愛伊米

海綿乾貨│防止蚊蟲滋生,海綿城市應該這樣設計!

低影響開發(LID)於20世紀90年代末起源於美國,也是我國海綿城市建設的重要內容之一。LID設施一方面提供了低成本的雨水管理方式,另一方面,部分的LID設施的使用提供了蚊蠅棲息的環境,也增加了LID設施附近居民的健康風險。本文借鑑美國LID設施工程實踐形成的完整的蚊蠅綜合管理措施(IMM),針對國內的LID設計專案,因地制宜地落實管理措施,可為我國海綿城市建設提供借鑑。

LID設施中蚊蠅的生物特徵

蚊蟲通常偏好隱蔽、陰暗和通風不良且空氣溼度高的環境,屬於完全變態的昆蟲,生活史分為卵、幼蟲(孑孓)、蛹及成蟲4個階段,其中前3個階段必須在水中完成,成年蚊也需要選擇水體或較為潮溼的場所產卵,蚊蟲生活史的各個階段均與水息息相關。雌雄蚊蟲食性不完全相同,雄蚊主要取食植物的花蜜、果實、莖和葉的汁液,而雌蚊除了吸食植物的汁液外,還刺吸人和動物血液,因為只有在吸血後卵巢才能發育成熟,繁育後代。

植物不僅為蚊蟲提供食物,還為蚊蟲提供棲息地和避難所。在溫度適宜時多數蚊卵產後7~10d內就可以孵化,伊蚊屬蚊卵可以在不利條件下一直處於休眠狀態,直到隨後的雨季才孵化(見圖1)。

海綿乾貨│防止蚊蟲滋生,海綿城市應該這樣設計!

2014年登革熱在中國廣東珠三角地區呈現爆發態勢,僅廣州市感染者就達3萬人,嚴重威脅城市居民健康。大量化學藥劑的使用並沒有消滅城市蚊蟲,反而帶來蚊蟲的抗藥性和嚴重的環境汙染問題,蚊蟲的生態治理迫在眉睫。

可能會引起蚊蟲孳生的LID建設內容

在LID建設內容中自然溼地、蓄水池、溼塘多以地表水和茂密植物形態存在,這些最易孳生蚊蟲。

植草溝、下凹型綠地、雨水花園和雨水溼地主要負責短期蓄水、過濾和滲透,依據雨量的多少,它們以地表水形態存在的時間可長可短,等雨水全部滲入地下後會成為植被茂密的潮溼地帶。根據現有的海綿城市建設技術指南,其滲透標準一般為72h完全滲透。時有時無的地表水不利於魚類等捕食者生存,卻不妨礙蚊蟲孳生。在溫度適宜的季節蚊卵7~10d即可由卵孵化成蚊,而且有些蚊蟲(如登革熱傳媒白紋伊蚊)有較強的抗旱能力,實驗資料顯示即使在40%RH極端乾燥的條件下,伊蚊卵也要在乾燥處理35d後才完全不能孵化。因此在我國江南和華南雨水充沛的季節,這些以雨水暫存和滲透為主的LID建設內容也可能孳生大量蚊蟲。

LID設施的位置在很大程度上影響到該設施是否會成為蚊蠅的培養場所。由於LID設施選取位置的不同,即便同樣結構的設施也會導致原生蚊蠅群數量、種類組成以及繁殖時間等有所不同。因此,在設計初期的考慮和規劃,以及在後期維護上的定期檢測,為避免日後針對蚊蠅控制進行改建翻新工作具有重大的影響。

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△植被茂密的潮溼地帶最易滋生蚊蟲

美國蚊蠅綜合管理經驗

1. LID

設施的蚊蠅管理措施

總結相關的研究,考慮蚊蠅的生命週期不同的生存形態,對蚊蠅幼蟲階段的控制是重要的蚊蠅控制解決方案,這與LID設施的設計和管理緊密相關。

LID設施在前期設計規劃或翻新改造的過程中應當結合每一種可能有效的控制措施。其中殺蟲劑的使用因其潛在的依賴性以及可能提升蚊蠅的抗藥性,應當只在其他的措施無效時才能夠使用。除了殺蟲劑之外,LID設施的蚊蠅管理措施主要有如下三項。

(1)LID設施需要具備迅速排空所有積水的能力。

研究顯示,部分種類的蚊蠅從蠅卵孵化到破蛹成蟲僅需不到7天,因此,這也是美國各州要求在72小時內排空積水的一個原因。若現存的LID設施無法實現72小時排空,則需要選用合適的替代系統或對原設施進行改造。若無法替換或改造原有設施則需要透過維護手段進行蚊蠅控制,即長期的例行蚊蠅監測和控制。

(2)LID設施的設計需要考慮封閉蚊蠅進入靜止的水體的通道。

針對存在封閉條件的LID設施,如雨水滲蓄裝置可以考慮採用密閉性好的覆蓋物對蚊蠅可以進入的通道進行封閉,避免蚊蠅利用靜止的水體進行繁殖。

(3)LID設施的設計需要考慮使蚊蠅的聚集地不適於蚊蠅繁殖和棲息

美國的LID工程經驗主要的常用手段有生物控制和植物控制。

生物控制:LID設施尤其是雨水花園(溼式)及人工溼地,需要考慮保持良好的水質以確保食蚊魚類的生存;如果水體中沒有食蚊魚類或有其他的與食蚊魚類有競爭關係的捕食魚類棲息,則只能採用植物控制。

植物控制:挺水植物提供了保護蚊蠅幼蟲的棲息地並增加了區域的營養來源,對蚊蠅控制有負面的影響。故從蚊蠅控制角度出發:

①需要考慮透過定期維護減少突發性的蚊蠅數量劇增現象;

②將雨水池和溼地的深度維持在1。2m,創造利於捕食蚊蠅幼蟲的環境;

③統一將堤岸外圍坡度提高,以避免植被的生長過於密集並減少利於蚊蠅幼蟲生長的植物數量;

④消除利於蚊蟲繁殖的浮游植物。

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2.

蚊蠅綜合管理措施

隨著蚊蠅控制措施逐漸完善,針對更高的控制要求,美國部分地區在LID設施實踐之後發展起了一套完整的蚊蠅IMM,以便最大化蚊蠅管理效果同時最小化對環境的影響和副作用。

其具體的原則如下:

①保護人類、動物及環境健康;

②促進合理的殺蟲劑使用;

③透過蚊蠅管理活動減少對土壤、地下水、地表水、授粉昆蟲、野生動物和瀕危動物的生存環境影響;

④透過生物控制手段來補充和增強其他的控制方式的功能和效果;

⑤透過合理的源頭控制措施,減少或消除蚊蠅幼蟲的生存空間;

⑥使用最低限度的專門特殊殺蟲劑,最大限度地減少對外部環境的影響風險;

⑦在合適的時間採用合適的措施;

⑧儘可能減少殺蟲劑在環境中的停留時間。

在這8條原則的指導下,結合工程實踐,

美國蚊蠅控制協會在2009年提出了蚊蠅控制的具體流程,主要包括9個步驟:

(1)

監測。

監測是控制流程的重中之重。進一步的控制措施需要依據監測的結果的評估和研究來進行。①判斷蚊蠅的種類以確保選擇合理的控制方法;②檢測蚊蠅數量的波動。

(2)

製圖。

運用地圖劃出區域範圍內的主要蚊蠅源,並確定相應的治理區域,便於長期監測。

(3)

確定控制閾值。

對控制措施的選擇和啟用應基於對區域蚊蠅狀況的監測結果或者其他的現場資料,並根據資料制定相應的控制措施的啟用方式規則。①是否採用控制措施及何時開始採取措施,應根據措施的不同來確定;②應確定一個閾值,來決定是否啟動措施。

4)

物理控制和源頭控制

源頭控制手段通常是蚊蠅控制手段中最有效且最經濟的長期方法。源頭控制的手段很多,根據蚊蠅幼蟲棲息地的不同,控制手段不一,且採用源頭控制可以極大地減少甚至避免使用殺蟲劑的使用而減少對環境的影響。

(5)

生物控制。

生物控制手段通常受環境因素的制約,且在許多情況下是否可行需要嚴格的論證。相關的手段內容包括在取得授權的條件下培育能消滅蚊蠅幼蟲的魚類,以及培育蝙蝠、鳥類、蜻蜓等蚊蠅的天敵。

(6)

滅蚊劑。

滅蟲劑的使用必須根據相關的使用手冊來制定相應的應用、處理及個人保護的措施和應用方式。具體的內容包括:①蚊蠅幼蟲控制:在自然或人工溼地中,殺幼蟲劑通常是重要的控制措施;在蚊蠅源頭集中明確的區域且蚊蠅滋生風險高的區域內,殺幼蟲劑也是重要的控制措施。但是在其他的區域,由於蚊蠅成蟲存在區域遷徙,僅針對蚊蠅幼蟲進行控制,總體的控制措施效果反而有限。因此,在其他區域需要進行綜合的蚊蠅控制措施,以達到較為良好的控制效果;②蚊蠅成蟲控制:通常透過小劑量大面積的噴灑,用於消滅飛行中或者停在植被上的蚊蠅。成蟲控制主要在蚊蠅幼蟲控制措施效果不好時考慮採用。

(7)

監測滅蚊劑效力。

監測和管控滅蚊劑對蚊蠅的效力,作為一項基本的控制措施,可以將蚊蠅對所應用的化學藥劑產生抗藥性的風險降到最低。主要包括: ①儘可能使用物理控制或生物控制以替代使用滅蚊劑;②避免對幼蟲和成蟲使用同一種滅蟲劑;③殺蟲劑使用的頻率及用量應依據操作手冊及標示使用。

(8)

教育與社群協作。

透過居民提供培訓及時更新蚊蠅相關知識,確保居民可以獲得蚊蠅監控及治理活動的相關資訊。對大眾的教育是居民養成習慣及時清理清除可能產卵的蚊蠅棲息處,採用恰當的個人蚊蠅防護措施的必要方式,從而以減少大眾與蚊蠅的接觸。

(9)

儲存記錄。

記錄和儲存相關的操作資訊和監控資料,以供後期的參考。

3. LID

設施中的蚊蠅綜合管理措施設計

綜合考慮區域的重要性以及設施建設和後期維護管理要求,在設計中應用了多種的LID設施蚊蠅控制措施。

(1)植草溝:第一,在植草溝下埋設DN100穿孔排水管,排水坡度4‰,確保水滯留的時間不超過72h,同時透過設定溢流口來限定水深;並利用穿孔排水管的設計坡度,滿足排水要求。第二,在排水出口採用孔徑10mm濾網,避免由於出口堵塞造成積水。第三,採用植草種植層,以避免容納積水。第四,不使用隔板,引水渠或其他分流裝置,以避免形成長期滯留的水體。

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(2)生態展示雨水礫石道:第一,在設施上側設定玻璃板封閉,避免蚊蠅利用滯留的雨水進行繁殖。第二,在排水出口採用10mm濾網,避免由於出口堵塞造成積水。第三,底部設定度4‰排水坡度,以便雨水能徹底排出。

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(3)蓄滲模組:第一,封閉蓄水設施,以阻止蚊蠅的進入。第二,設定覆蓋物的間隙2 mm,以避免蚊蠅進入。第三,當蓄水設施的入口和出口無法完全封閉時,設計其完全浸沒使雌蚊無法飛入管道產卵。第四,調蓄設施在設計時應考慮預留4‰排水坡度,以便雨水能徹底排出。

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(4)生物滯留設施:第一,設定穿孔排水管,排水坡度4‰,確保水滯留的時間不超過72 h,同時透過設定溢流口來限定水深;並利用穿孔排水管的設計坡度,滿足排水要求。第二,在排水出口採用10mm濾網,避免由於出口堵塞造成積水。第三,採用礫石層排水,不使用鬆散的石塊或混凝土窪地,以避免容納積水。第四,在條件允許的情況下,採用一定的化學方法進行蚊蠅控制。

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(5)後期管理:第一,制定監管措施,監測和管控滅蚊劑對蚊蠅的效力。第二,對員工及周邊居民進行培訓,透過居民提供培訓和會議機會及時更新居民對於蚊蠅的相關知識,並確保居民可以獲得蚊蠅監控及治理活動的相關資訊。

人工溼地的蚊蠅綜合管理設計

不同型別溼地蚊蟲孳生的嚴重程度不一樣,靜水塘最易孳生蚊蟲。研究人員在美國俄亥俄州設計了幾種不同的水體型別:一種是按照防蚊設計精心設計的表流溼地、一種是靜水塘、一種是雨水蓄留溼地。結果顯示錶流溼地的蚊蟲最少,靜水池塘中最多,其密度是雨水溼地的1。5倍,是表流溼地的10倍左右。有研究表明靜止不動並有大量植物的溼地會孳生大量蚊蟲。

潛流溼地最不易孳生蚊蟲,這是由於水體在基質表層以下持續流動,沒有地表水。海綿城市中的“滲”的內容,如北方乾旱地區或南方少雨季節的植草溝、雨水花園會以垂直潛流溼地形式存在。但雨量較大時它們可能會變為利於蚊蟲孳生的雨水蓄留溼地。因此在設計潛流溼地時需要有足夠的基質孔隙度和厚度來保證雨季不會出現長時間地表水而導致蚊蟲孳生。

因此,

大面積表流溼地選址應遠離人口集中地(如居民區),並在人口集中地的下風向。

因為蚊蟲是靠氣味追尋目標的,如果溼地與居民區離得比較遠或位於居民區的下風向,則吸引蚊蟲的氣味會大大減弱。

在植物設計方面,不同水生植物對蚊蟲影響大小不同。有些植物的莖稈較稠密,有些植物易有枯死莖葉積累,這些都會妨礙魚類進入植物叢內部捕食蚊幼。還有些植物的形態易在雨季形成小型積水也會孳生蚊蟲。

因此控制茂密植被帶的寬度利於蚊蟲防控。

水生植物的定期修剪、收割和清理也是減少蚊蟲孳生的一種方法。

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在進行溼地的水體設計時,應從以下幾點進行考慮:

1)水體的深淺可以影響蚊蟲孳生。有研究表明,深度小於30cm的水體易孳生蚊蟲,而深度在60cm以上的水體利於蚊蟲天敵存活可減少蚊蟲數量。

2)水體流動與否可以影響蚊蟲孳生。有研究人員在一塊實驗溼地中設計有緩慢迴圈的水流,大約每4d完成一次全部換水,同時在這個溼地中設計有幾塊較深的開闊水域,保證捕食者的繁衍生息和越冬。結果顯示實驗溼地的蚊蟲數量顯著低於靜水池塘,並提出在溼地中可應用“生物友好型”水泵保持水體流動,魚類等可以安全穿過這種水泵。

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3)水位的定期漲落或排幹有利於蚊蟲防制。研究人員提出定期漲落水位(建議5~8cm)或排乾溼地對按蚊和庫蚊非常不利,因為升高水位可以把藏匿在植被叢內的蚊幼衝出來被捕食者吃掉,而定期排幹則會使多數幼蟲擱淺窒息。因此設計溼地時要考慮利於建成後的水位操控。

4)水體溶解氧含量與蚊密度呈負相關,這是因為蚊幼是浮在水體表面靠呼吸生存,所以水體內的溶解氧不會影響它們,卻會影響水體內部蚊類天敵的生存,所以水體中的溶解氧越少蚊蟲孳生越多。

雖然生態防制蚊蟲的方法值得提倡,但在蚊媒疾病高發的地區或季節,仍然需要化學藥品、生物製劑等多種滅蚊措施相結合

。如美國馬里蘭州農業部2011年制定的溼地管理規範規定,取樣點蚊幼陽性率超過25%,且陽性取樣的平均蚊幼數量超過5條,或者取樣點蚊幼陽性率超過50%,要採用化學滅蚊。但

不合理的溼地設計可能會導致藥物無法到達蚊蟲孳生地

(如很寬或很高大茂密的植物叢內部)。

人工水體的設計應方便化學噴藥的實施和試劑有效到達蚊蟲孳生地,這需要在設計時注意幾點:每個獨立的水體單元都要有一條至少

4m寬

的可以通車的路堤到達,以利於近距離噴藥和收割清理部分植物使藥劑到達植物叢內部;植物叢的設計要能使噴藥用的

船深入植物叢內

;要保證整個設計範圍內沒有電線架設,以免妨礙空中噴藥作業;設計往水中投放化學試劑專用管道和閘門,這樣可以使藥液迅速遍佈整個水體。

總結

蚊蠅控制是LID設施是否成功的重要條件,設計或維護不當會造成更多的蚊蠅滋生環境。美國在長期的LID設施實踐中總結出了完整的LID設施蚊蠅控制措施,包括LID設施的設計、維護、生物控制、植物控制及化學控制措施,並在部分割槽域推廣了IMM蚊蠅綜合治理措施。本研究在總結美國蚊蠅管理措施的基礎上,針對鄭州某專案LID控制要求和蚊蠅管理要求,提出了設施設計引數、設計節點要求及後期管理要求,可為類似地區提供借鑑。

參考文獻:

夏聞雨等,《美國蚊蠅綜合管理措施對海綿城市建設的啟示與應用》

趙紅紅等,《低影響開發中利於蚊蟲防制的溼地規劃設計方法》