西南山地型深水景观湖库水生态修复技术探析

刘时彦，余泽强，肖 磊，谭 亮

（中建三局绿色产业投资有限公司，湖北武汉 430056）

随着城市不断扩张，一些原来分布于城市周边的小型湖泊、水库逐渐被城市包围，不再承担灌溉、防洪等水利功能，而是服务于城市生态和景观，成为供市民休闲娱乐的景观湖库。但转变后的该类湖库大多为封闭型湖库，自净能力差，同时受城市面源污染影响严重[1]，亟需进行水生态修复等原位治理，以保证景观水体的水质达标。

我国西南山地型深水湖库特点独特，具有水深较深、浅水区较少、受山洪影响显著等特点，常用的水生态修复技术存在沉水植物种植面积较少且不易成活、深水区缺氧改善不佳、水动力改善不足等问题，无法对深水湖库进行有效的治理。针对西南地区山地型深水景观湖库的特点，提出有效可行的水生态修复技术措施，以期为西南地区环境治理与修复提供参考。

1 水生态修复概述

水体生态修复指在遵循自然规律的前提下，通过各种生态手段的技术结合，恢复或者重建退化的水体生态系统，使得水体恢复原有的生态系统和自净能力。目前应用最广的修复技术主要有三类：

1.1 物理方法

通过机械和物理的人工手段处理河湖被污染的水体，其工艺和设备简单直接，主要方法有底泥疏浚、调水稀释、底泥覆盖等[2]。

1.2 化学方法

根据水体中污染物种类、特性、数量，有针对性地向水体投入适宜种类和剂量的化学药剂，通过絮凝、沉淀、络合等化学反应，去除水体污染物的方法，主要有化学除藻法、营养盐固定法、重金属固定法等[3]。

1.3 生物方法

通过植物、动物、微生物的运用净化水体[4]。目前国内对于湖库水生态修复使用最多的是清水型生态系统构建技术，该技术是以恢复生态学为基础，稳态转换理论为指导，生物操纵为方向，在长期大量的工程实践中，研发总结出的能够解决河道水体、景观湖泊污染问题的集成技术，其核心在于沉水植物群落、水生动物群落构建，真正做到低耗能、可持续、健康长效自我运行，达到水质提升的目标[5-6]。

2 常用水生态修复技术概述

2.1 “水下森林”构建

“水下森林”即沉水植物群落构建，是清水型水生态修复技术的核心。沉水植物对水体中氮、磷物质有较高的净化率，通过固定沉积物、减少再悬浮，降低湖泊内源负荷，同时可为浮游动物提供避难所，以此增强浮游植物控制和系统自净能力[7-8]；另一方面，其根茎叶均可为微生物提供良好的附着环境，形成具有强大净化效能的高等水植物-微生物“生物膜”系统[9]。其具有成本低、能耗低、稳定自我运行的特点，但沉水植物种植对水体透明度要求较高，种植水深一般不超过3m，且受水体冲刷不易存活，使用边界条件较为严苛。

2.2 生物操纵

“生物操纵”是通过一系列对湖泊中生物及其环境的操纵，降低藻类特别是蓝藻类生物量的生态修复方法，分为经典生物操纵和非经典生物操纵。经典生物操纵是指通过改变捕食者的种类组成或多度来操纵植食性的浮游动物群落的结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物，特别是枝角类种群的发展，进而降低藻类生物量；非经典生物操纵是利用滤食性鱼类（鲢鳙组合）来直接摄食藻类[10]。“生物操纵”通“水下森林”类似，是通过生物群落构建完善湖库自身生态系统，提高自净能力，同样具有成本低、能耗低、稳定自我运行的特点，需注意生物操纵时不能引入外来物种，避免造成生物入侵。

2.3 曝气增氧

曝气增氧是指增加河湖水体内部交换强度，并进行水体增氧的措施。河湖曝气增氧技术作为一种投资少、见效快的河污染治理技术，在河湖中设置曝气装置，可以有效改善水体黑臭状况，同时能使上层底泥中还原性物质得到氧化或降解。但常用的曝气设备一般为水体表层曝气，对深水区增氧难以奏效。

2.4 微生物菌剂

微生物菌剂对水体净化主要有3 种形式：一是通过向水体中投入营养物质、无毒表面活性剂等，激活水环境中本身具有降解污染物能力土著微生物；二是直接向底泥中投入单一、复合微生物制剂，激活水体中现有自净功能但被抑制的微生物；三是投放高效菌种净化水体，微生物菌剂具有效果好、见效快的特点，但由于成本较高，一般用于应急处理。

2.5 生态浮床

生态浮床技术通过水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生动物的摄食以及微生物的降解作用，达到水质净化的目的，同时营造景观效果。由于生态浮床本身净化能力有限，且只能净化表层水体，目前一般点缀在河湖之中作景观营造使用，兼具生态功能。

2.6 人工湿地

人工湿地分为表流人工湿地和潜流人工湿地，潜流人工湿地分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。人工湿地在水生态修复中运用以旁路人工湿地为主，其兼具生态和景观效果，但由于其占地要求，对土地提供不足的区域无法使用，或净化效果有限。

2.7 食藻虫

食藻虫是一种常见的低等咸淡水甲壳浮游动物，生存周期是45d，在世界范围内分布广泛。经人工驯化改良后，食藻虫个体比天然个体大，摄食能力较强，适应藻类暴发的富营养化水体环境，能将蓝藻胶团中滤食性鱼类不易消化的胶状物质消化吸收，成为蓝藻的克星。食藻虫捕食藻类后，将藻体有机物质同化，避免了使用化学药剂或生物制剂控藻后产生的藻体腐化导致的污染问题。

食藻虫原种在我国分布广泛，并不是外来种；在生态修复后期，水体富营养程度下降，使得食藻虫食物不足而种群数量大幅下降；生物多样性恢复后，多种鱼类和水生昆虫能够捕食食藻虫，从而抑制其种群数量。因此，食藻虫的使用不会造成生态安全问题。但食藻虫只能用于水深不超过3m 的区域，且成本较高，使用边界条件较高。

2.8 超声波除藻

超声波除藻技术主要通过空化泡共振效应、高温裂解效应、自由基氧化效应和微射流剪切效应4 种物理化学效应对藻类生理活性和细胞结构产生影响，其除藻效果主要取决于功率和频率2 个关键参数。超声波除藻技术因其除藻效果好、安装维护简便、反应速度快、精准度高和绿色环保等优点而逐渐受到关注，但单个设备覆盖范围不大，需要多点设置，设备运营成本较高。

2.9 生态柔性围隔

生态软围隔是一种应用于景观水处理、自然水体修复及污水深度处理等辅助设备。在湖泊治理中，围隔局部，阻止有害物质蔓延、漂移、扩散；在港口疏浚作业中，可防止浑浊淤泥扩散，减少对生态环境和水生动植物的危害；可保护自来水取水口。具有建设费用低、建设速度快、管理便捷等优点。

3 西南地区山地型深水景观湖库特点

3.1 山洪影响较大

西南地区降雨分旱季和雨季，降水主要集中在夏季。雨季时，山区汇水处地表径流流量大、流速快，易形成山洪，山洪入水时对坡岸冲刷和水体冲击严重，导致水土流失显著，同时强力的冲刷会导致已种植的水生植物死亡，对已构建的水生态系统造成严重影响。

另一方面，山洪携带大量泥沙，入水后会使水体浑浊，大幅降低水体透明度，影响沉水植物存活率；泥沙颗粒上携带氮、磷等营养物质，入水后对水质有不利影响，增加水体富营养化风险。

3.2 湖库岸陡水深

我国西南地区多山，湖库通常建立在山地之中，山地型湖库多呈深“V”型，湖库水深较深，最深处一般大于10m，沉水植物无法种植，常用的水生态修复手法无法在水深处使用；湖库岸边坡度较大，水深小于3m 的浅水区区域面积较少，沉水植物只能沿湖库周边水深较浅区域呈环形种植，聚集度较低且覆盖度通常只能达到30%～50%，生态修复效果不佳。

4 应对措施

针对西南地区山地型深水景观湖库的特点，一方面对山洪进行拦截，控制外源污染；另一方面通过改变场地边界条件，让常用的水生态修复技术得以适用，从而修复湖库生态系统，加强自身净化能力。

4.1 山洪拦截

4.1.1 工程手段。①调蓄池与前置库。目前，国内对于山洪拦截常用的手段是修建调蓄池或前置库，将山洪收集后再进行排出，定期清淤。但调蓄池和前置库的修建往往大兴土木，占地较大，且容积不易准确计算。②山洪分流渠。通过对山洪汇水区的确定、山洪流量和流速的计算，以场地现状为基础修建分流渠，将山洪进行分流，分流后排入自然水体。

4.1.2 生态手段。①阶梯式塘链。在山洪汇水区，以山地地形为依托，修建阶梯式塘链，一方面，用阶梯塘的形式削弱山洪动能；另一方面，根据对山洪流量和流速的计算，确定塘链的总容积及每个塘的容积，以达到对山洪调蓄的作用。塘链周边布置格宾石笼、雷诺护垫等，种植水生植物，起到生态和景观作用。②仿生溪沟。对于排口、涵洞的点状山洪排口，可在出水口在对山洪流量计算的基础上修建仿生溪沟，溪沟有效水深0.8～1.2m，长宽根据计算结果确定，溪沟中布置粒径5～50cm 大小不一的块石、鹅卵石等碎石，周边种植水生植物，起到拦截、消能、景观的效果。③植物生态过滤带。在山洪汇水区与湖库水体之间，通过植物带（乔灌草）、生态植草沟、水陆缓冲带的搭配，对进行山洪拦截和消能。植物带以乔灌草植物种植组成，以草本植物为基底，上面种植灌木带，乔木丛植其中；生态植草沟布置在湖库周边入水处；在滨水的水陆交错带种植沉水植物，作为水陆缓冲带，以此组合对山洪进行拦截。但该种植物拦截带拦截效果有限，只能对一定流量内的山洪起作用。

4.2 湖库基底改造

4.2.1 填湖。对于不再承担灌溉、防洪功能，库容可变更的湖库，可根据实际情况进行填湖，将水深控制在清水型生态系统构建技术能够正常使用的深度，填湖后正常使用水生态修复技术即可。填湖时，首先要检测湖底的底泥，对底泥淤积较厚、污染严重的湖库进行清淤，避免内源污染释放；填湖的材料不能携带污染物，造成新的内容源污染。

4.2.2 湖底改造。对于仍需承担一定的灌溉、防洪功能，库容不能随意变更的湖库，在保证库容不变的情况下对湖底改造，然后进行生态修复。改造方法为：将湖库下游区域挖深，挖方回填到上游区域，将上游水深控制在常用生态修复方法适用范围内，在此区域集中种植沉水植物，发挥聚集效应，覆盖率大于60%，同时构建水生动物群落，再配合其他的常用湖库生态修复手法；下游挖深区域使用WEP 技术（一种湖库深层增氧技术），增加湖库深水区域的含氧量，防止深水区域由于缺氧造成的水质恶化；浅水区和深水区之间修建水动力循环泵站和管网，将下游水体泵至上游水生态修复区域净化、循环，同时改善湖库水动力。以上处理措施可保证湖库库容不变的前提下，分区针对其特点采用不同的水生态修复手段，并将2 个区域循环起来，整体性地开展水生态修复。

5 结语

常用的水生态修复技术是通过不断的实践总结得出来的效果好、成本低、可持续的水生态修复手段，但在西南地区山地型深水景观湖库使用遇到了难题。针对其特点，结合湖库实际情况，分类进行水生态修复技术的探析。一是外源截污方面，通过拦截山洪，防止山洪冲击对湖库生态系统和水质的影响；二是生态系统构建方面，通过改变边界条件，使用水生态修复技术，恢复湖库自身的生态功能，加强自身净化能力，从而保证水质达标。