公园景观水体水生态修复工程实践——以东平国家森林公园景观水体为例

罗鼎晖 王嘉伟 蒋跃

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335）

1 引言

水生态修复一般是指在充分发挥河湖等水体生态系统自修复功能的基础上，采取如曝气增氧技术、生物群落构建技术和内外源污染控制技术等生态修复技术手段及后续日常管理，使水生态系统恢复到较为自然的状态，以提高其生态完整性和可持续性。公园景观水体由于主要面向游客，水色、水味、透明度和水生动植物等水体表征情况直接冲击游客人群的感官，因此营造“水清岸绿、鱼翔浅底”景象尤为重要。目前，国内针对公园景观水体生态修复的报道已有不少，如厦门五缘湾湿地公园［1］、上海市曲阳公园［2］等，且基本以水质改善水平作为工程实施效果评价标准。上海市东平国家森林公园景观水体（天鹅湖、水杉湖和龙策湖）自2020年5月开始施工，截至2020年10月主体工程基本完工，水质基本稳定在Ⅲ类，水生态修复初见成效。通过归纳东平国家森林公园水生态修复设计过程和经验，为此类及相关类型水体生态修复设计提供参考。

2 研究区域概况

东平国家森林公园（121°49′E，31°68′N）地处上海市崇明区，如图1所示，园区内景观水体主要包括龙策湖、天鹅湖、水杉湖等开阔水域水面。因中国第十届花卉博览会定址在上海市［3］，花博会园区包含东平国家森林公园，园区内景观水体作为游客赏景的重要组成部分，其水生态系统整体质量提升对花博会顺利开展具有重要意义。

图1 东平国家森林公园水系

3 现状和问题识别

3.1 公园水系现状

公园园区水系东临张网港，北接界河，南连洪林河；内部共计南北向泯沟14道，河口平均宽度在3～10 m之间。园区计划在张网港和洪林河交界处新建泵闸1座，日常补水工况通过张网港引入洪林河，再通过南北向泯沟向公园景观水体补水。

3.2 公园水环境现状

公园补水水源主要来自张网港，依据前期水质资料，参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》，2017年张网港除夏季溶解氧指标值达到Ⅳ类水水质水平，其余指标值均达到Ⅲ类（含Ⅲ类）以上标准。园区内污水管网已基本完善，不存在游客及工作人员生活污水入湖问题。总体而言，湖区水质尚可。公园内景观水体水味正常，无恶臭现象存在；湖区水色以暗绿色为主，入湖区段以黄浊色为主；湖区透明度在20～30 cm之间。

3.3 公园水生态现状

公园内景观水体滨水植被带状况总体较好，植物种类丰富，主要种类包括芦苇、狭叶香蒲、荻芦、美人蕉等。水体内水生高等植物缺失，除龙策湖可零星见到金鱼藻分布，其余未见沉水植物存在。浮游动植物和底栖动物均有检出，生物多样性尚可。

3.4 问题识别

水环境：公园水体主要补水水源为张网港，上述河道水质状况较好，但泥沙含量高，导致园区水体透明度较低；公园水系沿岸林地茂密，大量枯枝落叶输入水体，沉积于湖底，形成底泥淤积，加剧水体有机营养负荷，加上水系水动力总体不足，导致水体藻类大量繁殖，水体呈浑浊暗绿。

水生态：公园水体生态系统结构缺失，沉水植物群落稀缺，水体自净能力较差。

4 治理目标、思路和措施

4.1 治理目标

针对上述景观水体问题，提出具体治理目标。

水环境：工程水体经过治理后使水质稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水水质水平；水体透明度达到60 cm以上。

水生态：经生态修复，公园工程水体水生高等植物覆盖率达到80%以上。

4.2 设计思路

针对上述主要水环境和水生态问题，基于生态学原理，以稳定达到年均水质Ⅲ类、提升水体透明度和构建良好草型生态系统为核心目标，在深入研究公园内外水体情况的基础上，制定了“清水入园＋内源控制＋生态修复”的设计思路，再通过各版块具体工程措施设计，最终实现恢复水体良好生态系统，提高水体自净能力，“水清岸绿、鱼翔浅底”的终极目标。

工程设计典型剖面示意见图2。

图2 工程设计典型剖面示意

4.3 治理措施

4.3.1 清水入园

清水入园是本次水生态修复工程的前提，主要起到拦截颗粒悬浮物和去除水体污染物的作用，包含以下3项技术措施：（1）生物栅填料。本次选取的生物栅填料材质为维纶醛化和涤纶混纺，比表面积为4 000～6 000 m2/m3，直径为50 mm。生物栅填料具有一定的比表面积，可以吸附水体中的颗粒悬浮物；其挂膜形成的生物膜，可有效去除水体污染物。（2）组合式生态浮岛。本次水生态修复工程选取的组合式生态浮岛由1座中央浮岛和4座水中绿毯组成。中央浮岛主要种植美人蕉（Canna indica）、西伯利亚鸢尾（Iris sibirica）等挺水植物，水中绿毯以耐荫性浮叶植物铜钱草（Hydrocotyle vulgaris）为主。浮叶植物叶片可以有效缓解水流冲击，增加生物填料作用时间；水生植物根系形成的微生物膜可有效去除水体污染物。（3）拦污帘。本次水生态修复工程选取的拦污帘为80～100目软围隔，主要布设在入湖口，起到拦截枯枝落叶和大颗粒悬浮物的作用。

4.3.2 内源控制

内源控制是本次水生态修复工程的基础，也为沉水植物种植创造良好条件。考虑到湖底底泥现状及后期沉水植物种植需求，本次内源修复以底质改良为主。底质改良采用微生物菌剂投放，微生物菌剂由光合菌群、乳酸菌群和酵母菌群等组成，主要功能作用为产生抗氧化物质，清除氧化物质，造就良性生态，形成适合于生物生长的良好底质环境。

4.3.3 生态修复

生态修复是本次水生态修复工程的重点，同样也是目标，主要包含以下3项技术措施：（1）沉水植物种植。Scheffer M［4］于1990年提出浅水湖泊存在以沉水植物为主的清水形态，或以浮游植物为主的浊水形态。基于上述理论，本次水生态修复工程以构建沉水植物群落为主。参考上海地区气候条件和植物种植景观效果，沉水植物选用矮苦草（Vallisneria natans）、刺苦草（Vallisneria spinulosa）和马来眼子菜（Potamogeton malaianus）；依据水体特征及工程经验，矮苦草种植于常水位下0.5～1.0 m区域，刺苦草和马来眼子菜混种于常水位下1.0 m至湖底区域。（2）水生动物投放。Shapiro J［5］于1990年明确提出“生物操纵技术”，认为调整鱼类结构，发展牧食性枝角类浮游动物，可以控制浮游植物的繁殖和生长；刘建康等［6］提出“鲢、鳙鱼控制蓝藻技术”，认为鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）和鳙鱼（Aristichthys nobilis）可通过滤食作用抑制蓝藻水华的发生。基于上述理论，水生动物投放以鱼类投放为主，鱼类投放以鲢、鳙鱼为主；考虑到枝角类浮游动物对水体透明度具有一定的改善作用，投放适量溞（Daphnia）类；同时为完善食物链，辅以投放青虾（Macrobrachium nipponense）、环棱螺（Bellamya）等大型底栖动物。（3）曝气增氧设置。水体溶氧是沉水植物生长的重要因素，赵风斌等［7］在上海淀山湖进行苦草现场生长试验表明，1 m水层处，溶解氧均值为5.66 mg/L时，苦草成活率为86.5%；2 m水层处，溶解氧均值为2.76 mg/L时，苦草成活率为46.5%。考虑到园区水体溶解氧现状及沉水植物生长需要，在湖区水体内布设沉水鼓风-曝气设备。

5 工程效益

5.1 生态效益

景观水体经生态修复工程后，水体透明度稳定在60 cm以上，水质指标稳定达到地表水Ⅲ类水平；工程区域沉水植物覆盖率达到80%以上，经跟踪调查，湖区水体内浮游动植物、底栖动物多样性水平及周边区域节肢动物、鸟类多样性水平均提升明显；阳光映照下，水下森林郁郁葱葱，一派生机蓬勃景象。

5.2 经济效益

植物通过光合作用可以固碳释氧，每产生1 g干物质需要消耗1.62 g二氧化碳，释放1.2 g氧气［8］；氧气生产价值参照国家林业局发布的LY/T 1721—2008《森林生态系统服务功能评估规范》确定，固碳价格1 320元/t，释氧价格1 000元/t。本次沉水植物群落构建涉及水域面积107 400 m2，覆盖率按80%计算，种植规格110株/m2，株高15～20 cm，沉水植物按每株均值8g计算，干物质按沉水植物的10%计算［9］，可得日固碳量：107 400×0.8×110×8×1.62×0.1×10－6＝12.2 t/d，日释氧量：107 400×0.8×110×8×1.2×0.1×10－6＝9.1 t/d；年化固碳经济效益：12.2×365×1 320×10－4＝587.80万元，年化释氧经济效益：9.1×365×1 000×10－4＝332.15万元。本工程总投资约为970万元，年化大气调节价值919.95万元，可见通过沉水植物群落构建产生的经济效益显著。

6 结论

东平国家森林公园景观水体主要问题为水体透明度低、沉水植物缺失，进而导致水体自净能力较差。本次生态修复工程以外源拦截为前提，底质改良为基础，将沉水植物群落净化系统构建、水生动物控藻、底栖动物过滤、曝气增氧系统布设等生态工程技术进行合理搭配，最终形成具有稳定利用与控制藻类、净化水体污染物、吸收水体营养物质的水生态系统。就目前效果而言，水质、透明度和沉水植物覆盖率均已达到治理目标要求，后续也产生了相当的生态和经济效益。但生态修复是一项长效工程，后期应从水生植物日常及季节维护、鱼类群落结构调整等角度对生态系统进行维护和管理，方能形成具备长效净化能力的水生态系统。