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上海曹杨环浜水体生态修复技术要点

出处:武汉金联盛渔药 作者:陈洪达、丘昌强 水产养殖网 2013-08-29 16:18:00
陈洪达(武汉中科水生环境工程有限公司)

丘昌强(中国科学院水生生物研究所)

摘要:上海市曹杨环浜是一条环形封闭河道,治理前是劣V类水质,经过三年半示范治理,水质显著改善,其溶氧量、氨氮、总磷、高锰酸盐指数、五日生化需氧量和化学需氧量指标,均维持在III-II类标准,使曹杨环浜成为上海市水质最好的河道。

本文扼要报导了曹杨环浜污染治理的七项技术:修复沉水植物群落,营造挺水和浮叶花卉景点,调整鱼类种群结构,构建底栖动物种群,造流曝气循环水体,曲池底泥改良与水体连通,以及河道水生态系统长效管理。

关键词:水生态系统、上海河道、水生植物、水污染治理

一、前言

曹杨环浜是一条环形封闭河道,位于上海市普陀区曹杨新村,全长2208m,宽8~14m,连同曹杨公园内的曲池(1500m2)一起,水体面积为26433m2。

上海市水务局十分重视曹杨环浜综合整治工程,在2003年前,污染源已全部截流,底泥也曾二次疏浚,全面修建了驳岸、周围绿地和公园,这些工程措施的实施,对减轻环浜水体污染,改善周围环境质量起到很大作用,但由于水体生态系统被严重破坏,水生植物和水生动物十分贫乏,水体缺乏自净能力,故水质仍处于劣V-V类状态,2003年11月测定值,总氮为3.48 mg/L,氨氮为1.19 mg/L,总磷为0.178 mg/L,蓝藻水华经常暴发。

2003年11月起,武汉中科水生环境工程有限公司承担了《上海市曹杨新村曹杨环浜污染治理示范工程》任务。公司根据曹杨环浜的历史和现实情况,决定采取以修复水体生态系统作为工程重点,同时配合物理(如人工造流)和化学措施(如底泥的酸碱度中和),期望通过一年的示范实践,总结出能大幅度改善曹杨环浜水质的科学措施。一年期示范工程结束后,效果十分显著,水质从劣V类快速提高至IV-III类,一年后提高至III类,一跃成为上海市水质最好的河道[1]。

最近两年多来,水质进一步改善,根据市水务局提供的2006年1月到2007年4月共16个月的测定数据,各项指标平均值(及范围)如下:

溶氧量:5.4 (3.5-11.0) mg/L

氨氮:0.54 (0.06-1.25) mg/L

总磷:0.16(0.020-0.298) mg/L

高锰酸盐指数:5.8(4.2-8.6) mg/L

五日生化需氧量:3.6(2.2-5.2) mg/L

化学需氧量:21.25(15-30) mg/L

PH值:7.6(6.9-8.4),

按GB3838—2002《地表水环境质量标准》中规定的III类标准,即总磷为0.2 mg/L,总氮为1.0 mg/L,氨氮为1.0 mg/L,高锰酸盐指数为6,五日生化需氧量为4,对照上述监测数据后可见看出,曹杨环浜的水质维持在II-III类标准,曹杨环浜仍保持上海市内水质最好的河道。

二、主要技术及其效果

曹杨环浜水质之所以能长期维持良好水平,主要原因是针对曹杨环浜的具体情况采取了以水生态修复为主的技术措施,以及科学的维护管理。现就采取的主要技术及其效果介绍如下:

(一)修复沉水植物群落

修复大面积沉水植物群落是改善水质最为重要的措施,由于曹杨环浜中原有的沉水植物很少,而且种类单一,只有菹草和黑藻。为此采取了大面积种植,并以最快速度(半年内)使植物覆盖全河道。三年多来总共移栽的水生植物有26种,其中:沉水植物11种、挺水植物6种、浮叶植物6种,以及随移栽苗种时带进来的漂浮植物3种(小浮萍、紫背浮萍、满江红)。它们中既有暖季植物,也有冷季植物,一年四季都有植物生长。三年半来种植的水生植物量计11000kg(其中曲池2000kg)。所选择的20多种植物,它们不仅对污水具有很强的净化能力,同时还有较高的观赏价值,并为水生动物提供栖息生存、繁衍生存、索饵育肥场所,为发挥它们的净水功能起到积极作用。

移栽的沉水植物有11种,它们是伊乐藻、菹草、黑藻、金鱼藻、狐尾藻、苦草、密剌苦草、红线草、粉绿狐尾藻、水盾草和海菜花。其中海菜花是从云南滇池移栽的,只引种了2株,在环浜中能生长、开花。现在植物生物量较大的种类有菹草、伊乐藻、黑藻和水盾草,形成美丽的“水下森林”景观,也为曹杨环浜中的游船招来更好的生意。

由于全河道都生长沉水植物,它们利用太阳能,通过植物光合作用,为全河道水体生产了充足的溶解氧气。根据2004年测定,年平均沉水植物生物量(湿重)为1862.5g/m2。根据陈洪达的实验,菹草等7 种沉水植物,在光照强度8000Lx、水温26-29C条件下,平均产氧量为1.06mgO2/(h.g鲜重植物),按一天8小时计算,其产氧量为8.486mgO2/(h.g鲜重植物) [2]。实验数据充分说明,曹杨环浜沉水植物生物量如按1500g/m2计算,其增氧效果相当于每1000m2水体安装了一台功率为1000W的增氧机,从而保证了放养的所有水生动物的生长,促进了好氧细菌净化污水的功效。因此,在沉水植物、水生动物和细菌的净化功能作用下,曹杨环浜水质得到了明显的改善,由劣V类提高至Ⅳ-III类,至今维持在II-III类标准。

(二)营造挺水和浮叶花卉景点

为了美化河面环境,选择在曲池和街道办事处,以及桥的两侧,种植少量的浮叶花卉和挺水花卉,其中浮叶花卉以具有鲜艳颜色的睡莲品种为主,如大白睡莲、玛珊姑娘、洛桑、日出,佛琴娜莉斯等,还有少量荇菜和菱,形成美丽的睡莲景点;挺水花卉有6种,如香蒲、菖蒲、荷花、花叶芦荻、再力花和石龙芮,但种植面积均很小,主要点缀栽种在曹杨公园曲池瓷缸内,以及在街道办事处河岸边。

有一种粉绿狐尾藻,是外来物种,它属沉水植物,但又能挺水生长,由于其绿叶美观似狐尾,别具一格,于2006年引进试种,为控制其蔓延发展,只局限在小面积植物滤床上。                                               

(三)调整鱼类种群结构

在治理前,曹杨环浜中的鱼类和其他水生动物曾因严重污染而灭绝,后来虽有所恢复,但种类和数量均很少,而且对水质净化作用不大。为此,在构建了沉水植物群落,水体溶解氧大幅度上升基础上,放养了较多(合计67000尾)鱼类,其中以白鲢、鲫鱼、锦鲤为主,尾重50-100g的有354kg,7000尾,另全长3-4cm的有6万尾。目的是通过这些鱼类的不断滤食、摄食,以控制蓝藻水华的暴发和减少有机物的积累。放养数量要求控制在一定范围,但宜多不宜少,以鱼类摄食量略超过藻类生产量为最佳,从而有效地控制了蓝藻种群的发展,减少了水中悬浮物质的积累,降低污染程度,水质更加清新。由于水中浮游生物和有机碎屑较少,白鲢生长速度很慢,现在除有较多的体重约50g和约250g的白鲢外,还有许多鲫鱼、鲤鱼、锦鲤、攴条、麦穗鱼、花鲢、乌鱼等鱼类,以及龙虾、龟、鳖、水蛇、青蛙、青蜓幼虫、水黾等,再加上各种螺类、蚌类等,水生动物计有20多种,生物多样性高。不仅如此,还为周围的钓鱼爱好者提供了方便的钓鱼场所。

在夏天的早晨和傍晚,有许多老人带着小孩在河边观赏水景,往往发现在水面上有一种特别引起注意的小昆虫,它像溜冰者在水面上行走,而且还会像奥林匹g的溜冰运动员一样在水面上优雅地飞翔,却不会划破水面浸湿腿。这种小动物就是水黾,被喻为是池塘、河道中的溜冰者。

(四)构建底栖动物种群

为了更有效地清除河底中的有机碎屑和腐殖质,还放养了1500kg 的螺类和蚌类,其中湖螺、田螺、沼螺和旋纹螺计500kg,河蚌等蚌类1000kg。上述螺类在河道中生长良好,繁殖速度较快,到处都可以看到大小不同的各种螺蛳,它们不停地刮食,从而有效地控制了水底杂质的积累,降低了有机污染程度。据2004年7月23日测定,全河道仅螺类计有1350kg,而蚌类则极少。可见,由于环浜水体极适于水生动物生长,从而激发了城市居民“放生者”,定期或不定期地向环浜中投放螺类、鱼类、龟、鳖、虾等水生动物。三年多来,曹杨环浜成了“放生”的好去处,由于“放生”量较大,更有利于水质的净化,也有利于水生动物多样性的提高。

(五)造流曝气、循环水体

常言道“流水不腐”,为使曹杨环浜封闭的水体循环流动,促进相对富氧的表层水和相对少氧的底层水的均化与交换,提高沉水植物光合作用放氧效率,加速水体有机质的矿化速率,全面改善水质,在环浜西南角上,应用了造流曝气新技术,构筑了一道长10m的拦水坝,安装了一台低水头提升水泵选用节能低扬程潜水轴流泵,流量1047m3/h,扬程2.88m,轴功率10.69kw。 

三年多来的实践证明,定期或不定期地运行,尤其是在水质出现不正常情况下,运转后就能大大改善水质,为水体的自我恢复提供条件。

(六)曲池底泥改良与水体连通

曲池(面积1500m2)是曹杨公园内的一个小池,与曹杨环浜相临,曲池四周树木成荫,风景优美,游人很多,但美中不足的是蓝藻水华常年暴发,水质发黑发臭,沉水植物和鱼螺等均难于生存。公园管理处曾多次采取措施,如清淤、大量施用生石灰和大量换水等,均无法控制蓝藻水华的暴发,如油漆般的蓝藻水华,确实令人难堪。2005年,我公司接受治理任务。首先是改良酸度极高的曲池底泥,同时使曲池与环浜水体连通,以利用治理后的环浜优良水质,并在此基础上参照曹杨环浜的治理方案,构建沉水植物群落、修复水生生态系统。经半年努力,终于彻底改变了曲池面貌,蓝藻水华消失,至今水质良好,水景美观。

(七)河道水生态系统的长效管理

常言道“三分治,七分管”,可见管理的重要性。曹杨环浜示范工程一年结束后,严格按照长效管理制度进行科学管理,其中最为重要是水生草场的管理,必须保持暖季植物和冷季植物的结构合理性,以及适度的植物覆盖度,其次是调整水生动物的种群结构,保持必须的种群密度,并及时去除多余的植物和动物生物量,否则,污染治理效果不会理想,甚至逆转。这里例举一次教训,如在2004年4-12月,平均每月打捞水生植物约4000kg,这样水质维持良好,但在示范工程结束验收后,由于一时管理不当,一次性将绝大部分沉水植物割掉,从而切断了沉水植物造氧来源,使水生态系统失调,水质一度恶化,因为污水中还存在大量有机物质和氨氮,它们消耗了大量溶解氧,据测定1mg氨氮要消耗掉4.3mg/L溶解氧。幸好及时采取了补种沉水植物和其他措施,没有造成严重后果。

三、问题与讨论

(一)有关水生草场的经营和管理问题

我国湖泊、河流众多,水生植物资源十分丰富,但以往人们只注意利用其水生植物资源,却忽视草场资源的保护和经营管理,从而造成水生植物资源和水生态系统的严重破坏。近20年来,由于强调了生态环境的保护,才引起人们对湖泊、河流水生植被重要性的的认识,展开了以恢复水生植被为重要内容的水生态系统的恢复试验,并取得了显著成绩。当水生植被初步恢复成功后,水生草场将向两个方向发展:一个是持续稳定地向合理的群落结构方向发展,并能发挥其保护环境、净化水质的功能,但必须十分重视草场的经营和管理,严格执行水生草场管理制度;另一个是植物群落结构极不合理,植物过密或太稀,不仅没有发挥其优化环境的功能,甚至再次破坏水环境,究其原因是植被恢复后放任自流,没有专人管理,或管理不当而造成的。俗语“三分治、七分管”是十分正确的,必须像对待城市公园中的陆地草场一样,管理好水域中的水生草场。

(二)水生态系统修复技术在上海市河道治理中应用问题

上海市在过去和现在都是有名的水网城市,具有浓厚水乡风情,将来也应该是。根据2001年调查,全市有中小河道27600余条,是全国水面积比重较大、河网密度较密的地区,但大部分河道水质已严重污染,基本失去了水乡美景,破坏了水生态系统。尽管近一、二十年来,市政府下了很大决心,大力整治了许多河道,河水黑臭现象初步得到解决,但也不要停留在一片白水上,应该将河道建设成生态与景观溶于一体的健康水体。

根据作者的调查分析,就上海市河道环境的现状来看,对恢复水生植物群落有其不利因素外,但在许多方面则对水生植物群落的修复有利[3]。《曹杨环浜水生态修复示范工程》的成功,就是一个极好的例证,建议推广曹杨环浜的经验。

(陈洪达授权发表)

 

参考资料

[1]方涛、陈洪达等,2005。上海曹杨环浜污染水体生态修复,中国给水排水,12:10(1-)。
[2]陈洪达,1983。11种沉水植物的生产力,海洋与湖沼,19(6):525—531。  
[3]陈洪达,2005。水生植物在河道水环境治理中的作用,汪松年主编《上海水生态修复调查与研究》,2005年4月,上海科学出版社。

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