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山恒生态典型工程(之一)上海浦东高东公园 水生态修复重建工程

摘要:水体的生态修复是一项系统工程, 是通过一定程度地减缓或改善环境压力, 结合某种或多种水生生物的种植、管养措施, 逐步使得生态系统向良性的状态发展。水生态修复技术并不是简单的生物群落的搭配或镶嵌,而是效法和遵循自然本身发展变化的规律,崇尚自然,见素抱朴。

上海浦东高东公园水系在前期污染较严重的条件下,本着师法自然的原则,运用“清水型生态净水集成技术”,利用自然界生物改良技术、生物操纵技术、生态修复技术等综合集成技术实现了污染水系向清水型稳态的自然转变。


第一章 背景介绍

1.1  高东公园背景介绍

上海高东公园位于上海浦东自贸区光灿路118号,占地6.7 公顷(约100亩),其人工湖水系面积13000㎡ 。高东公园与上海高东生态园承接了外高桥城市绿地公园的重要角色,为了发挥其各项社会、生态服务功能,作为区域重要水环境——人工湖水环境质量尤为重要,它直接关系到其他各项功能的实现。

1.2  水系背景介绍

高东公园人工湖水系自2007年建成以来,其水环境质量鲜为受到关注,水环境持续恶化:存在湖底淤泥沉积、水体富营养化严重、水生植物缺乏、汇水区截污能力不足等一系列问题。



图1 生态修复前水质及周边状况


第二章 项目概况

2.1  项目信息

(1 )工程名称:上海外环林带水质提升高东公园示范点

(2 )施工地点:浦东新区高东镇光灿路118号


图1-1高东公园示范区卫星图


(3 )项目水环境现状:

高东公园水环境现状如下:①公园内园林绿化植被较多,园林养护施肥影响水质,秋冬季节枯枝落叶较多;②栽植有少量苦草等水生植物,水生动物以野杂鱼为主,生态系统有退化趋势,水体感官不佳;③水体交换能力较弱,公园有若干个公共厕所点源污染情况,水体有轻度富营养化现象。

(4 )水体富营养化问题成因:

富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。在自然条件下,随着河流夹带冲积物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积,公园水体会从贫营养湖过渡为富营养湖,进而演变为沼泽和陆地,这是一种极为缓慢的过程。但由于人类的活动,将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入公园水体、水库、河口、海湾等缓流水体后,水生生物特别是藻类将大量繁殖,使生物量的种群种类数量发生改变,破坏了水体的生态平衡。

2.2  工程内容

生态净水工程主要建设内容包括:1)水环境本底条件改良工程;2)水生植物群落构建工程;3)大型底栖生物群落构建工程;4)清水型浮游动物群落构建工程; 5)生态净水系统构建工程完工后优化调整; 6)食物网链构建工程;7)长效运营机制建立。

2.3  设计范围

本工程位于上海市浦东新区高东镇光灿路118号高东公园内,示范区水体生态修复区域总体面积为13000㎡。

2.4  设计依据

1. 《中华人民共和国水法》

2. 《中华人民共和国环境保护法》

3. 《中华人民共和国水污染防治法》

4. 《地表水环境质量标准》,GB3838-2002

5. 《土壤环境质量标准》,GB15618-95

6. 甲方提供的工程相关资料

7. 工程场地有关气象资料、工程地质、水文资料等

8. 相关规范、标准及其他资料。

2.5  设计原则

(1) 执行国家有关政策、法规,服从本项目招标文件要求,符合高东公园外环林带生态功能定位;

(2) 遵循国家上海市市关于中心城区及外环林带公园水体湿地保护的有关设计基本要求与原则;

(3) 以人为本,自然和谐、宜居生态、注重功能;

(4) 坚持污染控制与水体生态修复并重,先有效控制消除主要污染源,继而有序实施水体生态修复,最终建立健康水域生态系统;

(5) 以人为本,人水和谐,为构建与校园建设相统一相协调的水域环境;

(6) 在进一步截除主要污染源的基础上,以水体原位治理和生态修复为主;

(7) 水质改善与保护工程与高东公园景观建设相结合并彼此协调;

(8) 坚持技术可靠性、先进性、综合性、可操作性及经济合理性;

(9) 注重贯彻“循环经济”理念与清洁生产原则。

2.6  工程目标

通过对高东公园水质改善与水体生态修复的实施,使水质得到明显改善,水质从V类提高至GB 3838-2002 Ⅲ-Ⅳ类,高东公园水体生态系统初步得到修复,景观环境有较大改善。

2.7  工程期限

工程建设期2015.8-2016.11月,其中,施工准备期10天,施工3个月。


第三章 生态修复目标

3.1  保护水生态环境

对水体及涉水部分进行保护,防治水污染,防止水环境持续下降;对水生生物进行保护,保护生物多样性和生物群落结构。

3.2  修复水生态系统

对已经退化或受损的水生态系统进行修复、恢复,遏制退化趋势,使其向良性循环转变。保护兼顾修复同时进行,保护推动修复,修复促进保护。

根据高东公园水系现状,工程修复措施主要是围绕改善水质和恢复生物物种多样性两部分进行。通过生态修复,增加高东公园水系生物多样性,提高水生态系统的稳定性,增强水体的自净能力,并达到可承接一定量雨、污水的受纳能力。使其具有较高的生态效益和环境效益。


第四章 水生态修复措施

4.1  基底改良工程

地质地貌地形、气候气象、水文、生态环境、污染状况和水体的自身参数都会对水质以及生态系统结构类型产生影响,目标水体的某些本底条件往往是该系统浑水态特征的决定因素;不改善本底条件就不能实现系统类型的转换,生态重建就无从谈起。“清水型生态净水集成技术”首先打破了人工湖陆生系统特征建立清水型架构,实施基地改良工程,使原湖底土壤转变为适合高等植物健康生长的底泥,为生态系统构建打下良好的基础。

关键技术:选育、改良本土的土著微生物,通过微生物的生命活动改善湖底底质状况,快速有效的同时避免外来物种的生物入侵效应。

4.2  水体透明度提升工程

水体透明度,即悬浮物质含量,直接影响水下光照强度,水体透明度高,光照在水下减弱的慢,所能到达的水层较深;反之,光照在水下减弱的快,所能到达的水层较浅,当水下光照减弱为水体表面光照的1%时,高等植物光合作用和呼吸作用相等,不能进行光合产物积累,此时,高等植物生命活动停止,植株死亡腐烂。也就是说,清水型生态系统构建工程初期,人工湖水体透明度直接关系到栽植的高等植物是否可接受到足够的光照强度,是否可以顺利定植、生长。由此可见,该工程步骤至关重要。

关键技术:该工程中成功应用了上海山恒公司自主选育、驯化的一种大型溞,快速降低水体藻类含量,大幅度提升了水体透明度。

4.3  水下森林构建工程

水下森林构建工程主要是通过在不同深度水域种植沉水植物,通过沉水植物对水体中氮、磷等污染物有较高的净化率,可固定沉积物、减少再悬浮,降低水体内源负荷;为附着生物包括螺类等提供基质,为浮游动物提供避难所,从而增强生态系统对浮游植物的控制和系统的自净能力。

关键技术:通过基因改良工程,成功培育出sh-001 型矮化苦草,实现了浅水域的水下森林景观。

4.4  大型底栖动物生物群落构建工程

大型底栖生物在水生态系统物质循环与流动中具有特殊的地位和作用。大型底栖动物不断掘穴和排出粪便使得水体沉积物的表层几厘米的周转率非常高。这一过程称之为“生物搅拌”,它将有机质以更细小的颗粒混入沉积物,最终被小型底栖动物所利用。

关键技术:严格按照食物链层级配置,并据水系特征精确量化。

4.5  食物网链构建工程

人工湖在蓄水后,很多鱼类会逐步建立起种群,尤其是小型鱼类和底栖杂食性鱼类,这对浮游动物会有较大影响,从而不利于浮游植物的控制和清水态水系的形成。底栖鱼类还会增加沉积物的再悬浮和营养盐的释放。控制这些鱼类的数量,从而构建控制浮游植物能力强、健康的食物网结构,是建立浅水态生态系统的重要部分。

关键技术:掌握水体中物质及能量的流动,通过“下行效应”来实现水体生物量的掌控。


第五章 高东公园水系生态修复成果

5.1  感官效果明显

高东公园水系水生态修复工程开、竣工时间为2014年4月16日至2015 年5 月20日,为期一年,水生态工程实施后,水质感官效果提升明显,水下森林基本稳定形成,水活草青,提高了公园整体的环境质量,高东公园水体也被市民誉为浦东新区的“九寨沟”。



图2 生态修复后水质及周边状况


5.2  水质指标提升

水体生态实施前后的水质指标跟踪监测结果对比可以看出:高东公园水质主要指标从劣五类提升到了III 至IV 类标准。

5.2.1 单项水质指标变化曲线:

其中:图I:COD 指标变化;图II:氨氮指标变化;图Ⅲ:总氮指标变化;图IV:总磷指标变化。横坐标是时间天数,纵坐标是指标值,参考线2:II 类水质指标;3:III 类水质指标;4:IV 类水质指标。


5.2.2  综合指标变化曲线图:

图V

可见:综合指标后期基本稳定在地表Ⅲ类水及以上。

第六章 结语

对受污染水体的治理,是社会经济发展以及生态环境建设的迫切要求。生态修复技术由于其独特的优越性达到了越来越多的关注。在上海高东公园水系的修复治理中,采用了“清水型生态净水集成技术”的方法,以生态学原理为指导,集成优化并创新了国内外先进的生态修复技术,利用水生生态系统中生物间的相互作用增强水体的自我净化能力,实现了水环境的整体改善。

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