校园河道生态修复规划设计探讨——以三峡大学求索溪为例

陈小兰 黄 绪 陈建军 肖玉辉 丁帮璟 张 发 樊宗啸

（三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌 443002）

城市水环境系统是由水源、供水、用水和排水等要素组成的一个水资源利用和保护的循环链，具有满足城市的合理用水需求，包括生态环境调节、历史文化功能和旅游娱乐、商务、居住等功能［1］.而校园水环境系统不仅具有部分城市水环境的功能，更重要的是其具有独特的景观调节和人文教育功能.健康和谐的校园河道生态系统是校园一道亮丽的风景线，它也可以是一个无声的课堂，使受教育者感受到心灵的愉悦和放松，达到调节寓教于景、寓教于情的效果.生态修复是当前城市河流水质修复广泛采用的方法，在国内外均有较成功的应用案例［2－3］.在已有相关研究的基础上，本项研究因地制宜地开展了对求索溪的河道水生态环境修复设计模式的探讨，旨在为求索溪及类似的校园河道生态修复工程提供参考和借鉴.

1 工程概况

1.1 求索溪概况

求索溪是三峡大学校园重要景观水体，是校区排泄暴雨洪水的主要通道，全长2.1km，宽约8m，是典型的大学校园河道.该校园河道水深约0.8m，总水量约2.4万m3，底泥厚度平均50～80cm.求索溪水体主要来源为周边的自然降水和部分校园及周边居民生活污水，水体流量小，且底泥富集了大量的污染物［4－5］.近年来，由于校园河道缺水，水体封闭以及污水排入等原因造成水质恶化严重；夏季出现水中的蓝绿藻大量繁殖、部分河段水体黑臭的现象，严重地影响了校园的环境质量.

1.2 水质现状分析

求索溪的部分水质指标采样和监测工作开展于2013年6月中旬～7月中旬.从求索溪上游到下游依次布设采样点8个，监测频率为每周一次，共采样4次.水样的采集参考《水质湖泊和水库采样技术指导》（GB／T14581－93），水质指标的监测方法参照《水和废水监测分析方法（第四版）》.监测指标包括：溶解氧（DO）、温度（℃）、高锰酸盐指数（CODMn）、总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素（Chla），数据见表1.

表1 求索溪部分理化指标监测数据

根据上表数据，对照地表水环境质量标准（GB 3838－2002）分析可知在一个月的4次监测期内，求索溪各监测点的CODMn含量有3次的平均值处于Ⅳ～Ⅴ类标准值之间、TP含量有3次的平均值高于Ⅴ类标准值，而4次监测的TN平均含量约为Ⅴ类标准值的4～5倍.因此，根据以上不同位点的水质指标均值的单因子评价结果来看，求索溪的目前水质整体处于劣Ⅴ类的严重污染状况.由该表中Chla的含量，并参考湖泊的富营养化分级标准［6］，可知求索溪整体上处于超富营养化水平.

1.3 水生植物现状分析

目前在求索溪的部分区域有大量生长的挺水植物，植物的种类主要为芦苇、菖蒲、荷花和睡莲.芦苇和菖蒲集中分布在求索溪上游（东西流向）部分河段，其中夹杂生长有块状分布的荷花；这3种植物的分布面积约为3 139m2，植物的生长情况较好且对上游水质有一定的净化效果.然而，该区域植物的生长杂乱，缺乏规划管理因而总体景观效果较差.在求索溪的中下游（南北流向）河段，有零星块状分布的景观水生植物睡莲，然而睡莲的数量较少且分布无规律，因此其景观效果和对水质的生态净化功能均难以实现.

图1 三峡大学求索溪景观现状

2 设计理念

求索溪的生态修复设计应遵循以下理念和原则：

1）整体规划、综合整治.对求索溪的生态修复设计应首先确定整体模式和工作思路，鉴于对求索溪概况及其水生态环境现状的分析，针对性地提出了“外源污染削减—底泥微生物修复—植物强化过滤带构建—河道水生态系统构建及景观优化—生态河道管理及维护”的治理模式和思路，以供进一步探讨研究.

2）生态优先，兼顾景观.校园河道的生态修复设计，需要利用生态学原理，从生态学角度考虑水质净化、河道水生态系统的构建、河道滨岸带的植被群落配置等问题，以达到提高河道生态系统的生物多样性和稳定性，强化河道生态系统对污染的净化能力.另在河道生态系统的植物的配置种植、滨岸带生态改造设计过程中，也需要考虑景观生态学原理，利用斑块和廊道等景观元素的合理设计搭配，实现生态功能与景观效应最大程度的融合.

3）经济适用，稳定持续.在工程的规划和设计阶段，应充分考虑技术的适用性以及经济性，进行多方比较和论证；对于生态修复工程，因重点考虑技术和工程效益的稳定性和持续性，对于校园河道的生态修复，工程核心目标应该是构建出一套结构稳定、生物多样性丰富的生态系统以实现工程效果的持续性.

4）因地制宜、突出特色.在满足城市河流生态环境功能的前提下，修复工程的设计要兼顾三峡大学校园河道周围的景观特征，使求索溪的水环境与周围景观能够有机融合，共同营造一个自然景观与人文景观相得益彰、和谐宜人而有特色的校园美景.

3 工程规划

3.1 截污及补水工程

在校园河道两旁有一些教学区和生活区的排污管，生活污水废水基本上未经处理就直接排入了求索溪，这可能是目前求索溪水质恶化的重要原因之一.为保障生态修复的效果，生态修复工程首先应实施截污工程.为此，可以考虑在求索溪附近建立一个污水处理站，然后对入河道的排污管网进行改造，将生活污水纳入到污水处理站进行二级处理后再排入求索溪.将来，建成并投入使用的三峡大学生活污水站也可以用于科研及教学实习基地.另外，已有研究表明，求索溪（三峡大学内沙河）的生态缺水相当严重［7］，而经净化处理的生活污水水量有限.因此，可考虑采取工程措施将三峡大学外沙河的水定期定量引入求索溪以解决其生态缺水的问题.

3.2 底泥微生物修复

底泥是河道水体中营养物质和污染物的蓄积库及迁移转化的载体，底泥中的污染物会影响上覆水的水质［8－9］.在求索溪的部分河段水质已出现严重黑臭，因此需要对求索溪的黑臭底泥进行污染治理.污染底泥修复技术主要分为异位修复和原位修复.其中工程应用成本相对较低、对周围生态环境影响较小的污染底泥原位生化修复技术在国内更有发展前景［10］.硝酸钙介导的底泥土著微生物原位促生技术对城市湖泊黑臭底泥修复效果较好［11］，可对该技术的参数进行调整并用于求索溪黑臭底泥治理的研究与实践.

3.3 水生植物修复与景观优化

植物修复在污水处理中越来越受关注.植物不仅能够直接吸收污水中的营养物，且可以输送氧气到根区促进根际好氧微生物的生长，另可以维持和加强湿地系统内水力传输，因此植物对污水的净化是一个系统的过程［12］.对于求索溪的植物修复，相应设计了“强化植物过滤带构建”和“河道水生态系统构建及景观优化”两项工程.由于求索溪上游是生活污水和实验废水的排放较集中的河段，拟在此区域构建两块“强化植物过滤带”（1区和2区）.1区的过滤带主要是种植特定品种的水葫芦，利用其发达的根系实现对污染物的快速过滤和截留净化，考虑到水葫芦的生长繁殖较快，拟用围隔材料对其生长进行控制并塑造景观斑块.2区的过滤带主要是对求索溪上游现有的一片芦苇、菖蒲、荷花杂生区域进行改造，作为1区之后的第二块过滤带，植物仍采用菖蒲和芦苇，改造的考虑依据主要是景观优化和后期的维护管理.

“河道水生态系统构建及景观优化”工程主要是在位于校区核心地带的求索溪中下游河段配置种植水生植物，一方面构建水生态系统净化水中的污染物以改善水质，另一方面进一步优化中心地带的校园景观.拟选择观赏性强的水生植物，植物种类包括挺水植物再力花、鸢尾、菖蒲、芦苇，浮水植物可选用睡莲、萍蓬草，沉水植物拟选用黑藻和菹草.在求索溪两块水面相对宽敞的区域种植荷花，最终建成具备木栈道的荷花景观池，其设计景观效果可参考图2所示.

图2 求索溪荷花池的景观设计效果

综上所述，求索溪的微生物和植物修复工程可以分为“黑臭底泥修复区”、“植物强化过滤区”、“水生态系统构建及景观优化区”、以上各区的在河道不同区域布置设计如图3所示.

图3 求索溪河道生态修复功能区的布置设计

3.4 护岸的生态改造

生态护岸是现代河流治理的发展趋势，是以河流生态系统为中心，集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应于一体，以河流动力学为手段而修建的新型水利工程［13］.生态护岸具有景观连通性，同时可以过滤和截留沉积物、水分和营养物质，并且为水生生物提供栖息地，在生态修复中起到了十分重要的作用.

本研究以直立式结构生态护岸为基础，结合多孔式结构生态护岸的优势，基于求索溪护岸的现状设计出改造型直立多孔式生态护岸，其构造设计如图4所示.该生态护岸在设计理念上体现出现状改造为主，尽量减少施工的工程量；拟保留求索溪原有的直立式结构，在直立式结构上凿开一定数量的石孔.可每隔2m设置一个直径为0.5m的圆石孔.孔的上开口在滨岸散步道上，下开口与水体联通.石孔深为护岸高度的一半，其水平部分与水平线成5°角倾斜.底部水平孔道可填充鹅卵石，有石孔的垂直孔道可填充土壤.如此设计的石孔可为水生物提供产卵繁衍的场所，孔道中的土壤可以过滤从护坡流下来的雨水.另拟在石孔的土壤中种植迎春花、长春藤等常绿景观植物，以减弱直立式护岸给人带来的刚性生硬感觉，改善景观效果并增强石孔对雨水中污染物的截留吸收效果.

图4 改造型直立多孔式生态护岸

4 求索溪生态河道管理

已有研究表明，湿地植物在死亡后如果不进行收割，其残体将重新向水体释放营养盐并影响水质［14］，对植物的收割管理可转移出营养盐，避免植物过度生长并解决冬季枯枝残叶影响景观的问题.生态河道的管理既要体现科学性，又要结合校园的实际情况.建议将求索溪综合治理后的生态维护工作形成制度，在校园的绿化或环卫等部门设立相应的岗位并落实人员.具体的生态河道管理维护包括以下措施：1）定期安排工作人员机械捕捞水面上的废弃物和污染物；2）定期对“强化植物过滤带”中生长较快植物以及生长过多的沉水植物进行收割，以输出营养盐净化水体，冬季对重要景观区域的植物残体进行清理以美化河道；3）在枯水期适当引水以保证河道的最低生态需水量；4）学校可定期举办以求索溪环境保护为主体的活动，提高学生的环境保护意识和素质.

5 结 语

求索溪是贯穿于三峡大学的一条重要校园河道.目前求索溪水体的严重污染，影响了整个校园环境和广大师生的生活质量.该河道的污染治理和生态修复工作迫在眉睫，本项研究根据求索溪的水生态环境现状，基于生态工程学、景观生态学的基本原理，提出了一套从外源污染控制到生态河道管理维护的求索溪综合治理模式，介绍了该模式的设计原则并提出了相应的部分工程措施.本项规划设计立足于求索溪现状调研，综合了河道生态、校园景观和区域特色的要求，考虑了生态河道的长期管理和维护，拟为求索溪及类似校园河道的生态修复工程提供参考.

［1］ 周亚莉.城市河流生态修复与景观设计［J］.中国西部科技，2011（1）：52－54.

［2］ 隋 心.布法罗河道散步道项目的设计与理念——城市河道景观基础设施整治与改善的成功案例［J］.中国园林，2012（6）：33－38.

［3］ F Douglas SHIELDS JR，S Reza PEZESHKI，Glen V WILSON，et al.Rehabilitation of an Incised Stream U－sing Plant Materials：the Dominance of Geomorphic Processes［J］.Ecology and Society，2008，13（2）：54.

［4］ 陈明曦，黄钰铃，时晓燕，等.校园生活污水水质时空动态规律初探［J］.黑龙江水专学报，2006（2）：104－106.

［5］ 赵小蓉，黄应平，高 婷，等.三峡大学文思湖底泥分析与评价［J］.三峡大学学报：自然科学版，2009（1）：84－87.

［6］ 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范［M］.2版.北京：中国环境科学出版社，1990.

［7］ 姚云鹏，刘德富，陈明曦，等.三峡大学沙河生态环境需水量研究综述［J］.三峡大学学报：自然科学版，2006（1）：58－60.

［8］ 陈建军，黄民生，卢少勇，等.北京六湖水体和表层沉积物中氮污染特征与评价［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2011（1）：12－20.

［9］ Sabine E APITZ，Elizabeth A POWER.From Risk Assessment to Sediment Management an International Perspective［J］.Journal of Soils and Sediments，2002，2（2）：61－66.

［10］吴青梅，邓代永，许玫英，等.土著微生物修复黑臭水体的生物技术研究［J］.环境科学与技术，2011，34（6）：197－201.

［11］刘树娟，陈 磊，钟润生，等.硝酸钙对河流底泥中含硫化合物嗅味原位控制［J］.环境科学研究，2012，25（6）：691－698.

［12］王 骥，张兰英，卢少勇，等.再力花／菖蒲生物湿地床去除河水中氮磷的试验［J］.吉林大学学报：地球科学版，2012（0）：408－414.

［13］陈明曦，陈芳清，刘德富.应用景观生态学原理构建城市河道生态护岸［J］.长江流域资源与环境，2007，16（1）：97－101.

［14］陈 亮，卢少勇，陈新红.人工湿地的运行和管理［J］.环境科学与技术，2005（S2）：141－142，146.