城市典型人工湖湿地生态修复关键施工技术质量控制——以杭州某人工湖为例

肖 冰

城市人工湖是城市生态系统重要组成部分，为城市提供了可持续发展条件。为提高人工湖水质、改善水生态系统，应采用生态修复工程进行治理，包括生态清淤、人工湿地、植物景观工程等，而合理科学的施工技术，可有效保证工程质量。基于此，结合杭州某人工湖实际情况，详细分析了城市人工湖生态修复关键施工技术，为类似工程施工提供参考。

人工湖；生态修复；施工技术

1 引言

城市人工湖通常指人工挖掘、具有观景用途的景观湖，作为城市滨水空间的重要组合部分，为城市提供更为稳定、舒适、可持续的发展条件[1]，同时作为城市开放空间，为居民提供休闲娱乐的场所。在城市规划中，人工湖的建设十分必要，它的建成可以改善由于自然水体被蚕食而导致的一系列环境问题，同时具有丰富的景观、人文等功能，如维持区域城市生态系统的完整性、调节区域小气候、改善城市生态环境、涵养水源、保持水土、优化城市景观格局[2]。由于人工湖流动性差、封闭性强、生物群落不稳定、自净能力差，造成其生态系统较为脆弱，水质易受外部和内部因素的影响而恶化，同时由于人类活动加速了湖体的富营养化演化过程，使其生命周期迅速缩短，因此，通过合理有效的生态修复措施保持人工湖生态系统的良性循环，提高并维持水质是极其必要的，是实现城市可持续发展的一部分，具有改善人民生活环境的生态价值和经济价值。

1.治理前水体特征

2.生态修复技术路线

3.施工工艺流程图

人工湖生态修复技术主要包括內源减负、外源截留、构建生态系统等，其中，內源减负措施主要为生态清淤技术、底质改良技术等，控制底泥中污染物质的释放，改良底质使其适合动植物及微生物生长；外源截留技术主要针对汇入人工湖的点源及面源污染，点源污染通过截污纳管可去除，而面源污染需根据其汇流区域特征采用植草沟、雨水花园等低影响开发技术来控制；生态系统构建则是通过合理种植挺水—浮水—沉水植物，合理放养水生动物等方式构建较为完整的食物链，提高水体自净能力。人工湖生态修复和景观工程在治理工艺和技术选择上是遵循一定的模式并得到共识，而施工质量问题作为影响水体修复工程最终效果的重要因素，应受到充分重视和严格把控。

本文以杭州某人工湖生态修复工程为例，通过分析该生态修复工程净化工艺、施工工艺等内容，总结形成人工湖生态修复工程施工质量控制技术，为修复工程实现其预期效果提供保障，为类似工程的施工提供一些参考。

2 工程概况

2.1 项目概况

人工湖位于浙江省杭州市西湖区，原为养殖鱼塘，欲将其改造为景观湖，水面面积约1 297 m2，为封闭水域，补水来自日常降雨。人工湖北侧为办公区和食堂，生活污水通过市政管道纳管，人工湖无点源污染。为保证水质提升效果，将水体原状进行调整，水池设计面积为1 375 m2，设计水深为2 m，为区块内的内湖水景。

人工湖生态修复工程总体定位：将水域景观与陆域景观相融合，实现水清草绿、生态自然、休闲娱乐等功能；具体目标为：水体清澈、色度较低、透明度可达1.5 m以上，水质净化目标为主要水质指标（总氮、总磷、氨氮、化学需氧量、五日生化需氧量等）《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类标准，水体生态系统完善、自净能力较好，水生植物空间布局合理，水底营造茂盛“水下森林”，岸上打造环境优美、功能齐全的生态驳岸，构建水体立体景观。

2.2 治理前水域特征

人工湖原为鱼塘，治理前存在以下问题：

（1）随着时间推移，底泥中积累了大量营养物质（图1），在特定条件下会释放入水体，使水体中营养盐含量增加，引发藻类爆发。

（2）水体驳岸为土岸，岸体泥土裸露，无植物生长，面源污染较严重，水生态系统结构及功能极不佳，加之水体封闭独立，水动力条件差，水体自净能力不足，很难保持健康稳定的平衡状态。

（3）降雨期间雨水冲刷地表，污染物随降雨产生地表径流进入水域。面源污染的80%～90%负荷被初期雨水（降雨前期600～1000 s）带入水体。人工湖无点源污染，初期雨水污染占污染总量的87%。

2.3 生态修复技术路线

城市人工湖作为内源性湖泊，是城市水生态环境的重要部分，人工湖的生态修复需经历先治理后修复的过程，先将水体中的污染物质降低到一定浓度以下，后根据生态位、食物链、自然演替等理论构建稳定的动物—植物—微生物系统，使其具有一定的自净与循环能力，最终达到生态修复的目的（图2）。

由于人工湖底泥污染严重[3]，因此首先需对底泥进行清淤，减少人工湖内源污染，清淤后再对底泥进行改良，使其适合动植物和微生物生长。

其次，考虑到人工湖水体封闭性，水面降雨、蒸发、下渗、绿化灌溉和雨水径流汇入等原因均会导致水体水量变化，为保持水位稳定，对水体进行水量平衡分析。影响人工湖水位变动因子主要为降雨、蒸发、渗漏、地表径流、绿化灌溉等，由于人工湖所在地块为淤泥质黏土，渗透系数极小，因此不考虑湖底渗漏。通过水量平衡分析，为保持人工湖水位稳定，需进行补水，年补水量为2 462.5 m3，其中8月份需补充水量最多，为549.6 m3，结合西湖大学整体设计，选取人工湖北侧约200 m的下确桥港作为人工湖补水水源。根据补水量、水头损失等，选用额定流量Q=5.0 m3/h、扬程H=10 m的潜水泵。

根据下确桥港的水质监测结果，下确桥港水质稳定在IV类及以上，以地表水III类作为标准，补水水源主要为氨氮（NH4+-N）和总磷（TP）超标，且下确桥港透明度较低，补水水源TP平均浓度为0.13 mg/L，以年补水量2 462.5 m3计算，年输入氨氮（NH3-N）为3.89 kg/a，总磷（TP）为0.44 kg/a。因此为减少补水水源带入人工湖的污染物含量，来水需先进入预处理池通过沉淀、吸附等净化作用后，再流入人工湿地进行强化净化。

由于湖内为静水环境，为不断加入溶解氧，使滞留区湖水构成一个流水型生态系统，加快有机物的降解，降低污染的维护，人工湖中设置人工曝气装置及内循环系统，形成良性水体循环。

为强化净化效果，湖内及驳岸种植沉水植物、挺水植物和浮叶植物（种植量见表1），以完善水体生态系统，增强水体自净功能，湖底种植土下层铺设膨润土吸附层，一方面可以起到防渗作用，另一方面膨润土对底泥及水体中的污染物有较好的吸附作用。

2.4 施工工艺流程

人工湖生态修复工程施工工艺主要包括湖体基底处理、湿地基底处理、水生植物种植及内循环泵的安装等（图3）。

表 1 水生植物种植量

4.水循环工艺流程图

3 城市人工湖水循环与水净化工程

3.1 补水及水循环工程

为保证城市人工湖水量平衡，改善水动力条件，设置补水及水循环工程（图4）。人工湖循环周期为72 h，即3 d循环一次，根据人工湖总水量，计算其循环泵流量，根据流量、扬程，选取循环泵型号，内循环泵采用额定流量Q=30 m3/h，扬程H=9 m，功率P=2.2 kw潜水泵，配管口径为65 mm。

潜水泵安装在泵坑中，泵坑的基础、尺寸按照图纸施工，各部分尺寸及位置的偏差不得超过规定值，泵的纵向安装水平偏差不应大于0.1‰，横向安装水平偏差不应大于0.2‰，并应在泵的进出口或其他水平面进行测量。与泵连接的管道，应符合相关标准，且内部和管端清洗洁净、无杂物和损伤，吸入管道和输出管道应有各自支架，不得由泵承受管道的重量，相互连接的端面应平行。待泵和相关管道安装完毕后，需对电动机和泵进行试运行，检查电动机是否正常运转，电动机与泵转向是否一致，是否出现异常声响和摩擦现象，管道连接是否牢固有无渗漏，管道是否畅通，压力是否在设计范围内等等。

3.2 水净化工程

为避免补水水源的汇入对人工湖造成污染，补水进入人工湖前需经过预处理池（图5）和人工湿地（图6）的净化：来水进入预处理池，通过预处理池中的砾石填料过滤后进入湿地集水区，防止人工湿地堵塞。根据预处理池处理流量及停留时间，其有效容积为10 m3，设计深度为1.5 m，有效水深为1.0 m，SS去除率可达40～50%。

人工湿地的净化机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解转行、植物吸收等物理、化学、生物三重协同作用。人工湿地采用水平潜流湿地，表面水力负荷取0.16 m3/m2·d，根据人工湿地日处理水量，计算得湿地面积为120 m2。

预处理池及人工湿地主要采用不同粒径砾石作为过滤材料，要求质地坚硬、新鲜、未风化。粒径满足设计要求，超粒径比例不得超过5%，滤料含泥量应满足设计部大于3%的要求，滤料回填前需洗净，且根据要求，需对碎石进行全钙含量检测，不低于30%。

4 城市人工湖生态修复与植物景观工程

4.1 生态清淤与土方开挖

人工湿地的基础为地下结构，开挖基坑施工对于湿地的稳定尤为重要，项目所在地周边为苗木种植基地，开挖基坑形状为45°放坡，采用机械开挖与人工修整想结合的施工技术方法，基坑内采用污泥泵排水。基坑的开挖顺序自上而下逐层开挖，开挖厚度每层宜为1 m，不得超挖，开挖至设计标高1 m上停止机械开挖，人工挖至设计标高，对基底土层人工分拣一次，保证不含石块、树枝、树根等，后压实整平。基坑顶面和基底放线出45°上下水平线，确认无误后，机械开挖挖斗控制好45°坡脚，一次开挖整形，减少人工修坡，确保土坡美观平整。基坑表面整平，人工清理土块碎石，机械碾压密实，平整后检查平整度和密实度，压实度达95%，保证无鼓包和洼坑，无树根、石块等杂物，防止影响防渗膜防水效果[4]。

4.2 驳岸及挡墙施工

人工湖原为自然土坡驳岸，为发挥驳岸污染物拦截功能和生态功能，对驳岸进行生态设计，先用挖机和人工对驳岸进行调整，使坡度自然舒缓，结构稳定，再种植挺水植物，构建生态平衡、环境优美、功能齐全的驳岸。

湿地挡墙采用垒石挡墙。土方开挖至设计标高并平整后，放线定位出垫层边线，支设处垫层边摸验收合格后浇筑C15混凝土垫层，垫层施工完成后，复核设计高程并按图纸和挡墙中线桩定出墙体轴线、基础尺寸线等。石料需材质坚实新鲜，无风化剥落或裂纹，石材表面无污垢、水锈等杂质，强度不低于MU40，密度大于2200 kg/m3。控制堆石空隙大小，保证粒径级配良好，防止过多碎石堵塞孔隙，底层为30 cm以上大粒径石料，自下而上逐层施工，上层为小粒径毛石，堆石间用饱满砂浆填筑，采用铺浆法砌筑料石砂浆的砂最大粒径不大于2.5 mm。

5.预处理池结构图

6.人工湿地结构图

7.膨润土铺设剖面图

4.3 底质改良与膨润土铺设

蓄水前，为改善土壤粒径、消除土壤中有害孢子、病菌等，可用含有陶粒、蛭石、黏土、腐殖酸和草石灰等的药剂和杀菌类药剂进行处理。药剂应选择晴天在湖底沉水植物栽培区域内均匀泼洒，泼洒完毕后，要暴晒一周[5]。

根据地勘报告，人工湖所在地块底部为淤泥质黏土，渗透系数极小，属微透水性地层，渗透量可忽略不计，因此湖底不需铺设防渗层。为了增强水质净化效果，设计在湖底铺设膨润土层，通过膨润土的吸附作用吸附底泥和水体中的污染物质。根据污染物去除计算，设计在湖底铺设厚度为200 mm的膨润土层。膨润土呈粉状，遇水后体积胀大呈悬浮状，因此用编织袋包装后铺设在湖底，上覆20～30 cm种植土（图7）。

人工湿地及湖底基底处理后需回填滤料和种植土，回填过程中保证滤料清洁无杂物，机械车辆不得把泥土带入湿地床内，且装填后高程误差控制在±5 cm以内。滤料回填时注意管道安全，避免管道损坏及细料从管口进入管内，造成堵塞。回填施工应采用后退法施工，避免对内部结构的破坏。

4.4 水生植物栽植

水生植物是展现水体景观工程的重要部分[6]，应根据当地气候、土壤等条件配置适宜各个季节生长的多种水生植物，增加水体景观效果，保持生物多样性，增强生态系统的稳定性。湿地床内及人工湖岸带所选植物主要为鸢尾、千屈菜、美人蕉、梭鱼草、矮蒲苇、旱伞草等，沉水植物为矮型苦草。

水生植物质量的好坏直接影响水体景观和水处理效果，因此植物选取应符合质量标准和设计要求，选择发育良好、生长健壮、无病虫害的植株。运输过程应保持根部湿润，避免风吹暴晒，运输至项目地后，及时把根系或整个植株浸泡在水中。

挺水植物移植时，为提高植物成活率，应进行适当修剪，剪口必须平滑，不得劈裂并注意留芽位置。沉水植物一般不做修剪，应确保种植后沉水植物不漂浮于水面。

种植时间一般选择在蒸腾量小和有利根系及时恢复的时期，选择当日气温较低或小阴雨天移植，晴天可在下午5点后移植，工序必须紧凑，尽量缩短暴露时间。沉水植物需存放于水中，挺水植物种植后至成活前，应每天上下午各浇一次水[7-10]。

待初次进水至20～30 cm后，开始种植沉水植物，并保持水位一周，确保沉水植物存活，之后开始进水，进行下一步种植，水位升至1 m时，为保证沉水植物接收到足够的光照，应对水体透明度进行调整，投加净水剂，保证水体透明度，再种植沉水植物。沉水植物的种植方式为满铺种植，类似插秧。

挺水植物种植前，对土壤进行搂平粑细等清理后，用工具先掏出种植穴，种植穴大小根据所种植的挺水植物根系/土球的大小和形状确定，植物放下后不窝根。掏好种植穴后，将苗木放入种植穴中，返土扶直植物，并压实覆土，确保苗木垂直地面不倒伏，不倾斜。

若施工现场由于光线遮挡等原因会使植物生长受到影响，存活率不能得到保证时，应根据现场实际情况调整具体施工工艺和施工顺序。

5 城市人工湖生态修复管养维护

5.1 水循环与水净化设施运行维护

设施的维护管养是生态修复工程长效运行的保障，人工湖生态修复工程中使用的设备主要有潜水泵和喷泉式曝气机，维护管理的重点在于以预防为主，坚持日常保养与按计划维修并重。对于常年使用与季节性使用的设备，合理制定安排维修保养计划。设置设备台账，记录设备的检查维修情况。若出现异常情况及时处理。

5.2 生态修复工程初期与日常养护

生态系统构建初期，某一物种会因为环境适应性强而大量繁殖，使得单个物种生长占优势，从而抑制其他物种的竞争力，使其他物种数量减少甚至消失，导致生态系统难以维持平衡，因此在生态系统初步构建后，需通过对水生动植物种类、密度的监测，掌握其变化动态，并采取多种生物操纵和生态调控技术，辅以人工措施引导水生态系统形成优势良性群落，尽快达到生态平衡状态。水生态建设初期，可使用净水剂提高水体透明度，使其满足沉水植物生长所需光照条件。

保持水面干净，及时打捞水面杂物，清除青苔、狐尾藻、菹草等杂草；控制入侵物种，禁止私自放生；定期观察水色、鱼类活动，观察底栖动物和水生植物生长状况；突发大雨或暴雨及时排水，干旱期及时补水，保持水位稳定；定期检修曝气水泵等设备，保证正常运行。

对水生植物的维护，应定期去除杂草；及时修剪枯黄、枯死、倒伏植株；及时清理岸带杂物或垃圾；发生病虫害时，及时喷施农药。沉水植物一般无需收割，但为了去除人工湖水中营养物质，可在每年4～10月生长旺盛期进行适量修剪，高度割至水面以下30 cm即可。

对水生动物的维护，主要是捕捞和放养工作。人工湖投放水生动物以底栖动物为主，同时投放少量鲢等滤食性鱼类和极少量观赏性金鱼；及时清捞动物残尸，并根据具体情况补给；对于优势过于明显的单一物种，采取轮捕轮放或放养其他生物物种加以控制。对于总量过少的水生动物积极补放，确保生物链结构稳定。

6 结语

城市人工湖是城市生态系统的重要组成部分，影响着城市生态结构，同时发挥着重要的生态、社会、经济效益。然而由于其水体的封闭性，生态系统极为脆弱，易受影响，需采取相应生态修复措施改善生态系统，提高并维持水质。影响生态修复工程施工质量的因素有很多，为保证施工质量，应严格控制施工技术，有效提升施工作业的科学性和合理性。该项目所采用施工工艺能够保证工程质量，使得生态修复措施发挥作用（图8）。

8.治理后效果