168 广东农业科学2011年第1期 城市景观水体生态修复技术研究与运用 ——以厦门五缘湾湿地公园为例 程健华 ,王金坑 .陈永金 (1.国家海洋局第三海洋研究所,福建厦门361005;2.厦门路桥景观艺术有限公司 福建厦门361000;3.上海中渠生态环保科技有限公司,上海201206) 摘要:在逐步完善截污、清淤及生态护坡等工程的同时,综合运用底泥矿化、微生物净化技术,结合构建人工浮岛、生物栅、定 点增氧推流、复合滤床循环、人工湿地等净水措施,对厦门五缘湾湿地公园水系进行探索性生态修复试验。治理后NHs-N、TN、rrP 及COD等主要水质指标均达到国家地表水V类标准要求,湿地公园水质和生态环境质量得到明显改善。该技术体系研究与运用 为城市景观水生态修复和维护运营管理提供了一整套实用可推广技术 关键词:城市景观水:生态修复;综合技术 中图分类号:XI71.4 文献标识码:A 文章编号:1004—874X(201 1)0l一0168—03 Technology research and application of ecological restoration in urban landscape water ——A case study of Xiamen Wuyuan Wetland Park water system’S treatment CHENG Jian-hua1,2 WANG Jin—keng .CHEN Yong-jin f1.The third Institute of Oceanography State(,(。eallic A dministrtaion,Xianmen 361005.China;2.Xiamen Road&Bridge Landscape A rt CO LTD,Xiamen 361026,China;3.Shanghai Bio—river Environment Co.,LTD,Shanghai 201206,China) Abstract:At the same time of improving the sewage interception,sihting displacement and ecologica1.embankment,the paper had a exploratory test on ecological restoration of Xiamen Wuyuan Wetland Park by using bottom sediment mineralization,microbial puriifcation technology,and the water puriicatfion measures,such as the floating island,the bio grid,the plug—flow fixed oxygen.the cycle of composite filter bed,the artiicifal wetland etc.The results showed that the water quality and ecological environment of water of Wetland Park had been improved observably.And the mainly index of water quality had reached the GB3838-88 V water standard.The technology research and application of this technical system provided a set of practical techniques for the ecological restoration in urban landscape water as well for the management and the maintenance. Key words:urban landscape water;ecological restoration;integrated technology 随着人口的急剧增加,工业化、城市化进程的加快,污 水排放以及滨水景观的不合理开发利用等人类活动.城 市水体富营养化趋势迅猛,水生态系统受到严重的破坏。 供试试验地选择五缘湾湿地公园,该公园位于厦门市 五缘湾东南部,是五缘湾片区核心景观带重要组成部分, 主题规划以生态保护为重点、恢复城市生态绿地,兼顾休 闲科普教育为一体的综合性公园。湿地水系以周边村庄坂 美、浦东、田、高林、西村、前头等天然低丘围合而成的 海鸥状低洼地淡水湖水系。 该湿地公园区域属亚热带海洋性气候,气候温暖湿润, 气流扩散条件好,热带和亚热带植物大量分布,夏无酷暑, 目前,我国近3/4的湖泊已达富营养程度,总面积达8 700 kmz,发生富营养化和已具备富营养化发生条件的湖泊面 积高达14 000 km 。2007年,太湖、巢湖、滇池等湖{白相继 暴发大规模的蓝藻水华,再一次为我们敲响了警钟。目前, 我国富营养化问题已到了十分严重的地步【l1,已危及人类 自身的生存安全与可持续发展。本研究于2008年4月至 2009年8月针对厦门五缘湾湿地公园水系污染问题,综 合采用多项生态修复技术进行探索性治理,通过1年多的 水系水质变化监测(pH、NH3一N、TN、TP、COD),总结出多 项生态修复技术的综合效果,以期为城市景观水生态修 复和维护运营管理提供参考。 冬无严寒,年平均气温20.7℃,多年平均降水量1 188.4 mlr1.降水量年内分配不均匀,多集中在4~9月[21。湿地水系 总面积约16.1 hm ,常水位为1.9~2.2 in,蓄水量约2.5× 104 in 。 该湿地公园因处于城乡结合部,加上市政污水管道 配套建设相对滞后,导致部分未经处理的生活污水、小 加工业废水长期排入形成污染,爆发水华、黑臭等现象, l试验地概况及研究方法 1.1试验地概况 收稿El期:2010—07—13 水质长期处于劣V类,严重影响其景观、娱乐、科教功 能。 1.2污染源分析 作者简介:程健华(1972一),女,在读硕士生,高级工程师,E—mail: 472836904@qq.COB 1.2.1底泥淤积严重 湿地水系原为周边村庄渔业养殖 及排污集终场所,污泥淤积,并不断释放C、N、P等有害物 质,加剧水体水质恶化。 1.2.2面源污染湿地周边果蔬农田及湿地园区内景观 通讯作者:王金坑(1964一),男,高级工程师,E—mail:xm2195331@ l26.com 169 植被.大面积使用有机化肥,剩余营养物质经降雨地表径 流进入水系中,导致水体富营养化【3I。同时,目前湿地水系 喂养澳大利亚黑天鹅,由于精心保护、游客投食、缺少天敌 态.没有其他水源补给,流动性差,交换不畅,局部区域形 成“死角”,造成污染物质富集,水华局部集中爆发。 1.3监测点位布置及指标 等因素,导致黑天鹅及其他水禽迅速繁殖,大量排泄物及 剩余饵料导致部分水域水质持续恶化,甚至出现藻 华现象。 根据湿地水系的结构流态,主要污染源分布及人工强 化处理措施实施定位原则,设置具有代表性3个监测点 位,选择了pH、NH ~N、TN、TP、COD为跟踪指标,具体位 置如图1所示。 1.2.3水系相对静止湿地水系是处相对稳定的静止状 1号点:水系循环巾央区(过度临界位置);2号点:水系净化综合区(稳定恢复位置);3号点:主要排污L_1人口处 底泥淤积最严重(污染源集中位置)。水质指标采样分析方法采用国家标准GB17378.5—1998中规定方法测定。 图1 厦门五缘湾湿地公园水系治理及监测点平面图 1.4水体生态修复技术应用 经前期实验室跟踪效果测试试验,确定前6个月使用浓度 为6 mg/L.随着水质的改善和其他配套工艺开始运行,使 用浓度相应下调为4 mg/L,使用频次为每周2~3次。整个 生物净化周期为2008年6月16 Et至2009年8月28日, 城市水体修复技术分类可按其作用原理分为化学方 法、物理方法、生物修复方法[41。本研究针对五缘湾湿地公园 的地形地势、污染源分布特点、水文特 ,结合公园整体设 计规划及建设类自然生态系统公园要求,分析比较各种工 程措施利弊及效果,确定采用以生态修复技术措施为主线, 通过多个污染点逐步改善修复重建,最终实现水质改善 1A.1底泥矿化处理技术底泥矿化技术是用特殊配制的 营养制剂将取出上岸的土著微生物重新激活扩培后重新注 人底泥表层中,在泥水界面形成一层氧化膜层。该氧化层能 利用小船全水系均匀泼洒。 1.4.3人工浮岛净化技术利用植物无土栽培原理.用空 心聚乙烯框结合毯状椰棕有机编织而成作为浮床载体栽 植水生植物。通过水生植物根部的吸收、吸附和根际微生 物对污染物的分解、矿化以及植物化感作用,削减水体中 的N、P等营养盐和有机物,抑制藻类生长,净化水质,恢 复洁净好氧湖泊生态系统。 有效地分解并抑制污泥中高浓度营养物质持续向上释放, 有益于维持底泥好氧微生物区系和其他底栖生物多样性。 2008年6月3日开始,在湿地公园污泥淤积较严重的 主湖区(原排污口)处,实施底泥矿化处理。营养制剂主要 包括氨基酸、微量元素、矿化酶、有机酸及促生因子,}昆合后 通过高压水注射方法给药,按2~3 mg/L浓度投放.每周 投放l一2次。气温高于28℃情况下,可适当增加使用浓度。 本研究根据项目前期对植物的净化能力强、抗逆性相 仿、管理难易、综合利用价值和美化景观等5项方面综合评 价比选,确定选用高型纸莎草、梭鱼草、再立花、花叶芦苇、 旱伞草、菖蒲等共11个品种的水生植物作为浮岛植物。本 次试验共制造了125个花瓣型人丁浮岛,分散固定在水系 湖区,每30~40 111距离安装1个,总面积达到l 000 1Yl 1.4.4生物栅技术生物栅是一种为参与污染水体净化的 微生物、原生动物、小型浮游动物等提供生长附着条件的设 在上覆水体溶解氧(DO≥3 mg/L)充足的情况下.一般在6 个月内即可形成厚约l0 cm的棕色氧化膜层。本次治理过 程,共实施底泥矿化处理20次,共使用营养制剂9 640 L 1.4.2微生物净化技术 高效微生物是生态系统的重要 施。本研究采用表面碳化松木桩平行固定,并列安装20对 为框架,选用一种具有很大的比表面积(每l mz织物的比 表面积约为250 m )的新一体柔性生物膜为填料.使大量 参与污染物净化的生物在此生长繁殖。由于其附着固定生 长而不易被大型动物吞噬,同时,单位体积内生物量浓度成 几何级数增加,增加了水体的净化效率。本研究生物栅主 组成,它们能将自然界中的动、植物的尸体残骸分解.将一 些有害的污染物质加以吸收和转化,成为无毒害、无机化 的物质。 本试验采用的主要微生物菌体包括光合细菌、酵母 菌、乳酸菌、放线菌、硝化菌、沙雷氏菌等多种微生物菌体。 要安装在排污口强化处理区及湿地主要链接桥的过水断 170 面区,每个生物栅面积约200 Ill ,共计1 200 m2 1.4.5增氧推流技术为加强湿地水系循环。分别在主要 的静水区和湖区过度断面设置增氧机,在增强水体流动性 的同时提高溶氧,其中3台功率5.5 kW推流式增氧机增 加水平方向流动,7台功率1.5 kW的提水式增氧机增加上 下水交换。在排污口强氧化区水道,设置1台3.7 kW悬浮 式曝气增氧机,其有效增氧效率高达6.8 k 。以增加水 体含氧量。每天运行4次,每次运行2 h,每次间隔3 h。 1.4.6复合滤床处理技术复合生态滤床由填料、植物、 悬浮于水中的复合生物填料等共同组成。本研究用杉木 桩制成框架,内用管网集水系统。利用回流泵运行将滤床 所在静止水通过管网输送至外围大循环水域,形成小循环 与大循环相互交换。在填料上种植睡莲、菖蒲、再力花等 净水植物。本项目共建设27套滤床,每套滤床3O m2,面 积共计810 m ,培养有益菌床,充分发挥富集生化作用, 保持水中的营养源平衡,同时通过调水转移。起到“流水不 腐”的作用,从根本上解决区域角落水质问题。 1.4.7人工湿地技术在湿地公园东侧,结合迷宫景观。 设置了一个面积为2 400 m 的人工湿地,种植了包括美 人蕉、旱伞草、芦苇、菖蒲、再力花、梭鱼草、纸莎草等共7 个品种11个类型挺水植物。该技术综合了湿地自然生态 系统中的物理、化学和生物的协同作用,通过过滤、吸附、 沉淀、离子交换、吸收和微生物分解来实现对污水的净化。 人工湿地设置及迷宫湿地有机结合,有效的提高利用现有 水生植物对水体净化效率嗣。 2结果与分析 20o8年4月22日至2009年9月26日.五缘湾湿地 公园水质(NH 一N、TN、TP、COD)监测结果见表1、图2~图 5。从表1、图2~图5可以看出,治理前,湿地水系主要水质 指标超过地表水劣V类标准,其中NH 一N、TN、TP、COD _【● 0● —平均指数分别是V类标准的6、7.6、5、2.5倍以上,水体处 于严重富营养化状态,局部水域颜色从淡绿色转为灰绿变 为深绿色.最后变为暗绿发臭状态。 经过1年强化治理和3个月的维护调试,水环境质量 逐步改善。2009年7月份监测结果表明,主要水质指标 表1五缘湾湿地公园水质监测结果 -~.  .-▲..2号 一 7  ’’..。 ,-...3号 ; : 时间 图2 NHrN变化曲线 35 3O 25 20 15 l0 5 0 罱 I l 葛 I o。 昌 0 0 N 时间 图3 TN变 化曲线 ∞ ●寸0●∞00 .◆.1号 lO 一8 6 4 2 O g '【●hb● 00 时间 图4 TP变化曲线 120 0● 00 01OO }一o: 一 :::. .2号  8O 6O -: _ 三舢怀 8 40 ~1-…一 '| 2O O o。 N  10 I 。。 0 0 时间 图5 COD变化曲线 NHs-N、COD优于地表水V类标准分别达到1.3、33A m ; TN、TP下降60%和70%以上。监测点3#由于处于排污口 处,截污后污泥仍释放氮、磷等营养盐,因此该区域水质仍 处于恢复阶段。 截至2009年9月份。随着整套工艺的运行,湿地水系 整体水质均达到V类标准,实现生态系统类平衡,基本恢 (下转第188页) 0● 00 l88 个新的斥力势函数,使其当机器人到达目标点时斥力最 小。本课题将机器人与目标点之间的相对距离引入到斥 人受引力作用向障碍物靠近,而之后又受到较大斥力作用 被迫返回原来位置,产生局部震荡稳定。为解决这个问题. 本文将沿墙走行为引入到机器人的路径规划中,用来克服 局部稳定的状态。其对比仿真结果如图l0所示: 力势函数中,则改进后的斥力势函数为: (9):{ 叼[I 一 ] f (q))p 。(q)≤p。(2。0) (9):1 0 Po(g) D 式中,n为大于0的实数。改进后的斥力函数,当机器人靠 近目标点时,无论障碍物的斥力如何变化,p,(g)这一项使 斥力势变小;到达目标点后,由于 (g)=0,斥力势和引力 起点 目标点 势均为0。那么障碍物对机器人的斥力就为: 障碍物一 (g)=-A%(g)= 图1O局部稳定问题对比仿真结果 f【F ̄po(q) ‰(0 g) p。 g?≤p。 (21)po(g) 0 一 即: 4结语 本研究介绍了大棚喷雾作业机器人底盘的行为控制 及其路径规划。首先介绍了机器人底盘的运动学模型:然 后又基于机器人作业的道路环境,介绍了几种沿墙走行为 的策略;最后在总结了已有人工势场法存在的问题基础之 机器人在改进势场中到的斥力包括两部分:一部分为 上,将沿墙走行为引入到传统人工势场法中,形成了基于 沿墙走行为的改进人工势场法。 参考文献: [1]李磊,叶涛,谭民,等.移动机器人技术研究现状与未来IJ】.机器人, 2002 24(5):475—480. 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