王 化 可

(安徽省水利水電勘測設(shè)計院， 合肥 230088)

巢湖是我國著名“五大”淡水湖之一，是長江下游重要的生態(tài)濕地，是撫育江淮兒女的母親湖[1]。巢湖位于安徽省中部，長江下游左岸，流域面積13 486 km2，水深較淺，是典型的易富營養(yǎng)化湖泊。20世紀80年代以來，伴隨著流域經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，污染排放總量急劇增加，逐步積聚的污染負荷超出了巢湖水體的承載能力，大量營養(yǎng)元素輸入水體，使巢湖衍變成了富營養(yǎng)化的藍藻型湖泊[2]。目前對巢湖的研究大多集中在針對巢湖本身的地質(zhì)環(huán)境、富營養(yǎng)化、環(huán)境容量、植物群落、生態(tài)調(diào)水等[2-5]方面，但從流域的角度對其污染物來源、入湖負荷分析、生態(tài)修復(fù)等研究較少。因而，本文從巢湖上游水源保護區(qū)濕地植被恢復(fù)角度對水生生物的污染物消減效果進行分析，為巢湖流域生態(tài)環(huán)境綜合治理及水資源開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

濕地是世界上生產(chǎn)力最高的環(huán)境之一，它是生物多樣性搖籃，是植物遺傳物質(zhì)的重要儲存地，無數(shù)的動植物依靠濕地提供的水和初級生產(chǎn)力而生存。濕地在提供水資源、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、降解污染物、保護生物多樣性和為人類提供生產(chǎn)、生活資源方面發(fā)揮了重要作用。國家明確要求要實行濕地面積總量管理，嚴格濕地用途監(jiān)管，推進退化濕地修復(fù)，增強濕地生態(tài)功能，維護濕地生物多樣性[6]。

1 研究區(qū)概況

1.1 水庫概況

董鋪水庫位于巢湖支流南淝河上游，是合肥市重要飲用水水源地。水庫大壩緊鄰合肥市西二環(huán)路，壩址以上控制流域面積207.5 km2，占南淝河合肥市東門橋以上流域面積606 km2的34.2%。水庫于1958年4月建成，是一座以防洪和城市供水為主，兼顧生態(tài)補水及養(yǎng)殖功能的年調(diào)節(jié)的大(2)型水庫。設(shè)計洪水位31.50 m(吳淞高程，下同)，校核洪水位34.50 m，正常蓄水位28.00 m，死水位18.50 m?？値烊?.49 億m3，其中興利庫容0.75 億m3。水庫樞紐由大壩、泄洪涵洞、溢洪道和連通輸水隧洞等組成。董鋪水庫飲用水源保護區(qū)共分為一級保護區(qū)、二級保護區(qū)和準保護區(qū)3個級別。本次研究的范圍為水源一級保護區(qū)，其范圍為30 m以下陸域和水域，面積約21.90 km2。

1.2 環(huán)庫濕地存在的問題

近年來由于庫周居民的墾殖及圍庫造塘，環(huán)庫濕地面積萎縮較大。現(xiàn)存的環(huán)庫濕地主要分布于入庫河汊及水環(huán)庫邊26.5～28.5 m范圍內(nèi)，濕地區(qū)塊分散，面積較小，植被種類較少等問題。為了增加消減入庫污染負荷，本文對董鋪水庫環(huán)庫濕地植被恢復(fù)進行初步研究。

2 濕地植被恢復(fù)

2.1 植物的恢復(fù)范圍

濕地具有至少周期性地以水生植物為植物優(yōu)勢種、底層土主要是濕土、在每年的生長季節(jié)，底層有時被水淹沒等特征[7]，因此，董鋪水庫濕地植物的恢復(fù)范圍要考慮董鋪水庫的水位變化。根據(jù)董鋪水庫2002-2012年的運行水位分析，董鋪水庫大多數(shù)時間水位在27.0～28.5 m之間，多年平均出現(xiàn)天數(shù)202 d，出現(xiàn)頻次為55.4%，27.0 m以下水位多年平均出現(xiàn)頻次為35.3%，28.5 m以上水位多年平均出現(xiàn)頻次僅為9.3%。

董鋪水庫不同水位區(qū)間多年平均水位統(tǒng)計見表1。

表1 董鋪水庫不同水位區(qū)間多年平均水位統(tǒng)計Tab.1 Statistics of water table of Dongpu reservoir in different water level intervals

結(jié)合董鋪水庫調(diào)度運用計劃及實際調(diào)度運行情況，考慮濕地植物既需要一定時間曬灘萌發(fā)，也需要一定水深生長，本設(shè)計濕地修復(fù)與建設(shè)的范圍為水庫周邊及入湖河道河口27.0～28.5 m區(qū)域，此水位范圍同時也能滿足濕地植物的兩種生長需求。

2.2 植被選擇與配置

2.2.1 選擇原則

濕地植被選擇遵循以下原則：優(yōu)先選擇本地抗逆性強的濕地植物；優(yōu)先選擇具有良好治污凈化能力的濕地植物；優(yōu)先選擇根系發(fā)達、莖葉茂密、生物量大的濕地植物；優(yōu)先選擇年生長期長的濕地植物；按照植物對水深的要求，注重濕地植物的合理搭配；選擇具有一定經(jīng)濟價值及景觀效益的多用途性濕地植物。此外，由于項目區(qū)域為飲用水水源保護區(qū)，為了水源地水質(zhì)安全，不能選擇具有毒性的植物。在靠近城市建成區(qū)人口密集的地方可適當考慮景觀需求。

2.2.2 植物選擇與配置

植物選擇，以水庫周邊現(xiàn)狀植物樣方調(diào)查為基礎(chǔ)，在確保董鋪水庫水源地水質(zhì)安全和生物安全的基礎(chǔ)上，適當增加水生植物種類，提高區(qū)域生物多樣性。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，可供選取的挺水植物主要有荷花、蘆葦、茭白、慈姑、香蒲、荸薺、燈心草、水生美人蕉、再力花、千屈菜，浮水植物主要有睡蓮、芡實、菱、荇菜等。各植物的種植高程、規(guī)格、密度見表2。

表2 董鋪水庫濕地恢復(fù)植被配置特性Tab.2 Characteristics of aegetation restoration in Dongpu reservoir wetland

2.3 植被恢復(fù)設(shè)計

2.3.1 庫周水系溝通

(1)水系溝通。為充分利用現(xiàn)有資源條件，增強濕地的凈化和吸收效果，本設(shè)計將現(xiàn)有魚塘和溝道進行溝通，并將魚塘間的部分塘埂鏟除，擴大水域面積，此舉既增加水體的交換空間，又能增強濕地凈化的效果，最大限度降低面源污染的入庫量。經(jīng)統(tǒng)計，董鋪水庫董鋪水庫周邊魚塘堤埂鏟除及水系溝通總土方量6.5 萬m3，分塊統(tǒng)計結(jié)果從略。

(2)魚塘清淤?，F(xiàn)有魚塘由于經(jīng)營時間較長，塘底淤泥較多，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，根據(jù)測量情況，淤泥厚度在0.4～0.8 m。為了減少魚塘污染物向水庫轉(zhuǎn)移，同時又利于水生植物生產(chǎn)，本設(shè)計對清退出的魚塘進行清淤，清淤平均厚度0.3 m。經(jīng)統(tǒng)計，董鋪水庫庫周魚塘清淤總量16.8 萬m3，分塊統(tǒng)計結(jié)果從略。

2.3.2 植被恢復(fù)設(shè)計

根據(jù)董鋪水庫周邊濕地地塊調(diào)查分析，本次需要植被恢復(fù)的區(qū)域共計26塊，恢復(fù)總面積166.61 hm2。目前國內(nèi)外對濕地植物種植面積與水面面積比例問題研究較少，在園林水景設(shè)計中水面配置水生植物時要與水面大小的比例協(xié)調(diào)，栽植不宜過密或擁擠，應(yīng)留出1/2～1/3水面。由于本工程以消解入庫污染物為主要目的，因此，本研究參考合肥市環(huán)巢湖治理中的其他工程的設(shè)計情況并結(jié)合董鋪水庫實際，水生植物種植區(qū)域面積按總面積的1/2設(shè)計。經(jīng)計算，水生植物種植總面積83.31 hm2。由于受篇幅限制，以下以董鋪水庫北岸夏大郢植被恢復(fù)為例介紹植被恢復(fù)設(shè)計。

(1)現(xiàn)狀植被情況。夏大郢濕地位于三國城附近，目前以荒地狀態(tài)為主，部分區(qū)域種植有農(nóng)作物。夏大郢濕地地塊內(nèi)，現(xiàn)狀植物主要以假稻、稗為主，另外有香蒲、蘆葦、蓮、喜旱蓮子草等少量分布。

(2)植物配置設(shè)計。夏大郢濕地地塊內(nèi)的植物配置不僅考慮植物的去污、凈化水質(zhì)的能力，同時兼顧植物配置的景觀效果。所以在植物配置上，前景選擇了植株高大美觀、葉片似芭蕉的再力花，葉片翠綠、花朵艷麗的水生美人蕉，葉片如盤、綠荷消夏的荷花，姿態(tài)娟秀整齊、花色鮮麗醒目的千屈菜；同時這幾種植物的根系發(fā)達，對微生物的生長具有促進作用，提高濕地的凈化能力；作為前景植物，植株高低各不相同，又有層次的變化，形成良好的配置效果。背景植物選擇了鄉(xiāng)土植物蘆葦，對當?shù)氐沫h(huán)境具有良好的適應(yīng)能力，具有生態(tài)安全性，成活率高，為后期的養(yǎng)護提供了便利，同時蘆葦植株筆直高大、凈化水質(zhì)，而且還有造紙的功能，可帶來一定的經(jīng)濟效益。根據(jù)水位的高低不同，選擇低桿挺水植物荸薺，植株呈線條狀，營造了垂直的景觀效果，也帶來了經(jīng)濟效益。浮水植物以荇菜為主，外圍以挺水植物作為屏障，荇菜置于栽植區(qū)域內(nèi)部，增加景觀性的同時，也考慮了盡量減少對董鋪水庫造成影響，降低養(yǎng)護難度。

根據(jù)夏大郢濕地的垂直分布特點可分為27.5～28 m、28～28.5 m兩個水位區(qū)域。根據(jù)濕地不同立地條件，分別選擇適應(yīng)不同水深及水位變化的濕地植物，采取相應(yīng)的規(guī)格措施詳見表3。

表3 夏大郢濕地植物選擇及配置Tab.3 Selection and arrangement of plants in Xia Daying wetland

水深在1.0～1.5 m深度范圍，選擇高桿挺水植物蘆葦、香蒲等；水深在1 m內(nèi)選擇荷花、水生美人蕉、再力花、千屈菜、荸薺等低桿挺水植物及荇菜等浮水植物。所選植物種類以鄉(xiāng)土水生植物為準則，由于該區(qū)域緊鄰三國新城遺址公園，需滿足一定的景觀要求，因此配置一些景觀價值高且具有一定去污能力的濕地植物，如：千屈菜、再力花、水生美人蕉、荷花等。夏大郢濕地恢復(fù)植物配置方案平面布置見圖1，剖面布置見圖2。其他區(qū)域設(shè)計思路和方法相同。

3 濕地植物污染物消減量分析

圖1 夏大郢濕地植物配置方案平面布置Fig.1 Xia daying wetland restoration plant layout plan

圖2 夏大郢濕地恢復(fù)植物配置方案剖面Fig.2 Xia daying wetland restoration plant Sectional view

(1)濕地植物在水質(zhì)改善中的應(yīng)用分析。董鋪水庫濕地內(nèi)大量選用的挺水植物蘆葦和香蒲，是長勢良好的本地物種，同時大量研究均表明其生長速度很快，能吸收大量的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，如香蒲對氮、磷、鉀的吸收能力分別為氮2 630 kg/(hm2·a)，磷403 kg/(hm2·a)，鉀4 570 kg/(hm2·a)[8]。其他挺水植物選擇如燈心草、荷花、慈姑、荸薺、水生美人蕉、再力花、千屈菜等，也均有一定去除營養(yǎng)物，改善水質(zhì)的作用。浮水植物的應(yīng)用豐富了濕地系統(tǒng)的植物多樣性，通過挺水植物和浮水植物的共同作用，其改善水質(zhì)的能力將會得到進一步加強。

(2)濕地植物對N、P去除的凈化效果分析。不同植物的去污效果不同，同種植物在不同季節(jié)的去污效果亦不同，不同植物的組合也會影響到植物的去污效果。目前對于植物群落效應(yīng)在濕地處理系統(tǒng)中的作用和貢獻了解仍 不夠深入，對植物與基質(zhì)、微生物、動物的協(xié)同作用缺乏系統(tǒng)的定量研究方法和成果。本項目對董鋪水庫濕地植物污染物去除效果的分析，根據(jù)其他相關(guān)研究的經(jīng)驗值進行估算。較為精準的水庫污染物去除效率和進、出水水質(zhì)分析尚需要進一步的測試和實驗分析研究獲得。

根據(jù)合肥市環(huán)巢湖治理中的相關(guān)分析成果，挺水植物的對N的吸收能力為1 000～2 500 kg/(hm2·a)，對P的吸收能力為50～200 kg/(hm2·a)；浮水植物對N的吸收能力為100～350 kg/(hm2·a)，對P的吸收能力為100～350 kg/(hm2·a)。據(jù)此計算出董鋪水庫濕地去除N、P總量分別為：去除N量為81.93～204.83 t/a，去除P量為4.49～17.65 t/a。

4 結(jié) 語

水庫一級水源保護區(qū)為生態(tài)敏感區(qū)，植被的選擇應(yīng)在保障水源地水質(zhì)安全的前提下，根據(jù)水庫的水位變化，選擇適宜不同水深的鄉(xiāng)土水生植物。同時應(yīng)加強濕地植被種植后的管理，定期維護與植物收割，以期發(fā)揮植被對污染物吸收和降解能力、持續(xù)改善水庫水質(zhì)效果。

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致謝：濕地植被選擇得到了安徽大學李玉成教授、安徽農(nóng)業(yè)大學劉地博士等的指導，在此表示感謝。

[1] 朱 青,唐紅兵.巢湖生態(tài)調(diào)水方案[M].合肥：安徽科學技術(shù)出版社,2016.

[2] 李如忠,洪天求.盲數(shù)理論在湖泊水環(huán)境容量計算中的應(yīng)用[J].水利學報,2005,36(7):765-771.

[3] 路 娜,尹洪斌,鄧建才，等.巢湖流域春季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系 [J].湖泊科學,2010,22(6):950-956.

[4] 金菊良,吳開亞,酈建強.巢湖水質(zhì)安全評價的對應(yīng)分析和投影尋蹤嫡禍合方法[J].四川大學學報(工程科學版),2007,39(6):7-13.

[5] 王化可,唐紅兵.巢湖生態(tài)引水對改善江湖交換關(guān)系的作用研究[J].中國水利,2010,(23):27-29.

[6] 楊 劼. 探索濕地保護新理念，共謀長江流域大保護[N]. 中國綠色時報，2016-11-04(1).

[7] 陸健健.濕地生態(tài)學[M]. 北京：高等教育出版社.2006.

[8] Brix Ⅱ.Functions of macrophytes in constructed wetland[J].Water Science and Technology.1994,29(4):71-78.