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          山恒生態典型工程( 之三) 上海浦東五號港棉場河水生態修復重建工程

          摘要:水體的生態修復是一項系統工程,是通過一定程度地減緩或改善環境壓力,結合某種或多種水生動植物的種植、管養措施,使得生態系統逐步向良性的狀態發展。水生態修復技術并不是簡單的生物群落的搭配或鑲嵌,而是效法和遵循自然本身發展變化的規律,崇尚自然,見素抱樸。

          上海浦東新區五號港棉場河水體在前期污染較嚴重的條件下,本著師法自然的原則,運用“清水型生態凈水集成技術”,利用自然界生物改良技術、生物操縱技術、生態修復技術等綜合集成技術實現了污染水系向清水型穩態的自然轉變。本項目概況介紹包括以下(位置路線、項目信息、水質監測對比數據、工藝措施、施工效果圖、經濟數據分析等)內容。

           背景介紹

          1.1 項目概況

          五號港棉場河位于上海市浦東新區書院鎮,西起老蘆公路,東至南白龍港,總長約為1500m,寬10m,水域面積約15000m2。

          實施生態修復工程前,棉場河河道兩岸由于水土流失,坍塌較為嚴重,河道中垃圾遍布,雨污水直排河中,導致棉場河水環境現狀持續惡化,問題嚴峻:存在底泥淤積較深、河床垃圾較多、水體富營養化嚴重、水生植物缺乏、水生態系統嚴重退化等一系列問題。


          圖1 生態修復前水質及河岸狀況



          1.2 位置路線

          位置:號港位于上海市浦東新區老蘆公路上海農林學院實訓基地對面。

          路線:從上海山恒生態科技股份有限公司出發,進入上海繞城高速最后到申嘉湖高速后從兩港大道下車,進入老蘆公路即可。


          圖1-1 項目所在地位置圖



          1.3 水環境現狀

          浦東新區書院鎮棉場河水環境現狀如下:①水體表面漂浮著油污、生活垃圾和浮萍,水體顏色發黑,水體透明度較低,富營養化嚴重;②河床淤泥50-80cm,河床上垃圾、碎石、沉木較多;③水底生活垃圾累積導致底泥黑臭,影響岸邊居民生活;④周圍大片村莊農田,面源污水和生活污水直接排放進入河道;⑤河道存在堵壩,水體幾乎沒有交換能力;⑥河道沒有水生植物,水生動物以野雜魚為主,已經喪失水體自凈能力,水體感官極差; 

          1.4 黑臭問題成因

          水體中有機污染物含量過高時,在好氧微生物的作用下,有機物分解會大量消耗水中的氧氣,使水體轉化成缺氧或厭氧狀態。在缺氧和厭氧條件下,有機物腐敗、分解,產生氨、硫化氫、硫醇、硫醚、有機胺和有機酸等惡臭物質,致使水體變臭。有機物污染是直接原因,惡臭化合物是水溶性的小分子物質,一旦生成就難以去除。

          黑臭的主要成因源自生活污水、工業廢水、市政放江和農業面源及畜禽養殖等五大類污染。其中,以畜禽養殖為主的農業面源污染占到一半,3成是由生活污水和市政放江造成的,2成由工業污染所致。根據上面“黑臭”成因,可見水體中底泥污染物是其產生的主要原因,而城市排水的電源污染,雨水徑流等面源污染則是其污染的主要外部來源。


          圖1-2 黑臭水體的成因



          1.5 工程內容

          生態凈水工程主要建設內容包括:1水環境本底條件改良工程;2水生植物群落構建工程;3)大型底棲生物群落構建工程;4清水型浮游動物群落構建工程; 6景觀及河岸護坡建設;7)食物網鏈構建工程。8長效運營機制建立。

          生態凈水系統構建工程完工后優化調整。

          1.6工程施工區域面積

          本次浦東新區書院鎮五號港棉場河治理范圍為:河段長1500米,寬約10米,水域面積約15000平方米。

           生態修復目標

          2.1 保護水生態環境

          對水體及涉水部分進行保護,防治水污染,防止水環境持續下降;對水生生物進行保護,保護生物多樣性和生物群落結構。

          2.2 重建水生態系統

          對已經退化或受損的水生態系統進行修復、恢復,遏制退化趨勢,使其向良性循環轉變。保護兼顧修復同時進行,保護推動修復,修復促進保護。根據棉場河河道現狀,工程修復措施主要是圍繞改善水質和恢復生物物種多樣性兩部分進行。通過生態修復,增加棉場河水系生物多樣性,提高水生態系統的穩定性,增強水體的自凈能力,并達到可承接一定量雨、污水的受納能力。使其具有較高的生態效益和環境效益。

           水生態修復措施

          3.1 基底改良工程

          地質地貌地形、氣候氣象、水文、生態環境、污染狀況和水體的自身參數都會對水質以及生態系統結構類型產生影響,目標水體的某些本底條件往往是該系統渾水態特征的決定因素;不改善本底條件就不能實現系統類型的轉換,生態重建就無從談起。“清水型生態凈水集成技術”首先打破了原有生系統特征建立清水型架構,實施基地改良工程,使原河底淤泥轉變為適合高等植物健康生長的底泥,為生態系統構建打下良好的基礎。

          關鍵技術:選育、改良本土的土著微生物,通過微生物的生命活動改善湖底底質狀況,快速有效的同時避免外來物種的生物入侵效應。

          3.2 水體透明度提升工程

          水體透明度,即懸浮物質含量,直接影響水下光照強度,水體透明度高,光照在水下減弱的慢,所能到達的水層較深;反之,光照在水下減弱的快,所能到達的水層較淺,當水下光照減弱為水體表面光照的1%時,高等植物光合作用和呼吸作用相等,不能進行光合產物積累,此時,高等植物生命活動停止,植株死亡腐爛。也就是說,清水型生態系統構建工程初期,人工湖水體透明度直接關系到栽植的高等植物是否可接受到足夠的光照強度,是否可以順利定植、生長。由此可見,該工程步驟至關重要。

          關鍵技術:該工程中成功應用了上海山恒公司自主選育、馴化的一種大型溞,快速降低水體藻類含量,大幅度提升了水體透明度。

          3.3 水下森林構建工程

          水下森林構建工程主要是通過在不同深度水域種植沉水植物,通過沉水植物

          對水體中氮、磷等污染物有較高的凈化率,可固定沉積物、減少再懸浮,降低水

          體內源負荷;為附著生物包括螺類等提供基質,為浮游動物提供避難所,從而增

          強生態系統對浮游植物的控制和系統的自凈能力。

          關鍵技術:通過品種選育工程,成功培育出SH-001型矮化苦草,實現了淺水域的水下森林景觀。

          3.4 大型底棲動物生物群落構建工程

          大型底棲生物在水生態系統物質循環與流動中具有特殊的地位和作用。大型底棲動物不斷掘穴和排出糞便使得水體沉積物的表層幾厘米的周轉率非常高。這一過程稱之為“生物攪拌”,它將有機質以更細小的顆?;烊氤练e物,最終被中小型底棲動物所利用。

          關鍵技術:嚴格按照食物鏈層級配置,并據水系特征精確量化。

          3.5 食物網鏈構建工程

          蓄水后河道中,很多魚類會逐步建立起種群,尤其是小型魚類和底棲雜食性魚類,這對浮游動物會有較大影響,從而不利于浮游植物的控制和清水態水系的形成。底棲魚類還會增加沉積物的再懸浮和營養鹽的釋放??刂七@些魚類的數量,從而構建控制浮游植物能力強、健康的食物網結構,是建立淺水態生態系統的重要部分。

          關鍵技術:掌握水體中物質及能量的流動,通過“下行效應”來實現水體生物量的掌控。


           工藝措施

          4.1技術路線圖:



          具體實施如下:

          ①清障工程:河水抽干后,清除河道周邊及河床內建筑垃圾生活垃圾等內源污染物。

          ②底質改良工程:河床清障后,投加底質改良劑以及超氧底改增改善底泥環境后,將外河水部分打入河道,然后投加EM復合菌,枯草芽孢桿菌、水力清等生物菌劑后觀察水位及透明度變化,一般約1d透明度即可達到后期施工要求。

          ③生態集成凈水工程:待透明度達到要求后將整個河道進行沉水性植物種植,同時增加大型溞對水體進行凈化,后期隨之水位抬高,再增加水草種植,直至達到正常水位。期間增加浮水性植物和挺水性植物種植。

          ④水生態系統優化及調整:待后期水生態集成凈水工程完成后,補種未成活的水生植物,并增加底棲動物的放養。

           水生態修復成果

          5.1 感官效果明顯

          五號港棉場河自2017年326日實施水生態工程,將于2017年7月31日竣工驗收,現階段項目水體感官效果明顯,水下森林基本穩定形成,水活草青,穩定養護后將極大提高浦東新區書院鎮整體的水環境質量。

          5.2 水質指標提升

          水體生態實施前后的水質指標跟蹤監測結果對比可以看出:五號港棉場河水質主要指標從劣五類提升到了類標準。

          經過現場檢測后數據對比如下:

          檢測日期

          透明度cm

          溶解氧mg/L

          氨氮mg/L

          總磷mg/L

          氧化還原電位

          (Mv)

          備注

          施工前324

          15

          1.2

          7.2

          2.6

          13.6

           

          施工后728

          65

          8.6

          0.3

          1.45

          109

           

          由表可知其通過施加水生態后效果還是極其明顯的。

          5.2.2 單項水質指標變化曲線

           


          其中:圖I:化學需氧量指標變化;圖II:總磷指標變化;圖Ⅲ:總氮指標變化;圖IV:氨氮指標變化;橫坐標是采樣日期,縱坐標是指標數值。Ⅵ類、Ⅴ類水質標準這兩條水平線代表各指標地表Ⅵ類、Ⅴ類水質限值。

          可見:各指標后期基本穩定在地表Ⅴ類水及以上。

           施工效果圖

          實施前VS實施后




          最終效果圖












           結語

          對受污染水體的治理,是社會經濟發展以及生態環境建設的迫切要求。生態修復技術由于其獨特的優越性達到了越來越多的關注。在上海浦東五號港棉場河水體的修復治理中,采用了“清水型生態凈水集成技術”的方法,以生態學原理為指導,集成優化并創新了國內外先進的生態修復技術,利用水生生態系統中生物間的相互作用增強水體的自我凈化能力,實現了水環境的整體改善。






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