生态工程技术在城市河湖污染控制中的综合应用

李　涛　杨喜生　陈坚齐　增　湘

（南华大学设计与艺术学院湖南衡阳421001）

生态工程技术在城市河湖污染控制中的综合应用

李涛杨喜生陈坚齐增湘*

（南华大学设计与艺术学院湖南衡阳421001）

生态工程技术防治河湖污染具有相对成本低，无环境副作用且具有良好景观效果，具有广泛的应用前景，是国内外污染控制与生态修复技术研究的重点领域。本文在前人的研究基础上提出了河湖污染防治的生态工程技术改进设计方案，主要包括城市污染源头处的雨污净滤储存、径流廊道及节点的污水净化工程设计以及汇水尽端即河湖的自净生态系统修复等三方面的改进设计。研究结果可应用于城市内河湖污染的生态治理。

河湖污染防治；生态工程技术；改进设计

城市河湖具有水源供给、防洪排涝、调节气候、休闲游娱乐、物质循环与生态保护等多项功能，是维持城市生态平衡的关键要素。随着城市建设力度的逐渐加大，城市对林地、草地及水域等生态用地的侵占不断增大，水环境破坏也日益严重，城市中更多的污水排入已远超其生态承载力，水体自净能力减弱，造成城市河流水质污染。在对河湖污染控制的技术中，国内外较流行的应用技术有曝气增氧法、底泥疏浚法、综合调水法及生态型驳岸及河道构建等。近年来我国在工业废水及城市污水处理方面取得了较大进展，如对河流进行了生态河床及生态护岸构建、生态清淤及恢复水生植被以及人工湿地建设等，均取得了较满意的效果。

本文在总结国内外既有经验技术的基础上，提出了“源-径-汇”系统化的河湖污染生态防治技术，主要包括城市污染源头处的雨污净滤储存、径流廊道及节点的污水净化工程设计以及汇水尽端即河湖的自净生态系统修复三大方面的改进设计。

1　雨水及中水的生态化处理技术

城市建设促使城市的不透水面积在快速增加，城市硬化铺装面上的附着污染物、居民生活污水排放以及第三产业排放已成为城市河湖污染物的最主要源头。治污首先应治其源，对以上三类情况下形成的污水，应对其进行截留净滤后储存，此类水质污染程度相对于工业生产产生的污水较轻，净滤后达到中水水平，可直接用于城市的景观维护，如绿地灌溉、水景用水等，雨水及中水的收集还可减少城市降雨带来的区域性洪涝灾害和后续排水设施的负荷。雨水及中水的收集利用方式见图1、2。

图1　雨水利用系统与技术措施分类

图2　生活污水处理流程

2　生态型护岸构建技术

2.1缓流水体的生态护岸

水流速度缓对岸坡的侵蚀就小，岸坡的坚固度要求较低，此类护岸宜采用“湿生植物+草皮+耐湿乔灌木”形式进行构建。湿生植物可选用芦苇、香蒲、灯芯草、蓑衣草等，此类植物对岸际具有保护作用，可消弱水流能量、促进泥沙沉淀，对水体中的N、P等营养物质及有机物能够吸收利用从而净化水质。草皮可选用生命力强盛的狗牙根、结缕草、地毯草等，草皮对径流冲刷造成的水土流失控制效果良好。耐湿乔灌木可选用水杉、池衫、枫杨、杨柳、垂柳等，此类植物扎根较深，可起到支承与稳定边坡的作用。

2.2急流水体的生态护岸

急流水体对岸坡的侵蚀较大，此类护岸应注重稳定性及抗侵蚀性。可选用混凝土砌槽的水生植物护坡、钢筋石笼固定的柳岸护坡。生态袋近年来亦得到较广泛应用，它是将植物在装有土的袋中培养生长，以此施工的护岸具有植被覆盖的表面，能使坡面很快达到绿化效果，形成自然生态边坡，对土壤流失及边坡塌方等具有很强的防护和稳定作用。

2.3水位变化较大的河湖生态护岸

阶梯式护岸适宜应用于水位变化较大的河湖。即逐级在岸坡上设置档土栅栏，并在阶梯踏面上栽植耐湿植物的护岸形式。此类型护岸不受水位升降的影响，能够始终保持其结构形式，可实现稳定、生态、景观与亲水的和谐统一。

3　植物塘与人工湿地技术

3.1稳定塘与人工湿地选址

稳定塘可以利用荒废的河道、水塘、沼泽地等地段建设；用于河湖污染控制的人工湿地，应建造于排污口与河湖之间，以及需进行污染治理的河流两侧。

3.2植物塘建造

在塘内种植一些水生植物能够有效地去除水中的污染物，尤其是对富营养化水体具有较好地恢复效果。水生植物一般包括浮水、沉水和挺水植物三种。浮水植物塘水面应分散地留出20%～30%的水面，设计中应考虑水生植物的收集及其利用和处置。塘的有效水深度，选用浮水植物时宜为0.4m～1.5m；挺水植物宜为0.4m～1.0m；沉水植物宜为0.4m～2.0m。寒冷地区不宜采用水生植物塘。在河湖中恢复水生植被，有利于降低污染水体中营养物质的含量，在降低水中营养盐的同时可提高水体中溶解氧的含量，并吸附水中悬浮物，提高水体透明度，还能够形成完善的水底微生物群落，改善水底环境、平衡营养盐，抑制藻类过量增长，从而改善河湖生态系统。

3.3人工湿地建造

人工湿地是利用自然生态系统中基质、水生植物及微生物之间的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污染水体的自然净化的一种技术。湿地植物的选用和配置是人工湿地建造的重要考虑因素，植物需处理效果好、成活率高，有特殊净化需求的可通过实验筛选出特定植物进行栽植。配置时切忌品种单一，防止其效果受季节影响过大或净化功能单一。大量研究表明，人工湿地处理污染水体的运行成本不足0.1元人民币，而一般的污水处理厂的成本则达1元左右，且湿地具有良好的景观及生态价值。但人工湿地亦具有其缺陷，如冬季运行效果不佳，尤其是在除氮方面。温度过低会减慢反应，且湿地植物会死亡或休眠，微生物的活跃程度也降低，整个系统虽继续发挥作用，但效率低下。另外，人工湿地在运行一定时间后其基质容易被堵塞，主要表现为孔隙率降低、水传导受阻，最终影响湿地的处理效果。

堵塞一般发生在人工湿地得出上层，因此对上层基质进行定期更换可有效改善堵塞，但此方法工程量太大。目前，基质反冲洗被较广泛地应用于解决堵塞，马飞等研究了基质反冲洗技术对人工湿地堵塞的改善，结果表明反冲洗后水传导性能有效提高，堵塞现象改善明显，特别是气水联合反冲洗能使人工湿地运行效果恢复到其初期程度。另有研究表明，在人工湿地系统中投加蚯蚓、泥鳅等亦能有效缓解堵塞现象。另外，利用太阳光，将光能转变为热能，配合相上应控制器，可对湿地进行加热，这样可增加人工湿地中部分水生动物及微生物的活跃程度，有利于促进污染物质的分解吸收；将太阳能转化为电能可对水体进行增氧及对人工湿地中的基质进行反冲。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，目前此技术虽应用并不广泛，但相信在在以后的水体污染控制中将具有重要地位。

图3　太阳能湿地保温技术路线

图4　太阳能湿地增氧及反冲防堵技术路线

4　生态悬床技术

生态悬床主要包括三个部分：悬床载体，悬床固定装置和悬床植物。悬床设计包括悬床载体材料的选择、制作，悬床植物的选择、移栽，悬床在水中面的摆放方式及固定方式等。城市中的河流、湖泊由于受建设用地的侵占，其形态及水位变化不太适用人工湿地技术，而生物悬床技术缺不受此影响，且维护管理方便，它是绿化及悬浮技术的结合体。悬浮体一般采用较轻质的聚氨酯涂装的发泡聚苯乙烯制作，经久耐用。悬床可分为浮床和沉床两种。较大浮床可为鸟类提供休息及筑巢之便，其下部植物根系可形成共鱼类及水生昆虫等的生息环境，同时能对氮磷等吸收利用，最终能够形成稳定的植物—微生物—动物净化系统。沉床与浮床原理相同，它是通过固定桩将其固定在水中，栽植的是沉水植物，如苦草、狐尾藻、黑藻等，沉床解决了浮床只能对上层水体净化的缺陷。悬床和沉床也可合二为一进行设计，如图。

图5　生态悬床设计示意图

5　其它生物调控技术

构建和修复河湖水系的生物网，提高生物多样性指数，是恢复水生态系统稳定性的一项有效措施，可达到减轻河湖环境承载负荷，改善水质的目的。多样性的水生动物相互依存，且与水生植物相之间相互作用，对河湖中的有机物不断地消耗和降解，维持河湖生态系统的正常运转，达到生态平衡。但现在由于城市河湖富营养化的加剧，水生动物的生存环境遭到严重破坏，导致其种类和数量大幅度减少，使生态系统的调节能力逐渐退化，因此，需要采取可行的途径对城市河湖的水生动物群落进行修复。底栖动物是水生态系统的极为重要的组成部分，是河湖野生动物以及水产生物的优质食源，因此，可以因地制宜地投放一些螺、蚌、蚬等底栖动物，之后再放养各种鱼类，鱼可活动到河湖各部，调控河湖中的食物链关系，降低抑制藻类过量生长，在通过对成鱼捕捞，取走水中的营养物质，这样可逐步地建设和修补水中生物链并达到生态平衡。

6　结语

利用生态工程技术防治河湖污染具有相对成本低，无环境副作用且具有良好景观效果等特点，它强调和谐统一的自然观，是国内外污染控制与生态修复技术研究的重点领域，其发展和应用前景已深受瞩目。但是，生态工程技术也存在其不足之处，如建立稳定的生态净化系统需要较长周期、净化速度较缓慢等，这都是以后需要深入研究并解决的问题。除生态工程技术外，加强对国民的环境保护宣教、建立合理完善的生态补偿机制，对河湖污染的防治同样重要。

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湖南省技计划项目（2015SK2003）；衡阳市科技计划项目（2014KS21）。

李涛（1984—），男，汉族，江苏连云港人，博士生，讲师，南华大学设计与艺术学院，研究方向：景观生态规划与设计。

齐增湘（1972—），男，湖南衡阳，博士，副教授，南华大学设计与艺术学院，研究方向：园林景观设计与生物多样性保护规划。基金项目