穆棱河河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)的探討

柳德堰，楊思鵬，姜淑波

(1.密山市河務(wù)管理處，黑龍江 密山 185300；2.密山市集賢灌區(qū)水利水保總站，黑龍江 密山 158313；3.密山市富密灌區(qū)水利水保總站，黑龍江 密山 158303)

穆棱河河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)的探討

柳德堰1，楊思鵬2，姜淑波3

(1.密山市河務(wù)管理處，黑龍江 密山 185300；2.密山市集賢灌區(qū)水利水保總站，黑龍江 密山 158313；3.密山市富密灌區(qū)水利水保總站，黑龍江 密山 158303)

穆棱河河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)設(shè)施是在河道內(nèi)兩堤之間設(shè)置壅水壩(攔河壩)將河道水位抬高，使水流進(jìn)入行洪區(qū)灘地形成淺層水流流經(jīng)與沼澤地類似的地面，水流在濕地土壤縫隙和表面沿一定方向流動的過程中，利用土壤、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對污染物凈化處理。

穆棱河；人工濕地；凈化水質(zhì)；壅水壩；凈化水道

1 概 況

主要包括3個方面的內(nèi)容：

1.1 河流形態(tài)與水文特征

穆棱河由密山市中部東西方向穿過，境內(nèi)全長143.3km，河寬60～120m，平均寬度90m，河槽深度2.0～3.0m，河道彎曲系數(shù)1.5，平均平槽流量220m3/s。

多年平均來水量14.5億 m3，多年平均流量46.0m3/s，6月份枯水期P=75%臨河橋斷面流量26.2m3/s，最大洪峰流量4460m3/s，多年平均輸沙量29.7萬t。

1.2 工程建設(shè)與地質(zhì)

穆棱河兩岸建有堤防，現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)為10～20a一遇，平均高度2.60m，頂寬 4.16m。兩堤寬度2.5～3.2km，行洪區(qū)內(nèi)為草原和耕地。河漫灘地上部覆蓋0.5～2m的土層，其下為3～40m厚的砂層。

1.3 水質(zhì)狀況

穆棱河主要污染源來自上游工、礦企業(yè)的點污染和流域內(nèi)耕地施用化肥、農(nóng)藥的面污染，平水期河流水體為Ⅳ類水質(zhì)，枯水期為Ⅴ類水質(zhì)，暴雨和洪水期出現(xiàn)短歷時Ⅴ類水質(zhì)。

2 河道內(nèi)人工濕地的設(shè)置

主要包括2個方面的內(nèi)容：

2.1 河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)原理

在河道內(nèi)兩堤之間設(shè)置壅水壩(攔河壩)將河道水位抬高，使水流進(jìn)入行洪區(qū)灘地形成淺層水流流經(jīng)與沼澤地類似的地面，使水流在濕地土壤縫隙和表面沿一定方向流動的過程中，利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對污染物凈化處理的一種技術(shù)[1-2]。

其生態(tài)系統(tǒng)的作用機理包括了吸附、滯留、過濾、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、氧化還原、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類動物的其他作用等。

2.2 河道內(nèi)人工濕地的設(shè)置

河道內(nèi)人工濕地由壅水壩、凈化水道、匯流溝3部分造成。

密山市穆棱河河道內(nèi)人工凈化濕地選擇在幸福堤防18+600-19+600處。18+600處河槽寬120m，深2.35m，兩堤防距離3150m，河道縱向比降1/1500，右岸提防距河槽1830m,灘地橫向比降1/1200，右岸提防距河槽1200m,灘地橫向比降1/1600，該處河道順直，是設(shè)置凈化濕地的合適位置，工程布置見圖1。

2.2.1 壅水壩設(shè)計

壅水壩是橫向設(shè)置在河道內(nèi)的檔水建筑物，作用是將河道內(nèi)的水位臺高，使水流均勻分布流進(jìn)灘地設(shè)置的凈化水道內(nèi)[3]。

1)壅水壩長度：壅水壩長度3150m與該壩址兩岸提防距離相同。

2)壅水壩高度：壩定水平與灘地最右側(cè)凈化水道平均高程相同。經(jīng)計算該壩高為3.56m(河底至壩頂)。

3)泄洪閘：在河槽上設(shè)置泄洪閘寬度120m,與河槽寬度相同。河道來水流量大于設(shè)計凈化流量時開啟，下泄大于設(shè)計凈化流量部分水量和輸送壩前河槽內(nèi)淤積的泥沙[4-5]。穆棱河河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)設(shè)施見圖1。

圖1 穆棱河河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)設(shè)施示意圖

2.2.2 凈化水道設(shè)計

凈化水道參照同類人工濕地凈化水質(zhì)典型經(jīng)驗，確定水利負(fù)荷為0.3m3/m2·d，水深0.10m，凈化水道與河道平行方向布置，長1000m，寬度從距河岸30m(留出河岸保護(hù)用地)開始至距堤防50m(留出堤防保護(hù)用地)止，凈寬為2870m。凈化水道視灘地橫向比降每30～50m用土埂縱向?qū)艋婪殖扇舾蓷l狀水道，每個條狀水道橫向整地成水平，使水流在條狀水道內(nèi)均勻流動。凈化水道內(nèi)選擇適應(yīng)本地生長的蘆葦、苔草等沼澤類生長植物，菱角、紫萍、長葉水毛茛等浮葉型和沉水型植物。種植植物要密集，增加水流阻力，使凈化水道內(nèi)水流流速控制在0.02～0.03m/s，如果經(jīng)植物阻力計算達(dá)不到控制流速效果，則需人工修整凈化水道縱向比降。壅水壩與凈化水道用工程措施連接，避免水位落差大沖刷凈化水道。

2.2.3 集水溝設(shè)計

集水溝位于凈化水道末端，與凈化水道垂直布置并連接，將凈化水道流出的水匯集并流回河槽。

3 凈化水量及效果

3.1 凈化水量

凈化水道面積為287萬m2,按水利負(fù)荷0.3m3/m2·d計算，日凈化水量為86.1萬m2，即9.97m3/s。

3.2 凈化效果

經(jīng)與同類人工濕地凈化水質(zhì)效果比較估算，在設(shè)計情況下通過該處人工濕地凈化，可去除：

1)CODcr(化學(xué)需氧量)74%。

2)BOD5(生化需氧量)：86%。

3)SS(懸浮物)：81%。

4)NH3-N(氨氮含量)：60%。

5)P(總磷)：76%。

提高2個水質(zhì)類別。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

河道內(nèi)人工濕地凈化穆棱河水質(zhì)設(shè)施運行技術(shù)宜掌握，實施位置為行洪區(qū)，工程占地容易解決，污染物去除率較高，種植的蘆葦?shù)戎参锟赏ㄟ^收割將植物吸收的污染物帶走，也可以取得一定的經(jīng)濟效益，穆棱河河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)設(shè)施可行。

4.2 建議

河道內(nèi)設(shè)置壅水壩阻水問題可進(jìn)行防洪影響計算，通過加高兩側(cè)堤防高度解決。選擇合適位置增加河道內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)設(shè)施數(shù)量可增加凈化水量能力和提高凈化效果。

[1]連小瑩,金秋，李先寧，楊臘梅.人工濕地對農(nóng)村生活污水的處理效果研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2011(02)：1-3.

[2]謝祥峰.潛流式人工濕地凈化特性及微生物凈化機理[D].南京：東南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，2007.

[3]朱鐵群，解 蒙，袁 航.人工濕地基質(zhì)及其去污機理[J].節(jié)水灌溉，2008(10)：37-40.

[4]陳金發(fā)，阮尚全，卿東紅.組合人工濕地對滲濾液中有機物和氨氮的去除研究[ J].節(jié)水灌溉，2009(03)：41-42.

[5]張明琴，馮本領(lǐng)，徐敏亮.雞西市區(qū)穆棱河及支流水質(zhì)評價[J].黑龍江水利科技，2005，32(05)：88-89.

1007-7596(2014)10-0089-02

2014-04-01

柳德堰(1972-)，男，黑龍江密山人，助理工程師；楊思鵬(1980-)，男，黑龍江密山人，助理工程師；姜淑波(1977-)，男，黑龍江密山人，助理工程師。

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