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重庆园博园龙景湖新型沉水植物浮岛应用与研究

作者: 张莉、王华东 时间:2020-1-7 阅读次数:474

随着城市的发展,水体污染治理的压力越来越大。传统水污染治理的方法包括清除点源(截留污染源并清污分流)、减少和控制面源污染、机械清淤等[1]。这些方法虽然有效,但实施的难度较大,且费用较高。人工浮岛技术是一种具有净化污染、修复生境、恢复生态、改善景观等多种功能的新型生态环境技术,在水体综合治理中具有良好的推广应用前景[2]。这种技术是针对富营养化的水质,以水生植物为主体,吸收水中N、P等污染物质,削减水体中的污染负荷,同时使水体透明度提高,对藻类有很好的抑制效果,使得水体的营养得到转移,减轻水体由于封闭或自循环不足带来的腥臭、富营养化现象。

一/生态浮岛的概念和分类

生态浮岛就是人工把水生植物或改良驯化的陆生植物移栽到水面浮岛上,植物在浮岛上生长,通过根系吸收水体中的氮、磷等营养物质,从而达到净化水质的目的。按浮岛植物与水体直接接触与否,浮岛总体上可分为干式和湿式两种[3]。干式浮岛上栽种的植物不直接和水体接触,由于植株根系不接触水体,干式浮岛没有直接的水体处理能力,但这种浮岛一般体积较大,能提供较大的浮力,浮岛上能栽种较大的木本园艺植物,在美化环境的同时,也为鸟类及昆虫提供生息的场所,其水下部分也能作为鱼类产卵场所。湿式浮岛是移栽植物与水体直接接触的一种浮岛类型,浮岛植物能直接利用水体中的氮、磷等营养物质。湿式浮岛具有广泛的适应性,功能多样,能够利用的植物品种也很多,而且具有直接的净水功能,因此湿式浮岛在水处理及水体生态修复方面的应用和研究较多,国内建造的浮岛 90% 以上都是这种类型[4]。而沉水植物浮岛,尤其是湖库深水区沉水植物浮岛,在国内的应用极为罕见。

二/龙景湖生态修复现状

重庆园博园位于重庆市两江新区,是中国(重庆)第八届国际园林博览会举办地,也是重庆主城区最大的生态公园和国家4A级旅游景区。园区占地面积220公顷,其中龙景湖水域面积53.36公顷(图1)。作为重庆园博园的重要景观资源及重庆市主城区最大的水库,龙景湖的水质保护工作意义重大。重庆大学城市与环境工程学院对龙景湖水质持续检测的数据表明,龙景湖水体水质主要指标达到《地表水环境质量标准(GB3838-2008)》Ⅳ类水质标准,基本达到公园景观水体要求。但面对外部面源污染的压力以及水库常年来水量较小等客观因素,龙景湖水污染治理形势严峻,个别区域的水质仍然存在不稳定的情况,因此持续开展龙景湖水质治理及生态修复工作显得尤为重要。

从2011年开始,重庆园博园通过截流上游排污口、建设污水提升泵站、建设排污管网等方式,截断龙景湖外源污染,并在龙景湖流域采取多种生态修复措施保护水体水质,包括建设15000平方米湿地花园,3000平方米环湖水生植物带,3000平方米植物浮岛,投放10万尾净水鱼苗,安装水车、喷泉、水下推进器等。这些措施最大限度地控制了面源污染,降低入湖污染负荷,并达到水体自净效果。

三/生态浮岛在龙景湖的应用

重庆园博园在龙景湖内先后建设了4种不同类型的生态浮岛,使用的材质包括塑料、棕皮、橡胶、钢架等,基本代表了国内浮岛的主要类型,对水质净化起到了积极作用。

3.1 塑料浮岛

塑料是国内应用最多的浮岛材料。常用的塑料浮岛外形有四边形、六边形等,厚度约20cm,中空的花盆尺寸根据现场需要,从直径330mm至500mm不等。龙景湖湿地花溪水面现有2500平米浮岛即采用塑料浮岛。此类浮岛优点是组合灵活多样,不受地形条件限制,更换方便,成本较低;缺点是初期景观性差,寿命较短,易漏水,浮力较小,维护工作量大。

3.2 橡胶浮岛

橡胶也是国内常见的浮岛材料之一。重庆园博园开园期间曾大量采用橡胶型浮岛(图2)种植植物,主要应用在龙景湖驳岸附近浅水区。实践表明,此类浮岛成本高,形状不规则,不稳定,易漏水倾覆,维护不便。且废旧轮胎沥出物含重金属、硫化物等污染物质,可能对环境造成污染。

3.3 棕皮浮岛

龙景湖秋亭桥内呈花瓣形铺展的浮岛即采用棕皮制作。棕皮浮岛与自然环境更协调,植物长势良好。该类浮岛的缺点是整体结构较为松散,不易整体成型,浮岛中部植物维护困难,不适宜种植较高的植物,易倾覆。

3.4 钢结构浮岛

重庆园博园利用龙景湖内水上展示活动废弃的钢架平台,在原有钢筋骨架及周边圆形整体钢制浮筒基础上,增加植物网箱,种植挺水植物,形成浮岛。该浮岛质量可靠、稳定、美观,但缺点是造价高。

四/龙景湖新型沉水植物浮岛设计

重庆园博园在对国内主要浮岛类型进行对比研究之后,结合龙景湖的水域特色,从植物驯化选育、浮岛材料选择及悬浮结构设计等方面着手,创新设计了新型沉水植物浮岛。新型沉水植物浮岛采用楠竹加浮筒组合,虽然其在水面呈现效果不如挺水植物浮岛美观,但不影响园区景观,且该浮岛成本较低,稳定性好,寿命长,维护方便,并解决了沉水植物在深水中的应用问题,填补了龙景湖深水区生态修复的空白。

新型沉水植物浮岛的建设,区别于传统意义上的植物浮岛,选择适宜于深水要求的浮材经科学组合设计,再覆上种植土壤后,能稳定地悬浮在深水中,确保了沉水植物能在悬浮的环境中自然生长和繁殖,有效吸收深层湖水中的氮、磷等物质,从而起到净化水质的作用,解决深水治污措施匮乏的问题。

4.1 新型浮岛设计方案

 

一个完整的浮岛主要包括3个部分:浮岛载体,浮岛固定装置和浮岛植物[5]。重庆园博园龙景湖的新型沉水植物浮岛主要采用浮筒、楠竹、绳索、钢网、土工布、种植土和沉水植物等材料。其中浮筒、楠竹是浮岛载体,绳索、钢网、土工布、种植土是浮岛固定装置,详细尺寸及组合设计方案如下(图3、图4):

4.2 沉水植物浮岛制作步骤

4.2.1 植物网箱制作钢网土工布陶粒种植土

预制1000mm×1000mm×400mm不锈钢网箱3套,网箱内从下到上依次填充的材料为:PVC板材,土工布、 厚度150mm陶粒层、厚度250mm种植土,使用竹片将1平米钢网均分成九宫格。为了试验各种沉水植物的生长效果,在九宫格网箱内种上预先选择好的9种沉水植物,分别是:大叶苦草(Vallisneria gigantean Gracb)、耐污苦草(Vallisneria natans (Lour.) Hara)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata (L. f.) Royle)、马来眼子菜(Potamogeton wrightii Morong)、龙须眼子菜(Stuckenia filiformis (Pers) Böerner)、叶耳小茨藻(Najas minor All.)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)、速生布氏轮藻(Chara braurii Gmel)、曼生水蕴草(geria densa Planch.)(图5、图6)。

4.2.2 浮台制作

利用8节约2米长的楠竹将预制的500mm×500mm×500mm浮筒绑扎成正方形浮岛(图7)3套,内空1000mm×1000mm,用于悬挂植物网箱。

4.2.3 组合安装

植物网箱四角绑好钢缆,悬挂于浮台中央,垂吊高度分别为1米、2米、3米。网箱外覆盖渔网,防止草鱼进入。然后放置于龙景湖缓流区(图8)。该区域位于龙景湖1号桥内湖湾区,流速缓慢,平均水深约10米,透明度通常在1-2米。

五/浮岛观察及效果分析

经过9个月持续观察,新型沉水植物浮岛在外观及结构设计等多方面优势明显,与龙景湖内的塑料浮岛、橡胶浮岛、棕皮浮岛、钢结构浮岛对比,新型沉水植物浮岛具有造型质朴、制作简便、成本较低、易于维护、结构稳定等特点,达到预期效果。通过水下摄像机对沉水植物生长情况观察发现,此次实验选择的9种沉水植物在3米水深处均无法成活,而在1米及2米水深处长势良好(表一)。

同时,新型浮岛对水质净化有积极作用,尤其是充分发挥了沉水植物在深水区的净化功能。在龙景湖新型沉水植物浮岛建设前后,水质指标有一定变化,主要指标(如总氮、总磷)变优(表二)。由于龙景湖面积较大,水质监测数据受到多种因素影响,小面积沉水植物对龙景湖水质生态修复起到的作用未能在数据上充分反应,还需进一步扩大投放面积,再对比观察效果。

六/结论

本文总结了重庆园博园在研究龙景湖生态浮岛方面的创新成果,并对国内主要类型浮岛进行了介绍和对比,重点展示了新型沉水植物浮岛的建设应用及研究过程。

通过实践,我们认为龙景湖新型沉水植物浮岛的应用及研究具有典型意义:

一是从浮岛选材、结构组合方面创新,新型浮岛取材方便,成本较低,结构稳定,维护简便。

二是充分发挥沉水植物在深水区的净化水体作用,填补龙景湖深水区生态修复空白。

三是水体水质指标受各种因素影响,扩大浮岛建设面积有利于进一步提高水质净化能力。

四是公园水体生态修复措施,应注重美观与实用结合,既达到净化水质目的,又能形成新的景观。

参考文献:

[1]顾宗濂.中国富营养化湖泊的生物修复[J].农村生态环境,2002,18(1):42-45.

[2]武琳慧,吴林林,黄民生.人工浮床及其在污染水体治理中应用进展[J].净水技术,2006,25(4):8-9.

[3] 丁则平.日本湿地净化技术人工浮岛介绍[J].海河水利,2007,(2): 63-65.

[4] 唐林森,陈 进,黄 茁.人工生物浮岛在富营养化水体治理中的应用[J].长江科学院院报,2008,25 (1)19-24.

[5]陈荷生.太湖生态修复治理工程[J].长江流域资源与环境,2001,10(2):173-178.

作者简介:

王华东,男,1980年12月出生,重庆江津人,重庆市园博园管理处职员,龙景湖管理人员,园博园管理处团委副书记,司法鉴定人。作为主研人员,参与多个国家级及重庆市级课题研究,包括《重庆两江新区城市水系统构建技术研究与示范》(国家十二五重大水专项)、《重庆园博园龙景湖水体水质保障技术应用示范》(重庆市科技惠民计划项目)、《典型城市水体综合整治技术集成研究与工程示范》(重庆市社会事业与民生保障科技创新专项项目)、《重庆园博园龙景湖深水植物浮岛建设与科普展示》(重庆市科技局科研项目)、重庆园博园环保科普研学课堂(重庆市生态环境局科研项目)等,并参与地方标准《重庆市城市公园景观环境用水污染防治规范》编写工作。