人工湖水質檢測與改善方案研究

周 箏

（成都工業學院，四川 成都 611730）

0 引 言

隨著人們對生活品質的要求不斷提高，親近自然景觀、親近水景的愿望越來越強烈。城市中心花園、生活社區、公園綠地、大學校園等很多地方，都能看到景觀水體，小型的如噴泉，大型的多以人工湖的形式出現。然而，人工湖一旦建成，如運行處理不當會造成水質渾濁、水草滋生、蚊蠅滋長等現象，使美景變成污水池；因此，有必要研究具體方法，改善人工湖水質，更好地美化環境。

1 人工湖水質檢測

1.1 檢測項目和方法

根據人工湖實際情況，主要測定水體綜合指標、總磷和氨氮，具體檢測項目為pH值、溶解氧DO、化學需氧量COD、生化需氧量BOD5、高錳酸鹽指數、總磷和氨氮。人工湖水質應符合GB 3838-2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類水域標準。

測定方法參照《水和廢水監測分析方法》[1]及國家標準方法，結合實驗條件，pH采用pH計測定，DO和BOD5采用碘量法測定，高錳酸鹽指數采用酸性高錳酸鉀法測定，總磷采用鉬銻抗分光光度法測定，氨氮采用鈉氏試劑分光光度法測定。

1.2 檢測點位

檢測點位見圖1。A點位為人工湖擬引水入口處，外圍為摸底河，目前由于諸多原因未連接開通，按照采樣檢測要求以進入湖口處設立采樣點。B點位是根據人工湖形狀，在湖的Y字型一端設親水平臺，有一橋梁可以便于采樣檢測，由于湖面較窄，為檢測重點點位。C點位位于人工湖湖面最寬處，為湖中心地段，湖中心有一座橋橫跨湖面，以此為采樣點位進行采樣。D點位位于人工湖湖水擬出口處，湖面較窄，需設立檢測點位進行水質檢測。

圖1 人工湖檢測點位圖

1.3 檢測結果

成都郫縣某高校人工湖經過為期一年的水質檢測，得出人工湖現狀如下：

（1）人工湖水體為封閉水體，沒有流動水源，目前補水采用地下水補償，沿岸沒有排污口。

（2）對人工湖水體 pH 值、DO、BOD5、高錳酸鹽指數、總磷和氨氮等各項指標進行檢測，其中，水體pH值、DO、BOD5、高錳酸鹽指數項目數據穩定，不受降雨和其他因素影響，均未超過國家標準；總磷和氨氮部分時間和檢測點位超標。時間主要集中在降雨之后和未及時補水時段，雨前雨后指標波動較大。監測及主要控制點位主要集中在D和B點，D點為湖面狹小區域，B點為親水平臺區，現場觀測已發現有藻類浮于湖面，大量投放的魚料形成湖面垃圾造成湖體富營養化，產生油膜和臭味。人工湖水質主要控制項目為總磷，氨氮也需進一步觀測。

（3）水質受補水和雨水影響較大，若沒有及時補水水位明顯下降，水質較差。雨水適量可以一定程度上緩解水質污染問題，但是雨量過大反而使水質更加混濁，因此需要進一步處理雨水問題，避免雨水直接灌入湖內。

2 水量平衡分析

2.1 耗水量

人工湖景觀水系的耗水量主要包括水面蒸發損失水量和湖壁湖底的滲漏量[2]。

2.1.1 水面蒸發損失水量

按蒸發深度乘以水面面積來估算蒸發損失水量。年平均蒸發量比較穩定，5月至9月蒸發量較大，5月至9月平均月蒸發量為170mm，水面面積為23 000 m2，按此估算，則水面蒸發損失水量為23 000×0.17=3910m3/月≈130m3/d。

2.1.2 滲漏量

景觀水體的防滲與水利工程上輸水渠道的防滲有較大的區別。景觀水體不以輸水為目的，主要關注的是一個水位相對穩定、水質良好的景觀水域，水系的流速也較小，另外景觀水體防滲作法也要和景觀水生植物布置等相協調。如需進行防滲，對于人工湖，湖底可考慮土料防滲、薄膜防滲等，駁岸可考慮采用漿砌卵石防滲，或在防滲層上面覆土種植植物；垂直的湖岸結合湖岸結構可考慮采用漿砌塊石或混凝土重力式擋土墻防滲[3]。防滲盡量采用生態效果好的土料防滲層，并結合景觀設計，在岸邊水生植物區，做好植物生長壤土層和防滲層的合理組合。

2.2 防滲后的滲漏量計算

郫縣地下水屬岷江流域卵石型孔隙潛水，局部深度范圍內為承壓水。地下水由大氣降水和地表水補給，地下水位受季節變化的影響，平均為枯水季節3.0m，豐水季節2.0m。人工湖水深最深約2.5m，淺處為0.2 m，滲漏方式主要為自由滲漏，把其當成一個很大的渠道計算其自由滲漏量。人工湖平均水面寬約為70 m左右，假定其斷面為梯形斷面，平均湖底寬取60m，平均水深取1.5m，邊坡系數取3.3。

根據SL81-2004《渠道防滲技術規范》，對于土質防滲層（土料夯實層或掛淤層）的渠道，滲漏損失可按式（1）計算：

式中：S防——防滲后每千米渠道的滲漏量，m3/s；

K1——防滲層的滲透系數，m/d；

δ1——渠坡防滲層厚度，m；

δ2——渠底防滲層厚度，m；

b——渠底寬度，m；

h——渠道平均水深，m；

Hk——毛細管水最大上升高度，m，本例取0.5m；

m——邊坡系數。

采用同一防滲措施在不同防滲層厚度下的滲漏量理論計算結果見表1。

表1 不同防滲層厚度下的滲漏量理論計算

從表1中可以看出，提高土料防滲層的厚度，可以顯著降低滲漏量。經過防滲處理后，可以大大降低景觀水體的滲漏量。景觀水體在投入使用后，在渠底和渠壁逐漸會有黏泥淤積，淤積的沉積物也會增大滲漏阻力，降低滲漏量。

2.3 防滲后水量平衡分析

防滲后水量平衡分析見表2。

表2 水量平衡分析表

從表2可以看出，在未考慮雨水回用于景觀水，水系做好防滲的情況，需要的上游來水量約為3 500 m3/d。水系的設計應盡量減少死水區，以使水體都能得到較為充分的更新交換。

3 人工湖水質改善總體方案

3.1 抽取地下水進行引水換水

郫縣地下水水質為HCO3-+SO42-－Ca2+，對混凝土無侵蝕性。硬度檢測得出總硬度在600mg/L左右，為Ⅴ類地下水體，豐水季節地下水位為0.80～2.50m。不宜飲用，其他用水可根據使用目的選用[4]（參見地下水水質標準GB/T 14848-1993）。中國農業科學院喬冬梅等研究表明[5]，在地下水水位低于3m地區進行微咸水灌溉，在小于1 m的土層內不會形成嚴重的積鹽現象。也就是說，郫縣地下水水位不到3m，且地下水水質較好，長期采用抽取地下水的方式灌湖，不會對土壤造成鹽堿化的后果；因此，可以采用抽取地下水的方式進行引水換水。

由于人工湖水源不能引進摸底河河水補充，枯水季節主要采用地下水源補充，豐水季節采用地下水源補充和雨水收集回流補充。根據人工湖水體蒸發量和滲透量，已得出對水體采用0.5m厚粘土層防滲處理后，為保持水面不下降需要的最小來水量約為3500m3/d。

3.2 雨水收集回用

根據參考文獻[6]，雨水有其自身的優點更適合回用于雜用水。首先，雨水處理工藝簡單；其次，雨水利用的費用較低。前期進行管道和處理設施建設后基本不需要追加其他設備。

人工湖水體經過現場觀測和水質檢測得出，雨水灌入水體是影響水質的主要因素；因此，要對其進行相應處理以防雨水污染，首先應該對雨水進行收集回用。校園人工湖位于校園中間位置，西北面主要為家屬住宅區，可以集中規劃大規模的雨水收集系統，將家屬住宅區內的屋面、綠地和路面的雨水徑流收集利用。

3.2.1 雨水收集

初期雨水是下雨前半小時雨水，水質較差，在雨水收集利用中通常都采取初期雨水棄流的方法，將棄流雨水經過雨水沉淀池后進入污水管道直接輸送至污水處理廠進行處理。

雨水的收集主要有屋面雨水收集、綠地雨水收集、路面雨水收集這3種類型[7]。圖2是一種典型屋面雨水收集方式，屋面雨水經雨水斗、雨水立管、獨立設置的雨水管道經過濾器過濾后流入蓄水池[8]。綠地雨水收集主要采用下凹式綠地的形式，如圖3所示，使綠地高程低于路面高程，降水后雨水徑流進入綠地。下凹式綠地滲透貯存設施可以起到調蓄作用，彌補降水和滲透的不均衡[9]。道路雨水處理主要是將初期雨水排入污水處理站后，中期和后期的雨水進入下凹式綠地。

圖2 典型雨水收集方式

圖3 綠地雨水處置方式

校園人工湖周邊雨水以屋面雨水和綠地雨水收集為主，道路雨水經初期棄流后可進入下凹式綠地，對超過綠地儲存容量和下滲量而形成的地表降雨徑流則利用邊溝或明渠向人工湖周邊匯集，經過進一步處理后入湖。

3.2.2 雨水量預測

人工湖人工濕地面積設計采用處理補充水為參照的設計方法[10]，主要為收集回用的雨水，可收集雨水量為：

式中：φ——徑流系數（取0.9）；

H——年平均降雨量（取960mm）；

A——雨水收集徑流面積（共186400m2）。

以人工湖西北面教師公寓區面積為主要集雨區，約171400cm2，沿湖周邊5m寬的路面也為集雨區，約為 15000cm2）；得出 Q=440m3/d。（不考慮棄流設施）

3.3 人工濕地處理回用雨水

雨水經過收集后，通過人工濕地處理，作為補充水匯入湖中。人工濕地技術作為利用“水景綠地”處理景觀水體的生態綜合工藝，具有很大優勢，并且由于處理的不是廢水，處理工藝還要相對簡單些，可采用潛流式人工濕地。人工湖人工濕地面積設計采用處理補充水為參照的設計方法，以處理回用雨水為主，處理量主要指收集回用的雨水量。

4 建 議

結合對人工湖水質改善方案的研究和設計，提出以下建議：

（1）人工湖采用抽取地下水補充的，建議將進水口的位置改在目前有污染的死角處，通過引水換水直接可以很大程度上緩解水質問題。

（2）如果條件和資金有限，以上改善方案可以分步進行：第1步應該對湖底進行防滲處理，第2步進行人工濕地設計布局，第3步建立雨水收集管網，將收集的雨水導入人工濕地區后入湖。

5 結束語

人工湖水體檢測發現，水質受補水和雨水影響較大，水體污染源主要是雨水污染。改善方案采用水量平衡分析得出補水量并抽取地下水作為主要補水源，進行換水處理。同時進行雨水收集和回用，采用人工濕地技術處理回用的雨水作為補充水入湖。該套方案目前運行良好，對雨水污染為主的人工湖水體有很好的改善作用。

[1]魏復盛.水和廢水監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，2002：13-192.

[2]司彥杰.城市景觀水體維護及優化運行研究[D].天津：天津大學，2007.

[3]喬錦虎.五曲灣水庫渠道防滲技術簡述[J].山西水利，2010，26（10）：45-46.

[4]GB/T 14848—1993地質礦產部發布[S].北京：中國標準出版社，1993.

[5]喬冬梅，齊學斌，龐鴻濱，等.地下水作用下微咸水灌溉對土壤及作物的影響[J].農業工程學報，2009（11）：55-61.

[6]建筑與小區雨水利用工程技術規范實施指南編制組.建筑與小區雨水利用工程技術規范實施指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[7]鄧風.綠色生態小區的雨水利用和中水回用[J].中國給水排水，2002，18（11）：81-82.

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[9]刑麗貞.給排水管道設計與施工[M].北京：化學工業出版社，2009.

[10]嚴煦世.給水排水管網系統[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.