上海古猗园内景观水体治理

2022-09-22 16:21:34 0 双良环境
上海古猗园内景观水体治理

  综合利用底泥疏浚、造流曝气及水生生态系统修复等技术对上海古猗园内的富营养化水体进行治理,结果表明该综合技术对园林景观水体具有良好的污染物去除效果,对TN、NH3-N和TP的去除率分别达到48.6%、95.8%和75.0%,园内水体水质、生态环境、景观效果等明显改善,具备了较强的自净能力。

  古猗园是一座建于明代的古典园林,位于上海市西北郊嘉定区南翔镇,该园亭台楼阁多临水而建,与水景配合,体现了“亭台到处皆临水,屋宇虽多不碍山”的意境。

  1、水体改造背景

  1.1

  改造前水质现状古猗园从清代至建国后的历次修复和拓扩均注重挖河理水,使水置于园林,以水为主,相映园景。古猗园的水与外隔绝,但在百亩之园中有千米长的溪流,以方池和狭长形的水面形态贯通全园。水体面积约17 765 m2,水深为0.8~1.3 m,蓄水量约21 000 m3,底泥厚约0.3 m,局部区域底泥淤积,厚度增至0.4~0.6 m。通过在园区设置5个监测点位测定水质,结果表明全园水体透明度为35~55 cm,溶解氧为2.49~3.27 mg/L,COD为5.36~7.12 mg/L,氨氮为0.62~0.83 mg/L,总氮为1.55~1.83 mg/L,总磷为0.13~0.17 mg/L,叶绿素a为17.4~34.8 mg/m3。总体来看,园区水体为轻度-中度富营养状态,特别是较狭窄区域水体流动性较差,初夏藻类大量繁殖,对公园的园林景观造成影响。

  1.2

  水体富营养化成因通过调查分析水体污染源和水质污染现状,诊断污染源导致的潜在影响,认为古猗园公园水体富营养化的主要原因有三个:

  ①由于水体与外界河道隔断而处于封闭状态,水体的流动性和置换能力较差;水体补充主要靠降雨,沿岸泥土在降雨的淋溶和冲刷作用下,随地表径流进入水体,成为面源污染的受体。

  ②景观水系蜿蜒曲折造成沿岸较长,湖畔树木密集,每年大量枯枝落叶、花瓣等植物残体直接或随地表径流进入水体,腐烂后造成水体中有机物、氮、磷等增加,为藻类大量生长提供了营养源。

  ③由于多年没有进行大规模的底泥疏浚,古猗园部分湖畔底部的淤泥厚度增加,平均为0.47 m,底泥含有大量有机质,对水体水质造成影响。在富营养化水体中,藻类特别是蓝藻往往会在一定时期内突然过度增殖,覆盖水面,使水体变得混浊,呈现绿色或蓝色的“水华”,其破坏性作用主要体现在三个方面:首先,藻类大量繁殖,占据水体的上层空间,阻挡阳光,抑制其他浮游生物和沉水植物的生长和繁殖;同时消耗水中的氧气,使鱼、虾等水生生物处于缺氧状态,严重者将导致鱼虾死亡。其次,随着营养物质的增加,部分有毒藻类大量繁殖,破坏原有水生食物链。第三,藻类的大量繁殖消耗氧气,影响水体微生物群落结构,特别是局部水域氧气耗尽后,厌氧生物开始大量繁殖,其代谢产物含有SO2、H2S等有毒有害气体,破坏了园林水体的景观功能。

  2、水体综合治理措施

  水体富营养化并不是一个简单的水污染问题,而是水生生态系统结构失衡后出现的一种生态问题,仅靠底泥疏浚和人工换水,难以彻底改善水体环境并保持水质。借鉴国内外水环境治理和生态修复治理的技术方法,从古猗园的实际情况出发,运用物理-生物-生态的综合治理方法,采用曝气、底泥疏浚、食藻虫-水下森林共生系统、食物网系统构建和近自然驳岸重建等技术体系,形成标本兼治的综合治理方案。

  2.1

  增设水体微循环和曝气系统为达到流水不腐和水体富氧净化的效果,设计了多套循环和推流曝气系统,达到促进水体整体循环流动的目的。通过在湖区设置曝气循环系统,利用气泵向水体曝气,使得整个水体上下循环,起到增氧、平衡水质的作用,加速水体新陈代谢,调节沉水植物系统的光合作用和呼吸作用,增强水体净化功能及水质维持功能。在较大面积的水体处设置微流循环系统,即采用潜水泵制造微动力(微流<0.1 m/s),结合季风效应,增强水体的内部流动性,还可形成喷泉,增强景观效果。

  2.2

  底泥疏浚采用抽吸的方式对园内底泥淤积的水域进行疏浚,疏浚总面积约1 574 m2。重点区域疏浚至公园最大水深为1.3 m,其中近岸2 m范围内考虑安全需要,只疏浚至水深0.7 m,并按1∶5坡度向水体中心增加疏浚深度,即疏浚深度为0.2~0.8 m。通过底泥疏浚,提高了园内水体深度和库容量,同时降低底泥的营养盐含量,有效控制底泥中有机物分解释放对水体水质产生不良影响,水体的自净能力得到提升。

  2.3

  构建“食藻虫-水下森林”共生系统对于富营养化的湖泊水污染治理来说, 灭藻系统是效果最直接的处理设施,结合古猗园古典园林特色、景观要求高等情况,采用了灭藻效果好、无二次污染、有成功实例的 “食藻虫-水下森林” 构建方案。其基本思路是以食藻虫食藻控藻作为启动因子,继而引起各项生态系统恢复的连锁反应,包括底泥有益微生物恢复、底泥昆虫蠕虫恢复、底栖螺贝类恢复到沉水植物恢复、土著鱼虾类等水生生态系统恢复,最终实现水体的内源污染生态自净功能和系统经济服务功能。主要工序:清除水体中的鱼类(为食藻虫繁殖生长创造条件)→投放食藻虫(吃藻控藻,提高水体透明度)→种植沉水植物(吸收水体中的磷、氮等营养物质,消除富营养化)。

  根据耐污、景观以及易管理等需要,有选择地配置物种,形成一年四季常绿且有季节更替的生物群落。根据水体水质特征,生态系统的功能、水深条件和景观布局,每个季节水生植物覆盖率超过60%水面面积,通过采用化整为零、逐步改善、连点成片的策略,对原有水生植物群落进行调整和补充,建立由荷花、美人蕉等挺水植物,睡莲等浮水植物和轮叶黑藻、红线草、苦草及刺苦草等沉水植物组成的人工复合植物群落,达到逐步改善控制水体富营养化程度,同时构建稳定多季相公园水体景观的目的。

  2.4

  构建食物网系统应用生态学原理,通过在园内湖中投入鱼、虾、蟹类等具有可操控性的原有土著水生动物,调整水体食物链结构,控制草食性鱼类,发展滤食性、杂食性鱼类群体,进行多种鱼类、多种规格的混养,捕食食藻虫,平衡水生植物群落生产力。同时,充分利用水体中的浮游生物、悬浮有机碎屑,有效地去除水底沉积物,优化水体中水生生物的多样性,形成良性循环的水生生态自净系统。适当增加具有观赏价值的滤食性鱼类,即建立起相对完整的可持续水生食物链系统,达到优化水体生物群落结构、控制藻类、改善水体的目的。

  2.5

  重建近自然驳岸降水作为古猗园水体的主要水源,本身也会对水体造成污染,在当前条件下,完全消除进入水体的污染物,尚无法做到,但可通过滨岸整改和补充植被,修复滨岸生态系统,减少水土流失,尽量降低雨季溢流进水体的污水量。古猗园对园内沿湖驳岸绿化改造,调整优化面积达2 600 m2,设置宽约1 m的挺水植物,形成滨岸植物带。滨岸植物带主要选择花菖蒲、黄花鸢尾和红花鸢尾混栽,采用定植桩控制其生长范围,既对污染物质进行了拦截,又提高了古猗园水体的滨岸带生物多样性,丰富了公园的景观效果。

  3、水体治理成效

  该项目建设完工后,对改造后的水体连续取样检测,6个月后发现水质指标逐步稳定,结果见表1。

  比对改造前后水质情况,发现改造后水体透明度和DO指标大幅提高,平均增幅分别达215.09%和273.73%,而CODMn、氨氮、总氮、总磷和叶绿素a等指标均有显著下降,平均降幅分别达30.15%、95.8%、48.6%、75.0%和77.26%。从改造前高于地表水Ⅴ类水标准下降到低于地表水Ⅲ类水标准,水体透明度达1.3 m。综上,通过对各项主要水质指标的监测分析表明,综合治理技术对水体中氮、磷等富营养化物质具有较强的去除能力,水质显著改善。

  4、结论与建议

  古猗园水体综合治理工程采用曝气、底泥疏浚、食藻虫-水下森林共生系统、食物网系统构建和近自然驳岸重建等技术体系,改善园内水体水质,达到了标本兼治的综合治理目标,将水质从国家地表水的劣Ⅳ类提升到Ⅲ类水标准,是改善城市公园景观水体富营养化的一次成功尝试。

  古猗园水体综合治理措施,具有成本低、无生物副作用、不产生二次污染以及水质可长期维持等优势。构建“食藻虫-水下森林”共生系统,是古猗园水体综合治理的核心和关键。通过虫控藻、鱼食虫等形成食物链,恢复沉水植物,发挥沉水植物对营养物质的吸收净化效果,可改善水体水质和景观。建议进一步加强示范与筛选,并推广应用于上海城市黑臭水体的生态修复中。

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