殷文亮袁钟非*袁翟东冉袁李雨宸袁刘畅袁刘威袁邓自发
渊南通大学生命科学学院袁江苏南通226019冤
摘要院以某高校校园河流为例袁首先通过布设监测站位评价水环境质量现状袁估算水环境容量袁然后对前期修复措施的治理效果进行评估袁并为后期河流综合治理方案的制定提供建议.调查结果表明院该校园河流Z4区段水体叶绿素浓度高于其他区段袁存在暴发藻类水华的风险曰对照景观娱乐用水区水质标准袁26个站位中总氮浓度超标率为19%袁总磷浓度超标率为88%袁氮尧磷是影响该校园河流水环境质量的关键因素曰该校园河流总氮和总磷水环境容量较低袁分别为12.38kg/d和1.05kg/d.基于前期整治经验袁后期应重点针对H2尧Z4等区段袁集成生态型堤岸构建尧水生植被重建和人工湿地处理等水生态修复技术袁并通过引调水工程尧海绵校园建设和环保意识提升来开展河流综合治理袁以确保该校园河流水质达到IV类标准.关键词院城市景观曰校园河流曰叶绿素曰水环境质量曰河流修复中图分类号院X522
文献标志码院A
文章编号院员远苑猿原圆猿源园渊圆园18冤园2原园园20原园8
CountermeasureAnalysisofWaterEnvironmentalRemediationin
Small-ScaleUrbanRivers:ACaseStudyofaCollegeCampusRiver
YINWenliang袁ZHONGFei*袁ZHAIDongran袁LIYuchen袁LIUChang袁LIUWei袁DENGZifa
渊SchoolofLifeSciences袁NantongUniversity袁Nantong226019袁China冤
Abstract:Thisstudyexploredcountermeasuresofenvironmentalremediationinsmall-scaleurbanriversviaacasestudyonariverwithinthecampusofauniversity.Thewaterqualityofthecampusriverwasinvestigated袁andthewaterenvironmentcapacitieswerethenestimated.Subsequently袁theeffectivenessofpreviousremediationprojectsinimprovingtheriverwaterqualitywasassessed袁afterwhichsomesuggestionswerepresentedforamoreeffectivere鄄mediationinthefuture.Thestudyidentifiedonesector渊i.e.袁Z4冤withthehighestchlorophyllaconcentration袁indi鄄catingahighriskofalgalbloominthissector.Moreover袁therewere19%and88%ofthesamplingstations袁respec鄄tively袁ofwhichtheTNandTPconcentrationsexceededthestandardlevelIV.ThewaterenvironmentcapacitiesforTNandTPwere12.38kg/dand1.05kg/d袁respectively.Basedonthesefindings袁itissuggestedtopromoteenviron鄄mentalremediationmeasuresincludingrestorationofaquaticvegetationandconstructionofecologicalembankmentandtreatmentwetlandaswellaswaterdiversionprojectinthecampusriver袁withaspecialemphasisonthesectorsH2andZ4.Meanwhile袁itisalsorecommendedtopromotespongecampusconstructionandcampusenvironmentaleducationprojectstoachievemorepromisingperformanceoftheriverrestorationprojects.Keywords:urbanlandscape曰campusriver曰chlorophyll曰waterquality曰riverrestoration
收稿日期院2018-03-16
基金项目院江苏省自然科学青年基金项目渊BK20130398冤曰南通大学大学生创新项目渊2017101冤第一作者简介院殷文亮渊1996要冤袁男.
*通信联系人院钟非渊1981要冤袁男袁副教授袁主要研究方向为环境生物学.E-mail:fzhong@ntu.edu.cn
引文格式院殷文亮袁钟非袁翟东冉袁等.小型城市景观水体水环境的整治对策咱J暂.南通大学学报渊自然科学版冤袁2018袁17渊2冤院20-27.
殷文亮袁等院小型城市景观水体水环境的整治对策
窑21窑近年来袁随着经济的不断发展与人民生活水平的稳步提升袁改善生活尧工作与居住环境的呼声日益高涨袁城市景观水体整治工程在全国各地纷纷开害尧塑造城市景观等方面发挥着重要作用.通过提供丰富的食物来源并营造避敌的良好条件袁可为各对雨水进行储蓄保存袁可增加城市蓄水容量袁既能防范城市局地强降水引发的洪涝灾害袁又能缓解干旱引发的缺水问题[3]曰通过河流岸边景观带构建袁可丰富滨水游憩空间袁方便人们观赏尧休息和运动袁相处[4].
使人们接触自然尧了解自然袁体现人与自然的和谐
不过袁由于生态基流不足尧城市面源污染以及种生物提供生长栖身场所袁丰富生物多样性[2]曰通过展[1].城市景观水体在维护生态平衡尧防控洪涝灾
性增加尧河流水质提升等成效.除了流域尺度的城市河流水系袁小型城市景观河流整治也逐渐引起人们的关注.为解决美国某校园河流存在的渠道化尧生态系统退化等问题袁Huang等[12]建议从河流形态恢复与湿地构建两方面整治河流.我国小型城市景观水体目前面临的问题更多袁如富营养化尧水体连通性差等袁迫切需要借鉴国内外相关研究成果袁获得相应的整治对策.
本文以某高校校园河流为研究对象袁首先调查该河流水质袁分析影响水环境质量的关键指标袁评估已有修复措施的治理效果.然后袁基于该校园河流现状袁有针对性地提出后期校园河流水环境综合治理的设计思路袁为类似小型城市景观水体的综合整治提供参考.
人工河道生态系统尚不稳定袁特别是城市景观水体题袁水质维护难度较大[5-6].加上底泥内源污染和气候变化袁一些城市景观水体容易出现水华或黑臭现象袁反而对人居环境造成负面影响[7].在保证防洪尧存在水位较浅尧蓄水量较低和环境相对封闭等问
1.1
1材料与方法
供水安全的前提下袁如何有效整治城市景观水体已
校园河流分为两横五纵袁共7个区段渊表1冤.该校宽度10~30m袁河流各区段在校园边界处大多设有闸坝.纵向河流北侧分布学生宿舍区尧食堂和校医院袁如Z1和Z2区段间尧Z4区段两侧曰纵向河流南侧分布教学区袁如Z4区段两侧.1.2
采用EXO多参数水质监测仪渊YSIEXO2冤现场分析测定方法
园河流水面面积约8.2hm2袁水深0.5~2.5m袁河流
26个水质监测站点渊图1冤袁并且按站点所在区域将
根据该高校校园河流空间分布情况袁共布设了
采样站位设置
受到国内外广泛关注[8].Lake等[9]指出应通过恢复河生物庇护所形成具有自我维持和调节能力的河流
流连通性渊河流上尧下游以及河流与河岸带冤与提供生态系统.崔广柏等[10]证实河道连通条件的提高与合理的调水方案对于平原河网区水环境改善具有重要作用.成水平等[11]集成水生植物组合强化尧水陆生态界面重建与污染生物生态拦截等生态修复技术对典型城市河流进行整治袁取得了水生生物多样
Z1
Z2
Z3
测定各站点水体水温渊t冤尧pH尧溶解氧渊DO冤尧电导率
Z4
Z5
H2
H1
食堂医务室宿舍区教学区
图1校园河流采样点布设图
窑22窑南通大学学报渊自然科学版冤
圆园18年
表1校园河流采样点分区
河流区段长度/km采样站位H1H20.391袁2袁3Z2Z1
0.831.23
7袁413袁袁0.320.36105袁146袁袁188袁袁92315袁袁1611袁袁1712Z5Z4
Z3
0.600.561924袁20袁袁2521袁26袁22渊状Cond况时冤尧袁叶绿采集素1a渊LChl.a水样带回冤等指标实验.分室析袁水体使用富全营养自化动间断化学分析仪渊DeChem-TechCleverChem200冤测定水样中铵态氮渊NH渊NO4+要N冤尧硝态氮与亚硝态氮X-渊TP冤浓要度N冤尧袁采总用高氮渊TN锰冤尧酸正钾磷法酸测盐定渊水体PO43-化要学P冤需和氧总量磷
渊COD采冤.
用单因子评价法[13]对校园河流水质状况进行
评价.由于该校园河流边界处大多设有闸坝袁故将该校园河流水体视作水库来估算水环境容量曰采用环境容量定义法[14]放标准的技术原则与袁并方法依照曳渊GB3839叶制订地要方83水冤污染中的湖物泊排
2渊水库冤允许排放量计算公式来估算.
2.1.1
2.1
结果与校园河讨论
Chl.a叶绿是素
流水环境现状调查
其在水体中的反浓映度水体常被浮游用于植物评生价物富量营养的重要化程指度标[15]
袁
为了解该校园河流的富营养化状况袁课题组于.
结2017果见年图1要2.5由图月对可水体知袁Chl.aChl.a浓浓度进度呈行现明了跟踪显时检空测变袁
化.从时间分布来看袁该校园河流水体Chl.a浓度存在明显季节变化院冬季渊一月份冤所有区段水体浓Chl.a度均浓出现明度最低显曰春上季升渊趋势从三.月从份空开间分始冤布各来区看段院Z2Chl.a区段的Chl.a浓度一直低于其他区段曰而Z4区段的Chl.a趋势袁浓存度在较暴高发袁藻特类别水是在华的三风险尧四月.
份出现明显升高140120100806040200
H1
H2
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
区段
一月
二月
三月
四月
五月
图2校园河流各采样点水体叶绿素浓度时空变化情况
2.1.2
水体常规常规理理化指化标
指标检测数据渊见图3冤表明袁五
月份校园河流Z2区段水温尧Cond与pH均明显低于其他区段.其中袁10尧11采样点水温低至18.7益袁而其他采样点水温均高于21.0益.鉴于Z2区段靠近学生宿舍和食堂袁学生洗浴废水和食堂冲洗废水的排放可能导致水温尧Cond与pH的异常变化.各区段DO浓度均高于5.00mg/L袁不过袁H1和Z2区段水体DO浓度低于其他区段.2.1.3
为掌握氮尧磷水体与COD
营养盐浓度及其与叶绿素浓度的相关关系袁五月份现场测定Chl.a浓度与常规理化指标后袁采集水样对水质进行了全面检测袁结果见图4.由图可知院Z2区段除水体NH4+外袁其他水质指标监测值相比于另外要6N个浓区度段稍均高处
于较低水平曰H2和Z5区段的NH4+度较低袁COD浓度虽然稍高于其他区要N段尧TN袁但和各TP区浓段
监测值均不高曰Z4区段的TN和NH4+其他区段曰H1区段的NO要N浓度高于x-高于其他区段.
要N尧PO43-要P和TP浓度
对比五月份各区段水体Chl.a数据渊Z4区段最高袁Z2区段最低冤可以发现袁水体营养盐与叶绿素浓度极值所在区段基本一致.不过袁H1区段PO43-和TP浓度最高袁但其并不是该校园河流叶绿素要浓P度最高的区段.调查发现袁H1区段沉水植物生物量较大袁潜在的化感作用可能对浮游植物产生了抑制.此外袁H1区段为校园河流水交换的主要通道袁水流流速较大袁也会抑制浮游植物生长.2.1.4
参照水水环境功质能量区评价
划分标准渊GB/T50594要2010冤袁殷文亮袁等院小型城市景观水体水环境的整治对策
25.024.023.022.021.020.019.018.017.016.015.0
9.008.007.006.005.004.003.002.001.000
窑23窑H1H2Z1
850.00750.00650.00550.00450.00350.00250.00150.00
H1
H2
Z1
区段
渊a冤t
Z2Z3Z4Z5H1H2Z1
渊c冤Cond
1.801.601.401.201.000.800.600.400.200
-0.20H13.503.002.502.001.501.000.500H1
H2
Z1Z2区段渊c冤TN
区段
Z2Z3Z4Z5
8.608.408.208.007.807.607.407.207.006.80
区段渊b冤DO
Z2Z3Z4Z5
H1H2Z1
图3校园河流五月份各区段水体常规理化指标检测结果
0.400.350.300.250.200.150.100.050
渊d冤pH
区段
Z2Z3Z4Z5
H2Z1
区段
Z2Z3Z4Z5H1H2Z1
区段渊b冤NOx-
Z2Z3Z4Z5
渊a冤NH4+要N
0.300.250.200.150.100.05
Z3
Z4
Z5
-0.055.04.54.03.53.02.52.01.51.00.500H1
H2
Z1
区段
Z2Z3Z4Z5
3.002.502.001.501.000.500H1
H2
渊d冤PO43-要P
Z1
区段渊e冤TP
Z2Z3Z4Z5H1H2Z1
图4校园河流五月份各区段水体氮尧磷与有机物检测结果
区段渊f冤COD
Z2Z3Z4Z5
窑24窑南通大学学报渊自然科学版冤圆园18年
该校园河流属于一级分类中的开发利用区曰按照开发利用区的二级分类袁划为景观娱乐用水区袁水质标准应符合叶地表水环境质量标准曳渊GB3838要2002冤III类对或照IV地类表标水准环.
境质量标准渊GB3838要2002冤袁
Z4其他区区段段水体水体TNTN浓度浓均度值高于均值在2.00.5~1.5mg/L渊mg/L劣V类之冤袁
间
渊渊劣III-IVV类类冤曰冤曰所有所区有区段TP浓度均值超过0.4mg/L
类冤.参考IV类标段准限COD值袁浓26度个均站值点低中于TN6mg/L超标渊III率
为19%袁TP超标率为88%.为保障该校园河流水质达到功能区标准要求袁必须通过截断污染源袁并集成多种生态修复技术降低水体TN和TP含量.2.1.5
计算水水环境容环境量容估算
量时袁选取TN尧TP和COD3个指标袁取校园河流7个区段的质量浓度平均值袁分别为1.13mg/L尧1.08mg/L和3.30mg/L袁对应的IV类标准限值分别为1.50mg/L尧0.30mg/L和帅10.0等[16]mg/L测算结曰TN果尧TP的和最高值COD袁污染分别物为降0.09解系d-1数和0.12d-1.水环境容量估算结果渊见表2冤表明尧0.15参照袁d冯
-1校园河流TN和TP环境容量较低袁其中TP的水体该
稀释容量和迁移容量均为负值.
表2校园河流水体水环境容量估算结果kg/d指标稀释容量迁移容量自净容量理想环境容量TN-0.530.2512.38CODTP
4.61-2.131.0211.1118.4298.823.71
121.851.05
2.2
为校园河了改善流校前园期河整治流水质效果袁评估
近年来校方采取了底
泥疏浚尧水系连通尧水生植被重建等多项河流整治措施.
底泥疏浚主要在Z4区段北侧开展袁然而水质
调查结果表明袁22号采样点TN尧NH4+度分别高达3.28mg/L尧1.84mg/L和1.01要Nmg/L和TP袁TN浓和NH4+水体.Z4要区N段浓两度边在有学所有生采宿舍楼样点中尧最食高堂袁和校为劣医V院类
袁
可能存在生活污水尧餐厅废水袁甚至医疗废水的排
入袁致使该区段河流氮尧磷浓度明显升高.此外袁Z4区段北侧存在校外河段水体通过闸门漫溢的情况袁对该区段水质也可能存在一定影响.由此看来袁作为一种常用的河流整治手段袁底泥疏浚虽然能有效控制内源污染释放袁但是袁如不控制外源性污染输入袁很难提升疏浚区域的河流水质.
水系连通主要在H2与Z5区段交接处开展袁对23号采样点周边区域进行河道拓宽尧深挖改造袁将之前断开的H2与Z5区段重新连通袁并设立闸门进行控制.Z5区段在校园的最东侧袁该区段离教学区尧公寓区尧食堂较远袁水体的水环境现状较好.水系连通可以加强局部区域的水循环过程袁增强水体的自净能力袁更好地改善水质尧修复环境袁增加生物多样性[17]NH.调查表明袁H2与Z5区段水体中
4+所以要袁H2N尧TN与Z5和区TP段河浓度流相近水系袁连且通对于均处于改较善两区低水平段
.河流水环境状况具有重要作用.
水生植被重建主要在H1尧Z1与Z2区段开展院在H1区段种植沉水植物袁主要种类为伊乐藻尧菹草等曰在Z1与Z2区段种植挺水植物袁主要种类为芦苇尧香蒲等曰水生植物可通过新陈代谢袁吸收水中的无机盐和有机营养物质袁从而降低水体的富营养化程度袁不断改善水质并提高水体的自净能力[18]不过袁H1区段1尧3号采样点氮尧磷浓度偏高袁其中.TP植物浓袁度该均类超型过沉1.5水植mg/L.物大多在该区段五分月布份有衰败腐冬春型解沉袁水而腐解过程中植物组织好氧分解造成水体溶解氧浓度降低袁释放的营养盐可能导致水体氮尧磷浓度升高[19]水质.造此外成一定袁校外影响河段.挺的水污染植物输入通过可能光也合对作用H1泌区氧段袁并吸收氮尧磷营养盐袁对水体有较强的净化作用[20]五月份正值挺水植物的生长旺季袁Z1尧Z2区段袁以
袁及处于校园中轴的H2区段水体水质总体较好.2.3.12.3
校园河生态流后期综合治理建议
基于水修环复境技术集现状调成
查与前期整治效果评估结果袁在该校园河流后期整治过程中袁应有针对性地分区段开展水生态环境修复.
河流H2区段将校区分割为南北两片袁沿途分
殷文亮袁等院小型城市景观水体水环境的整治对策
窑25窑布校园西门尧东西主干道袁以及图书馆等.作为校园景观主轴线袁该区段水环境整治目标要高于其他区段.由于水环境质量现状较好袁通过整治预期主要水质指标满足III类标准要求.鉴于H2区段河流两岸均为硬化垂直堤岸袁可在1.23km混凝土堤岸上固定多孔的野生态贴面砖冶[21]以及功能微生物菌群的生长袁袁促进进一苔藓步提尧升附水质着藻曰类在各重要节点袁如桥梁两侧布置盆栽睡莲渊8~16株冤
或生态浮岛渊带状或盘状袁面积10~20m2尾尧梭鱼草尧美人蕉等冤袁兼具水质净化与景袁观种效果植鸢.作为校园内外水交换的主要通道袁H1与Z1区段目前已有沉水与挺水植被分布袁对于减少外源性污染输入影响袁稳定H2区段水质具有重要意义.不过袁两区段水生植物群落结构有待优化.H1区段目前主要分布冬春型沉水植物渊菹草尧伊乐藻等冤袁在四尧五月份应及时打捞沉水植物残体袁防范残体腐解耗氧与释放营养盐对河流生态环境造成不利影响[22]藻冤重建.此外袁促进袁还应两型开沉展水夏植秋物型的沉季水节轮植物替渊.苦Z1草区尧段黑
挺水植物目前种类较为单一袁应在该区段水陆交错带种植更多的挺水植物渊芦苇尧千屈菜尧水葱等冤袁提高生物多样性.作为校园内外水交换的潜在水源袁Z5区段区直段接处连于通待袁开发状水质可态能袁不稳定且南北袁边后界续和校外应强化河校流内
区段的生态坡岸渊在0.60km岸线铺设生态护坡砖袁种植紫羊茅尧狗牙根等植物冤尧水陆交错带渊种植芦苇尧千屈菜尧水葱等植物冤与沉水植被渊种植苦草尧黑藻尧金鱼藻等冤构建.通过治理袁确保上述区段主要水质指标满足III类标准要求.
成不Z4利影响区段袁目应对该前水质区较段差进袁对行重H2点区治段理水质.首先可能开造展污染源排查袁掌握周边宿舍生活污水尧食堂废水或医疗废水的排放情况袁以及校外河段漫溢水体水质与水量情况.然后袁修建强化潜流人工湿地袁从收集处理污水和循环处理河水两方面将该区段水环境质量从劣V类提升至IV类.通过人工湿地的异位处理袁发挥陶粒等湿地基质对氮尧磷的去除作用袁改善该区段水质曰通过人工湿地进尧排水口的合理设置袁提升该区段死区水体流速袁加强水体交换流
通曰通过人工湿地植物的有效搭配袁美化该区段景
观袁彰显蓬勃生命力[23-24]别构建面积为500m2的强.在化潜Z4流区人段工南湿北地两渊侧日可均分处理水量150~300m3到2~4次/月袁对水体冤袁主使要得该污染区物段水体TN和循TP环周的期消达减量分别可达0.73kg/d和0.52kg/d.此外袁该区段还可采取与Z5区段类似的生态修复措施渊生态坡岸尧植物浮岛尧沉水植被建设冤袁以及滤食性生物控藻技术渊投放鲢尧鳙鱼冤袁保障该区段的水环境质量达到预期整治目标.2.3.2
该校引调园水河工程流虽建设
然是城市水系的一部分袁但是校
园内外交界处大多设有闸坝袁存在水源水质差尧水交换不畅尧无法主动换水等问题袁平时无水流袁仅在H1区段西侧校外河流水位波动时袁通过H1与Z1较好区袁段且进已尧出和双H2向换水区段.连由通于袁Z5如能区段河实现流H2目区前水质段东侧进水袁H1区段西侧出水袁将有利于该校园河流整体由野死冶变野活冶袁便于实现H2区段水质提升目标.建议引水规模达到4100t/d以上袁将校园河流水体平均滞留时间缩短至20d以内袁促进校园河流的水体交换袁保障各区段水环境质量达到预期整治目标.后续需要开展引调水工程建设的可行性评估袁并采取措施保障引调水水源的水量和水质.2.3.3
高校校海绵校园园汇水面建设
积较大袁给校园河流带来一定的面源污染和内涝灾害压力.建议以慢排缓释和源头分散控制为理念[25]地渊占绿地总面积5%~25%袁构建冤袁散珠并状通过校分布的园下河沉流串式绿珠成链袁把校园打造成类似于野海绵体冶的区域.此外袁采用生物滞留池对校园内屋面尧道路尧铺装等区域雨水进行净化处理后经溢流口就近排入校园雨水管网袁最终进入河道.在雨季利用生物滞留池与校园河流高效存储雨水袁缓减内涝的压力曰在旱季利用积蓄的水体浇灌校园绿地袁充分发挥校园河流的水循环调节功能.通过完善雨水下渗尧滞蓄尧净化尧回用等多个环节[26]期实现年径流总量袁控制提高校率达园80%排水袁系统的面源污染标物准消袁预减率达40%渊以SS计冤.后续需要开展海绵校园规划尧
窑26窑南通大学学报渊自然科学版冤圆园18年
细化下沉式绿地和生物滞留池等措施的设计方案.2.3.4
河流环修保意识复是一提项升
综合性尧系统性的活动袁为达到整治目标袁除了要考虑水文尧水质与生物等自然条件[27]外袁还要提升人们保护河流的意识.人作为景观水体整治工程的参与群体和受益群体袁只有具备较强的河流保护意识袁才能让意识改变行为袁群策群力投入河流治理工程中[28]
挖掘师资力量袁指导公益环保社.在高校中团定期组织袁可相关充分
活动袁如线上举办与河流保护和水生态修复相关的知识竞赛袁线下在校园或者校外社区组织河流保护宣传活动曰动员广大学生袁积极响应教育部尧团联合发布的大学生野三走冶行动号召袁参加野沿河健走冶活动袁在强身健体尧跑步运动的同时袁亲眼见证校园河流全貌袁唤醒保护河流的主人翁意识.此外袁还可通过招募志愿者或依托社会实践活动袁组织同学们定期开展校园河流水生态环境调查袁调研校方已经实施或规划实施的河流整治工程袁加深同学们对校园河流的了解袁自发地参与到校园河流的保护行动中来.
3结语
通过集成生态型堤岸构建尧水生植被重建和人
工湿地处理等水生态修复技术袁结合引调水工程袁并通过海绵校园建设和环保意识提升来开展河流综合治理袁将有可能形成小型城市景观水体整治技术体系袁为类似小型城市景观水体整治工程提供示范.此外袁对于与城市河流水系互相连通的校园河流袁可先以校园河流为野点冶袁通过水生态修复改善水环境状况袁丰富生物多样性袁提升自净能力袁然后以野点冶带野面冶袁惠及整个城市景观水系环境生态的改善袁建立野自然尧和谐尧可持续冶的城市水网.参考文献院
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