海绵城市建设过程中水生态系统构建研究

(连云港职业技术学院，江苏 连云港 222000)

随着城镇化、工业化进程的加快，城市原有的生态环境和水文特征被破坏，容易引发城市洪涝、水体黑臭等现象[1]。由于气候变化加剧，极端天气事件增加，学术界提出了“低碳城市”“韧性(弹性)城市”等减缓与适应气候变化的海绵城市发展概念。海绵城市通过雨水收集、储存、渗透、净化再利用从而涵养城市地下水源，是一种现代绿色城市可持续发展模式。2014年住建部、水利部、财政部联合公布甄选建设海绵城市试点的通知，2015年国务院印发了《关于推进海绵城市建设的指导意见》，同年决定先在16个试点城市进行海绵城市建设，为解决城市居民最关心的城市内涝、水体黑臭等问题，住建部于2019年发布了《海绵城市建设评价标准》(GB/T 51345—2018)，评价标准中提出水生态以及水环境的治理是海绵城市建设核心问题。

近年来，从海绵城市试点项目的实施现状来看，大部分试点城市取得一定成效，但也存在一些迫切需要解决的问题，尤其是水生态系统建设问题。本文介绍了连云港市徐圩新区核心区云湖水生态系统构建情况。项目实施后提高了城市洪涝灾害的自主调节能力，保护了人民群众的生命和财产安全，可为类似区域海绵城市水生态系统建设提供参考。

1 项目概况

云湖公园位于连云港海绵城市建设核心示范区徐圩新区，连云港市城区东南部，是国家东、中、西区域合作示范先导区，规划面积1.4km2，其中水域面积0.7km2。徐圩新区核心区三面环水(见图1)，东侧为复堆河，南侧为张圩港河，北侧为刘圩港河，中心为云湖以及纵贯核心区东西的蒿东河，水系相互连通，互为补充，形成一套完整的河湖水网系统。云湖连通周边河道的水体，其主要功能是调节该区域的气候，收纳周边4.5km2范围内的城市排涝径流，具有一定的调蓄能力，兼具良好的生态景观水利风景区，促进了徐圩新区在海绵城市建设中的作用。

图1 徐圩新区核心区水系建设现状图

2 项目建设目标

徐圩新区是江苏省沿海开发的主要实施载体，是连云港市委市政府“十三五”规划确定的发展新型临港产业的核心区。新区主要发展石化、先进装备制造、节能环保和现代港口物流等主导产业。然而在新区城建以及相关市政配套建设的过程中，导致云湖等核心水域受到地表雨水径流污染，使得水体悬浮物剧增，水质变差，水体植物处于富营养状态，破坏了水生态系统平衡，影响了水体在徐圩新区海绵城市建设中的作用。为了发挥云湖水体在城市排涝以及景观方面的作用，本文通过云湖水生态系统的构建与设计，以及水环境治理、流域综合治理、黑臭水体治理，削减水体污染物总量，逐步恢复水生态系统，改善河道周边的防洪安全，促进徐圩核心区域内海绵城市的建设。项目设计目标是将微生物附着基净化工艺与水生态恢复有机结合，使得地表水由Ⅳ类净化到Ⅲ～Ⅱ类(见表1)。

表1 云湖水生态设计目标

3 主要技术措施

3.1 云湖水生态系统构建

3.1.1 技术路线

水生态系统的构建是通过对湖区污染特征进行调查和分析，构建高等水生植物群落、大型底栖动物群落，后期优化调整与维护，营造良好的水体环境，使云湖形成结构合理，具有一定抵抗与自我恢复能力的水生态系统[2-3]。由于徐圩新区降水淋洗大气污染物，冲刷该区域大量建设中的建筑物、地面、废渣、垃圾而形成较多的悬浮物、病原体、需氧有机物和植物营养素等污水污染物，根据其污染源特点设计将微生物附着基净化工艺与水生态恢复有机结合，使得地表水Ⅳ类净化到Ⅲ～Ⅱ类。云湖水生态系统构建技术路线见图2。

3.1.2 云湖水质净化工艺流程

根据徐圩新区地貌地形及云湖水质特点，设计云湖水质净化工艺流程为：通过初步净化系统有效降低50%的悬浮物浓度(SS)，提高水体透明度，为湖区水生态系统创造有利构建条件，最终实现水质的有效提升。水质净化工艺设计流程见图3。

图2 云湖水生态系统技术路线图

图3 云湖水质净化工艺流程图

3.1.3 水生态工程设计

a.基底环境改善工程设计。为满足水生态恢复的基础条件，不造成水资源浪费，基础条件改善只对水位下降后裸露的区域进行适度基底环境改善，改善工艺流程为：晒塘-有害生物防控[4]，实施面积为149920万m2。

b.微生物附着基净化工艺设计。布置区域一：在善后河入西蒿东河水区域布置单株体微生物附着基，水位为1.60m，常态水下0.50m，布置河段长度为30.00m，共布置1667m2，单株体微生物附着基共计5000株，单株体有效高度约1.50m。布置区域二：在水深5.25m水域，布置单株体微生物附着基，水位为1.60m，常态水下0.50m，布置水域面积39078m2，共计117234株，单株体有效高度约1.50m。微生物附着基示意见图4。

图4 微生物附着基示意图

3.1.4 清水型生态系统构建工程设计

a.高等水生植物群落设计。高等水生植物为生态系统最重要的初级生产力，也是生态系统的核心组成部分，通过对挺水植物、浮叶植物、沉水植物等不同的水生植物进行群落设计，使水生植物直接吸收水体中的氮、磷等营养物质，控制藻类的发展。为净化云湖水生态环境，主要种植以沉水植物、苦草、眼子菜科植物、金鱼藻、黑藻为主的群落，种植面积为湖区水面积的25%，大约175000m2。水生植物群落意向见图5。

图5 水生植物群落意向图

b.大型底栖动物群落构建。由于湖水净化产生大量微型生物，为维持湖泊生态平衡，应构建主要包括螺类、蚌类等腹足类和双壳类等重要的底栖动物群落。通过其摄食性可有效过滤水体及沉积的有机碎屑，使营养盐进入食物网链再得以循环，从而使云湖整体上能维持营养盐平衡，对水域生态环境的修复起到重要的作用。在底栖动物群落构建过程中，主要放养以铜锈环棱螺、湖蚌、河蚌等品种为主的螺、蚌各1200kg。大型底栖动物群落意向见图6。

图6 大型底栖动物群落意向图

c.鱼类生态系统构建。为保证云湖水体水生植物的生长，提高湖区生态系统生物的多样性，根据区域气候条件以及地质地貌，选取合理的鱼类种群构建鱼类生态系统。种群结构必须完善湖泊生态系统的生物链，利于水质净化，根据湖区的特点主要投放以下肉食性鱼类：1250尾乌鳢鱼、625尾鲈鱼和500尾眼斑拟石首鱼。通过后期调查追踪优化，构建了稳定的良性循环的鱼类生态系统，有利于水质改善和提升。

3.2 云湖调水排盐

通过围堰将云湖附近区域内水系与外部隔断，同时需保障区域内各河道之间连通。利用海水退潮时段，关闭张圩港河进水闸，通过张圩港泵闸将区域内所有河水排海。待区域内河水排尽后，关闭张圩港泵闸，同时根据上游水量开启张圩港河进水闸，通过张圩港河为区域内河道补充淡水(所需淡水总量约676万m3)，待河道补满水后，关闭善后新闸和张圩港河进水闸。云湖补水管道布置见图7。在复堆河(纵五路—中通道段)、张圩港河、方洋河、中心河设置监测点，定期监测河水氯离子含量，待区域内河水中氯离子浓度达到5000mg/L时，开启张圩港泵闸进行排水，待水排尽后重新补入淡水，周而复始，从而达到不断洗盐排碱的目的，避免该片区盐碱化大面积发生，净化了耕地，改善了农作物的生长环境，有利于生态环境的保护。

图7 云湖补水管道布置总图

4 云湖的主要功能成效

徐圩新区海绵城市的建设有利于区域水生态系统要素、成分、秩序、生态位与水系统的修复，其最终目的是修复水生态系统服务功能和建立生态型排水体系。通过云湖水生态系统的构建以及水质净化工艺的处理，使云湖在徐圩海绵城市建设的过程中，充分发挥云湖以及周边的水网系统在“渗、滞、蓄、净、用、排”6个方面的作用，产生较大的经济、生态以及社会效益，促进海绵城市的建设。具体体现在以下几方面：

a.提升排涝能力，降低内涝，减少洪灾造成的损失。徐圩新区在海绵城市建设过程中，综合采用了雨洪滞蓄、排水系统提标、源头减量等多重措施，建成完整的城市排水体系，增强城市洪涝灾害的抵抗能力。通过大、小、微排水系统与城市河道的互相配合、有机衔接，有效提升城市抵抗极端暴雨的能力，降低了城市积涝程度，减少了内涝造成的经济损失，提高了城市运行的安全性[5]。

b.加大调蓄容积，合理综合利用雨水资源。连云港市是水质型缺水城市，雨水利用应因地制宜，加强雨水储存。对于已开发区域尤其是居住区的设施改造和建设，可利用雨水桶等海绵滞蓄措施增加调蓄容积，其调蓄的雨水可用于绿化灌溉及道路清洗等。

c.削减雨水径流中的污染物。海绵城市建设过程中，从源头削弱污染物对当地原水系统、环境的影响，显著减少雨水径流中的污染物。通过云湖水生态系统的修复与构建，营造良好的水体环境，存蓄区域内的降水打造供人休憩的云湖景区花园。建造低洼绿地，使用透水性良好的铺地材料，不仅起着美化城市的作用，而且依靠土地、植被、微生物组成的生态系统可以显著减少地表水体中的污染物浓度，净化雨水径流[6]。

d.提高城市生态、经济和社会综合效益，实现城市可持续发展[7]。“海绵城市”的建设一定程度上改善了城市水生态微循环，通过科学、合理地建设绿色基础设施，为城市带来较好的生态效益，具体体现在：各类绿色雨水基础设施使得植被群落层次得以丰富，有效改善城市的空气质量；水生态环境修复，增加了绿色植被，改善和美化了人居环境；通过“渗”“蓄”“净”等工程的建设为各种生物提供了更多的繁殖与栖息场所，保护了水系统内各种动植物的生长、繁衍环境[8]，构建了具有较强的自我调节能力的水生态系统，实现了“山秀、湖清、河畅、水净、景美”总体目标[9-11]。

5 结 语

本文通过对云湖污染特征进行调查和分析，构建高等水生植物群落、大型底栖动物群落，通过后期优化调整与维护，营造良好的水体环境，使云湖形成结构合理，具有一定抵抗与自我恢复能力的水生态系统。设计将微生物附着基净化工艺与水生态恢复有机结合，将地表水从Ⅳ类净化到Ⅲ～Ⅱ类，通过初步净化系统有效降低50%的SS，提高水体透明度，为湖区水生态系统创造有利构建条件，最终实现水质的有效提升，打造徐圩新区绿色生态长廊。通过云湖水生态系统合理构建和云湖调水排盐，合理利用雨水资源，削减雨水径流中的污染物，减少水环境污染治理费用，提升排涝能力，降低内涝和洪灾造成的损失，取得一定经济效益和生态效益，有助于打造苏北沿海海绵城市建设典范，实现绿色、可持续、低碳城市发展模式。