張邦喜，秦 松，夏品華，林 陶

(1．貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，貴州 貴陽550006;2．貴州師范大學(xué) 貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽550001)

(責(zé)任編輯 徐素霞)

河流是水循環(huán)中重要的一環(huán)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生態(tài)系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)的主要通道，健康的河流能夠提供食物、工農(nóng)業(yè)及生活用水，還具商業(yè)、交通、休閑娛樂等諸多服務(wù)功能。然而河流生態(tài)系統(tǒng)比較容易受到外來污染的影響，并且一旦發(fā)生污染，很容易波及整個(gè)流域，因而采取有效治理措施使被污染的河流水體變成可利用的資源是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)、水域生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題［1］。

河道溢流堰技術(shù)是直接在河床上建堰攔水，通過重力沉降、植物吸收和微生物降解等作用對水質(zhì)進(jìn)行凈化，從而改善河流生態(tài)環(huán)境的方法，具有成本低、運(yùn)行管理簡單、能持續(xù)發(fā)揮水質(zhì)凈化作用等優(yōu)點(diǎn)，因此成為城市污染河水處理的優(yōu)選技術(shù)［2-5］。然而，把這種技術(shù)用于喀斯特山區(qū)污染河流治理，在國內(nèi)外還少見報(bào)道。為此，本文以百花湖水庫麥西河河道生態(tài)修復(fù)集成技術(shù)研究與示范為例，針對百花湖水庫入庫河流麥西河水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重和生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重退化等主要環(huán)境問題，通過布設(shè)麥西河生態(tài)工程措施，建設(shè)有魅力的水邊空間，恢復(fù)和創(chuàng)造有生命的河流，使河流的生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)得到改善，旨在為今后山區(qū)污染河道的生態(tài)修復(fù)和水資源的綜合管理與治理提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 工程概況

1．1 工程簡介與設(shè)計(jì)

貴州是一個(gè)海拔較高、緯度較低、喀斯特地貌典型發(fā)育的山區(qū)省份，河流、溝渠落差大;氣候具有典型的高原性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，系亞熱帶濕潤溫和型氣候。根據(jù)山區(qū)河流天然落差大，具有建設(shè)梯級溢流堰以凈化水質(zhì)的優(yōu)勢，將麥西河全長約1 300 m 的河道，自上游到下游劃分為5 個(gè)區(qū)段(如圖1)，修筑梯級溢流堰系統(tǒng)，自2010年5月3日開始構(gòu)建，至6月20日完成。另外，該河流直接進(jìn)入百花湖(水庫)水源保護(hù)區(qū)，為保障出水質(zhì)量，采用人工輔助手段恢復(fù)河流植被生態(tài)系統(tǒng)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)物理沉降、自然曝氣、微生物、水生植物、水生動(dòng)物和基質(zhì)的有機(jī)結(jié)合，共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的河流系統(tǒng)，以較大程度地增加工程生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，從而使整個(gè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗污染負(fù)荷沖擊的能力。

圖1 麥西河梯級溢流堰系統(tǒng)

1．2 河道構(gòu)建

整個(gè)系統(tǒng)分為5 個(gè)梯級單元，各級單元參數(shù)見表1。通過工藝和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，集成了溢流堰-人工濕地工藝的組合優(yōu)勢，溢流堰串聯(lián)延長水力滯留時(shí)間，發(fā)揮物理沉降和厭氧消化功能;利用河道地形落差大的特點(diǎn)進(jìn)行跌水曝氣、滾水壩曝氣，增加水體的溶解氧(DO)含量，提高水體自凈能力［6-7］。

表1 溢流堰參數(shù)特征

1．3 河道植被構(gòu)建

梯級溢流堰建成后，示范區(qū)河段環(huán)境和景觀有明顯的改變，河面變寬，水域面積增大，一些濕生及挺水植物(如莎草科和禾本科的多種植物)開始生長，但由于所選河段污染嚴(yán)重，未見沉水植物，故采用人工輔助恢復(fù)的手段，選擇凈化能力強(qiáng)、環(huán)境適宜的植物進(jìn)行河道修復(fù)，分期引種了挺水植物(如美人蕉、蘆葦、菖蒲和茭白等)、沉水植物(如菹草、苦草、黑藻、輪藻、金魚藻、眼子菜、茨藻等)，以豐富植物的多樣性，完善河道植物群落結(jié)構(gòu)，恢復(fù)河道植被生態(tài)系統(tǒng)。其次，對必要河段進(jìn)行底泥清淤，清理了河道固廢垃圾及水花生。最后，沿岸種植了楊樹、柳樹等植物。待水生植物基本恢復(fù)后開始監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)共有濕生植物17種，其中沉水植物7 種、挺水植物3 種、浮水植物3 種、河岸帶濕生植物4 種。根據(jù)水生植物分布(表2)可以看出，dam5 溢流堰中水生植物的種類多于其余滯留塘，說明梯級溢流堰對水生植物的生境有一定的改善作用［8］。

表2 各采樣點(diǎn)濕生植物種類組成

2 工程實(shí)施效果分析

2．1 工程實(shí)施后水環(huán)境條件的變化特征

工程建成、植物群落恢復(fù)穩(wěn)定后，在S 點(diǎn)進(jìn)水處和dam1、dam2、dam3、dam4、dam5 滾水壩出水處設(shè)采樣點(diǎn)，于2010年7月至2011年7月每月監(jiān)測1 次。從1年的監(jiān)測均值(見圖2)來看，水體經(jīng)梯級溢流堰系統(tǒng)后DO 濃度均大幅增加，分析原因?yàn)?水流經(jīng)梯級溢流堰的水壩曝氣及系統(tǒng)內(nèi)各種水生植物根部向水體輸送氧氣，增加了水體溶解氧含量。而系統(tǒng)進(jìn)出水pH 值基本上在7 ～8 之間變化，沒有大的波動(dòng)，這表明梯級溢流堰對河水pH 值影響較小。

圖2 溢流堰系統(tǒng)各采樣點(diǎn)溶解氧濃度和pH 值變化

2．2 工程實(shí)施后水體營養(yǎng)鹽的去除效果

工程實(shí)施后系統(tǒng)中水生植物對水體營養(yǎng)鹽地球化學(xué)循環(huán)過程的影響，除通過直接的同化吸收外，更主要的是通過環(huán)境條件改變來加強(qiáng)營養(yǎng)鹽的轉(zhuǎn)化過程的［9-10］。試驗(yàn)河段水質(zhì)改善工程經(jīng)過1年的運(yùn)行之后，各采樣點(diǎn)各參數(shù)的年平均值變化趨勢如圖3?？梢钥闯?，受污河水流經(jīng)梯級溢流堰系統(tǒng)后，總體上營養(yǎng)鹽濃度在降低。其中，總氮從9．59 mg/L 降低到4．05 mg/L 左右，氨氮從3．52 mg/L 降低到0．99 mg/L 左右，懸浮物從17 mg/L 降低到7 mg/L 左右，化學(xué)耗氧量從16 mg/L 降低到6 mg/L 左右，總磷從0．42 mg/L降低到0．1 mg/L 左右，可溶性總磷從0．33 mg/L 降低到0．08 mg/L左右。另外，從各級溢流堰出水營養(yǎng)鹽年平均含量變化來看，各級溢流堰與整個(gè)系統(tǒng)對營養(yǎng)鹽的去除效果有所不同，有些溢流堰出水營養(yǎng)鹽年平均值未呈現(xiàn)梯級下降的趨勢，這一現(xiàn)象的存在可能是各級溢流堰內(nèi)的水生植物恢復(fù)數(shù)量及其對受污水體的滯留時(shí)間不同所致，并受河岸兩側(cè)的農(nóng)田滲流等因素的影響，這也是河道污染物輸入呈現(xiàn)波動(dòng)的主要原因［11-12］。1年的試驗(yàn)結(jié)果表明，梯級溢流堰系統(tǒng)對于山區(qū)河道受污水體有較好的去除效果，其對受污水體的凈化效果要顯著優(yōu)于單個(gè)溢流堰系統(tǒng)。

圖3 生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施后各采樣點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)變化

2．3 工程實(shí)施前后水體營養(yǎng)鹽的去除效果

圖4 河道梯級溢流堰系統(tǒng)實(shí)施前后各水質(zhì)參數(shù)去除率

將試驗(yàn)工程完成后的一年與試驗(yàn)工程實(shí)施前一年的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行對比可知，富營養(yǎng)化指標(biāo)存在明顯的區(qū)別(圖4)，除工程實(shí)施前未監(jiān)測的可溶性總磷及可溶性總氮外，工程實(shí)施后總磷、總氮、氨氮、有機(jī)質(zhì)、懸浮物的年平均去除率分別為76．62%、57．77%、71．96%、61．38%和59．60%，按去除率排序?yàn)榭偭祝景钡居袡C(jī)質(zhì)＞懸浮物＞總氮。同時(shí)，對比前后兩年的水質(zhì)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，除懸浮物濃度外，幾乎所有水質(zhì)指標(biāo)工程完成后的一年都好于工程實(shí)施前，好轉(zhuǎn)的幅度為17% ～71%。工程實(shí)施后，懸浮物年平均去除效果反而較差，可能與工程實(shí)施后河道水面拓寬、拓深，水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，魚蝦重現(xiàn)，河道兩側(cè)小孩嬉水，致使植物截留的懸浮物及沉積物再懸浮有關(guān)［13］?？偟膩砜矗拥郎鷳B(tài)工程的實(shí)施改善了入湖/庫河道受污水體水質(zhì)，為周圍居民提供了休閑空間，在生態(tài)教育等方面具有廣泛的社會(huì)價(jià)值。

3 結(jié) 論

(1)該系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦温洳畲蟮奶攸c(diǎn)，利用河道進(jìn)行跌水曝氣，無需動(dòng)力。

(2)通過工藝和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，集成了溢流堰-人工濕地工藝的組合優(yōu)勢，溢流堰串聯(lián)延長水力滯留時(shí)間，發(fā)揮物理沉降和厭氧消化功能，可攔截大部分漂浮雜物及懸浮物。

(3)在溢流堰內(nèi)種植各種水生植物，不僅可以直接利用氮磷營養(yǎng)物質(zhì)、補(bǔ)充氧氣、美化環(huán)境，還可給微生物提供附著載體，提高凈化效率。另外，溢流堰內(nèi)還可以放養(yǎng)魚，為農(nóng)民增收，其出水灌溉還可以緩解農(nóng)村用水緊張問題。

(4)不投放藥劑，無二次污染，管理運(yùn)行簡便，無需專人管理和運(yùn)行經(jīng)費(fèi)，處理效果穩(wěn)定可靠，這是貧困山區(qū)農(nóng)村污水處理良好運(yùn)行的保證。

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