基于近自然结构的湖湾生态修复工程设计

田甜 郭剑桥 杨文宇

摘 要： 对汤逊湖重点污染湖湾红旗湖缓冲净化，降低入湖污染，同时提升湖湾生态景观品质，改善周边居民人居条件，构建“鱼翔浅底、水清岸绿”的城市生态湖湾，充分发挥湖泊生态系统服务功能。设计过程中注重生态系统的结构和功能、工程与原有水体形态相协调，遵循生物学和景观学的原理，在保证实现达到水功能目标前提下，达到自然、经济、低碳、环保。

关键词： 近自然结构;湖湾;生态修复

【中图分类号】X171.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）24-0042-02

0 引言

随着近年来城市化及工业化迅速发展，城市河湖水系出现水体污染、生态逐步退化等一系列环境问题。武汉市为应对越来越严重的水污染现状，全面开展“清源、清管、清流”，把水污染治理作为共抓长江大保护、推动长江经济带高质量发展的重要行动，并把水环境治理难度最大的三河三湖之一的汤逊湖视为突破口，推动提升武汉市水环境治理水平，重现清澈见底，水草丰茂的景象，打造“湖清岸绿、城湖共融”亚洲最大城市内湖水环境治理示范区。

汤逊湖位于武汉市东南部，水域面积47.62km2，是东湖水域面积的1.4倍，南湖水域面积的6.2倍。汤逊湖流域面积 240.48 km2，涉及洪山区、东湖高新区、江夏区3个行政区，流域范围内现状总人口约为 68 万人。汤逊湖在2006 年至 2013 年间入湖废污水量急剧上升，水质从Ⅲ类逐步下降到Ⅳ类，2014年水质恶化为V类，2018年变为劣V 类，部分区域爆发了蓝藻水华，2019 年水质为 V类～劣V类，目前TN及TP超标超标2～3倍。

1 工程概况

红旗湖位于汤逊湖东北角，水域面积1.37km2，湖湾面积占全湖的4.2%。受雨污混接、污水厂尾水排放、初雨径流污染、湖区围垦养殖等影响，红旗湖片区中红旗渠等水体向汤逊湖外源输入严重，在汤逊湖流域各子湖汇水区中污染占比较大，COD、氨氮、TP和TN指标占比较高;同时红旗湖水体流动性差，水生态生态系统严重受损，现状水质在V～劣V类之间，水质未达到水功能区划要求。为2021年主湖水质主要指标稳定Ⅴ类创造条件，确定了红旗湖生态净化工程。

2 湖区现状问题

（1）湖区水质不达标。湖区水质为Ⅴ类～劣Ⅴ类，湖心水质略好，部分点位可达到Ⅳ类，雨天时部分点位水质恶化。湖区水质主要超标指标为TP、COD和氨氮。湖区处于中度～轻度富营养化水平，存在富营养化风险。

（2）湖区存在内源污染。湖区主要内源污染物为总氮和总磷，大多数污染物集中在表层，重金属指标均能满足标准要求，底泥内源释放影响湖区水质。

（3）生态系统稳定性低。近半湖体目前为鱼塘及藕塘，受人为干扰较重，以荷花莲藕为主，未发展出自然植被群落;湖体部分存在鱼类和少量水生植物。同时红旗湖以自然岸线为主，沿湖存在自然滨岸带，但物种相对单一。由于渠道化、滨岸带缺失，生物多样性水平较低，生态系统成分组成简单，结构不稳定，系统自我调节能力弱，生态系统的抵抗力稳定性低[1，2]。

（4）水体自净能力差。旗湖的水体连通性差，且多年以来养殖业的发展导致水体营养浓度相对较高，生物降解与吸收作用受到影响，湖体的自净能力相对较弱。

3 治理思路

根据汤逊湖生态健康评价近期工程实施风险分析结果，退垸环湖入湖港渠围堤拆除后，污水厂尾水和港渠入湖径流污染对红旗湖的水质影响较大，占区域总污染负荷的较大比例，将红旗湖定位为汤逊湖主湖的缓冲净化区，通过湖湾湿地生态净化系统建设，有效消纳入湖污染物，削减进入汤逊湖主湖的污染负荷，为提升整个汤逊湖流域的水环境质量发挥作用。

近期紅旗湖湿地生态缓冲区的主要功能定位为污水厂尾水和入湖港渠污染负荷缓冲净化湿地，远期污水厂尾水全部实现外排后，承担入湖港渠污染负荷缓冲净化功能。

构建红旗湖湿地，近期保留红旗渠并设置引水设施，在汤逊湖污水厂尾水外排前，主要净化污水厂尾水3.5万t/d，为内汤主湖提供优质补水;远期尾水外排，红旗渠围堤拆除后，承担红旗渠入湖污染的缓冲净化功能，解决区域面源污染入湖问题。

规划红旗湖为一个整体性生态净化系统，构建汤逊湖生态缓冲区，通过提升湖区净化能力，消纳入湖污水富余污染物，削减进入汤逊湖主湖的污染负荷。根据水质净化生态湿地建设需求，湖区主体包括预处理区、生态净化区和湿地涵养区。

4 工程总体布置

4.1 建设目标

红旗湖生态净化工程首要目标为控制流域污水厂尾水入湖污染，在此基础上进行湖泊生态修复，具体有：（1）红旗湖净化目标：原位构建功能性生态净化湿地，近期净化东湖高新区应急处理设施尾水并考虑部分雨季溢流污染，远期净化初雨厂尾水，主要水质指标净化至Ⅴ类（氨氮、COD、总磷）后向主湖提供优质补水水源。（2）生态修复目标：构建健康的湖泊水生态系统，消除红旗湖内源污染，促进生态系统良性循环，提高红旗湖水生态系统的生物多样性与稳定性，防止富营养化，形成入主湖的生态缓冲区。

4.2 建设任务

（1）湿地水质净化工程：原位构建功能性生态湿地，湿地近期净化东湖高新区应急处理设施尾水6万吨/天，并考虑部分雨季溢流污染（2万吨/天），进水共计8万吨/天，水质为一级A，远期净化初雨厂设计规模15万吨/天的尾水，主要水质指标净化达到Ⅴ类标准（氨氮、COD、总磷）后向主湖补水。

（2）净化湿地基底构建：针对红旗湖湖底淤泥，采用原位植物固封辅以微生物底质改良方法控制湖区内源污染。结合现状地形构建湖底地形，调整鱼塘区地形。结合现状鱼塘隔梗构建导流潜堤，利用鱼塘开挖土方填筑导流潜堤。其余土方用于东南部滞水湖湾的浅滩湿地构建和现状大水面区域底泥污染覆盖及湖底地形整理。对现状存在安全隐患的岸坡进行修整，补种灌木、草本植物，构建完整、健康的湖滨隔离缓冲带，拦截、净化入湖面源污染。

4.3 工艺比选

按照污水在湿地床的流动方式可分为表流湿地、潜流湿地，其中潜流湿地又分为水平潜流湿地和垂直流湿地[3]。稳定塘以塘为主要构筑物，依靠水域自然生态系统的能力净化污水，也常用于人工湿地系统中[4]。

由上表可知，人工湿地系统工艺的选择与净化要求和用地条件关系密切[5]。对于红旗湖人工湿地系统，需削减COD、氨氮、TP。结合红旗湖生态修复目标，本工程不改变现状水系格局，构建生态系统稳定塘，同时，为达到净化目标，设置预处理区（前置缓冲区和强化处理区）。前置缓冲区通过深潭营造相对厌氧环境，提高污水可生化性，在排涝时能够沉淀雨水中悬浮物，保障后续工艺流程净化效果。强化处理区承担较大的COD和氨氮负荷，生态系统稳定塘则进一步削减COD、氨氮和TP。

4.4 工程总体布局

红旗湖净化湿地面积为1.37km2。湿地入水口位于湖区东北部，北部湖面布置导流潜堤，南部为大湖面。水流进入后经潜堤导流后进入南部水面。导流潜堤利用现有鱼塘隔梗构建而成，最南侧一道为软围隔导流，潜堤和软围隔的设置增加水体停留时间，减少水体短流。湿地出水口为藏龙大道桥涵。

湖区分为前置缓冲区、强化处理区和自然湿地区，其中自然湿地区根据现状地形进一步分为生态净化区和湿地涵养区。前置缓冲区稳定来水水质、水量，均匀布水，缓冲超标雨水。强化处理区采用EHBR工艺，消纳水中有机物和氨氮[4]。自然湿地区构建以沉水植物为主导的水生态系统进一步净化水质。

为保障系统构建和净化效果，利用现有地形构建湿地基底，主要措施鱼塘隔梗拆除、地形调整、导流潜堤构建、浅滩湿地构建、湖区底质改良，之后构建EHBR膜系统、水生植物、动物群落，并布置增氧曝气系统。

5 结论

本文参考借鉴国内外类似城市内湖水质提升的项目设计经验，遵循“尊重自然、以人为本、生态优先、人水和谐”的原则，通过湖湾缓冲净化，有效控制现状入湖污染负荷，致力成为汤逊湖流域生态治理的示范，為本流域及其他类似湖区的整治提供经验。

此工程项目为沿湖城镇居民创造了良好的生活环境，提升了流域水质和湖区功能，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。

参考文献

[1] 张兰婷.富营养化蓝藻水华发生的主要成因与机制研究综述[J].水利发展研究，2019，v.19;No.215（05）：28-33.

[2] 秦文亚.浅谈城市黑臭水体生态还原治理方案[J].资源节约与环保，2016，No.175（06）：254+259.

[3] 闫晖敏，漆志飞，程花，林超，张艳晴.复合垂直流-水平流组合人工湿地对污水的净化效果[J].工业用水与废水，2016，v.47;No.217（06）：39-43.

[4] 张巍，许静，李晓东，晁雷，曾华，赵晓光，安乐.稳定塘处理污水的机理研究及应用研究进展[J].生态环境学报，2014，v.23（08）：1396-1401.

[5] 黄锦楼，陈琴，许连煌.人工湿地在应用中存在的问题及解决措施[J].环境科学，2013，v.34（01）：401-408.