戴雅奇

(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061)

在数十年经济高速腾飞的同时，大量工农业污染源的排放不可避免地造成我国临岸海域、江河、湖泊和水库等不同程度的污染[1- 3]。水污染加剧了水资源短缺，直接威胁着饮用水的安全和人民的健康，影响到工农业生产和农作物安全，水污染已成为我国的重大灾害之一，因此水污染防治、污染水体修复已成为我国国民经济可持续发展的关键保障[4- 5]。沿海内湖微污染水体属于典型的感潮水体，受到海洋和陆源的交叉影响，水质变幅剧烈、盐度变化大、水位波动大，具有水质难调控、生态难恢复的2大难点，我国目前对感潮微污染水体的生态净化和景观提升的研究与实践还很匮乏。

三亚白鹭湖和山水国际湖是典型的沿海内湖微污染水体，根据现状问题和治理目标，在潮汐污染分析的基础上，结合工程措施削减外源污染，提升白鹭湖及山水国际的生态自净能力，满足清水景观需求和生物栖息需求。本文主要对该项目的污染源分析、生态净化设计、可达性与稳定性分析、设计优化的设计过程进行介绍，旨在为同类沿海城市感潮水体水质提升和生态景观提升工程的推广应用提供参考。

1 项目背景

1.1 湖泊概况

白鹭湖位于三亚市吉阳区凤凰路西侧的白鹭公园内，毗邻三亚东河。湖面面积约90000m2，水深0.4～1m，在主湖区西南侧设有溢流堰，三亚东河的感潮来水可通过该溢流堰进出白鹭湖。山水国际湖位于三亚市吉阳区凤凰路东侧的山水国际小区内，湖面面积约8.9万m2，水深约3m。在湖区西南侧设有溢流堰，与白鹭湖联通。

1.2 水质和水生态现状分析

2016—2017年对白鹭湖和山水国际湖的水质进行监测分析，其中，在白鹭湖布设12#—21#共10个监测站位，山水国际主要为2#、5#、10#、11#四个监测站位，三亚东河监测站位为22#。

根据2016—2017年各监测点位的水质平均数据分析，三亚东河、白鹭湖和山水国际湖均为海水劣四类，其中三亚东河水质最差，其次为白鹭湖，山水国际湖水质相对较好，项目区域主要超标因子为化学需氧量、活性磷酸盐和无机氮，具体水质指标见表1。

表1 各监测点位水质数据平均值 单位：mg/L

进一步分析发现，白鹭湖的主要超标因子为COD、DIN和DIP，山水国际的主要超标因子为COD和DIP。由于三亚东河水质较差，水中的DIN和DIP含量较高，远差于海水四类，白鹭湖污染物中的DIN和DIP主要来源于三亚东河与白鹭湖之间的潮汐交换，三亚东河输入白鹭湖的DIN占湖体总污染量的96.23%，DIP占湖体总污染量的98.12%。在涨潮期间三亚东河河水大量进入白鹭湖，导致白鹭湖水质下降，同时白鹭湖通过水体交换又将氮磷等营养盐迁移至山水国际湖。

2 修复目标和设计思路

2.1 水质控制目标

根据三亚市白鹭湖、山水国际湖水体发展定位及相关专项规划，白鹭湖水体主要水质指标(高锰酸盐指数(CODGr)、无机氮、活性磷酸盐、石油含量、pH值、溶解氧(DO))达到GB 3097—1997《海水水质标准》三类标准。山水国际湖水体主要指标(高锰酸盐指数(CODGr)、无机氮、活性磷酸盐、石油含量、pH值、溶解氧(DO))达到GB 3097—1997四类标准。

2.2 生态景观控制目标

本项目修复白鹭湖和山水国际湖的水生态系统，满足水生态基本功能，提升生境多样性，提高水体自净能力；与此同时保持原有的红树林群落格局，保持和优化白鹭栖息生境；此外由于白鹭湖是三亚市区的重要城市景观，本次生态修复工程所引入的设备及构筑物要求对原本的生态景观无明显影响。

2.3 设计思路

根据现状分析结果和所设定的修复目标，本项目拟结合工程措施削减外源污染，提升白鹭湖及山水国际的生态自净能力，满足清水景观需求和生物栖息需求。在控制污染源输入的基础上，设调控闸阻隔三亚东河外源污染输入，同时以原位生态修复技术为核心，结合水动力调控和强化净化措施，并适当导入生境构建与食物链调控技术，同步改善白鹭湖和山水国际水域水质，提高水体感官效果，为生物营造栖息生境，构建形成水质清洁、植被丰富、生物多样性高的健康生态系统，探索沿海城市内湖微污染水体的复合生态修复技术，为类似工程提供参考。

3 方案设计

3.1 功能分区

将白鹭湖和山水国际湖分别划分形成生态净化区和生态景观区。其中生态净化区主要是对循环来水和面源污染进行强化处理，生态景观区主要功能为稳定水质、改善生境、提升生态景观，如图1所示。

图1 功能分区图

白鹭湖的生态净化区面积27059m2，平均水深0.6～0.8m，主要目标是去除水体中的DIN和DIP。为去除水中的DIN，需要创造适合硝化和反硝化作用发生的条件[6- 8]。本项目主要在前端设置微曝气系统提升溶解氧，结合生物填料促进硝化反应发生；在生态净化区的中后段设置复合功能浮岛，结合补碳型生物填料、混合造流装置，促使水体垂直混合，利用底泥-水界面和植物根系微生物反硝化作用去除硝态氮。去除水中的DIP，主要通过生物除磷和植物吸收的办法来实现[9]，在净化区内需要调节溶解氧、增加有净化作用的湿生植物量、设置有吸附和截留作用的填料等技术措施来满足DIP的去除条件，因此分区采用曝气系统、复合功能浮岛、生物填料等设备与材料，提高DIP的去除效率。

白鹭湖的生态景观区水域面积为61262m2，平均水深0.7～1m，湖区茂密的红树林作为白鹭的栖息地，是白鹭公园的主要观鸟区，同时该区域水体相对静止，容易出现死水区，容易发生藻类过量增殖等现象，影响水体感官效果。该区域主要设置一体化净化设施、混合造流系统、漂浮湿地、微生物发生器、生物填料等设施稳定水质；通过水力混合措施消除死水区、食物链调控、应急预防等措施来控制藻类增殖；同时通过局部地形改造优化滨岸湿地结构，并营造多样化微地形，进而优化白鹭取食与栖息生境。

山水国际湖水面面积68250m2，平均水深3m，该区域主要承接来自北侧和东侧的地表径流污染，需采用生物+生态的净化措施削减污染负荷。北侧的地表径流通过雨水管道进入湖体，为了避免污染物扩散，因此在北侧构建隔离净化区，在净化区内设置曝气、生物填料、微生物发生器等综合措施，针对COD和DIN进行强化净化处理[10]。东侧地表径流通过支流汇入湖区，因此对支流进行湿地改造，提高净化能力，此外在入湖口的区域设施漂浮湿地和生物填料，强化吸附和吸收的净化效果。另外在北区部分种植耐盐沉水植物，构建植物群落，提高水体的自净能力。

山水国际湖水域面积20000m2，平均水深3.3m。该区域为山水国际住宅区的主要观景区，区域内有观景平台。该区域主要的功能以景观为主，主要采用原位生态强化措施，构建微生物强化净化系统和沉水植物群落系统稳定水质，同时结合混合造流系统改善水动力效果，破坏藻类增殖的条件，达到优化景观的效果。

3.2 水利调控设计

(1)水文调控措施。改造白鹭湖南区水闸，调控水体水位，根据水位、水质情况控制与临春河间的引排水；设置调节坝，控制水位，高水位溢流，低水位打开连通阀稳定水位。通过水文调控措施来控制污染源输入，减少临春河污染物对白鹭湖和山水国际湖的影响。

(2)白鹭湖-山水国际系统水循环。枯水季节山水国际起到调蓄作用，白鹭湖水位下降后，利用水泵从山水国际引入补水，北引南出，形成大循环。

(3)白鹭湖内循环。生态景观区引水至北面的净化区，水质净化达标以后再进入南侧生态景观区，通过调节坝进行节点控制，间隙性循环，同时可形成北侧小型潮汐，有利于保护红树林等植物。

4 工程效果分析

4.1 可达性分析

根据相关研究成果及工程经验[11- 12]，工程完成后湖区的综合去除能力大于营养盐输入量，湖区水质可期待满足设计要求。具体分区净化效能见表2。

表2 工程实施后分区净化效能 单位：g/(m2·d-1)

同时，结合本工程设计，基于MIKE模型软件，构建水质模型。根据模型计算结果分析，在同时启用6000m3/d的大循环和4000m3/d的小循环的工况下，可以有效形成了两湖联动的逆时针方向水体循环格局，这有利于最大化利用两湖区的水体净化能力。方案实施后两湖区90%水域内无机氮、活性磷酸盐和CODMn净化至三类海水水质标准所需时长分别为12、66.4、11.9d。

4.2 稳定性分析

如图2所示，构建整体净化系统以后，白鹭湖全年12个月均能完全去除COD的输入量；满足DIN和DIP的月平均输入量，但是在月度污染输入高峰值时未能完全去除。由于雨季汛期导致的干湿沉降和地表径流的影响，DIN在4、7、9月的入湖量较高，DIP在4月和11月的入湖量较高，因此在4、7、9、10月白鹭湖面临的氮磷去除压力较大，需要额外增加强化净化措施来保证稳定达标。白鹭湖北区是强化净化区，南区是生态景观区，额外增加的设备和设施建议设置在北区，南区需要保证生态景观的完整性，应尽量减少设备的使用。

图2 白鹭湖管控后DIN、DIP和CODMn输入量及去除能力分析

如图3所示，构建整体净化系统以后，山水国际湖能够完全实现入湖DIP和COD的去除，能够满足DIN的平均去除量，但是在月度污染输入高峰值时未能完全去除，存在峰值差额，尤其是在雨季汛期的6—10月，因此需要额外增加强化净化措施来保证稳定达标。与白鹭湖的分区布置相同，山水国际湖北区是强化净化区，南区是生态景观区，因此额外增加的设备和设施建议设置在北区，南区需要保证生态景观的完整性，应尽量减少设备的使用。

图3 山水国际湖湖管控后DIN、DIP和CODMn输入量及去除能力分析

5 讨论

目前我国自然水体水质存在河湖标准体系和海水水质标准体系，GB 3097—1997标准中并未对适用于该标准的水体盐度进行明确的规定。感潮水体由于周期性的受到潮水上涌的影响，盐度具有较高的波动性，选择何种水质评价体系目前并没有定论。在本项目中，白鹭湖和山水国际景观湖的设计目标是按照海水标准考核达标，而三亚东河的水质指标是按照河湖水体水质标准进行分类，对相临及连通的2个水体采用完全不同标准的评价体系，势必会对生态修复设计造成相当的困扰，同时由于海水水质标准中的DIN、DIP等指标远远小于河湖标准，可能会造成设计难度的增加、水质达标率的降低，导致生态修复成本的增加。

因此，在沿海微污染水体生态修复工程中，如何根据实际情况，选择合理的水质判断依据，是目前水污染治理与生态修复工作中的一项重点与难点工作，也是保障我国沿海微污染水体生态修复实现科学合理、因地制宜、生态优先的重要抓手之一。

6 结语

沿海感潮水体，受到外来污染比较明显，文章详细分析了目标水体涨落潮期间的污染物负荷，外河的潮汐影响为主要污染源，并通过水利设施隔断，同时结合原位生态修复措施，可以明显改善水质，并为咸、淡水生物营造了栖息生境，满足多样化生境需要。通过模型分析，项目实施后白鹭湖和山水国际水域的水体自净能力显著提升，水质满足设计要求，可为类似工程提供借鉴和指导。同时，通过稳定性分析，项目实施后可能存在DIP和DIN在月度污染输入高峰值时未能完全去除的现象，可以通过在强化净化区增加处理措施和设备进行解决。