城市人造水面水质变化特征及保护对策研究

城市人造水面是城市河道中的主要部分，在城市水生态系统中扮演着主要作用。人工改造的城市水面既具有自然河流的生态特性，又能达到人类要求的行洪和排涝目的。人工改造的城市水面形态主体还是自然河道形态，改造仅是部分形态，改造的主要内容是裁弯取直、边坡衬砌、河道疏浚、设置橡胶坝等。从生态学观点来看，人工改造城市水面在不同程度上降低了河流形态的多样性，生境的变化导致水域生物群落多样性的降低，使生态系统的健康和稳定性都受到不同程度的影响。水利工程在不同程度上对河流生态系统造成某种胁迫，具体表现为一些水利工程建设造成河流形态的均一化和不连续化，其后果是生物群落多样性水平下降。
近年来，西安市加大了对城市人造水面的建设力度，决定在市内8条河流中面临干枯的河道上修筑起21个人造水面，形成水面约1333 hm2。本文以浐河人造水面为例，对近十几年来浐河水质变化进行研究与分析，对正在建设的和待建设的人造水面具有借鉴意义。
1 城市人造水面的定义与功能
1.1 城市人造水面的定义
城市人造水面是城市水面类型中的主要部分，它是人类改造自然和构建良性城市水生态系统的重要举措，一般来说，城市人造水面主要是为了城市泄洪、排涝、供水、排水、增加城市生态景观水面及改善局部城市气候而修建的，人工改造的城市水面既具有自然水面的生态特性，又能达到人类要求的行洪、排涝、改[1]善气候景观等的目的。但是由于人工改造工程在不同程度上对自然生态系统造成某种胁迫，表现为城市人造水面其生态系统较为简单，水生动物和水生植物人工化程度高，缺少自然性和多样性，此外，城市人造水面也亦造成水面形态的均一化和不连续化。
1.2 城市人造水面的功能
由于水是生物生存的重要因子，而且是生态环境的重要组成部分，因此城市人造水面在城市生态系统中发挥着重要的作用。
（1）防洪排涝功能
在城市规划建设中，城市水面的大小直接影响城市的防洪排涝标准。可见城市水面面积在防洪排涝中具有重要作用，我国城市防洪压力越来越大的主要原因之一就是城市水面面积不断减少造成的。
（2）环境容量功能
水体具有较大的纳污能力和自净功能，在城市水生态系统中，水域的大小决定水环境容量。水面面积越大，水体越多，水环境容量就越大，在污染物排放量不变的条件下，水环境质量就越好。开阔的湖、塘可以沉淀水体中部分颗粒物质以及吸附于其上的难降解污染物质。
(3)美化景观功能
对城市居民而言,蜿蜒流动的城市河流提供了清新、动感的水体环境，在幽静中隐含着灵秀；广阔的湖面池塘为市民带来开阔的视野，在烦嚣的城市氛围中体验到恬淡、安然的休闲意境。对水生生物而言，变化的水面形式为不同的生物提供了各种富于变化的生境，提高了城市生物多样性的发展空间。
(4)城市水面的文化功能
在人类活动的作用下，城市水面不仅是单纯的物质景观，更是城市中的文化景观。人们除了维持生命需要水之外，还有观水、近水、亲水、傍水而居的天性。城市水面的景观，是人类的生活理想和创造能力在自然水环境中的凝结化和形态化，是人与水的结合点，是人类在自然风物中倾入情感的结晶。
(5)生态功能
城市水面是城市中最活跃、最富有生命力的部分。它在水域生态系统和陆地生态系统的交接处，具有两栖性的特点，并受到两种生态系统的共同影响，呈现出生态的多样性。作为城市的命脉，水面区维护着城市生命的延续，不仅承载着水体循环、水土保持、储水调洪、水质涵养、维护大气成分稳定的运作功能，而且能调节温、湿度、净化空气、吸尘减噪、改善城市小气候，有效改善城市生态环境，增加自然环境容重，促使城市持续健康地发展。
(6)经济价值
适宜的城市水面面积有利于改善城市的生存环境，提高城市品位，创造良好的投资环境，从而加快城市的可持续发展。近年来，我国的很多城市如北京、天津、上海、广州、张家港、绍兴等等，都非常重视城市适宜水面面积的研究和规划工作，拟通过建设一批人工湖、拓宽河道宽度或恢复自然河道等方式来增加水面和改善生态景观，调节局地小气候，达到提高人体舒适度的效果。
2 西安市城市人造水面水质变化特征分析——以浐河人造水面为例
2.1 研究概况
浐河发源于蓝田县汤峪乡秦岭主脊紫云山的月亮石西侧，长66.4km，主河道比降9.9‰，流域面积752.8 km2。流程短，坡降大，水流湍急，冲刷切割显著。浐河流域年平均径流量1.893×108m3，年均流量6.0 m/s。
浐河人造水面位于西安市灞桥区长乐坡由橡胶坝拦截来水而形成，宽170m，长1.5km，水面面积约23.3 hm2，蓄水量约30×104m3，平均深度1.5m左右。蓄满水后，对下游不会造成影响。浐河城市人造水面的建成，对于改善生态环境，调节沿河一带气候，降低局部空气中颗粒物的含量都具有良好的效果。水面的形成也带动了旅游业的发展。
式中：Pi——单因子指数；
Ci——单因子检测平均值(mg/l)
Csi——单因子评价标准(mg/l)
当单因子指数＞1时，说明该水质项目已超过规定标准，将会对人体健康产生危害。
2.3.3 评价结果及分析

监测项目	Ci(mg/l)	Pi
DO	3.23	1.55
高锰酸盐指数	21.67	3.61
BOD	14.25	3.56
挥发酚	0.035	7
氨氮	6.71	6.71

由上表可以看出，浐河人造水面各项监测指标均严重超出国家标准，结合监测总表可以看出，有些监测项目最高年份可超出标准数十倍，水质呈有机型污染。但高锰酸盐指数、BOD5、挥发酚总体上呈逐年下降的趋势，DO和氨氮则出现跳跃的情况。由于浐河地表水的污染已经非常严重，对浐河人造水面污染的防治已经不容忽视。
3 浐河人造水面保护对策
3.1 浐河人造水面水污染类型分析
浐河水水质较差原因有外源污染和内源污染两种。外源污染又可分为点源污染和非点源污染。点源污染主要来自于上游及沿岸工矿企业的工业废水及生活污水的排放；非点源污染主要是由农田施用化肥、农药，水土流失将氮、磷元素通过地表径流、游人及附近居民休闲旅游活动等而带入。根据污染物的来源及污染源的特征，内源污染大致有：湖泊养殖、湖内旅游、湖内船舶、底泥污染以及大气干、湿沉降等。针对本水体的内源污染主要指底泥污染。
3.2 浐河人造水面水污染防治对策分析
3.2.1 微观层面
(1)混凝沉淀法
混凝沉淀法的处理对象是水中的悬浮物和胶体杂质，沉淀或澄清构筑物的类型很多，可除藻率却不相同。混凝沉淀法具有投资少、操作和维修方便、效果好等特点，可用于含大量悬浮物、藻类水的处理，对受污染的水体可取得较好的净化效果。
(2)杀菌消毒
为了抑制水中菌类的生长,可在水体中加入一定量的硫酸铜（铜离子含量为1mg/l）。当水体滋生了藻类时可向水体中投加氧化剂，如次氯酸钠、液氯、漂白粉、臭氧、异噻唑啉酮等进行杀菌消毒。
(3)曝气充氧法
水体曝气充氧是指对水体进行人工曝气复氧以提高水中的溶解氧含量，使其保持好氧状态，防止水体黑臭现象的发生。曝气充氧的方式有瀑布、跌水、喷水3种，但这3种方法的能耗都很高，故极少24ｈ连续运行。而且，仅依靠水的曝气充氧只能局部提高水体中的溶解氧含量，而很难保证整个水体的好氧环境，因此其只能作为人工水面处理的辅助手段。
3.2.2 宏观层面
(1)针对点源污染应兴建污水处理设施，在农村城市化或城镇扩建的同时，应搞好城镇下水管网配套建设，集中收集，集中处理，保证污水达标排放。
(2)农田施用化肥、农药及水土流失将氮、磷元素通过地表径流带入河流。一般施入农田氮肥只有部分被农作物吸收，而未被吸收的氮可达50%，甚至达80%。合理地施用化肥及农药不仅可降低农产品成本，也是减少氮、磷元素流失的有效途径。同时应推广采用无磷或低磷洗涤剂产品。
(3)减少内源性营养物质负荷，底泥犹如一个营养物质储存库，在一定的环境条件下，这个储存库向水中释放氮、磷等营养物质；这种释放作用，可能在外源性氮、磷被截断后的一段时间内发挥作用，使水质继续维持富营养状态。因此，应定期对河道进行清浚，减少河底污泥淤积。
(4)加强环境保护的宣传教育工作，提高游人的环保意识，减少对水面的人为污染。
4 小结
城市人工水面是城市生态系统的重要组成部分，对城市水生态系统发挥着重要的功能。通过分析和研究，浐河人造水面水质呈有机型污染，其污染包括外源污染和内源污染，应从微观层面和宏观层面两方面进行污染防治，改善浐河人造水面水质，使之在西安市城市水生态系统中发挥更大的作用。