以綜合整裝成套技術改善高速發展的城市湖濱流域水質
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以無錫城市發展集團有限公司黃曉峰為課題負責人，中國環境科學研究院姜霞為課題技術負責人，無錫市環保局為行政負責單位，并由無錫市環境監測中心站、中科院南京地理與湖泊研究所、江南大學、南京大學、江蘇江達生態科技有限公司共同承擔的“十二五”水專項《太湖新城湖濱流域水質改善與生態修復綜合示范》課題，開展了無錫市太湖新城180km2的水質、水生態調查評估，編制了水質改善綜合治理與保護方案，創新了基于固體緩釋碳源的地表水強化反硝化脫氮、利用短食物鏈進行低污染水體的生態恢復與水質改善、淺水湖泊沉水植物修復分區及定植等三項技術，形成了太湖新城湖濱流域生態環境防治總體方案，并提出了太湖新城河網水系生態系統的長效管理機制，獲得授權專利31個、申請專利45個，發表論文76篇。
無錫太湖新城作為“十二五”水專項太湖項目的綜合示范區，是太湖流域城鄉一體化快速城市化進程中的湖濱河網水系典型代表。課題以解決太湖新城水環境問題為目的，選擇了城市化快速進程中不同類型水體小流域開展集成關鍵技術研發、綜合示范和推廣應用，實現區域水質改善的目標。
課題研發了企業退出區湖濱環境生態修復、生態恢復區清水廊道構建與生態改善、退圩還湖區水質改善與生態修復和城市景觀湖泊生態系統優化調控等4項關鍵技術，形成了“高速發展的城市湖濱流域水質改善與生態修復綜合整裝成套技術”。通過關鍵技術的工程示范和技術推廣，實現了太湖新城水質明顯改善，其中河流水網基本消滅了劣Ⅴ類；示范區水質，梁塘河TN、TP消減30%以上、長廣溪穩定達到Ⅲ類、蠡河穩定達到Ⅳ類、蠡湖穩定達到Ⅲ類；退圩還湖區湖濱緩沖帶生態系統健康、穩定；形成的全方位、立體化、業務化運行的城市河網水生態動態監管平臺，為環境管理、政府決策、應急處置等提供了有力支持。
關鍵技術1：以固體緩釋碳源研發和陸域重金屬污染土壤修復為核心的工業企業退出區湖濱環境生態修復
重點解決了企業退出區陸域污染組成成分復雜、城鎮地表徑流中氮、磷污染負荷高、直立硬質化堤岸比例達51%、河道上游客水水質（Ⅴ類）與水體目標（Ⅳ類）差距大的問題，形成了“土壤特征污染物篩查→土壤重金屬污染修復→城鎮地表徑流高效生態攔截→重污染河流生態重建和水質改善”的企業退出區面源攔截與生態凈化關鍵技術。
支撐技術1:土壤重金屬污染修復治理技術。針對退出區遺留土地含有大量重金屬的問題，研發了逼近式電動修復和曝氣式淋洗修復技術。在逼近式電動修復技術中，電極會隨著土壤的修復移動，已修復完成的土壤不需耗能，從而節約能耗。研制了曝氣式土壤淋洗設備，并篩選了適合工業企業退出區土壤特點的淋洗劑，最優淋洗時間和液土比的條件下，對銅、鋅、鉻、鎳和鉛的去除率分別達到27.8%、25.9%、30.0%、39.4%和31.2%。
支撐技術2:城鎮地表徑流高效生態攔截集成技術。針對退出區遺留土地中的氮、磷、有機物、重金屬污染問題，將直立硬質堤岸改為坡度在3°～6°之間的自然型堤岸；篩選本地高吸收能力植物60余種，構建喬-灌-草立體生態岸帶，建設梯形植草溝-滲濾強化減污系統，坡度5:1，深度50cm。攔截面源污染，實現入河降雨徑流COD、SS、TN和TP的平均削減率分別為58.5%、89.9%、54.8%和80.9%。
支撐技術3:污染河流生態重建和水質改善技術。采用固態緩釋碳源作為電子供體和微生物生長載體，通過自然掛膜，HRT2h條件下，平均脫氮效率為75.3%，出水TN穩定在0.16mg/L~0.55mg/L。構建沉水植物-生態草-挺水植物的梯級凈化系統，氮、磷、CODMn平均脫除效率分別為42.8%、35.1%、27.4%，出水水質穩定在Ⅳ類。
此項關鍵技術在蠡河水質改善和生態重建示范工程中得到規模化應用，2016年施工后示范區水體的氨氮、總磷和高錳酸鹽指數與2012年相比分別削減52.3%、64.3%和56.2%，各類水質監測指標均達到Ⅳ類水平。
關鍵技術2：以短食物鏈修復為核心的生態型清水廊道構建與生態改善
重點解決了生態恢復區面源污染、微污染水水質提升和清水再造難題，形成了“園林景觀岸帶面源攔截與污染負荷消減→微污染河道生境改善與生態恢復→短食物鏈水體生態系統快速修復與調控”的清水廊道構建與生態改善成套技術。
支撐技術1:岸帶面源攔截與污染負荷消減集成技術。針對濕地建設中重景觀輕水質、園林景觀施肥污染的問題，構建園林景觀岸帶面源攔截生態溝技術，填料采用硫磺/石灰/木屑柱式填充床，以厭氧污泥為接種，實現入河徑流水質顯著改善；針對主河道支浜N、P及COD偏高的特點，研發了生物浮床+附著基+底棲生物復合系統生境改善技術，引入底棲生物紋沼螺，通過刮食附著基與浮床植物根系上的附著生物，提高了營養鹽的吸附能力，促進了浮床植物生長。技術成本約100元/m2，示范區河道中TN含量降幅為68.65%，TP含量降幅為53.43%。
支撐技術2:短食物鏈水體生態系統快速修復與調控技術。通過合理調控水生生態系統中的濾食性河蜆和牧食性螺類的種類與數量，有效控制內源釋放、降低懸浮物濃度和增加透明度，從而達到恢復沉水植物目的。底棲生物合理調控可使水生植被的生長率提高25%~30%。示范工程建成兩年，穩定塘水生植被覆蓋度始終保持在70%左右，水質穩定在Ⅱ類~Ⅲ類水平。
此項關鍵技術在長廣溪二期濕地建設中得到規模化技術驗證，運行后氨氮削減41.48%；總磷削減34.46%；CODMn削減40%；水質指標穩定在地表水Ⅲ類水平。
關鍵技術3：以生態微地形構造與水生植物恢復為核心的退圩還湖區生態重建
針對親水河流域圍湖造田導致的湖濱帶生境喪失和自凈功能衰退等問題，通過關鍵技術突破和系統集成，解決了退圩還湖區域的底泥原位利用、提高水環境生物多樣性、水質凈化的技術難題，形成了退圩還湖區水質改善與生態修復成套技術。
支撐技術1：湖濱及水域生態系統結構功能技術。針對湖濱帶受水流沖刷，在重力作用下岸坡產生崩落、崩塌和滑坡等問題，構建柳樹條扦插型堤岸：將柳條插入岸坡土壤內，岸坡植被種植苔草、麥冬等植被；枝條格柵與濕地結合型堤岸：每隔0.6m~1m打下木樁，再編制柳條格柵，在格柵內用砂石料填充，種植水生植物，構建人工濕地；生態網格石籠型堤岸：用鍍鋅鐵絲扎成籠體，將石料與泥土按3:1比例混合后填入籠中，然后將石籠單元層疊擺放并連成一體。進行堤岸形態設計，設計成凸出濱岸帶和凹陷濱岸帶兩種形態，形成“侵蝕型微生境”和“沉積型微生境”。凸出濱岸帶由于風力、水流作用往往容易發生侵蝕，屬于侵蝕區域。在此區域岸邊及淺灘區種植挺水及浮葉等植物防止侵蝕；凹陷濱岸帶屬于沉積區域，水流較緩，水中懸浮物容易在此處沉積，適當恢復沼型植被，可有效促進沉積作用，利于營養物質富集，便于污染物的集中處理。
支撐技術2：湖濱及水域生態系統恢復并穩態維持技術。針對不同污染負荷的來水，通過多級處理單元的逐級凈化處理，在植物、基質及微生物的協同作用下，降低水體中的超標指標濃度，實現水質的凈化，改善區域水環境。退圩還湖區分別構建前置沉淀塘和復合人工濕地處理單元，其中水力停留時間為12h，水力負荷為0.6m3/m2·d，對BOD、CODMn、TSS去除率可達90%以上，具有高效、低耗、簡易的特點，并兼具景觀效果。針對水環境生物多樣性衰退，通過構建生態緩沖區，研發水生植物生態系統修復技術：①選擇生命力強、凈化效果好的水生植物作為先鋒種，同時少量配置一些伴生種，增加物種多樣性和生物量。②沉水植物分上、中、下3個層次布置，一方面符合水生植物生態習性，另一方面形成立體層次。沉水植物以30株/m2~100株/m2的密度種植，避免影響水中倒影及景觀透視。③構建單優群落和混合群落，黑藻和穗花狐尾藻是優勢種，具有明顯的競爭優勢，工程實踐中，在保持基地穩定條件下綜合考慮植株的生物量、成活率、生物多樣性等因素。
此項成套技術在200畝的貢湖灣東、西試驗區得到規模化應用，恢復后的水生植被結構完整，生物多樣性豐富，覆蓋度達到50%，實現了氮磷污染負荷總量削減20%、水質達到地表水Ⅳ類標準的目標。
關鍵技術4：以沉水植物修復分區及一體化定植技術為核心的景觀湖泊生態系統優化調控
針對城市景觀湖泊透明度低、水生態系統結構單一脆弱、生態自我維持能力低等問題，重點解決了低透明度、高風浪景觀湖泊沉水植物恢復優先域劃分、逆境生境改善、沉水植物一體化定植的技術難題，形成了“沉水植物恢復適宜區劃分→逆境生境改善→沉水植物一體化定指恢復技術”的景觀湖泊沉水植物恢復和穩態維持成套技術。
支撐技術1：沉水植物修復的分區技術。針對沉水植物恢復機制復雜，影響因素眾多等問題，根據生態學原理，提出沉水植物分區、分期修復策略。以光補償深度與水深的比值（Qi）和底泥有機質含量（LOI）為依據，將水域初步劃分為“適宜區”（Qi≥1且LOI≤5%）、“過渡區”（Qi≥1且5%
支撐技術2：逆境生境改善技術。突破了以生態潛壩、多級攔截凈化系統和局部高污染底泥改良為重點的逆境生境改善技術。石籠網箱內種植密齒苦草作為生態潛壩系統，具有消浪、固岸和壩基介質-壩體生物附著等功能，通過減緩水體流速和提高底棲生物多樣性改善了沉水植物恢復的基礎生境條件；利用菹草-菱角組合模塊形成懸浮物多級攔截凈化立體植物墻，降低了風浪擾動，吸附了懸浮顆粒，進一步提高了透明度，改善生境條件。以可交換態氨氮75mg/kg和150mg/kg為閾值分為重污染區和輕度污染區，利用理化和水生植物聯合的局部高氮磷污染底泥改良技術，實現局部黑臭污染底泥微生境的快速修復與改造，確保植被系統景觀效應和可自然穩定維持的修復效果。通過逆境生境改善技術，實現水體透明度年均值提高41cm,懸浮物降低16.51mg/L,顆粒態總氮降低0.51mg/L，顆粒態總磷降低0.04mg/L。
支撐技術3：沉水植物一體化定植恢復技術。創新發展了密齒苦草的水下草坪培育技術，有效解決了傳統恢復工藝中點狀先鋒沉水植物群落穩定性差、極端基底環境成活率低的難題。育苗盤沿豎直方向疊放，第一育苗盤距離水體表面50cm，兩個盤間隔30cm~50cm；根據不同水深、底質的生境恢復條件，完成區塊化沉水植物的快速定植恢復。利用水下草坪基質的覆蓋和吸附作用，設置兩株密齒苦草的距離為6cm，固定層厚度為3cm；基質層黃土厚度4cm；氨氮吸附層為沸石粉層，厚度3cm。解決了沉水植物在高有機質和氨氮的半流體狀態底泥中不能過夏的問題，逐步形成沉水植物穩定健康的維持機制，促進水生態系統的良性發展。
這一成套技術在100畝的蠡湖水生植物恢復工程中得到規模化應用，水體中總氮和總磷的年均值由8.82mg/L和0.34mg/L降至0.73mg/L和0.04mg/L，透明度年均值從0.3m提高至1.0m；沉水植物覆蓋度達到40%以上。
標志性成果：高速發展的城市湖濱流域水質改善與生態修復綜合成套技術
針對太湖新城水系類型多樣，人口與社會經濟壓力加大，污染來源復雜，生態環境問題空間異質性大，修復目標高等環境現狀，通過四年多的研發和示范應用，在形成快速發展的濱河城市“人－城－河－湖”和諧的水環境綜合整治體系和“水優、水活、水清、水美”水生態文明格局的基礎之上，從“陸域面源攔截-河道清水廊道構建-湖濱水域生態修復-區域監管評估”等方面集成了4項關鍵技術，形成了高速發展的城市湖濱流域水質改善與生態修復綜合整裝成套技術。
在整裝成套工程技術研發、應用和依托工程推廣的基礎上，編制了太湖新城河網水系生態系統健康管理指南和不同類型水體水質改善與生態修復實施方案，技術支撐了太湖新城180km2水質的整體提升。
成果應用：為相關水污染治理工程提供技術支撐
為無錫市水污染治理工程提供了強有力的技術支撐
課題技術成果全面支撐了太湖新城水污染防治工程項目，太湖新城水環境質量明顯改善，為無錫市水生態文明城市建設奠定了堅實的基礎。與2011年相比，2016年太湖新城水質顯著改善，骨干河道高錳酸鹽指數、氨氮、總氮和總磷由8.00mg/L、1.82mg/L、4.46mg/L、和0.18mg/L下降到5.50mg/L、0.67mg/L、2.38mg/L和0.09mg/L，總氮和總磷的降幅分別達到63.27%和51.97%，蠡湖從Ⅳ類為主的水體，改善到Ⅲ類水質可達6個月以上；梁塘河水質基本消除劣Ⅴ類；長廣溪河道水質穩定達到地表水Ⅲ類；蠡河河道水質穩定達到地表水Ⅳ類；退圩還湖區湖濱緩沖帶生態系統健康、穩定，水質穩定達到地表水Ⅲ類；無錫治水辦的監測數據表明，太湖新城區域內各支浜全面消除劣Ⅴ類水質，區域內水質提升了兩個等級。
為其他省市的相關水污染治理工程提供了技術支撐
相關成果在湖北省丹江口水庫生態修復、黑龍江省穆棱河（小興凱湖）小流域水生植被修復、浙江省湖州南北塘生態修復工程、河南省鄭州龍子湖清水型構建工程和四川省成都市錦城湖水生態重建工程中得到了技術應用。
供稿：“十二五”水專項太湖新城課題組（無錫城市發展集團）
生態溝渠
無錫太湖新城河網水系東聯京杭大運河，西靠梅梁湖，南通太湖，北接梁塘河和蠡湖，形成一個相對閉合的水系體系。區域內共有大小河道約300條，總長約350km，是“城市型湖濱小流域”的典型代表。南北向主干河道有長廣溪、蠡河、尚賢河，東西向主干河道有梁塘河、秀水河、碧水河、清水河，加之蠡湖，形成“一湖、四橫、三縱”的空間格局。
快速城鄉一體化進程中的太湖新城在課題設立之初，具有人口與社會經濟壓力加大、流域污染來源復雜、河道水質差，區域生態環境問題空間異質性大等特點。為解決快速城市化進程中的各種類型的污染問題，提升區域水生態環境質量，為類似區域提供可復制的治理與修復模式和案例，課題以太湖新城3種典型污染類型河流【重污染河流的區域控源減排（梁塘河）、企業退出區的土壤重金屬和有機污染攔截（蠡河）、清水廊道構建型（長廣溪）】、城市內湖水質提升與優化調控（蠡湖）、退圩還湖區生態重建與結構優化為對象，以水質提升和生態改善為目標，開展成套技術研發與工程應用，實現了“技術比選-集成與示范-工程效果”的有機結合，體現了“政、產、學、研、用”研究思路。課題的實施是對過去示范研究的大集成，一方面為太湖新城的環境綜合整治提供技術支撐，另一方面也大大減輕了太湖重要水源地貢湖的環境壓力。
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