肖 冰

城市人工湖是城市生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，為城市提供了可持續(xù)發(fā)展條件。為提高人工湖水質、改善水生態(tài)系統(tǒng)，應采用生態(tài)修復工程進行治理，包括生態(tài)清淤、人工濕地、植物景觀工程等，而合理科學的施工技術，可有效保證工程質量。基于此，結合杭州某人工湖實際情況，詳細分析了城市人工湖生態(tài)修復關鍵施工技術，為類似工程施工提供參考。

人工湖；生態(tài)修復；施工技術

1 引言

城市人工湖通常指人工挖掘、具有觀景用途的景觀湖，作為城市濱水空間的重要組合部分，為城市提供更為穩(wěn)定、舒適、可持續(xù)的發(fā)展條件[1]，同時作為城市開放空間，為居民提供休閑娛樂的場所。在城市規(guī)劃中，人工湖的建設十分必要，它的建成可以改善由于自然水體被蠶食而導致的一系列環(huán)境問題，同時具有豐富的景觀、人文等功能，如維持區(qū)域城市生態(tài)系統(tǒng)的完整性、調節(jié)區(qū)域小氣候、改善城市生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)水源、保持水土、優(yōu)化城市景觀格局[2]。由于人工湖流動性差、封閉性強、生物群落不穩(wěn)定、自凈能力差，造成其生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，水質易受外部和內部因素的影響而惡化，同時由于人類活動加速了湖體的富營養(yǎng)化演化過程，使其生命周期迅速縮短，因此，通過合理有效的生態(tài)修復措施保持人工湖生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，提高并維持水質是極其必要的，是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的一部分，具有改善人民生活環(huán)境的生態(tài)價值和經濟價值。

1.治理前水體特征

2.生態(tài)修復技術路線

3.施工工藝流程圖

人工湖生態(tài)修復技術主要包括內源減負、外源截留、構建生態(tài)系統(tǒng)等，其中，內源減負措施主要為生態(tài)清淤技術、底質改良技術等，控制底泥中污染物質的釋放，改良底質使其適合動植物及微生物生長；外源截留技術主要針對匯入人工湖的點源及面源污染，點源污染通過截污納管可去除，而面源污染需根據(jù)其匯流區(qū)域特征采用植草溝、雨水花園等低影響開發(fā)技術來控制；生態(tài)系統(tǒng)構建則是通過合理種植挺水—浮水—沉水植物，合理放養(yǎng)水生動物等方式構建較為完整的食物鏈，提高水體自凈能力。人工湖生態(tài)修復和景觀工程在治理工藝和技術選擇上是遵循一定的模式并得到共識，而施工質量問題作為影響水體修復工程最終效果的重要因素，應受到充分重視和嚴格把控。

本文以杭州某人工湖生態(tài)修復工程為例，通過分析該生態(tài)修復工程凈化工藝、施工工藝等內容，總結形成人工湖生態(tài)修復工程施工質量控制技術，為修復工程實現(xiàn)其預期效果提供保障，為類似工程的施工提供一些參考。

2 工程概況

2.1 項目概況

人工湖位于浙江省杭州市西湖區(qū)，原為養(yǎng)殖魚塘，欲將其改造為景觀湖，水面面積約1 297 m2，為封閉水域，補水來自日常降雨。人工湖北側為辦公區(qū)和食堂，生活污水通過市政管道納管，人工湖無點源污染。為保證水質提升效果，將水體原狀進行調整，水池設計面積為1 375 m2，設計水深為2 m，為區(qū)塊內的內湖水景。

人工湖生態(tài)修復工程總體定位：將水域景觀與陸域景觀相融合，實現(xiàn)水清草綠、生態(tài)自然、休閑娛樂等功能；具體目標為：水體清澈、色度較低、透明度可達1.5 m以上，水質凈化目標為主要水質指標（總氮、總磷、氨氮、化學需氧量、五日生化需氧量等）《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）III類標準，水體生態(tài)系統(tǒng)完善、自凈能力較好，水生植物空間布局合理，水底營造茂盛“水下森林”，岸上打造環(huán)境優(yōu)美、功能齊全的生態(tài)駁岸，構建水體立體景觀。

2.2 治理前水域特征

人工湖原為魚塘，治理前存在以下問題：

（1）隨著時間推移，底泥中積累了大量營養(yǎng)物質（圖1），在特定條件下會釋放入水體，使水體中營養(yǎng)鹽含量增加，引發(fā)藻類爆發(fā)。

（2）水體駁岸為土岸，岸體泥土裸露，無植物生長，面源污染較嚴重，水生態(tài)系統(tǒng)結構及功能極不佳，加之水體封閉獨立，水動力條件差，水體自凈能力不足，很難保持健康穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

（3）降雨期間雨水沖刷地表，污染物隨降雨產生地表徑流進入水域。面源污染的80%～90%負荷被初期雨水（降雨前期600～1000 s）帶入水體。人工湖無點源污染，初期雨水污染占污染總量的87%。

2.3 生態(tài)修復技術路線

城市人工湖作為內源性湖泊，是城市水生態(tài)環(huán)境的重要部分，人工湖的生態(tài)修復需經歷先治理后修復的過程，先將水體中的污染物質降低到一定濃度以下，后根據(jù)生態(tài)位、食物鏈、自然演替等理論構建穩(wěn)定的動物—植物—微生物系統(tǒng)，使其具有一定的自凈與循環(huán)能力，最終達到生態(tài)修復的目的（圖2）。

由于人工湖底泥污染嚴重[3]，因此首先需對底泥進行清淤，減少人工湖內源污染，清淤后再對底泥進行改良，使其適合動植物和微生物生長。

其次，考慮到人工湖水體封閉性，水面降雨、蒸發(fā)、下滲、綠化灌溉和雨水徑流匯入等原因均會導致水體水量變化，為保持水位穩(wěn)定，對水體進行水量平衡分析。影響人工湖水位變動因子主要為降雨、蒸發(fā)、滲漏、地表徑流、綠化灌溉等，由于人工湖所在地塊為淤泥質黏土，滲透系數(shù)極小，因此不考慮湖底滲漏。通過水量平衡分析，為保持人工湖水位穩(wěn)定，需進行補水，年補水量為2 462.5 m3，其中8月份需補充水量最多，為549.6 m3，結合西湖大學整體設計，選取人工湖北側約200 m的下確橋港作為人工湖補水水源。根據(jù)補水量、水頭損失等，選用額定流量Q=5.0 m3/h、揚程H=10 m的潛水泵。

根據(jù)下確橋港的水質監(jiān)測結果，下確橋港水質穩(wěn)定在IV類及以上，以地表水III類作為標準，補水水源主要為氨氮（NH4+-N）和總磷（TP）超標，且下確橋港透明度較低，補水水源TP平均濃度為0.13 mg/L，以年補水量2 462.5 m3計算，年輸入氨氮（NH3-N）為3.89 kg/a，總磷（TP）為0.44 kg/a。因此為減少補水水源帶入人工湖的污染物含量，來水需先進入預處理池通過沉淀、吸附等凈化作用后，再流入人工濕地進行強化凈化。

由于湖內為靜水環(huán)境，為不斷加入溶解氧，使滯留區(qū)湖水構成一個流水型生態(tài)系統(tǒng)，加快有機物的降解，降低污染的維護，人工湖中設置人工曝氣裝置及內循環(huán)系統(tǒng)，形成良性水體循環(huán)。

為強化凈化效果，湖內及駁岸種植沉水植物、挺水植物和浮葉植物（種植量見表1），以完善水體生態(tài)系統(tǒng)，增強水體自凈功能，湖底種植土下層鋪設膨潤土吸附層，一方面可以起到防滲作用，另一方面膨潤土對底泥及水體中的污染物有較好的吸附作用。

2.4 施工工藝流程

人工湖生態(tài)修復工程施工工藝主要包括湖體基底處理、濕地基底處理、水生植物種植及內循環(huán)泵的安裝等（圖3）。

表 1 水生植物種植量

4.水循環(huán)工藝流程圖

3 城市人工湖水循環(huán)與水凈化工程

3.1 補水及水循環(huán)工程

為保證城市人工湖水量平衡，改善水動力條件，設置補水及水循環(huán)工程（圖4）。人工湖循環(huán)周期為72 h，即3 d循環(huán)一次，根據(jù)人工湖總水量，計算其循環(huán)泵流量，根據(jù)流量、揚程，選取循環(huán)泵型號，內循環(huán)泵采用額定流量Q=30 m3/h，揚程H=9 m，功率P=2.2 kw潛水泵，配管口徑為65 mm。

潛水泵安裝在泵坑中，泵坑的基礎、尺寸按照圖紙施工，各部分尺寸及位置的偏差不得超過規(guī)定值，泵的縱向安裝水平偏差不應大于0.1‰，橫向安裝水平偏差不應大于0.2‰，并應在泵的進出口或其他水平面進行測量。與泵連接的管道，應符合相關標準，且內部和管端清洗潔凈、無雜物和損傷，吸入管道和輸出管道應有各自支架，不得由泵承受管道的重量，相互連接的端面應平行。待泵和相關管道安裝完畢后，需對電動機和泵進行試運行，檢查電動機是否正常運轉，電動機與泵轉向是否一致，是否出現(xiàn)異常聲響和摩擦現(xiàn)象，管道連接是否牢固有無滲漏，管道是否暢通，壓力是否在設計范圍內等等。

3.2 水凈化工程

為避免補水水源的匯入對人工湖造成污染，補水進入人工湖前需經過預處理池（圖5）和人工濕地（圖6）的凈化：來水進入預處理池，通過預處理池中的礫石填料過濾后進入濕地集水區(qū)，防止人工濕地堵塞。根據(jù)預處理池處理流量及停留時間，其有效容積為10 m3，設計深度為1.5 m，有效水深為1.0 m，SS去除率可達40～50%。

人工濕地的凈化機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解轉行、植物吸收等物理、化學、生物三重協(xié)同作用。人工濕地采用水平潛流濕地，表面水力負荷取0.16 m3/m2·d，根據(jù)人工濕地日處理水量，計算得濕地面積為120 m2。

預處理池及人工濕地主要采用不同粒徑礫石作為過濾材料，要求質地堅硬、新鮮、未風化。粒徑滿足設計要求，超粒徑比例不得超過5%，濾料含泥量應滿足設計部大于3%的要求，濾料回填前需洗凈，且根據(jù)要求，需對碎石進行全鈣含量檢測，不低于30%。

4 城市人工湖生態(tài)修復與植物景觀工程

4.1 生態(tài)清淤與土方開挖

人工濕地的基礎為地下結構，開挖基坑施工對于濕地的穩(wěn)定尤為重要，項目所在地周邊為苗木種植基地，開挖基坑形狀為45°放坡，采用機械開挖與人工修整想結合的施工技術方法，基坑內采用污泥泵排水?；拥拈_挖順序自上而下逐層開挖，開挖厚度每層宜為1 m，不得超挖，開挖至設計標高1 m上停止機械開挖，人工挖至設計標高，對基底土層人工分揀一次，保證不含石塊、樹枝、樹根等，后壓實整平。基坑頂面和基底放線出45°上下水平線，確認無誤后，機械開挖挖斗控制好45°坡腳，一次開挖整形，減少人工修坡，確保土坡美觀平整?；颖砻嬲剑斯で謇硗翂K碎石，機械碾壓密實，平整后檢查平整度和密實度，壓實度達95%，保證無鼓包和洼坑，無樹根、石塊等雜物，防止影響防滲膜防水效果[4]。

4.2 駁岸及擋墻施工

人工湖原為自然土坡駁岸，為發(fā)揮駁岸污染物攔截功能和生態(tài)功能，對駁岸進行生態(tài)設計，先用挖機和人工對駁岸進行調整，使坡度自然舒緩，結構穩(wěn)定，再種植挺水植物，構建生態(tài)平衡、環(huán)境優(yōu)美、功能齊全的駁岸。

濕地擋墻采用壘石擋墻。土方開挖至設計標高并平整后，放線定位出墊層邊線，支設處墊層邊摸驗收合格后澆筑C15混凝土墊層，墊層施工完成后，復核設計高程并按圖紙和擋墻中線樁定出墻體軸線、基礎尺寸線等。石料需材質堅實新鮮，無風化剝落或裂紋，石材表面無污垢、水銹等雜質，強度不低于MU40，密度大于2200 kg/m3?？刂贫咽障洞笮?，保證粒徑級配良好，防止過多碎石堵塞孔隙，底層為30 cm以上大粒徑石料，自下而上逐層施工，上層為小粒徑毛石，堆石間用飽滿砂漿填筑，采用鋪漿法砌筑料石砂漿的砂最大粒徑不大于2.5 mm。

5.預處理池結構圖

6.人工濕地結構圖

7.膨潤土鋪設剖面圖

4.3 底質改良與膨潤土鋪設

蓄水前，為改善土壤粒徑、消除土壤中有害孢子、病菌等，可用含有陶粒、蛭石、黏土、腐殖酸和草石灰等的藥劑和殺菌類藥劑進行處理。藥劑應選擇晴天在湖底沉水植物栽培區(qū)域內均勻潑灑，潑灑完畢后，要暴曬一周[5]。

根據(jù)地勘報告，人工湖所在地塊底部為淤泥質黏土，滲透系數(shù)極小，屬微透水性地層，滲透量可忽略不計，因此湖底不需鋪設防滲層。為了增強水質凈化效果，設計在湖底鋪設膨潤土層，通過膨潤土的吸附作用吸附底泥和水體中的污染物質。根據(jù)污染物去除計算，設計在湖底鋪設厚度為200 mm的膨潤土層。膨潤土呈粉狀，遇水后體積脹大呈懸浮狀，因此用編織袋包裝后鋪設在湖底，上覆20～30 cm種植土（圖7）。

人工濕地及湖底基底處理后需回填濾料和種植土，回填過程中保證濾料清潔無雜物，機械車輛不得把泥土帶入濕地床內，且裝填后高程誤差控制在±5 cm以內。濾料回填時注意管道安全，避免管道損壞及細料從管口進入管內，造成堵塞?；靥钍┕捎煤笸朔ㄊ┕?，避免對內部結構的破壞。

4.4 水生植物栽植

水生植物是展現(xiàn)水體景觀工程的重要部分[6]，應根據(jù)當?shù)貧夂?、土壤等條件配置適宜各個季節(jié)生長的多種水生植物，增加水體景觀效果，保持生物多樣性，增強生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。濕地床內及人工湖岸帶所選植物主要為鳶尾、千屈菜、美人蕉、梭魚草、矮蒲葦、旱傘草等，沉水植物為矮型苦草。

水生植物質量的好壞直接影響水體景觀和水處理效果，因此植物選取應符合質量標準和設計要求，選擇發(fā)育良好、生長健壯、無病蟲害的植株。運輸過程應保持根部濕潤，避免風吹暴曬，運輸至項目地后，及時把根系或整個植株浸泡在水中。

挺水植物移植時，為提高植物成活率，應進行適當修剪，剪口必須平滑，不得劈裂并注意留芽位置。沉水植物一般不做修剪，應確保種植后沉水植物不漂浮于水面。

種植時間一般選擇在蒸騰量小和有利根系及時恢復的時期，選擇當日氣溫較低或小陰雨天移植，晴天可在下午5點后移植，工序必須緊湊，盡量縮短暴露時間。沉水植物需存放于水中，挺水植物種植后至成活前，應每天上下午各澆一次水[7-10]。

待初次進水至20～30 cm后，開始種植沉水植物，并保持水位一周，確保沉水植物存活，之后開始進水，進行下一步種植，水位升至1 m時，為保證沉水植物接收到足夠的光照，應對水體透明度進行調整，投加凈水劑，保證水體透明度，再種植沉水植物。沉水植物的種植方式為滿鋪種植，類似插秧。

挺水植物種植前，對土壤進行摟平粑細等清理后，用工具先掏出種植穴，種植穴大小根據(jù)所種植的挺水植物根系/土球的大小和形狀確定，植物放下后不窩根。掏好種植穴后，將苗木放入種植穴中，返土扶直植物，并壓實覆土，確保苗木垂直地面不倒伏，不傾斜。

若施工現(xiàn)場由于光線遮擋等原因會使植物生長受到影響，存活率不能得到保證時，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況調整具體施工工藝和施工順序。

5 城市人工湖生態(tài)修復管養(yǎng)維護

5.1 水循環(huán)與水凈化設施運行維護

設施的維護管養(yǎng)是生態(tài)修復工程長效運行的保障，人工湖生態(tài)修復工程中使用的設備主要有潛水泵和噴泉式曝氣機，維護管理的重點在于以預防為主，堅持日常保養(yǎng)與按計劃維修并重。對于常年使用與季節(jié)性使用的設備，合理制定安排維修保養(yǎng)計劃。設置設備臺賬，記錄設備的檢查維修情況。若出現(xiàn)異常情況及時處理。

5.2 生態(tài)修復工程初期與日常養(yǎng)護

生態(tài)系統(tǒng)構建初期，某一物種會因為環(huán)境適應性強而大量繁殖，使得單個物種生長占優(yōu)勢，從而抑制其他物種的競爭力，使其他物種數(shù)量減少甚至消失，導致生態(tài)系統(tǒng)難以維持平衡，因此在生態(tài)系統(tǒng)初步構建后，需通過對水生動植物種類、密度的監(jiān)測，掌握其變化動態(tài)，并采取多種生物操縱和生態(tài)調控技術，輔以人工措施引導水生態(tài)系統(tǒng)形成優(yōu)勢良性群落，盡快達到生態(tài)平衡狀態(tài)。水生態(tài)建設初期，可使用凈水劑提高水體透明度，使其滿足沉水植物生長所需光照條件。

保持水面干凈，及時打撈水面雜物，清除青苔、狐尾藻、菹草等雜草；控制入侵物種，禁止私自放生；定期觀察水色、魚類活動，觀察底棲動物和水生植物生長狀況；突發(fā)大雨或暴雨及時排水，干旱期及時補水，保持水位穩(wěn)定；定期檢修曝氣水泵等設備，保證正常運行。

對水生植物的維護，應定期去除雜草；及時修剪枯黃、枯死、倒伏植株；及時清理岸帶雜物或垃圾；發(fā)生病蟲害時，及時噴施農藥。沉水植物一般無需收割，但為了去除人工湖水中營養(yǎng)物質，可在每年4～10月生長旺盛期進行適量修剪，高度割至水面以下30 cm即可。

對水生動物的維護，主要是捕撈和放養(yǎng)工作。人工湖投放水生動物以底棲動物為主，同時投放少量鰱等濾食性魚類和極少量觀賞性金魚；及時清撈動物殘尸，并根據(jù)具體情況補給；對于優(yōu)勢過于明顯的單一物種，采取輪捕輪放或放養(yǎng)其他生物物種加以控制。對于總量過少的水生動物積極補放，確保生物鏈結構穩(wěn)定。

6 結語

城市人工湖是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，影響著城市生態(tài)結構，同時發(fā)揮著重要的生態(tài)、社會、經濟效益。然而由于其水體的封閉性，生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，易受影響，需采取相應生態(tài)修復措施改善生態(tài)系統(tǒng)，提高并維持水質。影響生態(tài)修復工程施工質量的因素有很多，為保證施工質量，應嚴格控制施工技術，有效提升施工作業(yè)的科學性和合理性。該項目所采用施工工藝能夠保證工程質量，使得生態(tài)修復措施發(fā)揮作用（圖8）。

8.治理后效果