生態渠道設計中的水體修復技術的應用與研究

摘 要：我國傳統灌區溝渠突出的環境條件惡化，生物多樣性下降，農業面源污染嚴重，水體自凈能力下降等問題日益加劇。與此同時，隨著人民生活質量的提高，傳統灌區溝渠襯砌的生態健康要求越來越引起人們的關注。依據生態系統的物質循環原理，通過物理實驗探究水體修復技術對水質的改善作用，并將其原理與結論應用于生態渠道的設計中，改變傳統渠道襯砌方式，使渠道既能滿足防滲要求又能充分發揮水體的自凈能力，從而改善渠道生態問題。

關鍵詞：物質循環原理；水體修復技術；水體自凈；生態渠道

1 引言

目前，我國渠道襯砌與防滲常用混凝土、石料、膜料、瀝青混凝土、土料和水泥土等材料作為防滲層，以達到防滲的目的。然而，從生態角度，土質渠床是多種草、水生生物、昆蟲等繁衍棲息的場所，用混凝土襯砌將渠道封閉后，渠中的動物和微生物由于失去了賴以生存的環境而難以存活，各種植物也難以在堅硬的混凝上坡面上生長，尤其是混凝土面較為光滑，植物、微生物無法生存，使水體自凈能力遭到了破壞[1]。目前，灌區溝渠的生態問題的研究還屬于起步階段，尚未形成完整的理論體系，溝渠生態改造技術還需要在借鑒河流整治經驗的基礎上逐步完善，推進生態溝渠的建設還需要克服理念上障礙[2]。因此，在正常發揮輸水配水功能的前提下，怎樣通過改變傳統襯砌方法來增加渠道水體的自凈能力，成為需要認真研究的問題。

與此同時，隨著生態學的發展，生態方法水體恢復技術[3-4]得到了很大發展。目前，生態水體恢復技術主要包括：人工濕地處理技術[5]、生物膜法處理技術[6]、土地處理技術及生物操縱技術等[7-8]，其主要原理就是生態系統的物質循環原理。所以，本文通過實驗及數據分析對水體修復技術進行了研究，并將其應用于生態渠道的設計中，改變渠道的襯砌方式。

2 水槽試驗

2.1 水槽概況

形狀大小完全相同的玻璃缸8只，海綿、鋼絲球（作用主要是模擬多孔狀不光滑物質，為微生物群落提供理想化的棲息地），水生植物：水蔥、香蒲、蘆葦（挺水，能于無土環境生長），8份等濃度的污水樣本，將這些實驗材料按表一表格布置。然后，都放在室外進行實驗，每天用YSI 6600多參數水質測量儀進行參數測量。

2.2 實驗結果

以氨氮濃度的變化作為實驗水質判斷的標準，8個水槽中氨氮濃度隨時間的變化如表2、表3。

2.3 實驗結果分析

從數據和圖表可以發現：

（1）水槽中海綿的數量越多，同一時刻氨氮含量越低。

（2）同一時刻氨氮含量隨著鋼絲球的數目的增加而降低，且氨氮濃度均低于加同樣數量的海綿。

（3）有植物、鋼絲球的水槽中氨氮含量最低，從而可以推知植物對于凈化水質具有較好的作用。

2.4 實驗結論

2.4.1 加入海綿和鋼絲球后污水樣本中的氨氮含量明顯降低，從而可推知水下表面積越大，可供給微生物附著的面積越大，水體的自凈能力越大。

2.4.2 加入海綿和鋼絲球的污水中氨氮含量不同，海綿和鋼絲球的材質不同，表面積也不同，但在同樣大小的情況下鋼絲球對污水凈化的效果較好。

2.4.3 加入植物和鋼絲球后的污水樣本中氨氮含量最低，可知植物對污水凈化具有促進作用。

3 生態渠道設計思路

受到實驗結論的啟示，在渠道的襯砌過程中，一方面要對渠道進行不透水性全襯砌，另一方面也要盡可能創造適宜的水生生物生存和微生物附著的環境，維持渠道內的生態系統完整性，保持水體自凈能力。

3.1 改變襯砌方式

3.1.1 在渠道的某些地方設置生態帶，生態帶中鋪設防滲層后，在其上布置粘土，種植植物，并且盡可能形成類似于土渠的生態區域，但也需要控制好渠道的流速、比降和造率。

3.1.2 渠道的邊壁和底部進行襯砌時，可以襯砌成各種形狀，例如“井”字形，方格形等，以便為微生物的附著提供場所，并且可以在這些方格中填入土，種植植物，但要對植物進行定時清理，防止因為植物腐爛造成二次污染。

3.2 生物浮床（浮島）

通過在溝渠中設置人工浮體，浮體上設孔種植植物.利于植物根系為水生動物和微生物提供寄居場所，形成植物+微生物+動物共生穩定的微生態凈化系統[9]植物生長的浮體一般是采用聚氨酯涂裝的分量輕、耐用的發泡聚苯乙烯制成的，種植植物可以為水生植物或陸生植物還可以在浮體下部懸掛生物填料利于微生物聚集生長形成生物膜，強化生物浮床的凈化能力。

3.3 仿生植物填料

主要是基于仿生學原理，利用比表面較大的人工立體彈性材料模仿水中水生植物，通過合適的方式布置于河道中！以溝渠水中細菌為微生物源，在填料表面逐漸形成生物膜，通過接觸氧化作用凈化溝渠水體。[10]

3.4 生物沉床

生物沉床技術是將沉水植物種植在有基質材料的沉床載體上，通過固定樁將沉床在水體中固定！利用沉水植物對營養物質含量高的水體進行凈化[11]。針對水深和水下光照強度對沉水植物生存的限制作用，可以結合溝渠水質的特點，利用調節環調節沉床在水體中的相對位置，控制沉床上沉水植物的生長深度小于水體的補償深度，使沉水植物生存區間內的光照能夠滿足植物生長的需要。

4 結束語

溝渠是灌區的重要組成部分，生態型溝渠形態和功能構建關鍵技術的研究對于灌區的生態建設意義重大，針對傳統灌區溝渠日益突出的環境條件惡化，生物多樣性下降，農業面源污染嚴重，水體自凈能力下降等問題，對渠道邊壁進行處理，研究探索改善和恢復生態環境的渠道勢在必行，在未來的水利工程建設中，生態與工程相結合，渠道輸水與生態恢復相結合將成為未來水利工程的大勢所趨。

通過研究對渠道的改造，一方面真正體現水利工程對于治理污水的潛在效用，真正體現水利與生態的結合與協調統一，將一直印在人們腦海里的水利工程對環境的負面影響進行新的闡釋和說明，讓人們重新認識到水利工程并非與環境有著必然的沖突，一方面將其潛在的對于改善環境的功效發掘和并應用，使生態水利得以實現。

參考文獻

[1]盧良森，李波，洪林.渠道生態襯砌技術及適用性研究[J].科技博覽，2010（14）：288-289.

[2]顧斌杰.灌區生態型溝渠形態構建技術研究[J].中國農村水利水電，2006，（10）：4-6.

[3]Hammouda O ，Gaber A，Abdel-Raouf N.1995.Microalgae and wastewater treatment [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，31：205-210.

[4]Bnx H .1994 .Use of constructed wetland in water pollution of duckweed based wastewater treatment systems[J].Wat.Sci.Technol.35 （5）：239-246.

[5]張志政，王惠，張迪.人工濕地在污水處理中的應用[J] .山西化工，2009（5）：66-68.

[6]張美蘭，何圣兵，項穎穎，孔海南，薛罡.生物膜技術原位處理有機污染河道研究[J].凈水技術，2009，28（3）：32-35.

[7]李旭東，楊蕓.廢水生物處理新技術[J].精細與專用化學品，2002，10（17）：19-21.

[8]孫躍平.城市小型河流水質直接凈化的方法[J].上海水務，2005，21（3）：22-23.

[9]陳荷生，宋祥甫，鄒國燕.利用生態浮床技術治理污染水體[J].中國水利，2005，（5）：50-53.

[10]王超，田偉君，王沛芳.一種凈化河流微污染水體的仿生植物[P].中國專利：ZL200420054676.0，2006-04-05.

[11]程南寧，漸沉式沉床恢復沉水植物的生長條件研究[D].南京：河海大學，2005.