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水专项研讨会|张盼月: 白洋淀入淀水质如何提升?构建入淀河道-湿地缓冲区-退耕还淀梯级生态修复系统
时间:2019-04-16 来源:bbin真人_bbin真人官网

         近日在由JIEI产业研究院参与主办单位:bbin真人_bbin真人官网

张盼月

北京林业大学教授

该课题属于水专项“白洋淀与大清河流域(雄安新区)水生态环境整治与水安全保障关键技术研究与示范”项目。主要针对白洋淀入淀湿地目前面临的突出问题,以白洋淀水环境安全保障与水生态功能恢复为主要目标,进行了入淀湿地水环境治理与水生态恢复技术集成;提出了北方典型草型湖泊(白洋淀)生态修复策略,从多角度实现入淀水污染负荷削减,在确保生态安全的同时,提升水体的自净功能;采用综合治理技术,对近自然型湿地和退耕还湿型湿地进行恢复和重构,为保障入淀水质主要指标(总氮除外)提升至地表水环境质量IV类标准、湿地生态系统的稳定健康提供全面的科技支撑。

白洋淀水质提升、生态修复的三大挑战: 入淀水少、水脏、湿地生态功能持续严重退化

课题组梳理发现,白洋淀水质提升、生态修复主要面临三方面挑战:

  • 白洋淀上游基本没有天然径流,入淀河流来水主要为上游污水处理厂尾水,长期高负荷污染导致上游河流自净能力丧失,且沿程存在各种垃圾、养殖、生活等污染排入,导致入淀水质较差。

  • 藻苲淀湿地和马棚淀湿地内源污染物累积多、农药化肥累积以及农村面源污染输入风险高,调水后淹没区的陆地污染物输入将进一步影响水质;

  • 白洋淀生态空间单一,入淀湿地沼泽化、农田化明显,湿地面积逐年递减、生物多样性破坏严重、生态结构和功能不断退化,难以保障白洋淀淀区水质。

白洋淀由大小不等的143个淀泊和3700多条沟壕组成,主淀区上游藻苲淀严重沼泽化、马棚淀完全农田化。上游府河和孝义河来水均直接沿藻苲淀和马棚淀淀边河道流入主淀区,后者没有任何的生态环境作用。

针对水十条和新安新区总体规划的生态环境保护要求,课题组开展了白洋淀上游河道和湿地生态修复和水质净化研究和示范,针对三方面问题提出了针对性的解决思路,整体形成了从上游河道到入淀湿地缓冲区,再到藻苲淀和马棚淀湿地的梯级生态修复和水质净化技术体系,关键控制环节全覆盖,以保证进入白洋淀主淀区的水质提升。

思路与成果: 河道水质提升—缓冲区污染削减—近自然湿地与退耕还湿湿地生态修复

针对白洋淀区域上游来水水质较差、入淀河流和入淀湿地自净能力弱、淀区水质和水生态环境受到极大影响等问题,解决水质提升和生态恢复涉及的研究内容多、技术领域较广、且尚未有规模化应用的经验。本课题的重点在于现有技术应用范围的扩展以及集成性的创新,解决各项技术在应用中同时存在的制约因素和问题。

1. 针对入淀河流污染重、河流自净能力弱,急需修河道生态系统,增强自净能力

针对府河和孝义河上游来水主要是污水处理厂尾水的情况,课题开展了府河和孝义河新区段河道多功能耦合生态修复技术研究,构建了河道净化-河流生态修复集成技术。探索了天然降雨不足河道的底泥环保清淤、河道生态斑块构建、河道生态修复、岸边环境综合整治等技术,提高河道的水质净化作用。

课题首先研究了府河和孝义河河水和沉积物的污染状况;以入淀河流断面水质目标为约束条件,分析了府河和孝义河新区段的水环境容量;提出了水污染总量控制主要对策与措施。

在此基础上,结合生态学 “斑块-廊道-基质”重塑河道的概念,在合适条件下,构建河道生态斑块修复系统;设计了复合式生态浮岛,利用植物吸收、基质吸附、以及微生物作用,同时引入硫自养反硝化原理,达到比较好的氮磷去除效果;根据府河和孝义河河道条件,在适宜区域建设河道内湿地生态系统。

岸边综合整治方面,主要选用格宾石笼/雷诺护垫和松木桩等进行生态护岸建设。

2. 针对来水水质差、负荷波动大,构建入淀湿地缓冲区削减污染

针对府河和孝义河污染严重、暴雨期存在污染负荷急剧增加等问题,课题组在藻苲淀和马棚淀上游建设湿地缓冲区,减少上游来水对下游近自然湿地的冲击。

依据入淀口周边地形地貌以及土地利用现状,确定湿地缓冲区的设计形态;提出强化去除上游来水中悬浮物、有机物、氮、磷等的湿地缓冲区处理工艺单元配置,构建生物降解、植物吸收和基质拦截为主的污染物净化系统,促进污染物高效去除。

湿地缓冲区采用生态塘-潜流湿地-植物塘的配置。其中,生态滞留塘初步削减颗粒污染物;功能湿地系统通过高氮磷去除效率的基质(沸石和钢渣,并辅以碎石)、水生植物和微生物系统强化污染去除;植物塘系统趋近于自然湿地生态系统,水生生物系统构建立足于白洋淀乡土植物和底栖动物。

3. 针对入淀湿地不具备水质净化和生态功能,通过近自然修复和重构,逐步过渡形成良好的自然湿地生态系统

针对藻苲淀和马棚淀湿地生态系统退化、无生态和水质净化功能等问题,课题通过近自然的生态修复和生态重构技术,探索沼泽化和农田化湿地污染底泥环保清淤、水系联通、水动力优化、动物植物微生物生态修复等近自然湿地修复技术,经济有效地实现入淀湿地的水质净化工程,形成北方典型草型湖泊生态修复策略,并促使藻苲淀和马棚淀逐步过渡形成良好的自然湿地生态系统。

首先,根据污染源及污染空间,进行合理的湿地污染清除。

藻苲淀和马棚淀底泥和土壤的污染评价表明,该地区全氮处于丰富和极丰富水平,全磷处在中等水平;湿地恢复后,氮和磷均有一定程度释放,甚至可使上覆水水质大大超过地表水V类标准,部分区域需要一定程度的污染清除。

其次,结合水动力优化,改善湿地水系连通状况。

根据藻苲淀地形,通过Delft3D模拟,优化府河上游来水引入到藻苲淀的路径,实现水系连通;通过深潭-浅滩-沟渠-生态岛等的生态景观设计,进行马棚淀湿地空间格局重新规划、优化和生态改建;模拟了藻苲淀和马棚淀内的水动力过程和污染物去除效果;通过基底微地形整理和立地条件改善,促进了水流过程优化、生态系统恢复和污染物削减。

第三,生态修复主要通过近自然水生生物的配置、优化和恢复。

根据白洋淀的自然特征,以芦苇为主的挺水植物,以穗花狐尾藻、金鱼藻以及轮叶黑藻为主的沉水植物,作为藻苲淀和马棚淀湿地生态修复的最优植物组合,并辅以底栖动物投放,形成稳定的湿地食物链;为保证水位波动和低温条件下污染物去除效果,可以考虑适当投加功能菌。

技术应用与预期: 上游来水水质净化,恢复湿地生态功能和苇海台田淀泊风光

河北省委省政府2019年的重点工作是雄安新区的生态环境建设,从河道的生态修复、到湿地缓冲区建设,到大尺度湿地建设均是生态环境建设的重点工作。这三项生态环境工程的有机结合,可以保障南刘庄断面水质达标。目前府河孝义河河道和湿地缓冲区的示范工程都已经开工建设。

府河和孝义河新区段河道综合环境治理,分别为16.3 6.4 km,包括河道的疏通工程、垃圾清运、河道底泥清淤,另外府河建设七块河道湿地,并进行河道生态修复和河岸带生态修复。七块河道湿地根据河道的具体情况配置相应的植物、微生物、动物系统。

府河河口水质净化工程共4 km2,设计处理水量不低于25m3/d,孝义河河口水质净化工程共1.98 km2,处理水量不低于15m3/d。水质净化工程主要包括前置的生态塘、重点的潜流湿地、以及后续的水生植物塘。生态塘系统包括好氧塘、生态塘、人工水草、生态岛等等。潜流湿地分为众多处理单元,填料主要为碎石和钢渣。水生植物塘遵从近自然湿地规律,设置了沉水植物塘、浮叶植物塘、荷塘、苇海台田等等。

大尺度藻苲淀湿地的建设,目前正处于预可研和可研阶段。

通过课题的研究和工程示范,形成了入淀河道-湿地缓冲区-退耕还淀梯级湿地生态修复技术体系,实施府河和孝义河河道综合治理、河口湿地水质净化工程、以及大尺度藻苲淀和马棚淀生态系统恢复工程,实现上游来水的水质净化,同时恢复湿地生态功能和白洋淀的苇海台田淀泊风光,支撑白洋淀大清河生态廊道的建设。


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