鞠永富，于　婷，任　磊

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150030；2.黑龍江省水利廳，哈爾濱 150001)

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小興凱湖承黑濕地修復(fù)方案分析

鞠永富1,2，于婷2，任磊1,2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150030；2.黑龍江省水利廳，哈爾濱 150001)

摘要：修復(fù)與改善湖濱帶是保護(hù)小興凱湖的重要舉措，文章主要以恢復(fù)小興凱湖承黑湖濱濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能為目標(biāo)，運(yùn)用人工濕地生物凈化工程與水利建設(shè)工相結(jié)合的方法，改造自然濕地現(xiàn)狀，恢復(fù)濕地凈化水質(zhì)、涵養(yǎng)水土、生物棲息的功能，達(dá)到凈化承紫河、小黑河進(jìn)入小興凱湖水質(zhì)，充分發(fā)揮承黑濕地的屏障作用。

關(guān)鍵詞：小興凱湖；濕地修復(fù)；湖濱帶；生態(tài)系統(tǒng)；水質(zhì)凈化

0前言

近年來，小興凱湖湖濱帶自然生態(tài)結(jié)構(gòu)由于人類的活動(dòng)受到破壞，其緩沖及凈化功能均不能完全發(fā)揮作用，湖濱帶植被大量減少，生境惡化，使得湖濱淺水區(qū)魚類和其他生物數(shù)量不斷減少，生物多樣性下降。

同時(shí)，流域內(nèi)農(nóng)田大量施用化肥、農(nóng)藥，除被農(nóng)作物利用和土壤殘留外，其余營(yíng)養(yǎng)元素在降水和灌溉作用下，通過地表徑流、農(nóng)田排水等排入河流，導(dǎo)致承紫河、小黑河水體富營(yíng)養(yǎng)化，水質(zhì)污染因子嚴(yán)重超標(biāo)。承黑濕地位于小興凱湖北側(cè)，是小興凱湖湖濱濕地的一部分，通過對(duì)承黑濕地的修復(fù)與建設(shè)，可以有效地改善湖濱帶的結(jié)構(gòu)功能，使其充分發(fā)揮其緩沖帶與凈化帶的功能。兩湖具有一定的水利聯(lián)系，小湖的水質(zhì)變化必然會(huì)影響到大湖，而大湖是中俄界湖，其水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理對(duì)維護(hù)我國(guó)國(guó)際地位具有重要意義。因此，為保護(hù)小興凱湖，承黑濕地的修復(fù)與建設(shè)勢(shì)在必行。

1概況

興凱湖位于黑龍江省密山市，包括大興凱湖和小興凱湖。兩湖之間有一條天然沙壩，小湖比大湖水位高，開通新開流排水閘、鯉魚崗排水閘、泄洪一閘和泄洪二閘向大興凱湖排水。小興凱湖東西長(zhǎng)34.5 km，南北寬4.5 km，總面積176 km2，平均水深1.8 m。

本項(xiàng)目通過入湖河流水質(zhì)改善，湖濱帶生態(tài)修復(fù)，開展湖濱帶及濕地的保護(hù)與修復(fù)，可以增強(qiáng)湖濱區(qū)水土保持能力，明顯改善湖濱區(qū)生態(tài)景觀，使流域整體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我更新、自我修復(fù)能力加強(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)逐步得到完善。通過對(duì)濕地的修復(fù)與建設(shè)，處理后水質(zhì)將達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

2方案設(shè)計(jì)與分析

本次修復(fù)工程由水利建設(shè)工程、濕地水質(zhì)凈化工程、濕地生態(tài)恢復(fù)工程與水生植物保育4部分組成，見圖1，工程量見表1~4。

表1　興凱湖北濕地恢復(fù)項(xiàng)目建設(shè)主要工程總量

表2　水利建設(shè)工程量

表3　水質(zhì)凈化工程工程量

圖1工程平面布置圖

2.1　水利建設(shè)工程

通過在河道入湖口處設(shè)置攔污柵對(duì)入湖水流漂浮物進(jìn)行攔截，建設(shè)導(dǎo)流渠將水流引入生態(tài)沉淀塘沉淀，最后進(jìn)入湖岸帶自然濕地。

2.1.1設(shè)置攔污柵

承紫河攜帶大量漂浮物，如玉米稈、塑料袋等進(jìn)入小興凱湖，在距河道入湖口50 m處設(shè)攔污柵。為防止小興凱湖內(nèi)魚類洄游，在攔污柵下游側(cè)設(shè)一道21 m2攔魚網(wǎng)，設(shè)隔墻和底板采用掛鉤方式固定漁網(wǎng)。

2.1.2導(dǎo)流布水建設(shè)工程

為保證承紫河水流進(jìn)入濕地后均勻布水，設(shè)計(jì)一條導(dǎo)流渠，水流導(dǎo)入布水渠后進(jìn)入自然濕地。導(dǎo)流渠采用漿砌片石材料，渠寬20 m，長(zhǎng)110 m，深1 m。

表4　濕地生態(tài)修復(fù)與建設(shè)工程量

2.2　濕地水質(zhì)凈化工程

2.2.1沉淀塘建設(shè)工程

沉淀塘是利用天然水中存在的水生植物、水生動(dòng)物對(duì)污水進(jìn)行處理的一種穩(wěn)定塘。污水在塘內(nèi)緩慢地流動(dòng)，較長(zhǎng)時(shí)間的貯留，通過在污水中存活的微生物的代謝活動(dòng)，包括水生植物在內(nèi)的多種生物的綜合作用，使污染物降解。

承黑濕地淺水區(qū)平均水深約為0.03~0.5 m，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)沉淀塘。根據(jù)河道流量平均流量0.06 m3/s，最大流量60 m3/s計(jì)算，設(shè)計(jì)沉淀塘沉淀時(shí)間至少為1 d,總面積為11 hm2,沉淀塘邊坡按1∶2自然緩釋放。

2.2.2人工浮島建設(shè)工程

人工浮島是利用植物無土栽培原理，以浮島作為載體，把高等水生植物或改良陸生植物種植到富營(yíng)養(yǎng)化水體的水面，通過植物根部的吸收、吸附和根際微生物對(duì)污染物的分解、礦化以及植物同化作用凈化水體。

人工浮島工程建設(shè)在沉淀塘內(nèi)，面積約為11 hm2，水域覆蓋面積至少35%。人工浮島的水下固定保證浮島不被風(fēng)浪帶走，在水位劇烈變動(dòng)的情況下，能夠緩沖浮島和浮島之間的相互碰撞。設(shè)計(jì)沉淀塘的深水區(qū)約為1.5~2 m，正常情況下水位變化較小，采用錨固式。

2.2.3湖岸緩沖帶自然濕地修復(fù)工程

導(dǎo)流布水渠的水體最先經(jīng)過湖岸緩沖帶凈化，通過緩沖帶植物的凈化和對(duì)農(nóng)田水中N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的截流。設(shè)計(jì)對(duì)湖濱水陸交錯(cuò)緩沖帶的植物進(jìn)行人工修復(fù)，設(shè)計(jì)修復(fù)區(qū)域?yàn)?9 hm2，主要對(duì)植物生長(zhǎng)密度相對(duì)較低的植被覆蓋區(qū)域進(jìn)行人工補(bǔ)植，補(bǔ)植植物主要為沼生、濕生植物。

2.2.4湖濱水陸交錯(cuò)帶自然濕地修復(fù)工程

由于湖濱水陸交錯(cuò)帶為水線與岸線交錯(cuò)處，當(dāng)高水位時(shí)，岸帶成為水生環(huán)境，低水位時(shí)成為陸生環(huán)境，創(chuàng)造了厭氧和好氧的條件。因此渠水經(jīng)過整個(gè)湖岸緩沖帶自然植被的凈化后，設(shè)計(jì)對(duì)湖濱水陸交錯(cuò)帶種植挺水植物，提高水質(zhì)凈化能力?？紤]水位的變化及景觀特點(diǎn)，與水域植物形成過度帶，在保留原有植物的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)挺水植物組合配植，修復(fù)面積約為10 hm2。為防止湖岸帶的水土侵蝕，依照植物“草—灌—喬”演替的規(guī)律，設(shè)計(jì)在挺水植物的陸地內(nèi)側(cè)，構(gòu)建濕生灌木植物紫穗槐、濕生喬木沼柳、水曲柳以穩(wěn)固湖濱岸帶，修復(fù)面積為4 hm2。

2.2.5湖濱消落帶生態(tài)清淤工程

由于小興凱湖季節(jié)性水位變化，而湖泊底泥是陸源性入湖污染物(營(yíng)養(yǎng)物、重金屬、有機(jī)有毒有害物等)的主要蓄積場(chǎng)所。當(dāng)外源得到有效控制的情況下，生物或物理因子等作用促使沉積物釋放，有可能導(dǎo)致水體在相當(dāng)長(zhǎng)的使其內(nèi)維持富營(yíng)養(yǎng)化等不良狀態(tài)，底泥則成為水體污染的主要來源。小興凱湖濱岸帶大量淤泥中攜帶大量的污染物質(zhì)，會(huì)對(duì)小興凱湖水質(zhì)造成嚴(yán)重的內(nèi)源污染。因此在小興凱湖季度退水時(shí)期，對(duì)工程區(qū)域湖濱沿岸消落帶底泥疏挖，使消落帶區(qū)成為淹沒帶，形成厭氧環(huán)境，減少淤泥底質(zhì)對(duì)水體的污染。設(shè)計(jì)底泥疏挖面積為12 hm2，清淤后運(yùn)往項(xiàng)目地外進(jìn)行處理。

2.3　濕地生態(tài)恢復(fù)與建設(shè)工程

本地植物種類的引入與恢復(fù)及景觀的復(fù)合性有利于動(dòng)物多樣性的恢復(fù)。根據(jù)現(xiàn)有的地理與生態(tài)環(huán)境狀況，盡量選擇本地植物構(gòu)建多種生境，豐富生態(tài)系統(tǒng)類型和生物多樣性，同時(shí)進(jìn)行與之相適配的景觀設(shè)計(jì)，使?jié)竦鼐哂兴|(zhì)凈化與景觀美化的雙重功能。通過濕地恢復(fù)或修復(fù)生物多樣性，保持濕地發(fā)展可持續(xù)性，改善濕地的景觀，發(fā)揮濕地的自然生態(tài)功能。

2.3.1基底修復(fù)生態(tài)工程

由于小興凱湖北部承黑湖濱濕地內(nèi)基底存在的少量高差較大的陡坡、深坑等地形，不利于植物的生長(zhǎng)和水生植物帶的構(gòu)建。因此，需要在湖濱濕地現(xiàn)狀地形、地貌的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，以利于湖濱帶的修復(fù)與完善，保證修復(fù)后湖濱濕地的環(huán)境功能和景觀效果。根據(jù)現(xiàn)有地形的實(shí)際情況對(duì)湖濱帶內(nèi)的部分陡坡及深坑進(jìn)行削坡和填坑，以使土方做到平衡，工程面積為52.2 hm2。削坡處理后的坡度盡可能小，填坑就近取土，優(yōu)先選用削坡產(chǎn)生的土方。

2.3.2水生植物生態(tài)帶恢復(fù)與構(gòu)建

對(duì)承紫河退化的湖濱帶濕地原位進(jìn)行修復(fù)，采用確定先鋒物種、生物調(diào)控和生物收獲等方式進(jìn)行濕地恢復(fù)與重建。具體做法是優(yōu)先保留現(xiàn)有長(zhǎng)勢(shì)良好的濕地植物群落，再通過人工來強(qiáng)化濕地修復(fù)途徑和生態(tài)工程途徑。

植物配置以“挺水植物—浮水植物—漂浮植物—沉水植物”的優(yōu)化組合，形成良好生態(tài)群落，防止單一種群的侵害，也可抑制低等藻類植物的水體富營(yíng)養(yǎng)化，同時(shí)考慮合理的植物配置，避免產(chǎn)生化感作用，抑制植物的生長(zhǎng)。

2.4　水生植物保育與管理工程

2.4.1水生植物保育工程

承紫河入湖濱帶內(nèi)生長(zhǎng)有一定量的植物，對(duì)湖濱帶范圍內(nèi)人工種植的喬木、灌木等植被實(shí)施保護(hù)，在工程建設(shè)的過程中加強(qiáng)管理，避免對(duì)現(xiàn)有植物的損害。在湖濱濕地內(nèi)部設(shè)置間隔警示牌和宣傳牌，共設(shè)置警示牌50塊、宣傳牌50塊。通過設(shè)立警示牌、專業(yè)人員定期巡查、鼓勵(lì)附近村民監(jiān)督等多種方式，保障不受人為干擾。通過設(shè)置宣傳牌，書寫環(huán)境保護(hù)標(biāo)語(yǔ)，加強(qiáng)環(huán)保宣傳，增強(qiáng)周圍居民環(huán)保意識(shí)，對(duì)破壞行為自覺抵制，使其做到自覺保護(hù)小興凱湖湖生態(tài)環(huán)境。

2.4.2水生植物管理工程

設(shè)計(jì)對(duì)修復(fù)和建設(shè)區(qū)域的濕地水生植物采取冬季冰上機(jī)器收割法，防止植物第2年進(jìn)入水體加劇湖區(qū)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化。有研究表明，植物生長(zhǎng)一段時(shí)間(約30 d)以后水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素因?yàn)橹参锫淙~分解等原因使得水體中各種指標(biāo)值有所上升,但在21d打撈起水中落葉和收獲一部分植物之后,水體中營(yíng)養(yǎng)元素的去除率可以達(dá)到去除約20%~30%。因此植物對(duì)水體的凈化具有雙重作用，要及時(shí)對(duì)植物進(jìn)行收割。

2.4.3水生植物利用

水生植物含有豐富的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素、有機(jī)質(zhì)、水分等含量高，可直接將植物打漿制成液體肥料直接施與田中，作為綠肥使用。蘆葦?shù)韧λ参镆部啥阎朴袡C(jī)肥作為土壤改良劑，其富含纖維，曬干后也可作為造紙的原料。香蒲、澤瀉、菖蒲等水生植物有一定的經(jīng)濟(jì)、醫(yī)用和價(jià)值，可作為中藥材進(jìn)行利用。有些水生植物可進(jìn)行厭氧發(fā)酵，作為沼氣使用。

3濕地水質(zhì)凈化效益分析

通過修復(fù)和補(bǔ)植承黑自然濕地植被系統(tǒng)，對(duì)湖岸緩沖帶、湖濱水陸交錯(cuò)帶、水生挺水植物種植區(qū)等不同生態(tài)單元的構(gòu)建和恢復(fù)，以達(dá)到凈化入湖水質(zhì)及削減污染物的目的。

3.1　濕地進(jìn)水污染物含量

承紫河2013年下半年進(jìn)水水質(zhì)情況見表5。

表5　2013年承紫河進(jìn)水水質(zhì)情況　mg/L

3.2　污染物削減量分析

通過濕地修復(fù)的設(shè)計(jì)來改善入湖水質(zhì)，對(duì)減少有機(jī)物、氮磷等污染物及細(xì)菌進(jìn)入水體，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，改善地區(qū)水環(huán)境等有顯著作用。有研究表明，在6-7月植物生長(zhǎng)季節(jié)中，藨草、菖蒲、香蒲、澤芹、澤瀉、蘆葦、苔草配植的自然濕地植被對(duì)COD的最佳凈化水平為175~205 mg/L，TN為10~40 mg/L，TP為2.5~4 mg/L。綜合自然濕地系統(tǒng)中植物、土壤、微生物的相互作用，自然濕地對(duì)總磷、總氮和COD的去除率分別為40%~90%、37%~90%、49%~65%。

根據(jù)污染物削減量計(jì)算公式：去除率(%)=污染物削減量/污染物水質(zhì)指標(biāo)初始值，計(jì)算自然濕地水力負(fù)荷條件下不同自然濕地對(duì)污染物削減量如下：

表6　不同自然濕地對(duì)污染物削減量　t/a

4結(jié)語(yǔ)

通過改善小興凱湖入湖河流水質(zhì)和修復(fù)湖濱帶生態(tài)，可以增強(qiáng)湖濱區(qū)水土保持能力，有效地改善湖濱帶的結(jié)構(gòu)功能，使其充分發(fā)揮其緩沖帶與凈化帶的功能，明顯改善湖濱區(qū)生態(tài)景觀，使流域整體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我更新、自我修復(fù)能力得到加強(qiáng)。

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Analysis of Chenghei Marsh Restoration Scheme on Small Xingkai Lake

JU Yong-fu1,2;YU Ting2and REN Lei1,2

(1.Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China;

2.Water Resources Ministry of Heilongjiang Province,Harbin 150001,China)

Abstract：To restore and improve the belt of lake shore is an important measure for protecting the small Xingkai Lake, and the study is to restore the ecological functions of Chenghei lakeside marsh as the major aim, using the method combining artificial wetland biological purification project with water conservancy construction, to reform the existing status of natural marsh, to restore purified water quality of marsh,water and soil conservation, ecological habitat, realizing water quality purification of Chengzi River, small Hei River flowing to the small Xingkai Lake, to take full roles of the Chenghei marsh as a protective screen.

Key words：small Xingkai Lake; marsh restoration; belt of lake shore; ecological system; water quality purification

[作者簡(jiǎn)介]鞠永富(1984-)，男，黑龍江綏芬河人，工程師；于婷(1986-)，女，遼寧岫巖人，工程師；任磊(1982-)，男，黑龍江寧安人，工程師。

[收稿日期]2015-10-19

中圖分類號(hào)：X171.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-7596(2015)08-0049-05