水渠水质改善与生态修复

1 概述 

东莞生态园新排渠建设工程由新排渠、福隆渠、埔心、文庙渠、坑尾渠、坑尾一渠等9条支渠组成，排渠整治总长度为8.5km，各渠汇集了茶山、石排的生活及工业污水，COD、BOD、TN、TP超标严重，渠道水质为劣Ⅴ类水。如何有效改善新排渠及支渠水质是构建生态园“碧水蓝天”生态廊道的基础工程，因此，其工程建设在满足渠道防洪、排涝功能的前提下，还要求营造自然、有趣的渠道景观、营造良好的水质和健康的水渠生态系统。

2 水质改善与生态修复建设的务 

结合排水渠防洪、排涝工程设计与绿化景观工程设计，对排渠1.5m高程以下的水陆交错带和水域范围进行水质改善与水生态修复。根据各排水渠流域的气候气象与水文特征、原生态水生生物状况对生态园水系进行综合整治规划要求，任务主要有：（1）水生植被构建；（2）重要水生动物种群培育；（3）水质改善与保护。

3 建设的原则 

（1）“以人为本、生态优先”原则：遵循生态学基本规律，营造有利于人类健康与人居的水环境；（2）可行性原则：技术适用、先进、可靠，工程的建设与运行可操作性强，经济上可承受，效果显著；（3）安全性原则：工程不对水环境带来损害，不会引发有害物种入侵，应能提高水环境的安全性。

4 建设内容

4.1水生植被构建

水生植被构建包括沉水植物构建、挺水植被构建和浮叶植物构建，其中沉水植被构建是重点和难点。水生植物通过生长吸收水体中的营养物，减少水体中的氮、磷的含量；通过光合作用向水体或通过根系向底泥输送氧，提高水体溶解氧含量；为好氧生物如微生物等提供附着场所，使微生物分解水中有机物；植物根系向水底沉积物提供氧气，并在根区形成高效吸收营养物质和高效降解污染物的微生态环境，减少沉积物悬浮。水生植物对营养物和光能的竞争可抑制浮游植物的生长，为浮游动物如轮虫、红虫提供良好的庇护场所，使透明度上升。水生植物净化水质

水生植被构建主要包括0.8～1.5m高程水陆交错带湿生、挺水与浮叶植物群落构建和-0.3m高程种植平台区沉水植物群落构建两部分。种植于新排渠、田边支渠、中坑二渠、坑尾一渠、坑尾排渠、文庙排渠、下沙二渠、福隆排渠和涌美排渠各渠两岸相应区域，其植被构建总面积为5.94万m，其中水陆交错带湿生、挺水与浮叶植物群落种植面积为2.86万m，沉水植物群落种植面积为3.08万m。种植的植物品种：湿生与挺水植物主要有再力花、梭鱼草、纸莎草、风车草、花叶芦竹、菖蒲、香蒲、各种美人蕉等；浮叶植物主要有各种睡莲；沉水植物主要有苦草、菹草、眼子菜科、伊乐藻等。

4.2水生动物种群培育

水生动物种类繁多，重要水生动物种群培育主要为重要鱼类种群的培育和重要大型底栖无脊椎动物种群的培育。鱼类是水体中的最主要消费者，它的生长需要吸收水中的营养物质，降低氮、磷含量。同时通过生物操纵减少水体中浮游植物的含量，降低水体中氮、磷等营养负荷，提高水体的透明度，从而改善水质。鱼类净化机理概括示意图如下：

大型底栖动物有螺、蚌等，它们的生长能沉积和固化氮、磷营养盐成分和有机质；同时它们具有较强的从水中过滤获取浮游植物和悬浮物的能力，将一部分吞食并消化，另一部分过滤形成所谓“假粪块”排出体外下沉埋藏于土壤，增加水体的透明度，从而达到净化水质的目的。其机理示意图如下：

培育的主要鱼类种群有鲫、鲢、鳙、乌鳢、鳜。另外，根据沉水植物生长情况，适量培育鳊鱼和鲂，但禁止培育鲩（即草鱼）；根据螺、蚌、蚬等生长情况，适量培育青鱼；为满足观赏要求，适量培育锦鲤、红鲫、白鲫等。培育的重要鱼类种群分布于各主渠、支渠水系中，共3000Kg。培育的主要大型底栖无脊椎动物种群有各种螺、蚌、蚬等。蚌的培育除天然放养外，为普及水生动物资源开发利用的科普教育，可吊养适量珍珠蚌。培育的重要大型底栖动物种群分布于各主渠、支渠水系中。

4.3水质改善与保护

渠水水质改善与保护工程有：①水体循环造流工程；②生物接触氧化工程；③曝气充氧工程。

4.3.1水体循环造流工程

健康的水生态系统应该是一个水体流畅、水环境质量良好、生态系统完整、人水和谐的水生态系统。但是大部分时间，园区内渠道水流是静止的，水质易发黑发臭，因此必须增加水的流动性，使部分水体动起来，达到流水不腐和增加水体可观赏性的目的。水体循环造流工程是强化提高渠道水质自净能力的重要技术措施。建造的局域水体循环造流工程如下：（1）南畲朗排渠（下游渠段）—燕岭高水力负荷湿地—新开渠循环造流系统：由燕岭1号（10000m）和2号湿地（20000m）、燕岭人工湿地系统、南畲朗渠水提升泵房（三座）构成。（2）坑尾一渠—南畲朗排渠（中游渠段）—坑尾渠循环造流系统：由坑尾一渠渠水提水泵站、输水管道组成。（3）埔心排渠循环造流系统：由埔心排渠渠水提升泵房和连通旁辅渠的输水管道组成。（4）文庙排渠循环造流系统：由文庙排渠渠水提升泵房和连通旁辅渠的输水管道组成。（5）田边排渠、中坑二坑、下沙二渠、福隆排渠、涌美排渠等“断头渠”的自循环造流系统：由各个排渠的渠水提升泵房及自循环造流输水管道组成。

4.3.2生物接触氧化工程 

渠道内水质发臭，黑臭除了外源以及内源性污染外，还由于河道内的微生物对河流所纳污染物的好氧分解下降，水生动物消亡所致。因此，为更快解决污染问题，增强河涌的自净能力，需要构建河道型生物接触氧化工程。生物接触氧化是利用生物膜技术为微生物提供环境，通过微生物的新陈代谢作用来净化水体，即在渠道一定范围内布设活性藻菌膜载体（又称人工水草），用以净化水质。该活性藻菌膜载体是水生所担任国家“863”项目在国内首创用于河湖治理的专利产品。

生物膜载体采用惰性很强的高分子材质，具有良好的物理稳定性和化学稳定性，使用寿命长（一般十年以上）。每平方米载体能够提供约250m的表面积（生物带厚度约为0.8～0.7cm），可以为水中细菌和微型生物的生长、繁殖提供巨大的生物附着表面。在生物带的一个断面上，由外及里形成了好氧、兼性、厌氧三种反应区，五个反应面（如上图）。在好氧区，好氧菌将氨氮转化为硝态氮，并把小分子有机物转化为二氧化碳和水（把可溶的无机磷转化为细胞体内的ATP）；在厌氧缺氧区，反硝化菌将硝态氮转化为氮气（把难分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物以及二氧化碳和水）。最终污染基团就被分解转化成N、CO和HO。由于新排渠在平水期水体和外界交换较少，仅仅依靠水生植物和水生动物的净化机制不能有效的改善水质，同时新排渠受渠段断面为直墙断面，不利于水生植物的种植。因此，为保证生态修复工程的完整性，在新排渠进行生物接触氧化工程，采用的活性藻菌膜载体布设总量为6937m，分布于整条渠段，采用预制钢筋混凝土桩固定于渠底。

4.3.3曝气充氧工程

坑尾一渠中的水体富营养化严重，阳光很难投射到下层水体而变为厌氧分解状态也会散发出难闻的气味，水质劣于Ⅴ类水体。因此必须采取强化措施提高渠道好氧代谢能力，改变单纯依靠大气复氧的被动机制，转变为大气复氧、人工曝气复氧相结合的主动机制，为净化水体污染物的各类活性微生物群落创造有利的生境，也为快速消除黑臭和有机污染物创造有利条件。渠道曝气是人为的向河中充入空气或氧气，根据坑尾一渠的水深情况采用提水式曝气方式。在坑尾一渠安装2台曝气机，运行方式为间歇运行。其原理是通过曝气装置向河水中充入空气而提高水体溶解氧的水平。

5 结语

渠道水质改善与生态修复是一个系统工程，受到外界的影响的条件较多，特别是截污管网的运行与之息息相关。构建相对稳定的系统，是一个逐步形成与发育的过程。为巩固整治成果，需建立健全和全面推进水体长效管理机制。