綜合利用底泥疏浚、造流曝氣及水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等技術(shù)對上海古猗園內(nèi)的富營養(yǎng)化水體進(jìn)行治理，結(jié)果表明該綜合技術(shù)對園林景觀水體具有良好的污染物去除效果，對TN、NH3-N和TP的去除率分別達(dá)到48.6%、95.8%和75.0%，園內(nèi)水體水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、景觀效果等明顯改善，具備了較強的自凈能力。
古猗園是一座建于明代的古典園林，位于上海市西北郊嘉定區(qū)南翔鎮(zhèn)，該園亭臺樓閣多臨水而建，與水景配合，體現(xiàn)了“亭臺到處皆臨水，屋宇雖多不礙山”的意境。
1、水體改造背景
1.1
改造前水質(zhì)現(xiàn)狀古猗園從清代至建國后的歷次修復(fù)和拓擴均注重挖河理水，使水置于園林，以水為主，相映園景。古猗園的水與外隔絕，但在百畝之園中有千米長的溪流，以方池和狹長形的水面形態(tài)貫通全園。水體面積約17 765 m2，水深為0.8~1.3 m，蓄水量約21 000 m3，底泥厚約0.3 m，局部區(qū)域底泥淤積，厚度增至0.4~0.6 m。通過在園區(qū)設(shè)置5個監(jiān)測點位測定水質(zhì)，結(jié)果表明全園水體透明度為35~55 cm，溶解氧為2.49~3.27 mg/L，COD為5.36~7.12 mg/L，氨氮為0.62~0.83 mg/L，總氮為1.55~1.83 mg/L，總磷為0.13~0.17 mg/L,葉綠素a為17.4~34.8 mg/m3?？傮w來看，園區(qū)水體為輕度-中度富營養(yǎng)狀態(tài)，特別是較狹窄區(qū)域水體流動性較差，初夏藻類大量繁殖，對公園的園林景觀造成影響。
1.2
水體富營養(yǎng)化成因通過調(diào)查分析水體污染源和水質(zhì)污染現(xiàn)狀，診斷污染源導(dǎo)致的潛在影響，認(rèn)為古猗園公園水體富營養(yǎng)化的主要原因有三個：
①由于水體與外界河道隔斷而處于封閉狀態(tài)，水體的流動性和置換能力較差;水體補充主要靠降雨，沿岸泥土在降雨的淋溶和沖刷作用下，隨地表徑流進(jìn)入水體，成為面源污染的受體。
②景觀水系蜿蜒曲折造成沿岸較長，湖畔樹木密集，每年大量枯枝落葉、花瓣等植物殘體直接或隨地表徑流進(jìn)入水體，腐爛后造成水體中有機物、氮、磷等增加，為藻類大量生長提供了營養(yǎng)源。
?、塾捎诙嗄隂]有進(jìn)行大規(guī)模的底泥疏浚，古猗園部分湖畔底部的淤泥厚度增加，平均為0.47 m，底泥含有大量有機質(zhì)，對水體水質(zhì)造成影響。在富營養(yǎng)化水體中，藻類特別是藍(lán)藻往往會在一定時期內(nèi)突然過度增殖，覆蓋水面，使水體變得混濁，呈現(xiàn)綠色或藍(lán)色的“水華”，其破壞性作用主要體現(xiàn)在三個方面：首先，藻類大量繁殖，占據(jù)水體的上層空間，阻擋陽光，抑制其他浮游生物和沉水植物的生長和繁殖;同時消耗水中的氧氣，使魚、蝦等水生生物處于缺氧狀態(tài)，嚴(yán)重者將導(dǎo)致魚蝦死亡。其次，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的增加，部分有毒藻類大量繁殖，破壞原有水生食物鏈。第三，藻類的大量繁殖消耗氧氣，影響水體微生物群落結(jié)構(gòu)，特別是局部水域氧氣耗盡后，厭氧生物開始大量繁殖，其代謝產(chǎn)物含有SO2、H2S等有毒有害氣體，破壞了園林水體的景觀功能。
2、水體綜合治理措施
水體富營養(yǎng)化并不是一個簡單的水污染問題，而是水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失衡后出現(xiàn)的一種生態(tài)問題，僅靠底泥疏浚和人工換水，難以徹底改善水體環(huán)境并保持水質(zhì)。借鑒國內(nèi)外水環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)治理的技術(shù)方法，從古猗園的實際情況出發(fā)，運用物理-生物-生態(tài)的綜合治理方法，采用曝氣、底泥疏浚、食藻蟲-水下森林共生系統(tǒng)、食物網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建和近自然駁岸重建等技術(shù)體系，形成標(biāo)本兼治的綜合治理方案。
2.1
增設(shè)水體微循環(huán)和曝氣系統(tǒng)為達(dá)到流水不腐和水體富氧凈化的效果，設(shè)計了多套循環(huán)和推流曝氣系統(tǒng)，達(dá)到促進(jìn)水體整體循環(huán)流動的目的。通過在湖區(qū)設(shè)置曝氣循環(huán)系統(tǒng)，利用氣泵向水體曝氣，使得整個水體上下循環(huán)，起到增氧、平衡水質(zhì)的作用，加速水體新陳代謝，調(diào)節(jié)沉水植物系統(tǒng)的光合作用和呼吸作用，增強水體凈化功能及水質(zhì)維持功能。在較大面積的水體處設(shè)置微流循環(huán)系統(tǒng)，即采用潛水泵制造微動力(微流<0.1 m/s)，結(jié)合季風(fēng)效應(yīng)，增強水體的內(nèi)部流動性，還可形成噴泉，增強景觀效果。
2.2
底泥疏浚采用抽吸的方式對園內(nèi)底泥淤積的水域進(jìn)行疏浚，疏?？偯娣e約1 574 m2。重點區(qū)域疏浚至公園最大水深為1.3 m，其中近岸2 m范圍內(nèi)考慮安全需要，只疏浚至水深0.7 m，并按1∶5坡度向水體中心增加疏浚深度，即疏浚深度為0.2~0.8 m。通過底泥疏浚，提高了園內(nèi)水體深度和庫容量，同時降低底泥的營養(yǎng)鹽含量，有效控制底泥中有機物分解釋放對水體水質(zhì)產(chǎn)生不良影響，水體的自凈能力得到提升。
2.3
構(gòu)建“食藻蟲-水下森林”共生系統(tǒng)對于富營養(yǎng)化的湖泊水污染治理來說, 滅藻系統(tǒng)是效果最直接的處理設(shè)施，結(jié)合古猗園古典園林特色、景觀要求高等情況，采用了滅藻效果好、無二次污染、有成功實例的 “食藻蟲-水下森林” 構(gòu)建方案。其基本思路是以食藻蟲食藻控藻作為啟動因子，繼而引起各項生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的連鎖反應(yīng)，包括底泥有益微生物恢復(fù)、底泥昆蟲蠕蟲恢復(fù)、底棲螺貝類恢復(fù)到沉水植物恢復(fù)、土著魚蝦類等水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，最終實現(xiàn)水體的內(nèi)源污染生態(tài)自凈功能和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能。主要工序：清除水體中的魚類(為食藻蟲繁殖生長創(chuàng)造條件)→投放食藻蟲(吃藻控藻，提高水體透明度)→種植沉水植物(吸收水體中的磷、氮等營養(yǎng)物質(zhì)，消除富營養(yǎng)化)。
根據(jù)耐污、景觀以及易管理等需要，有選擇地配置物種，形成一年四季常綠且有季節(jié)更替的生物群落。根據(jù)水體水質(zhì)特征，生態(tài)系統(tǒng)的功能、水深條件和景觀布局，每個季節(jié)水生植物覆蓋率超過60%水面面積，通過采用化整為零、逐步改善、連點成片的策略，對原有水生植物群落進(jìn)行調(diào)整和補充，建立由荷花、美人蕉等挺水植物，睡蓮等浮水植物和輪葉黑藻、紅線草、苦草及刺苦草等沉水植物組成的人工復(fù)合植物群落，達(dá)到逐步改善控制水體富營養(yǎng)化程度，同時構(gòu)建穩(wěn)定多季相公園水體景觀的目的。
2.4
構(gòu)建食物網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理，通過在園內(nèi)湖中投入魚、蝦、蟹類等具有可操控性的原有土著水生動物，調(diào)整水體食物鏈結(jié)構(gòu)，控制草食性魚類，發(fā)展濾食性、雜食性魚類群體，進(jìn)行多種魚類、多種規(guī)格的混養(yǎng)，捕食食藻蟲，平衡水生植物群落生產(chǎn)力。同時，充分利用水體中的浮游生物、懸浮有機碎屑，有效地去除水底沉積物，優(yōu)化水體中水生生物的多樣性，形成良性循環(huán)的水生生態(tài)自凈系統(tǒng)。適當(dāng)增加具有觀賞價值的濾食性魚類，即建立起相對完整的可持續(xù)水生食物鏈系統(tǒng)，達(dá)到優(yōu)化水體生物群落結(jié)構(gòu)、控制藻類、改善水體的目的。
2.5
重建近自然駁岸降水作為古猗園水體的主要水源，本身也會對水體造成污染，在當(dāng)前條件下，完全消除進(jìn)入水體的污染物，尚無法做到，但可通過濱岸整改和補充植被，修復(fù)濱岸生態(tài)系統(tǒng)，減少水土流失，盡量降低雨季溢流進(jìn)水體的污水量。古猗園對園內(nèi)沿湖駁岸綠化改造，調(diào)整優(yōu)化面積達(dá)2 600 m2，設(shè)置寬約1 m的挺水植物，形成濱岸植物帶。濱岸植物帶主要選擇花菖蒲、黃花鳶尾和紅花鳶尾混栽，采用定植樁控制其生長范圍，既對污染物質(zhì)進(jìn)行了攔截，又提高了古猗園水體的濱岸帶生物多樣性，豐富了公園的景觀效果。
3、水體治理成效
該項目建設(shè)完工后，對改造后的水體連續(xù)取樣檢測，6個月后發(fā)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)逐步穩(wěn)定，結(jié)果見表1。
比對改造前后水質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)改造后水體透明度和DO指標(biāo)大幅提高，平均增幅分別達(dá)215.09%和273.73%，而CODMn、氨氮、總氮、總磷和葉綠素a等指標(biāo)均有顯著下降，平均降幅分別達(dá)30.15%、95.8%、48.6%、75.0%和77.26%。從改造前高于地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)下降到低于地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，水體透明度達(dá)1.3 m。綜上，通過對各項主要水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測分析表明，綜合治理技術(shù)對水體中氮、磷等富營養(yǎng)化物質(zhì)具有較強的去除能力，水質(zhì)顯著改善。
4、結(jié)論與建議
古猗園水體綜合治理工程采用曝氣、底泥疏浚、食藻蟲-水下森林共生系統(tǒng)、食物網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建和近自然駁岸重建等技術(shù)體系，改善園內(nèi)水體水質(zhì)，達(dá)到了標(biāo)本兼治的綜合治理目標(biāo)，將水質(zhì)從國家地表水的劣Ⅳ類提升到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，是改善城市公園景觀水體富營養(yǎng)化的一次成功嘗試。
古猗園水體綜合治理措施，具有成本低、無生物副作用、不產(chǎn)生二次污染以及水質(zhì)可長期維持等優(yōu)勢。構(gòu)建“食藻蟲-水下森林”共生系統(tǒng)，是古猗園水體綜合治理的核心和關(guān)鍵。通過蟲控藻、魚食蟲等形成食物鏈，恢復(fù)沉水植物，發(fā)揮沉水植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收凈化效果，可改善水體水質(zhì)和景觀。建議進(jìn)一步加強示范與篩選，并推廣應(yīng)用于上海城市黑臭水體的生態(tài)修復(fù)中。
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