陳小蘭 黃 緒 陳建軍 肖玉輝 丁幫璟 張 發(fā) 樊宗嘯

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002）

城市水環(huán)境系統(tǒng)是由水源、供水、用水和排水等要素組成的一個(gè)水資源利用和保護(hù)的循環(huán)鏈，具有滿足城市的合理用水需求，包括生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)、歷史文化功能和旅游娛樂(lè)、商務(wù)、居住等功能［1］.而校園水環(huán)境系統(tǒng)不僅具有部分城市水環(huán)境的功能，更重要的是其具有獨(dú)特的景觀調(diào)節(jié)和人文教育功能.健康和諧的校園河道生態(tài)系統(tǒng)是校園一道亮麗的風(fēng)景線，它也可以是一個(gè)無(wú)聲的課堂，使受教育者感受到心靈的愉悅和放松，達(dá)到調(diào)節(jié)寓教于景、寓教于情的效果.生態(tài)修復(fù)是當(dāng)前城市河流水質(zhì)修復(fù)廣泛采用的方法，在國(guó)內(nèi)外均有較成功的應(yīng)用案例［2－3］.在已有相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)研究因地制宜地開(kāi)展了對(duì)求索溪的河道水生態(tài)環(huán)境修復(fù)設(shè)計(jì)模式的探討，旨在為求索溪及類(lèi)似的校園河道生態(tài)修復(fù)工程提供參考和借鑒.

1 工程概況

1.1 求索溪概況

求索溪是三峽大學(xué)校園重要景觀水體，是校區(qū)排泄暴雨洪水的主要通道，全長(zhǎng)2.1km，寬約8m，是典型的大學(xué)校園河道.該校園河道水深約0.8m，總水量約2.4萬(wàn)m3，底泥厚度平均50～80cm.求索溪水體主要來(lái)源為周邊的自然降水和部分校園及周邊居民生活污水，水體流量小，且底泥富集了大量的污染物［4－5］.近年來(lái)，由于校園河道缺水，水體封閉以及污水排入等原因造成水質(zhì)惡化嚴(yán)重；夏季出現(xiàn)水中的藍(lán)綠藻大量繁殖、部分河段水體黑臭的現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響了校園的環(huán)境質(zhì)量.

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀分析

求索溪的部分水質(zhì)指標(biāo)采樣和監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展于2013年6月中旬～7月中旬.從求索溪上游到下游依次布設(shè)采樣點(diǎn)8個(gè)，監(jiān)測(cè)頻率為每周一次，共采樣4次.水樣的采集參考《水質(zhì)湖泊和水庫(kù)采樣技術(shù)指導(dǎo)》（GB／T14581－93），水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）》.監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：溶解氧（DO）、溫度（℃）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）、葉綠素（Chla），數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

表1 求索溪部分理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，對(duì)照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838－2002）分析可知在一個(gè)月的4次監(jiān)測(cè)期內(nèi)，求索溪各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CODMn含量有3次的平均值處于Ⅳ～Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值之間、TP含量有3次的平均值高于Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值，而4次監(jiān)測(cè)的TN平均含量約為Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值的4～5倍.因此，根據(jù)以上不同位點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)均值的單因子評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，求索溪的目前水質(zhì)整體處于劣Ⅴ類(lèi)的嚴(yán)重污染狀況.由該表中Chla的含量，并參考湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［6］，可知求索溪整體上處于超富營(yíng)養(yǎng)化水平.

1.3 水生植物現(xiàn)狀分析

目前在求索溪的部分區(qū)域有大量生長(zhǎng)的挺水植物，植物的種類(lèi)主要為蘆葦、菖蒲、荷花和睡蓮.蘆葦和菖蒲集中分布在求索溪上游（東西流向）部分河段，其中夾雜生長(zhǎng)有塊狀分布的荷花；這3種植物的分布面積約為3 139m2，植物的生長(zhǎng)情況較好且對(duì)上游水質(zhì)有一定的凈化效果.然而，該區(qū)域植物的生長(zhǎng)雜亂，缺乏規(guī)劃管理因而總體景觀效果較差.在求索溪的中下游（南北流向）河段，有零星塊狀分布的景觀水生植物睡蓮，然而睡蓮的數(shù)量較少且分布無(wú)規(guī)律，因此其景觀效果和對(duì)水質(zhì)的生態(tài)凈化功能均難以實(shí)現(xiàn).

圖1 三峽大學(xué)求索溪景觀現(xiàn)狀

2 設(shè)計(jì)理念

求索溪的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下理念和原則：

1）整體規(guī)劃、綜合整治.對(duì)求索溪的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)應(yīng)首先確定整體模式和工作思路，鑒于對(duì)求索溪概況及其水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的分析，針對(duì)性地提出了“外源污染削減—底泥微生物修復(fù)—植物強(qiáng)化過(guò)濾帶構(gòu)建—河道水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化—生態(tài)河道管理及維護(hù)”的治理模式和思路，以供進(jìn)一步探討研究.

2）生態(tài)優(yōu)先，兼顧景觀.校園河道的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)，需要利用生態(tài)學(xué)原理，從生態(tài)學(xué)角度考慮水質(zhì)凈化、河道水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建、河道濱岸帶的植被群落配置等問(wèn)題，以達(dá)到提高河道生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和穩(wěn)定性，強(qiáng)化河道生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污染的凈化能力.另在河道生態(tài)系統(tǒng)的植物的配置種植、濱岸帶生態(tài)改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需要考慮景觀生態(tài)學(xué)原理，利用斑塊和廊道等景觀元素的合理設(shè)計(jì)搭配，實(shí)現(xiàn)生態(tài)功能與景觀效應(yīng)最大程度的融合.

3）經(jīng)濟(jì)適用，穩(wěn)定持續(xù).在工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮技術(shù)的適用性以及經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行多方比較和論證；對(duì)于生態(tài)修復(fù)工程，因重點(diǎn)考慮技術(shù)和工程效益的穩(wěn)定性和持續(xù)性，對(duì)于校園河道的生態(tài)修復(fù)，工程核心目標(biāo)應(yīng)該是構(gòu)建出一套結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生物多樣性豐富的生態(tài)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)工程效果的持續(xù)性.

4）因地制宜、突出特色.在滿足城市河流生態(tài)環(huán)境功能的前提下，修復(fù)工程的設(shè)計(jì)要兼顧三峽大學(xué)校園河道周?chē)木坝^特征，使求索溪的水環(huán)境與周?chē)坝^能夠有機(jī)融合，共同營(yíng)造一個(gè)自然景觀與人文景觀相得益彰、和諧宜人而有特色的校園美景.

3 工程規(guī)劃

3.1 截污及補(bǔ)水工程

在校園河道兩旁有一些教學(xué)區(qū)和生活區(qū)的排污管，生活污水廢水基本上未經(jīng)處理就直接排入了求索溪，這可能是目前求索溪水質(zhì)惡化的重要原因之一.為保障生態(tài)修復(fù)的效果，生態(tài)修復(fù)工程首先應(yīng)實(shí)施截污工程.為此，可以考慮在求索溪附近建立一個(gè)污水處理站，然后對(duì)入河道的排污管網(wǎng)進(jìn)行改造，將生活污水納入到污水處理站進(jìn)行二級(jí)處理后再排入求索溪.將來(lái)，建成并投入使用的三峽大學(xué)生活污水站也可以用于科研及教學(xué)實(shí)習(xí)基地.另外，已有研究表明，求索溪（三峽大學(xué)內(nèi)沙河）的生態(tài)缺水相當(dāng)嚴(yán)重［7］，而經(jīng)凈化處理的生活污水水量有限.因此，可考慮采取工程措施將三峽大學(xué)外沙河的水定期定量引入求索溪以解決其生態(tài)缺水的問(wèn)題.

3.2 底泥微生物修復(fù)

底泥是河道水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和污染物的蓄積庫(kù)及遷移轉(zhuǎn)化的載體，底泥中的污染物會(huì)影響上覆水的水質(zhì)［8－9］.在求索溪的部分河段水質(zhì)已出現(xiàn)嚴(yán)重黑臭，因此需要對(duì)求索溪的黑臭底泥進(jìn)行污染治理.污染底泥修復(fù)技術(shù)主要分為異位修復(fù)和原位修復(fù).其中工程應(yīng)用成本相對(duì)較低、對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境影響較小的污染底泥原位生化修復(fù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)更有發(fā)展前景［10］.硝酸鈣介導(dǎo)的底泥土著微生物原位促生技術(shù)對(duì)城市湖泊黑臭底泥修復(fù)效果較好［11］，可對(duì)該技術(shù)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并用于求索溪黑臭底泥治理的研究與實(shí)踐.

3.3 水生植物修復(fù)與景觀優(yōu)化

植物修復(fù)在污水處理中越來(lái)越受關(guān)注.植物不僅能夠直接吸收污水中的營(yíng)養(yǎng)物，且可以輸送氧氣到根區(qū)促進(jìn)根際好氧微生物的生長(zhǎng)，另可以維持和加強(qiáng)濕地系統(tǒng)內(nèi)水力傳輸，因此植物對(duì)污水的凈化是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程［12］.對(duì)于求索溪的植物修復(fù)，相應(yīng)設(shè)計(jì)了“強(qiáng)化植物過(guò)濾帶構(gòu)建”和“河道水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化”兩項(xiàng)工程.由于求索溪上游是生活污水和實(shí)驗(yàn)廢水的排放較集中的河段，擬在此區(qū)域構(gòu)建兩塊“強(qiáng)化植物過(guò)濾帶”（1區(qū)和2區(qū)）.1區(qū)的過(guò)濾帶主要是種植特定品種的水葫蘆，利用其發(fā)達(dá)的根系實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的快速過(guò)濾和截留凈化，考慮到水葫蘆的生長(zhǎng)繁殖較快，擬用圍隔材料對(duì)其生長(zhǎng)進(jìn)行控制并塑造景觀斑塊.2區(qū)的過(guò)濾帶主要是對(duì)求索溪上游現(xiàn)有的一片蘆葦、菖蒲、荷花雜生區(qū)域進(jìn)行改造，作為1區(qū)之后的第二塊過(guò)濾帶，植物仍采用菖蒲和蘆葦，改造的考慮依據(jù)主要是景觀優(yōu)化和后期的維護(hù)管理.

“河道水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化”工程主要是在位于校區(qū)核心地帶的求索溪中下游河段配置種植水生植物，一方面構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)凈化水中的污染物以改善水質(zhì)，另一方面進(jìn)一步優(yōu)化中心地帶的校園景觀.擬選擇觀賞性強(qiáng)的水生植物，植物種類(lèi)包括挺水植物再力花、鳶尾、菖蒲、蘆葦，浮水植物可選用睡蓮、萍蓬草，沉水植物擬選用黑藻和菹草.在求索溪兩塊水面相對(duì)寬敞的區(qū)域種植荷花，最終建成具備木棧道的荷花景觀池，其設(shè)計(jì)景觀效果可參考圖2所示.

圖2 求索溪荷花池的景觀設(shè)計(jì)效果

綜上所述，求索溪的微生物和植物修復(fù)工程可以分為“黑臭底泥修復(fù)區(qū)”、“植物強(qiáng)化過(guò)濾區(qū)”、“水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及景觀優(yōu)化區(qū)”、以上各區(qū)的在河道不同區(qū)域布置設(shè)計(jì)如圖3所示.

圖3 求索溪河道生態(tài)修復(fù)功能區(qū)的布置設(shè)計(jì)

3.4 護(hù)岸的生態(tài)改造

生態(tài)護(hù)岸是現(xiàn)代河流治理的發(fā)展趨勢(shì)，是以河流生態(tài)系統(tǒng)為中心，集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體，以河流動(dòng)力學(xué)為手段而修建的新型水利工程［13］.生態(tài)護(hù)岸具有景觀連通性，同時(shí)可以過(guò)濾和截留沉積物、水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且為水生生物提供棲息地，在生態(tài)修復(fù)中起到了十分重要的作用.

本研究以直立式結(jié)構(gòu)生態(tài)護(hù)岸為基礎(chǔ)，結(jié)合多孔式結(jié)構(gòu)生態(tài)護(hù)岸的優(yōu)勢(shì)，基于求索溪護(hù)岸的現(xiàn)狀設(shè)計(jì)出改造型直立多孔式生態(tài)護(hù)岸，其構(gòu)造設(shè)計(jì)如圖4所示.該生態(tài)護(hù)岸在設(shè)計(jì)理念上體現(xiàn)出現(xiàn)狀改造為主，盡量減少施工的工程量；擬保留求索溪原有的直立式結(jié)構(gòu)，在直立式結(jié)構(gòu)上鑿開(kāi)一定數(shù)量的石孔.可每隔2m設(shè)置一個(gè)直徑為0.5m的圓石孔.孔的上開(kāi)口在濱岸散步道上，下開(kāi)口與水體聯(lián)通.石孔深為護(hù)岸高度的一半，其水平部分與水平線成5°角傾斜.底部水平孔道可填充鵝卵石，有石孔的垂直孔道可填充土壤.如此設(shè)計(jì)的石孔可為水生物提供產(chǎn)卵繁衍的場(chǎng)所，孔道中的土壤可以過(guò)濾從護(hù)坡流下來(lái)的雨水.另擬在石孔的土壤中種植迎春花、長(zhǎng)春藤等常綠景觀植物，以減弱直立式護(hù)岸給人帶來(lái)的剛性生硬感覺(jué)，改善景觀效果并增強(qiáng)石孔對(duì)雨水中污染物的截留吸收效果.

圖4 改造型直立多孔式生態(tài)護(hù)岸

4 求索溪生態(tài)河道管理

已有研究表明，濕地植物在死亡后如果不進(jìn)行收割，其殘?bào)w將重新向水體釋放營(yíng)養(yǎng)鹽并影響水質(zhì)［14］，對(duì)植物的收割管理可轉(zhuǎn)移出營(yíng)養(yǎng)鹽，避免植物過(guò)度生長(zhǎng)并解決冬季枯枝殘葉影響景觀的問(wèn)題.生態(tài)河道的管理既要體現(xiàn)科學(xué)性，又要結(jié)合校園的實(shí)際情況.建議將求索溪綜合治理后的生態(tài)維護(hù)工作形成制度，在校園的綠化或環(huán)衛(wèi)等部門(mén)設(shè)立相應(yīng)的崗位并落實(shí)人員.具體的生態(tài)河道管理維護(hù)包括以下措施：1）定期安排工作人員機(jī)械捕撈水面上的廢棄物和污染物；2）定期對(duì)“強(qiáng)化植物過(guò)濾帶”中生長(zhǎng)較快植物以及生長(zhǎng)過(guò)多的沉水植物進(jìn)行收割，以輸出營(yíng)養(yǎng)鹽凈化水體，冬季對(duì)重要景觀區(qū)域的植物殘?bào)w進(jìn)行清理以美化河道；3）在枯水期適當(dāng)引水以保證河道的最低生態(tài)需水量；4）學(xué)?？啥ㄆ谂e辦以求索溪環(huán)境保護(hù)為主體的活動(dòng)，提高學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí)和素質(zhì).

5 結(jié) 語(yǔ)

求索溪是貫穿于三峽大學(xué)的一條重要校園河道.目前求索溪水體的嚴(yán)重污染，影響了整個(gè)校園環(huán)境和廣大師生的生活質(zhì)量.該河道的污染治理和生態(tài)修復(fù)工作迫在眉睫，本項(xiàng)研究根據(jù)求索溪的水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，基于生態(tài)工程學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)的基本原理，提出了一套從外源污染控制到生態(tài)河道管理維護(hù)的求索溪綜合治理模式，介紹了該模式的設(shè)計(jì)原則并提出了相應(yīng)的部分工程措施.本項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)立足于求索溪現(xiàn)狀調(diào)研，綜合了河道生態(tài)、校園景觀和區(qū)域特色的要求，考慮了生態(tài)河道的長(zhǎng)期管理和維護(hù)，擬為求索溪及類(lèi)似校園河道的生態(tài)修復(fù)工程提供參考.

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