊底泥的重金屬污染評(píng)價(jià)研究[J].土壤,2006,38(4):366-373.

[7]劉紅磊,李立青,尹澄清.人為活動(dòng)對(duì)城市湖泊沉積物重金屬污染的影響—以武漢墨水湖為例[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào),2007,2(3):346-351.

[8]馬婷,趙大勇,曾巾,等.南京主要湖泊表層沉積物中重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2011,27(6):37-42.

[9]王國(guó)平,劉景雙.二百方子沼澤濕地沉積物重金屬分布特征研究[J].土壤學(xué)報(bào),2002,39(6):810-812.

[10]黃明.城市污水污泥中重金屬的生物瀝濾技術(shù)試驗(yàn)研究[D].重慶：重慶大學(xué),2009.

[11]Murphy T P,Lawson A,Kumagai M,et al.Review of emerging issue in sediment treatment [J].Aquat.Ecos.Health Manag.,1999,2(16):419-434.

[12]劉愛(ài)菊,孔繁翔,史小麗,等.底泥疏浚對(duì)湖泊沉積物的生態(tài)毒性效應(yīng)的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2006,26(5):565-569.

[13]阮心玲,張甘霖,趙玉國(guó),等.基于高密度采樣的土壤重金屬分布特征及遷移速率[J].環(huán)境科學(xué)，2006，(5):1020-1025.