陳佳秋 陳美玲 張軒波 楊棠武 安樹(shù)青 張勇斌 傅海峰*

(1 南京大學(xué)常熟生態(tài)研究院，南大( 常熟) 研究院有限公司，江蘇 蘇州 215500；2 彬州市林業(yè)綜合服務(wù)中心，湖南 郴州 423000)

湖泊濕地發(fā)揮著重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，主要包括：為動(dòng)植物提供生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖場(chǎng)所、調(diào)節(jié)河川徑流和區(qū)域氣候、凈化水體和提供休閑娛樂(lè)場(chǎng)地 等(Mitsch et al, 2015; 徐 昔 寶 等, 2018)。 目前不斷增加的人類干擾導(dǎo)致大量的湖泊生態(tài)惡化、生態(tài)功能不斷喪失，嚴(yán)重影響湖泊及其流域范圍內(nèi)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展( 楊桂山等, 2010; 黃佳聰?shù)? 2019)。造成湖泊退化的一個(gè)重要原因是人類社會(huì)產(chǎn)生的大量污染物隨著河流進(jìn)入湖泊，造成湖泊水質(zhì)下降與富營(yíng)養(yǎng)化加重( 徐楓等, 2016)。

我國(guó)湖泊水污染、水生態(tài)退化問(wèn)題突出( 滕玲, 2016)。經(jīng)過(guò)多年的治理，一些重要湖泊的水質(zhì)和水生態(tài)狀況有所改善，但全國(guó)湖泊水環(huán)境和水生態(tài)總體狀況仍不容樂(lè)觀, 水污染防治和水生態(tài)修復(fù)仍任重道遠(yuǎn)( 黃佳聰?shù)? 2019)。如何消除河流帶來(lái)的污染并修復(fù)入湖河口區(qū)域的濕地生態(tài)功能是湖泊治理過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)( 秦伯強(qiáng)等, 2014)。已有的研究多單方面集中在如何控制河流入湖污染物的輸入或者如何恢復(fù)入湖河口濕地，以水污染防治和水生態(tài)修復(fù)為雙重目標(biāo)導(dǎo)向的研究比較少，在工程應(yīng)用方面中也鮮有報(bào)道。

本研究提供了在雄安新區(qū)開(kāi)展的府河入白洋淀河口水污染治理和水生態(tài)修復(fù)于一體的工程方案，通過(guò)實(shí)施引退水工程、水質(zhì)凈化工程、生態(tài)修復(fù)工程和景觀工程，實(shí)現(xiàn)入湖河口水污染防治和水生態(tài)修復(fù)的雙重目標(biāo)，為湖泊治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

白洋淀(38°43′～39°02′ N ，115°38′～116°07′E )是中國(guó)海河平原最大的湖泊，主體位于河北省保定市安新縣雄安新區(qū)( 圖1)。湖泊面積336 km2，蓄水量13.2×109m3。曾經(jīng)的白洋淀上承九水之澤，下通海河之津，被贊譽(yù)為 “華北明珠”。白洋淀在維護(hù)華北平原地區(qū)生態(tài)平衡方面發(fā)揮重要作用。近年來(lái)，受氣候變化和人類活動(dòng)干擾等影響，入淀水量減少，入淀河流及淀區(qū)水質(zhì)污染嚴(yán)重，自然生態(tài)退化( 李琳琳等, 2019)。

府河是白洋淀流域3 條常年有水的河道之一( 圖1c)，其上游來(lái)水主要是污水處理廠尾水和沿途部分直排污水，是影響白洋淀淀區(qū)水質(zhì)狀況的重要因素。目前府河河流水質(zhì)為地表劣V 類，超標(biāo)污染物為氮磷污染物，嚴(yán)重威脅白洋淀水生態(tài)系統(tǒng)的健康。2019 年河北省委、省政府發(fā)布的《白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)規(guī)劃(2018-2035 年)》明確指出，在河流入淀等區(qū)域建設(shè)人工濕地，形成白洋淀生態(tài)緩沖區(qū)，構(gòu)建生態(tài)屏障。為消除上游污染，實(shí)現(xiàn)清水入淀，需要在府河入白洋淀河口區(qū)域?qū)嵤竦厮|(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)工程。府河河口功能濕地建設(shè)，對(duì)提升白洋淀地區(qū)水質(zhì)、維持生態(tài)平衡、支撐雄安新區(qū)綠色宜居新城區(qū)的建設(shè)具有重要作用。

2 濕地工程布局

府河河口濕地項(xiàng)目區(qū)位于府河、瀑河和漕河三條河流入淀河口區(qū)，總占地面積約4.23 km2，分為3大功能分區(qū)，包括引退水工程區(qū)、水質(zhì)凈化區(qū)、喬灌草種植區(qū)( 圖2)。其中，引退水工程區(qū)的主要作用是引水及配水，水質(zhì)凈化區(qū)的主要作用是沉淀、強(qiáng)化凈化、提升水質(zhì)，喬灌草種植區(qū)主要是豐富項(xiàng)目區(qū)生物多樣化，提升項(xiàng)目區(qū)景觀格局。整個(gè)工程的主體可分為引退水工程、水質(zhì)凈化工程、生態(tài)修復(fù)工程和景觀工程。府河河口濕地平面布置如圖3。

在工程設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)來(lái)水超標(biāo)特征污染物( 氮磷) 及水質(zhì)凈化目標(biāo)需求，充分考慮項(xiàng)目區(qū)特有的生態(tài)環(huán)境及生態(tài)敏感性，結(jié)合府河入白洋淀河口區(qū)域的氣候條件和地形條件，因地制宜地選擇成熟的濕地水質(zhì)凈化和濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)，提升濕地水質(zhì)凈化功能和恢復(fù)河口生態(tài)系統(tǒng)。

圖1 白洋淀地理位置Fig.1 The location of Baiyangdian

圖2 府河河口濕地位置與功能分區(qū)Fig.2 The location and functional zones of Fuhe River estuarine wetland

在濕地生態(tài)恢復(fù)中充分利用鄉(xiāng)土物種，提高生物多樣性，充分利用不同生態(tài)位和物質(zhì)多層分級(jí)，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的食物鏈關(guān)系，提高系統(tǒng)的能量利用率，增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我維持功能和生態(tài)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)入白洋淀河口水污染治理和水生態(tài)修復(fù)的有機(jī)融合，減少維護(hù)費(fèi)用的投入。

2.1 引退水工程

引退水工程由引水工程和退水工程組成，主要將府河、瀑河、漕河3 條河流來(lái)水引入工程配水渠，并使工程凈化后的出水進(jìn)入白洋淀淀區(qū)。

(1) 引水工程。在府河、瀑河、漕河3 條河流各新建1 座節(jié)制閘；疏挖府河與漕河連通渠、瀑河與漕河連通渠；新建1 座提升泵站( 圖3)。運(yùn)行期3座節(jié)制閘截流來(lái)水，連通渠將來(lái)水引入調(diào)蓄池，并通過(guò)提升泵站注入濕地配水渠；汛期開(kāi)啟閘門(mén)，按原河道泄洪，不影響行洪。

(2) 退水工程。在濕地出口漕家溝新建1 座退水閘；疏挖整治漕家溝，新開(kāi)挖漕家溝至府河渠道，兩者合并成為水體凈化后流入白洋淀淀區(qū)的退水渠。退水閘在運(yùn)行期擋住濕地出水，將凈化后的出水引入府河；汛期開(kāi)啟閘門(mén)，將洪水分洪至瀑河。

圖3 府河河口濕地平面布置圖Fig.3 The layout of Fuhe River estuarine wetland

另外在連通渠和退水渠采取生態(tài)水質(zhì)凈化工藝對(duì)上游來(lái)水和濕地末端出水進(jìn)行處理。在府河與漕河連通渠區(qū)域，采取底泥活化措施，分段種植耐污型沉水植物、布置圍網(wǎng)和仿人工水草，對(duì)上游來(lái)水污染物進(jìn)行初步降解。在瀑河與漕河連通渠區(qū)域，充分利用現(xiàn)狀河道的生態(tài)空間，建設(shè)包含水生植物凈化系統(tǒng)、大型溞透明度提升系統(tǒng)和食物鏈生物調(diào)控系統(tǒng)的生態(tài)型河道原位自凈系統(tǒng)，發(fā)揮強(qiáng)化沉淀與凈化、提升生態(tài)景觀的功能。在退水渠區(qū)域，通過(guò)播撒輪葉黑藻冬芽，實(shí)現(xiàn)水生植被的逐步恢復(fù)，完善水生態(tài)凈化系統(tǒng)，穩(wěn)定濕地出水水質(zhì)。

2.2 水質(zhì)凈化工程

在工程設(shè)計(jì)中，依據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形、水系等現(xiàn)狀，將水質(zhì)凈化工程項(xiàng)目區(qū)劃分為前置沉淀生態(tài)塘區(qū)、潛流濕地區(qū)和水生植物塘區(qū)。水質(zhì)凈化項(xiàng)目區(qū)占地面積3.15 km2，總水力停留時(shí)間9.2 d。前置沉淀塘占地面積0.82 km2，潛流濕地占地面積1.02 km2，水生植物塘占地面積1.31 km2，整個(gè)引水系統(tǒng)依次配水至前置沉淀生態(tài)塘、潛流濕地和水生植物塘進(jìn)行水質(zhì)凈化，10% 的出水進(jìn)行回流，90% 的出水經(jīng)退水系統(tǒng)入府河。

前置沉淀生態(tài)塘區(qū)分6 區(qū)12 個(gè)塘單元，每個(gè)塘單元包括生態(tài)塘和好氧塘，1# 配水干渠的配水經(jīng)生態(tài)塘水解酸化補(bǔ)充碳源、部分降解后，進(jìn)入好氧塘進(jìn)行增氧與初步污染物凈化，后經(jīng)濕地內(nèi)部配水系統(tǒng)進(jìn)入18 個(gè)配水分區(qū)288 個(gè)單元的812 個(gè)填料床體，每個(gè)單元根據(jù)面積不同，分為一級(jí)潛流濕地、二級(jí)潛流濕地、三級(jí)潛流濕地串聯(lián)處理床體單元，潛流濕地凈化層采用碎石、鋼渣和沸石，通過(guò)過(guò)濾、吸附、降解的協(xié)同作用凈化水質(zhì)，主要去除氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量(COD) 等。經(jīng)潛流濕地凈化后的水體排入水生植物塘，水流流經(jīng)沉水植物區(qū)、浮葉植物區(qū)、葦海臺(tái)田區(qū)、萬(wàn)畝荷塘區(qū)等，在動(dòng)植物、微生物的共同作用下去除NH3-N、TP、COD等，進(jìn)一步提升水質(zhì)后排出，10%的出水進(jìn)行回流。府河濕地水流流向如圖4。

2.3 生態(tài)修復(fù)工程

生態(tài)修復(fù)工程內(nèi)容主要包括水生植物、水生動(dòng)物的選擇配置及生物棲息地建設(shè)。根據(jù)生態(tài)修復(fù)工程生物多樣性恢復(fù)的要求，對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行地形改造，構(gòu)建生態(tài)塘、好氧塘、潛流濕地、沉水植物區(qū)、浮葉植物區(qū)、萬(wàn)畝荷塘區(qū)及葦海臺(tái)田區(qū)等具有不同凈化功能單元，結(jié)合植物的生長(zhǎng)需求，恢復(fù)濕地植物，營(yíng)造鳥(niǎo)類、魚(yú)類棲息地等多種類型的健康濕地生境。水生植物設(shè)計(jì)總面積1.29 km2，其中沉水植物設(shè)計(jì)面積0.29 km2，浮葉植物設(shè)計(jì)面積0.03 km2，挺水植物設(shè)計(jì)面積0.97 km2。

圖4 府河河口濕地水流流向平面圖( 箭頭表示水流流向)Fig.4 The layout of water flow at Fuhe River estuarine wetland（the flow is indicated by arrow）

水生動(dòng)物配置主要是向濕地內(nèi)部投放多種魚(yú)類、濾藻型浮游動(dòng)物及底棲動(dòng)物，抑制藻類生長(zhǎng)，攝食懸浮物及沉積碎屑，提升水體透明度及濕地進(jìn)水水質(zhì)，同時(shí)為珍稀鳥(niǎo)類提供食物。通過(guò)水生植物系統(tǒng)的構(gòu)建、水生動(dòng)物的增殖放流，優(yōu)化濕地動(dòng)植物配置，結(jié)合棲息地的營(yíng)造，提高生物多樣性，增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)的抗逆穩(wěn)定性，形成不同功能區(qū)生態(tài)功能和水質(zhì)凈化定位，實(shí)現(xiàn)凈化水體、完善生物結(jié)構(gòu)、物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、調(diào)節(jié)局部小氣候及科普教育等多種功能，提升區(qū)域整體的服務(wù)質(zhì)量。

2.4 景觀工程

景觀設(shè)計(jì)主題為 “府蚌育珠，水清景明。千年大美，碧水之源”。景觀設(shè)計(jì)契合 “府蚌育珠” 的主題，濕地外形仿佛一只懷抱珍珠的巨蚌，為白洋淀這顆 “華北明珠” 孕育著水清景明的生態(tài)新格局。前置沉淀生態(tài)塘的 “斑塊”、潛流濕地的 “絲帶” 都是植物形成的自然紋理，經(jīng)過(guò)景觀設(shè)計(jì)手法的改造，裝點(diǎn)著 “巨蚌” 色彩斑斕的外殼，水生植物塘的葦海臺(tái)田與萬(wàn)畝荷塘，用地貌風(fēng)景的色彩去裝點(diǎn)濕地的風(fēng)貌。另外在府河河口濕地南側(cè)種植綠植防護(hù)帶， 喬木以垂柳(Salix babylonica)、 新疆楊(Populus alba var. pyramidalis) 為主，灌木以珍珠梅(Sorbaria sorbifolia)、連翹(Forsythia suspensa)、檉柳(Tamarix chinensis) 為主，地被以諸葛菜(Orychophragmus violaceus)、紅花醡漿草(Oxalis corymbosa) 為主。道路一側(cè)種植灌木地被，根據(jù)植物高度進(jìn)行種植，排列出高低錯(cuò)落的景觀效果。整體呈現(xiàn)出 “水清微簇浪，荷風(fēng)滿淀香；府蚌育明珠，千年碧水源” 的美好意境，使其與白洋淀生態(tài)景觀風(fēng)貌渾然一體，實(shí)現(xiàn)府河河口濕地的功能屬性與美學(xué)屬性的完美結(jié)合( 圖5)。

圖5 府河河口濕地鳥(niǎo)瞰圖Fig.5 The aerial picture of Fuhe River estuarine wetland

3 濕地修復(fù)工程效果

府河河口濕地工程定位是水質(zhì)凈化與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合的功能型濕地。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)濕地進(jìn)水水質(zhì)劣于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅴ類河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，非冬季濕地出水均能滿足TP 去除率達(dá)40% 以上，其他污染物(COD、NH3-N、TN) 指標(biāo)去除率達(dá)30% 以上；冬季TP 去除率達(dá)30% 以上，COD、NH3-N、TN 去除率達(dá)20% 以上。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) Ⅴ類河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，非冬季與冬季濕地出水均可達(dá)到河流Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)濕地進(jìn)水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) 的Ⅳ類河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，非冬季TP 去除率達(dá)40% 以上，冬季TP 去除率達(dá)30%以上，其他污染物(COD、NH3-N、TN) 濃度值不得增加。2020 年10 月，府河河口濕地工程施工基本完成，生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)效果已經(jīng)顯現(xiàn)( 圖5)，濕地工程已進(jìn)入試運(yùn)營(yíng)階段。在試運(yùn)行期間，府河河口濕地對(duì)水體中TP 的平均去除率高于40%，NH3-N 和TN 的平均去除率高于30%，水質(zhì)凈化效果良好。

4 結(jié)論

針對(duì)目前雄安新區(qū)白洋淀存在的污染和生態(tài)問(wèn)題，本研究提出一種入湖河口水污染治理和水生態(tài)修復(fù)于一體的工程方案。在方案設(shè)計(jì)中，針對(duì)不同的水質(zhì)污染指標(biāo)，不同濕地修復(fù)工程的處理單元不僅承載著去除污染物的作用，還起到恢復(fù)濕地植物、營(yíng)造鳥(niǎo)類、魚(yú)類棲息地等多種類型生境的功能，最終實(shí)現(xiàn)府河河口濕地的功能屬性與美學(xué)屬性的完美結(jié)合，為雄安新區(qū)千年大計(jì)獻(xiàn)上最美的功能性濕地，成為白洋淀西淀區(qū)的碧水之源。