上海园林绿化建设有限公司，上海

收稿日期：2021年4月26日；录用日期：2021年5月27日；发布日期：2021年6月3日

摘要

本文对城市人工湖水生态系统构建前、中、后的水质进行比对研究。研究结果表明，通过水生态系统构建可显著降低水体中高锰酸盐指数(COD_mn)、氨氮(NH₃-N)和总磷(TP)浓度。水生态系统构建完成后30日内，劣于地表III类水的城市公园水体水质可提升至地表III类水。

关键词

城市人工湖，水生态系统构建，城市公园，水质提升

Study on the Effect of Water Ecosystem Construction and Construction Technology on Improving the Water Quality of Urban Artificial Lakes

Daiping Yang

Shanghai Landscaping Construction Co., Ltd., Shanghai

Received: Apr. 26^th, 2021; accepted: May 27^th, 2021; published: Jun. 3^rd, 2021

ABSTRACT

This paper compares the water quality before, during and after the construction of the urban artificial lake ecosystem. The results of the study show that the permanganate index (COD_mn), ammonia nitrogen (NH₃-N) and total phosphorus (TP) concentrations in the water body can be significantly reduced through the construction of aquatic ecosystems. Within 30 days after the completion of the construction of the aquatic ecosystem, the water quality of urban parks that is inferior to surface grade III water can be upgraded to surface grade III water.

Keywords:Urban Artificial Lake, Water Ecosystem Construction, Urban Parks, Water Quality Improvement

Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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1. 引言

近年来，城市新开挖人工湖数量呈增长趋势，尤其是在新建园区、厂区、公园等环境内，人工湖的地位越来越重要 [1] [2]。小区域内的人工湖承担的重要功能是丰富区域内的景观性 [3] [4] [5]。良好的水景是一道靓丽的风景线，而保证水景最基本的要求是水体清亮、水质达标；进一步的观感要求是水体“碧波荡漾、鱼翔浅底”。目前，很多人工湖水体生态系统不够完整，有如“挖坑蓄水”一般，后续水体水质极易恶化，产生水体浑浊、水色发绿等问题，水体水质和观感效果差 [6] [7] [8]。目前，国内对水生态修复与保护方法研究很多 [9] - [14]，在实际应用过程中，多关注整体效果的可达性，对单个工艺对水质提升效果的研究较少 [15] [16] [17] [18]。因此，本文旨在对人工湖水生态系统构建前、中、后期的水质进行研究，探索水生态系统构建的各工艺对人工湖水质提升的效果，为城市人工湖水质保持提升等工作提供支持。

2. 材料与方法

2.1. 研究区域概况

本文选取浙江杭州某园区内新建的人工湖作为研究对象。该人工湖水体面积约6000 m²，平均水深1.5 m，水体总量约9000 m²。中心湖开挖完成后，首次蓄水以自然降水为主，蓄水后一段时间水体水质开始恶化，产生蓝藻，水色青绿。随后，对人工湖进行水生态系统构建，通过一系列工程措施提升人工湖内水体水质。

本文按时间进度，以施工前、中、后三个时间节点进行研究，通过对比三个阶段的人工湖水质数据，研究水生态系统构建对水质提升的效果。

2.2. 样品采集与实验方法

在施工前，施工中(施用水质改良剂后14天，沉水植物种植完成后7天)，施工后(沉水植物种植完成后30天)，分别对人工湖进行水质检测。检测期间避开台风、暴雨等天气，分别检测水样的溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_mn)、氨氮(NH₃-N)和总磷(TP)。

2.3. 分析方法

本研究运用综合污染指数法 [19] 对上述检测点水质进行分析评价，选取标准为地表水环境质量标准中III类水标准(GB3838-2002) (表1)；并分析施工中期、后期相较于施工前期各指标污染物去除率进行比对分析。

表1. 地表水环境质量标准中III类水标准(GB3838-2002)

综合污染指数法计算公式：

$P=\frac{1}{n}{\displaystyle {\sum }_{i=1}^n{S}_i=\frac{1}{n}{\displaystyle {\sum }_{i=1}^n\frac{C_i}{C_{0i}}}}$ (1)

同时，研究各工艺对各污染物的去除率进行分析，总结出去除各污染物所需的较佳工艺方式，并计算各工艺每单位工程量对各污染物的去除量，进而分析各施工工艺对污染物的去除效果。

3. 结果与分析

3.1. 各施工期各因子指数比对分析

由图1可知，工程施工前，各单因子指数均超过1，其中氨氮单因子指数最高，达到5.45，是施工前水体中的重要污染物因子。总磷单因子指数达到3.19，也是水体中重要的污染因子。由此分析可以得出，施工前水体中主要的污染物为氨氮和总磷。

图1. 施工前、中、后各指标污染指数变化

施工当中，即施用水质改良剂后14天，沉水植物种植完成后7天，各单因子指数相较于施工前均有下降。其中，指数下降最多的是氨氮，由施工前的5.45下降到了1.15；总磷和溶解氧单因子污染指数略有下降，分别从3.19和2.07下降到2.18和1.77；高锰酸盐单因子指数下降情况良好，施工中已经小于1，下降到0.78。

施工后30天，各指标单因子指数均小于1，已达到地表水Ⅲ类水标准，水质提升效果显著。

项目水体的综合污染指数由施工前的3.00，逐步下降到施工后的0.52，表明水生态构建工程将目标水体水质提升至地表水III类水标准。

3.2. 施工中、施工后各指标去除率分析

整体来看，施工全过程中，氨氮的去除率最高；施工中，高锰酸盐指数和总磷去除率相对接近，分别为40.76%和31.82%，施工后，总磷去除率达到90.68%，高锰酸盐指数去除率为64.71%。由图2可知，水生态系统构建工程对氨氮和总磷的去除效果显著，对高锰酸盐指数的去除效果较好。

图2. 施工中、施工后各污染物去除率

三种指标去除率的存在较大差异的原因，可能是由于施工前水体高锰酸盐指数较低，施工中高锰酸盐指数已经达到地表水III类水标准，后续高锰酸盐指数去除效果有所下降；水体中氨氮和总磷在施工前的浓度很高，属于劣V类水，施工后达到地表水III类水标准，去除率远高于高锰酸盐指数。

3.3. 施工工艺对污染物去除效果分析

施工全过程中，水体未进行置换、补水，研究周期中未存在降水，可基本排除外来水源对研究水体水质的影响。

施工中时间节点时，所完成的工程内容为水质改良和沉水植物种植，为施用水质改良剂后14天，沉水植物种植完成后7天。此时沉水植物刚度过休眠期，旧叶脱落而新叶未生，对水质提升的作用可近似忽略。施工过程中，水质改良剂共施用90 kg，效果存在期为10天。施工中对比施工前，高锰酸盐指数、氨氮和总磷削减总量分别为28.80 kg、38.68 kg和1.83 kg。由此可推算，每kg水质改良剂可削减高锰酸盐指数、氨氮和总磷总量为0.32 kg、0.43 kg和0.02 kg。

施工后时间节点，为沉水植物种植完成后30天，此时沉水植物开始生长，对水质提升产生作用。水体中沉水植物为苦草，共种植5800 m²，696,000株。施工后对比施工中，高锰酸盐指数、氨氮和总磷削减总量分别为16.92 kg、5.79kg和2.95 kg。由此可推算，每平方米苦草(30天)可削减高锰酸盐指数、氨氮和总磷总量为2.91 g、1.00 g和0.51 g；即每100株苦草(30天)可削减高锰酸盐指数、氨氮和总磷总量为0.24 g、0.08 g和0.04 g。

工程施工完成后，高锰酸盐指数、氨氮和总磷削减总量分别为45.72 kg、44.48 kg和4.78 kg，每立方米水量高锰酸盐指数、氨氮和总磷削减量分别为5.08 kg、4.94 kg和0.53 kg。

由图3数据可知，本研究中人工湖水生态系统构建过程中，每单位水质改良剂对氨氮去除比例最高，达56%；其次是高锰酸盐指数去除比例为41%。由图4数据可知，本研究中人工湖水生态系统构建过程中，每单位苦草对高锰酸盐指数去除比例最高，达66%；其次是氨氮去除比例为23%；最低为总磷，去除比例为11%。

图3. 单位水质改良剂对三种污染物去除比例

图4. 单位苦草对三种污染物去除比例

综上，水质改良剂在施工前中期对氨氮和高锰酸盐指数有良好的去除效果，但仍无法单独使用该措施使水体水质达到地表水III类水标准；苦草对高锰酸盐指数和总磷有较好的去除效果，且适宜作为整个施工流程的后期处理措施，可将水体水质提升到地表水III类水标准。

4. 结论

1) 本研究通过水生态系统构建，即水质改良和沉水植物吸收污染物的组合措施，将项目水体水质由地表水劣V类水体提升至地表水III类水标准。

2) 水生态系统构建工程将水体中的高锰酸盐指数、氨氮和总磷分别去除了64.71%、90.68%和83.23%，去除效果显著。

3) 水质改良剂在施工前中期对氨氮和高锰酸盐指数有良好的去除效果，但仍无法单独使用该措施使水体水质达到地表水III类水标准；苦草对高锰酸盐指数和总磷有较好的去除效果，可将水体水质提升至地表水III类水标准。

文章引用

杨代平. 水生态系统构建施工工艺对城市人工湖水质提升效果研究
Study on the Effect of Water Ecosystem Construction and Construction Technology on Improving the Water Quality of Urban Artificial Lakes[J]. 环境保护前沿, 2021, 11(03): 422-427. https://doi.org/10.12677/AEP.2021.113046

参考文献