岳陽南湖生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)改善方案

南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程項(xiàng)目建議書南京中科水治理股份2011年目錄TOC\o"1-4"\h\z\u1工程建設(shè)的必要性和依據(jù)42工程背景條件分析53工程可行性分析與預(yù)期效果64工程建設(shè)方案74.1生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)總路線74.2清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建主要內(nèi)容8外源負(fù)荷污染控制工程8內(nèi)源負(fù)荷污染削減工程9根底條件改善工程9大型水生動物調(diào)控工程9微量元素調(diào)整工程10基底界面消殺工程10水下光補(bǔ)償條件改善工程10構(gòu)建清水型生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)11食物網(wǎng)構(gòu)建工程11沉積物—水層營養(yǎng)鹽交換控制工程11沉水植物群落構(gòu)建工程12景觀浮葉植物群落恢復(fù)工程12操控系統(tǒng)演替建立長效運(yùn)行機(jī)制13種群結(jié)構(gòu)和生物量調(diào)控工程13建立長效運(yùn)行管理維護(hù)機(jī)制134.3清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程的優(yōu)化調(diào)整134.4工程水質(zhì)考核指標(biāo)145總平面布置145.1生產(chǎn)臨設(shè)布置145.2辦公與生活區(qū)平面布置145.3水、電、交通的布置146工程進(jìn)度安排147經(jīng)濟(jì)效益與社會效益分析157.1經(jīng)濟(jì)效益分析157.2社會效益分析158投資估算169典型案例171工程建設(shè)的必要性和依據(jù)城市湖泊景觀水體是城市人居環(huán)境的有機(jī)組成局部，作為最初城市排澇抗洪首要功能，我們在建設(shè)時(shí)也是最先考慮的根本功能。所以清水型生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)后自身擁有強(qiáng)大的自凈和污染負(fù)荷消減能力。同時(shí)具有重要的生態(tài)功能、美學(xué)價(jià)值、文化功能和經(jīng)濟(jì)意義。城市景觀水體具有水域面積小、與人居環(huán)境聯(lián)系緊密、易受污染、水環(huán)境容量小、水體自凈能力低等特點(diǎn)，加上生活污水和地表徑流的注入，使得水中污染物增加，尤其是氮、磷營養(yǎng)元素積累，溫度較高時(shí)極易造成水體富營養(yǎng)化，甚至爆發(fā)水華，嚴(yán)重影響水體生態(tài)和周圍環(huán)境。國內(nèi)外大量研究說明，即使湖底清淤和入湖污染得到控制，在相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)湖泊仍無法自行恢復(fù)良性健康的生態(tài)系統(tǒng)。采用水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)可以在較短的時(shí)間里建立營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化遷移鏈，通過高等植物吸收氮磷，魚類牧食植物，人工捕魚這個(gè)鏈條，將有機(jī)和無機(jī)的污染物從水體中遷移出來；從而降低內(nèi)源污染負(fù)荷，抑制藻類生長，使得水體清澈潔凈。岳陽市全年降雨量相對集中，在雨季地表污染物隨暴雨進(jìn)入湖內(nèi)；由于南湖處于城市核心區(qū)域，并且南湖與洞庭湖已經(jīng)人工隔離開，是個(gè)封閉性水體。目前湖體本身的自凈能力很差，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很脆弱，容易受到外界不利因素的影響，因此，提高水體的自凈能力，是南湖水質(zhì)改善工作的方向；另一方面，南湖曾經(jīng)發(fā)生過藍(lán)藻爆發(fā)現(xiàn)象，水體遭到嚴(yán)重破壞，水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，微生物受到遏制，生產(chǎn)能力和凈化能力在一定程度上不斷降低，生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)退化現(xiàn)象，因此，對南湖進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建是一項(xiàng)必要性措施。清水態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)的關(guān)鍵是恢復(fù)草型湖泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建核心是生物操控和食物網(wǎng)鏈技術(shù)。高等水生植物不但能吸收、凈化水體中的污染物質(zhì)，而且能減少湖底淤泥中的營養(yǎng)鹽再釋放，同時(shí)還能抑制藻類的生長〔藻類的過度繁殖生長是造成城市湖泊水體透明度下降的主要原因之一〕，并為相關(guān)水生動物提供繁育棲息的場所。南湖地處岳陽市核心區(qū)域，水質(zhì)保護(hù)工作直接關(guān)系到周邊市民生活質(zhì)量的提高，在水域中人為地建立起一個(gè)清水型生態(tài)系統(tǒng)，無需人類的外在干預(yù)，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)能適應(yīng)外界環(huán)境對它的影響，處在原始的生態(tài)平衡狀態(tài)，和人類共生共存。在國內(nèi)有許多人使用活性炭吸附，絮凝、殺藻、機(jī)械過濾等物理化學(xué)方法來凈化城市湖泊水質(zhì)，我們認(rèn)為上述技術(shù)方法都有其局限性，對于南湖這樣大的水體實(shí)施起來有很大難度，而且投入和運(yùn)行本錢高，不一定能夠到達(dá)較好的效果。2工程背景條件分析岳陽是洞庭湖明珠，是長江流域一座重要的歷史文化名城。它東倚幕阜山，西臨洞庭湖，北接萬里長江?，F(xiàn)以列為對外開放的甲級旅游城市，是世界龍舟文化的故土，是長江沿岸第二大經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中心，是湖南唯一通江達(dá)海的口岸。岳陽市位于湖南省的東北部，東經(jīng)112度至114度，北緯28度至29度之間。岳陽市屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣候濕潤，最高溫度39.3度，最低溫度零下11.4度，年平均氣溫17度，因此,可以說氣溫終年較高。年平均降雨量1302毫米，降水多，年平均相對濕度為79%，全年無霜期為277天，處日照時(shí)數(shù)為1722.1至1816.5小時(shí)，年太陽輻射總量為109.5至110.4千卡/平方厘米，是湖南日照時(shí)數(shù)最多的地區(qū)之一。氣候特點(diǎn)是：溫暖期長，嚴(yán)寒期短，四季清楚，雨量充分。南湖是由洞庭湖派生出來的自然湖泊，屬國家級岳陽樓洞庭湖風(fēng)景名勝區(qū)的主景區(qū)之一。占地面積，其中水域面積13800余畝，大局部水深2-4米，最深9米，平均水深4.2米。屬典型藻型湖泊。湖面出現(xiàn)藍(lán)藻聚集現(xiàn)象，總氮含量嚴(yán)重超標(biāo)，水體外源營養(yǎng)鹽負(fù)荷高，水體到達(dá)中度富營養(yǎng)化；另外，通過地表徑流作為補(bǔ)水源，水源水質(zhì)較差，水質(zhì)嚴(yán)重受到破壞。3工程可行性分析與預(yù)期效果南湖為人工湖，主要生態(tài)問題是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理，是典型的濁水型生態(tài)系統(tǒng)：湖泊生物總體上個(gè)體小，生命周期和食物鏈短〔不超過3級〕，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，多樣性低；營養(yǎng)鹽循環(huán)速率高，沉積物－水耦合作用劇烈，加上湖的表層現(xiàn)有沉積物顆粒細(xì)，含水率高，浮游植物生物量大、種類少、浮游動物小型化，生物量大，大型底棲動物稀少，生物多樣性低，在動力擾動的情況下極易發(fā)生再懸浮作用，整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)自凈能力低。從國內(nèi)外的實(shí)踐看，單靠調(diào)水或湖底清淤等，無法根本改變湖泊的混水生態(tài)系統(tǒng)。因此，沒有對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的人工干預(yù)，南湖濁水型生態(tài)系統(tǒng)難以打破，水質(zhì)在相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)無法得到改善。清水型生態(tài)系統(tǒng)的特征為浮游植物生物量小、種類較豐富、不出現(xiàn)水華，浮游動物個(gè)體較大，大型底棲動物較豐富，水體自凈能力較強(qiáng)。因此，構(gòu)建或恢復(fù)以高等水生植物為優(yōu)勢的清水型生態(tài)系統(tǒng)已成為治理城市湖泊的主要途徑之一。國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，包括溱湖國家濕地公園、惠州西湖、無錫蠡湖、太湖梅粱灣等，技術(shù)有了較大的開展，現(xiàn)已比擬成熟。岳陽南湖通過調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立湖泊水體的清水態(tài)是完全可行的。南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程實(shí)施后，預(yù)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性將提高2-3倍，水體透明度提高到100cm以上，葉綠素降到15μg/L以下,湖水氮、磷等營養(yǎng)鹽含量將降低50%左右。4工程建設(shè)方案4.1生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)總路線南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程實(shí)施的水面面積約13800畝，平均水深4.2米。針對南湖目前所存在的主要生態(tài)環(huán)境問題，以重建、調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為核心，具體構(gòu)建內(nèi)容為：控制外源污染輸入→削減內(nèi)源污染負(fù)荷→改善基底條件→構(gòu)建清水型系統(tǒng)架構(gòu)→操控系統(tǒng)演替建立長效運(yùn)行機(jī)制。將各調(diào)控措施有機(jī)結(jié)合并進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和水質(zhì)的根本改變，建立穩(wěn)定的清水態(tài)湖泊生態(tài)系統(tǒng)。圖1南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)總路線圖4.2清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建主要內(nèi)容4.2.1外源負(fù)荷污染控制工程岳陽市的年平均降雨量較大，南湖主要依靠地表徑流補(bǔ)充湖水，陸地上的地表徑流會帶入一局部營養(yǎng)鹽，流入水體中，如果湖周圍有草坪，花草施肥，這局部的負(fù)荷會更高。削減此外源污染負(fù)荷，可在湖的近岸帶淺水處種植挺水植物，挺水植物具有凈化水中懸浮物、氯化物、有機(jī)氮、硫酸鹽的能力，對水體中磷的去除率為65%，同時(shí)又具有美化水體景觀的美學(xué)價(jià)值。4.2.2內(nèi)源負(fù)荷污染削減工程南湖淹沒區(qū)內(nèi)源污染主要是湖底沉積物，加上植物腐爛不斷增加水體營養(yǎng)鹽，會嚴(yán)重增加湖體的內(nèi)源負(fù)荷。因此，南湖在生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建前是否進(jìn)行清淤，必須先對南湖區(qū)域進(jìn)行本底環(huán)境調(diào)查，分析有可能存在的各種不利影響因子及其影響程度，在此根底上采取針對性的措施〔如要清淤，清淤工程將由業(yè)主方負(fù)責(zé)〕。此外，運(yùn)用生態(tài)修復(fù)原理對內(nèi)源污染負(fù)荷的削減，主要是通過恢復(fù)大型沉水植被，沉水植物在橫向、縱向生長時(shí)會消耗底泥中大量的營養(yǎng)鹽，同時(shí)沉水植被具有固定沉積物、控制沉積物再懸浮的作用。4.2.3根底條件改善工程4.2.3.1大型水生動物調(diào)控工程魚類作為水體中主要大型水生動物，對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建起重要作用，魚類游動可以促進(jìn)水體對流、為水生植被提供所需的營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化產(chǎn)生條件，假設(shè)草食性或雜食性魚類密度過多，對沉積物的擾動很大，不僅不利于水生植被恢復(fù)，而且直接增強(qiáng)了沉積物再懸浮作用，提高水體營養(yǎng)鹽濃度，就會破壞水生植被生長，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。魚類調(diào)控主要是將原有魚類控制在合理的種群密度，驅(qū)除湖中一些雜食性魚類和草食性魚類，減少草食性魚類對水生植被牧食破壞、減少雜食性魚類的牧食行為導(dǎo)致沉積物再懸浮，放養(yǎng)上口位魚類形成“下行效應(yīng)〞。4.2.3.2微量元素調(diào)整工程微量元素在植物體內(nèi)含量很少，但它對于植物的生長具有很強(qiáng)的專一性，通過各種微量元素和多種營養(yǎng)成份的添加均衡底質(zhì)中營養(yǎng)的分布。一方面為沉水植物的根系發(fā)育提供有利條件，增強(qiáng)植物對環(huán)境的抗逆性；另一方面提高沉水植物對底泥、水體中以N、P為主營養(yǎng)鹽的吸收利用率。4.3.2.3基底界面消殺工程通過改變PH值和強(qiáng)力氧化作用，殺滅菌性病原體和霉菌，用于目標(biāo)水體或底質(zhì)環(huán)境條件調(diào)整改善，使之滿足植物生長的根本環(huán)境。4.2.3.4水下光補(bǔ)償條件改善工程根據(jù)實(shí)際情況可采用水位調(diào)控或磷沉降法等來進(jìn)行對湖中的植物進(jìn)行光的補(bǔ)償作用。4.2.4構(gòu)建清水型生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)4.2.4.1食物網(wǎng)構(gòu)建工程食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征是決定生態(tài)系統(tǒng)自凈能力的重要因素，目前景觀湖的食物網(wǎng)是雜食性食物網(wǎng)，食物鏈短，導(dǎo)致浮游動物多樣性低、個(gè)體小，魚類生物量大，懸浮物濃度高等特點(diǎn)。食物網(wǎng)構(gòu)建途徑是根據(jù)種群生態(tài)學(xué)原理，增加食物網(wǎng)營養(yǎng)環(huán)節(jié)，延長食物鏈，從而增加食物網(wǎng)對氮、磷等污染物干擾的抵抗力。魚類是食物網(wǎng)構(gòu)建的核心，魚類游動可以促進(jìn)水體對流、為水生植被提供所需的營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化產(chǎn)生條件，假設(shè)草食性或雜食性魚類密度過多，就會破壞水生植被生長，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。岸帶是魚類較豐富的生境，岸帶魚類過多會擾動沉積物，促進(jìn)沉積物營養(yǎng)鹽的釋放，敞水區(qū)是浮游植物生長的主要區(qū)域，也是藻類水華形成的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，敞水區(qū)控制浮游植物的關(guān)鍵因子是浮游動物，尤其是大型枝角類，而小型魚類是影響枝角類形成較大種群的不利因子。因此，應(yīng)控制各種魚類的數(shù)量和種群密度，從而構(gòu)建控制浮游植物能力強(qiáng)、健康的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)。4.2.4.2沉積物—水層營養(yǎng)鹽交換控制工程水－泥〔沉積物〕耦合作用是影響淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要過程，而不同生態(tài)系統(tǒng)中這種過程差異很大。因此，通過生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建，可以改變水－泥耦合作用。南湖目前這種耦合作用的結(jié)果是沉積物再懸浮率高，而營養(yǎng)鹽向下垂直通量小，影響生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，除了上述沉水植物、魚類的影響外，大型底棲動物，尤其是雙殼類是影響水－泥耦合作用的主要因子之一，因此在南湖的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建中，構(gòu)建大型底棲動物群落是重要的內(nèi)容。大型底棲動物又稱為生物濾器，大型底棲動物是水生生物中多樣性最高的類群之一，在水體中主要攝食水體中的藻類，起著加速水底碎屑分解、調(diào)節(jié)泥水界面物質(zhì)交換、促進(jìn)水體自凈等作用。主要是放養(yǎng)雙殼類、瓣鰓類等大型底棲動物作為“生物操縱法〞的生態(tài)工程工具物種，利用其濾食和生物絮凝的特性來降低水體懸浮物及藻類密度，提高水體透明度。4.2.4.3沉水植物群落構(gòu)建工程沉水植物作為主要的初級生產(chǎn)者，固化與轉(zhuǎn)化太陽能并向其它水生生物提供能量，使整個(gè)系統(tǒng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)，沉水植物豐富的水體水質(zhì)清新，水生植被在水體污染治理中扮演著重要作用,其對水質(zhì)的影響是通過多種途徑與機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，主要有對污染物的直接吸收、固定沉積物、控制沉積物再懸浮、化感作用控制藻類、為浮游動物提供棲息繁衍場所，提高浮游動物的牧食率等。4.2.4.4景觀浮葉植物群落恢復(fù)工程浮葉植物能夠吸收水體中的局部營養(yǎng)鹽，對水體不僅具有凈化作用，而且也具有景觀美學(xué)價(jià)值。4.2.5操控系統(tǒng)演替建立長效運(yùn)行機(jī)制4.2.5.1種群結(jié)構(gòu)和生物量調(diào)控工程魚類管理主要是控制魚類密度和魚類游動牧食的活動范圍，并且對魚的生長情況應(yīng)進(jìn)行周期監(jiān)測。沉水植物的生物量過高，挺水植物和浮葉植物生長面積過大會對湖面景觀產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，在挺水植物種植時(shí)要建立挺水植物生態(tài)隔離帶，阻止其蔓延，如果發(fā)現(xiàn)生長區(qū)域超過原規(guī)劃區(qū)域，須進(jìn)行修剪，具體可以采用絞拔和耙撈的方式。4.2.5.2建立長效運(yùn)行管理維護(hù)機(jī)制為保證南湖生態(tài)和水環(huán)境平安，公園管理處可建立南湖公園水體水質(zhì)管理小組，定期對南湖進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，以實(shí)時(shí)掌握水體水質(zhì)狀況，以便及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救措施。4.3清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程的優(yōu)化調(diào)整在完成水生高等植被的構(gòu)建、食物網(wǎng)構(gòu)建和底棲群落構(gòu)建工程后，各局部之間協(xié)調(diào)開展、有機(jī)融合后才能形成穩(wěn)定的清水態(tài)生態(tài)系統(tǒng)。在系統(tǒng)的形成過程中，通過對系統(tǒng)中各要素的連續(xù)監(jiān)測，在優(yōu)化水生高等植被結(jié)構(gòu)、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和底棲生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，建立水層－底棲平衡、刮食功能群－沉水植被平衡、底棲魚類－沉水植被平衡、濾食功能群－浮游植物平衡等，最終建立穩(wěn)定的清水態(tài)湖泊生態(tài)系統(tǒng)。4.4工程水質(zhì)考核指標(biāo)主要水質(zhì)指標(biāo)到達(dá)GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)=2\*ROMANII類5總平面布置5.1生產(chǎn)臨設(shè)布置本工程所需的生產(chǎn)臨設(shè)較少，主要為簡易的臨時(shí)材料堆放場地與制作場地，其場地由業(yè)主協(xié)調(diào)解決。5.2辦公與生活區(qū)平面布置辦公用房、生活用房等擬租用當(dāng)?shù)孛穹俊?.3水、電、交通的布置水：生活和工程用水采用外接水源方式；電：用電采用岸電的方式。交通：材料運(yùn)輸租用社會車輛6工程進(jìn)度安排南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程工程進(jìn)度安排具體可擬定為：2023年2月前完成商務(wù)接洽,落實(shí)資金；2023年3月南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程進(jìn)場施工；2023年11月南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程初見成效，水體清澈；2023年12月南湖清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程竣工，工程進(jìn)入操控系統(tǒng)演替長效運(yùn)行機(jī)制狀態(tài)；2023年1月-2023年12月為工程優(yōu)化調(diào)整期。7經(jīng)濟(jì)效益與社會效益分析7.1經(jīng)濟(jì)效益分析運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程來改善南湖水質(zhì)，一方面可以減少大量的人力和物力耗資；另一方面欣賞性和水質(zhì)保護(hù)兼?zhèn)洌磕陮幸欢康母咂焚|(zhì)魚類產(chǎn)出；另外由于水質(zhì)改善、參加水上娛樂工程的人會隨之增加，公園每年收入將會大大提高。7.2社會效益分析湖泊水環(huán)境是城市重要的開放空間，也是構(gòu)成城市公共空間的主要區(qū)域、形成城市景觀的重要地段，展示城市形象的窗口。南湖公園水環(huán)境改善與生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)后，提高公園游客數(shù)量，增加水上運(yùn)動工程人數(shù)，從而增加公園收入，帶動公