基于近自然結構的湖灣生態修復工程設計

田甜 郭劍橋 楊文宇

摘?要： 對湯遜湖重點污染湖灣紅旗湖緩沖凈化，降低入湖污染，同時提升湖灣生態景觀品質，改善周邊居民人居條件，構建“魚翔淺底、水清岸綠”的城市生態湖灣，充分發揮湖泊生態系統服務功能。設計過程中注重生態系統的結構和功能、工程與原有水體形態相協調，遵循生物學和景觀學的原理，在保證實現達到水功能目標前提下，達到自然、經濟、低碳、環保。

關鍵詞： 近自然結構;湖灣;生態修復

【中圖分類號】X171.4?【文獻標識碼】A?【文章編號】1674-3733（2020）24-0042-02

0?引言

隨著近年來城市化及工業化迅速發展，城市河湖水系出現水體污染、生態逐步退化等一系列環境問題。武漢市為應對越來越嚴重的水污染現狀，全面開展“清源、清管、清流”，把水污染治理作為共抓長江大保護、推動長江經濟帶高質量發展的重要行動，并把水環境治理難度最大的三河三湖之一的湯遜湖視為突破口，推動提升武漢市水環境治理水平，重現清澈見底，水草豐茂的景象，打造“湖清岸綠、城湖共融”亞洲最大城市內湖水環境治理示范區。

湯遜湖位于武漢市東南部，水域面積47.62km2，是東湖水域面積的1.4倍，南湖水域面積的6.2倍。湯遜湖流域面積 240.48 km2，涉及洪山區、東湖高新區、江夏區3個行政區，流域范圍內現狀總人口約為 68 萬人。湯遜湖在2006 年至 2013 年間入湖廢污水量急劇上升，水質從Ⅲ類逐步下降到Ⅳ類，2014年水質惡化為V類，2018年變為劣V 類，部分區域爆發了藍藻水華，2019 年水質為 V類～劣V類，目前TN及TP超標超標2～3倍。

1?工程概況

紅旗湖位于湯遜湖東北角，水域面積1.37km2，湖灣面積占全湖的4.2%。受雨污混接、污水廠尾水排放、初雨徑流污染、湖區圍墾養殖等影響，紅旗湖片區中紅旗渠等水體向湯遜湖外源輸入嚴重，在湯遜湖流域各子湖匯水區中污染占比較大，COD、氨氮、TP和TN指標占比較高;同時紅旗湖水體流動性差，水生態生態系統嚴重受損，現狀水質在V～劣V類之間，水質未達到水功能區劃要求。為2021年主湖水質主要指標穩定Ⅴ類創造條件，確定了紅旗湖生態凈化工程。

2?湖區現狀問題

（1）湖區水質不達標。湖區水質為Ⅴ類～劣Ⅴ類，湖心水質略好，部分點位可達到Ⅳ類，雨天時部分點位水質惡化。湖區水質主要超標指標為TP、COD和氨氮。湖區處于中度～輕度富營養化水平，存在富營養化風險。

（2）湖區存在內源污染。湖區主要內源污染物為總氮和總磷，大多數污染物集中在表層，重金屬指標均能滿足標準要求，底泥內源釋放影響湖區水質。

（3）生態系統穩定性低。近半湖體目前為魚塘及藕塘，受人為干擾較重，以荷花蓮藕為主，未發展出自然植被群落;湖體部分存在魚類和少量水生植物。同時紅旗湖以自然岸線為主，沿湖存在自然濱岸帶，但物種相對單一。由于渠道化、濱岸帶缺失，生物多樣性水平較低，生態系統成分組成簡單，結構不穩定，系統自我調節能力弱，生態系統的抵抗力穩定性低[1，2]。

（4）水體自凈能力差。旗湖的水體連通性差，且多年以來養殖業的發展導致水體營養濃度相對較高，生物降解與吸收作用受到影響，湖體的自凈能力相對較弱。

3?治理思路

根據湯遜湖生態健康評價近期工程實施風險分析結果，退垸環湖入湖港渠圍堤拆除后，污水廠尾水和港渠入湖徑流污染對紅旗湖的水質影響較大，占區域總污染負荷的較大比例，將紅旗湖定位為湯遜湖主湖的緩沖凈化區，通過湖灣濕地生態凈化系統建設，有效消納入湖污染物，削減進入湯遜湖主湖的污染負荷，為提升整個湯遜湖流域的水環境質量發揮作用。

近期紅旗湖濕地生態緩沖區的主要功能定位為污水廠尾水和入湖港渠污染負荷緩沖凈化濕地，遠期污水廠尾水全部實現外排后，承擔入湖港渠污染負荷緩沖凈化功能。

構建紅旗湖濕地，近期保留紅旗渠并設置引水設施，在湯遜湖污水廠尾水外排前，主要凈化污水廠尾水3.5萬t/d，為內湯主湖提供優質補水;遠期尾水外排，紅旗渠圍堤拆除后，承擔紅旗渠入湖污染的緩沖凈化功能，解決區域面源污染入湖問題。

規劃紅旗湖為一個整體性生態凈化系統，構建湯遜湖生態緩沖區，通過提升湖區凈化能力，消納入湖污水富余污染物，削減進入湯遜湖主湖的污染負荷。根據水質凈化生態濕地建設需求，湖區主體包括預處理區、生態凈化區和濕地涵養區。

4?工程總體布置

4.1?建設目標

紅旗湖生態凈化工程首要目標為控制流域污水廠尾水入湖污染，在此基礎上進行湖泊生態修復，具體有：（1）紅旗湖凈化目標：原位構建功能性生態凈化濕地，近期凈化東湖高新區應急處理設施尾水并考慮部分雨季溢流污染，遠期凈化初雨廠尾水，主要水質指標凈化至Ⅴ類（氨氮、COD、總磷）后向主湖提供優質補水水源。（2）生態修復目標：構建健康的湖泊水生態系統，消除紅旗湖內源污染，促進生態系統良性循環，提高紅旗湖水生態系統的生物多樣性與穩定性，防止富營養化，形成入主湖的生態緩沖區。

4.2?建設任務

（1）濕地水質凈化工程：原位構建功能性生態濕地，濕地近期凈化東湖高新區應急處理設施尾水6萬噸/天，并考慮部分雨季溢流污染（2萬噸/天），進水共計8萬噸/天，水質為一級A，遠期凈化初雨廠設計規模15萬噸/天的尾水，主要水質指標凈化達到Ⅴ類標準（氨氮、COD、總磷）后向主湖補水。

（2）凈化濕地基底構建：針對紅旗湖湖底淤泥，采用原位植物固封輔以微生物底質改良方法控制湖區內源污染。結合現狀地形構建湖底地形，調整魚塘區地形。結合現狀魚塘隔梗構建導流潛堤，利用魚塘開挖土方填筑導流潛堤。其余土方用于東南部滯水湖灣的淺灘濕地構建和現狀大水面區域底泥污染覆蓋及湖底地形整理。對現狀存在安全隱患的岸坡進行修整，補種灌木、草本植物，構建完整、健康的湖濱隔離緩沖帶，攔截、凈化入湖面源污染。

4.3?工藝比選

按照污水在濕地床的流動方式可分為表流濕地、潛流濕地，其中潛流濕地又分為水平潛流濕地和垂直流濕地[3]。穩定塘以塘為主要構筑物，依靠水域自然生態系統的能力凈化污水，也常用于人工濕地系統中[4]。

由上表可知，人工濕地系統工藝的選擇與凈化要求和用地條件關系密切[5]。對于紅旗湖人工濕地系統，需削減COD、氨氮、TP。結合紅旗湖生態修復目標，本工程不改變現狀水系格局，構建生態系統穩定塘，同時，為達到凈化目標，設置預處理區（前置緩沖區和強化處理區）。前置緩沖區通過深潭營造相對厭氧環境，提高污水可生化性，在排澇時能夠沉淀雨水中懸浮物，保障后續工藝流程凈化效果。強化處理區承擔較大的COD和氨氮負荷，生態系統穩定塘則進一步削減COD、氨氮和TP。

4.4?工程總體布局

紅旗湖凈化濕地面積為1.37km2。濕地入水口位于湖區東北部，北部湖面布置導流潛堤，南部為大湖面。水流進入后經潛堤導流后進入南部水面。導流潛堤利用現有魚塘隔梗構建而成，最南側一道為軟圍隔導流，潛堤和軟圍隔的設置增加水體停留時間，減少水體短流。濕地出水口為藏龍大道橋涵。

湖區分為前置緩沖區、強化處理區和自然濕地區，其中自然濕地區根據現狀地形進一步分為生態凈化區和濕地涵養區。前置緩沖區穩定來水水質、水量，均勻布水，緩沖超標雨水。強化處理區采用EHBR工藝，消納水中有機物和氨氮[4]。自然濕地區構建以沉水植物為主導的水生態系統進一步凈化水質。

為保障系統構建和凈化效果，利用現有地形構建濕地基底，主要措施魚塘隔梗拆除、地形調整、導流潛堤構建、淺灘濕地構建、湖區底質改良，之后構建EHBR膜系統、水生植物、動物群落，并布置增氧曝氣系統。

5?結論

本文參考借鑒國內外類似城市內湖水質提升的項目設計經驗，遵循“尊重自然、以人為本、生態優先、人水和諧”的原則，通過湖灣緩沖凈化，有效控制現狀入湖污染負荷，致力成為湯遜湖流域生態治理的示范，為本流域及其他類似湖區的整治提供經驗。

此工程項目為沿湖城鎮居民創造了良好的生活環境，提升了流域水質和湖區功能，具有良好的社會效益、環境效益和經濟效益。

參考文獻

[1]?張蘭婷.富營養化藍藻水華發生的主要成因與機制研究綜述[J].水利發展研究，2019，v.19;No.215（05）：28-33.

[2]?秦文亞.淺談城市黑臭水體生態還原治理方案[J].資源節約與環保，2016，No.175（06）：254+259.

[3]?閆暉敏，漆志飛，程花，林超，張艷晴.復合垂直流-水平流組合人工濕地對污水的凈化效果[J].工業用水與廢水，2016，v.47;No.217（06）：39-43.

[4]?張巍，許靜，李曉東，晁雷，曾華，趙曉光，安樂.穩定塘處理污水的機理研究及應用研究進展[J].生態環境學報，2014，v.23（08）：1396-1401.

[5]?黃錦樓，陳琴，許連煌.人工濕地在應用中存在的問題及解決措施[J].環境科學，2013，v.34（01）：401-408.