水生態(tài)系統(tǒng)在周口市水系治理工程中的構(gòu)建分析

2016-05-19 09:19:20陳飛野胡麗香撖鵬飛黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司

河南水利與南水北調(diào) 2016年3期

□曹　偉　□陳飛野　□胡麗香　□撖鵬飛（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

□曹偉□陳飛野□胡麗香□撖鵬飛（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

摘要:城市水系的水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)在完善現(xiàn)有水系的基礎(chǔ)上，遵循“水網(wǎng)+綠帶”的空間組織方式，對散落的湖泊、河流進(jìn)行連通，且需水系上游發(fā)展適當(dāng)限制傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，提倡生態(tài)農(nóng)業(yè)，減少農(nóng)藥、化肥使用量，減輕面源污染。通過人工濕地進(jìn)一步凈化水質(zhì)，使城市水系達(dá)到水清、水凈、岸綠、岸美的效果。

關(guān)鍵詞:水生態(tài)系統(tǒng)；人工濕地；人工浮島

1　工程概況

周口市河流水系屬于淮河流域，有沙潁河、渦河、西肥河、汝河四大水系。中心城區(qū)范圍內(nèi)的水系包括流沙河、幸福河、賈東干渠、洼沖溝、運(yùn)糧河、楊腦干渠等六條河流。隨著周口市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流動人口的增加，沿河林業(yè)生態(tài)植被、公共服務(wù)設(shè)施和市政服務(wù)設(shè)施建設(shè)相對滯后，沿線村莊內(nèi)垃圾、秸稈亂堆、污水亂排亂流，致使河流污染嚴(yán)重，臭水橫流，生態(tài)環(huán)境急劇惡化，亟需進(jìn)行水生態(tài)綜合治理。

2　設(shè)計(jì)目標(biāo)

水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)以流域?yàn)榛締挝?，充分考慮水動力學(xué)、水系和水資源規(guī)劃、同時(shí)結(jié)合景觀設(shè)計(jì)思路，融合河道整治、防洪工程、水利工程等各方面因素，形成綜合一體化的河道水生態(tài)治理思路和實(shí)施方案，旨在：河道沿岸生態(tài)環(huán)境明顯改善，原生動植物（水生動植物）得以保護(hù)；治理河段水質(zhì)力爭提高至Ⅲ類水；治理河段兩岸提防保護(hù)區(qū)防洪能力達(dá)到預(yù)定目標(biāo)；河流文化得以傳承，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)涉水可持續(xù)發(fā)展。

3　水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)分析

周口市中心城區(qū)的六條河道面臨的問題總體來說，是包括：①河道淤塞、水體斷流；②形成現(xiàn)狀水面的河段水體渾濁、藻類失控，污染直排，水體環(huán)境惡劣。

針對上述現(xiàn)狀問題，我們整體的技術(shù)策略是從水動力學(xué)分析到水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的一體化解決方案，即是:①進(jìn)行水系的疏通和激活，外部規(guī)劃調(diào)水來源和途徑，內(nèi)部增加雨水調(diào)蓄能力，能夠在降雨過程中存蓄水量，適當(dāng)補(bǔ)充河道水流，確保水體流通和循環(huán)；②營建人工濕地和自然濕地，并有機(jī)整合河濱景觀的打造，凈化微污染水和初期雨水面源污染的同時(shí)，優(yōu)化景觀效應(yīng)，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建；③針對景觀大水面或者水面較為開闊的河段，在充分分析了其水動力學(xué)特性以后，在流速較緩慢以及死水區(qū)，根據(jù)凈化效率，布置人工浮島，兼顧景觀效果的同時(shí)，通過水體復(fù)氧、碳纖維填料的設(shè)置，為微生物提供附著載體，改善河道污染物降解條件，去除河道水體中大部分的氮磷等污染物，改善水體環(huán)境；④進(jìn)行水生植物（沉水、挺水和浮葉植物）的種植和調(diào)控，構(gòu)建可持續(xù)的水體生態(tài)系統(tǒng)。具體示意見圖1。

圖1　水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建流程圖

4　水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建設(shè)計(jì)方案

4.1調(diào)水和水體聯(lián)通規(guī)劃與驗(yàn)證

周口市水資源緊張，可利用的水資源有限。因此，合理分配水資源就顯得至關(guān)重要，水資源的分配調(diào)度要結(jié)合整個(gè)規(guī)劃區(qū)統(tǒng)一調(diào)配使用。擬采取的措施是：以跨河調(diào)水為主、雨水調(diào)蓄為輔，保證河流實(shí)現(xiàn)自流，并且常流量不低于生態(tài)基流流量。

在具體設(shè)計(jì)工作中應(yīng)對水資源論證和水動力學(xué)進(jìn)行深入分析，除了確保相應(yīng)的水工構(gòu)筑物設(shè)計(jì)和布置合理，水資源調(diào)配量適宜以外，還要建立數(shù)學(xué)模型對調(diào)水量和城區(qū)六條河流的河道流量、流速、常水位和洪水位進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。這樣的計(jì)算不僅僅指導(dǎo)調(diào)水工程的運(yùn)營規(guī)則，還能為濱水景觀帶植物的布置地點(diǎn)和植物配置提供可靠的依據(jù)。

4.2人工濕地的設(shè)計(jì)

濕地是復(fù)雜的聚合體，由水，基質(zhì)，植物（根、莖的導(dǎo)管和藻類），垃圾（主要是植物分解產(chǎn)物），無脊椎動物（主要是昆蟲幼蟲和蠕蟲）和一系列的微生物（最重要的是細(xì)菌）組成。濕地處理系統(tǒng)多采用耐水植物種和淺的飽水性土壤來滿足不同污水處理的情況。濕地處理系統(tǒng)的兩大基本種類：表面流人工濕地或地表流人工濕地、和潛流人工濕地。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果可知，洼沖溝每天接納2.50萬t生活污水直排，運(yùn)糧河每日接納4.20萬t污水直排。根據(jù)周邊城區(qū)規(guī)劃用地情況以及未來生活污水量的預(yù)測，人工濕地規(guī)模應(yīng)在60 hm2左右。

濕地類型是潛流濕地和表流濕地相結(jié)合的形式，既能保證水質(zhì)凈化效果，又能兼顧景觀功能。當(dāng)截污系統(tǒng)建設(shè)完成后，人工濕地在旱季流條件下主要處理污水排放，雨季流條件下同時(shí)可以為初期雨水的凈化服務(wù)。

4.3人工浮島和曝氣復(fù)氧的設(shè)計(jì)

人工浮島和曝氣復(fù)氧設(shè)施，是采用高效原位凈化技術(shù)，通過水體復(fù)氧、碳纖維填料的設(shè)置，為微生物提供附著載體，改善河道污染物降解條件，去除河道水體中大部分的氮磷等污染物，為河道水質(zhì)保持和藻類預(yù)控工程提供良好的前提條件。同時(shí)人工浮島兼具水質(zhì)凈化和景觀效果的雙重功能，特別適用于城區(qū)河道的生態(tài)修復(fù)。

人工浮島利用漂浮栽培的技術(shù)在被污染的水體中種植挺水植物和陸生植物，利用植物的吸收和微生物的分解、合成代謝，去除水中的有機(jī)污染物和其他營養(yǎng)元素。浮島基本不受水深限制，可以吸收富余營養(yǎng)物質(zhì)，還可以營造水上景觀。

曝氣復(fù)氧能夠有效提高水體溶解氧量，使得好氧細(xì)菌能夠有氧呼吸，將河水的有機(jī)物分解，消除黑臭，使得河水清澈，同時(shí)促進(jìn)水體流動，消除死水區(qū)。

人工浮島的設(shè)計(jì)原則一般是布置到河道較為寬闊的水面、雨水排放口附近、或者死水區(qū)，凈化水質(zhì)并通過曝氣促進(jìn)水體流動和溶氧。根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況分析，城區(qū)的六條河道中，除楊腦干渠較為狹窄，不適合布置人工浮島以外，另外河道的部分河段具備布置人工浮島的條件。人工浮島的布置數(shù)量和具體布置位置應(yīng)視河道寬度和水動力學(xué)特性進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

4.4水生植物種植和調(diào)控設(shè)計(jì)

針對周口市水系現(xiàn)狀，在水生植物調(diào)控方面采取近期、中期、遠(yuǎn)期分期實(shí)施，具體措施如下。

近期針對河道補(bǔ)水資源匱乏、水質(zhì)差等問題，水生植物以周口鄉(xiāng)土挺水植物蘆葦、香蒲等為先鋒物種，主要布置在河道兩側(cè)的淺水區(qū)。河道的上游和河道沿線的排污口周圍水生植物種植比例（植物面積/水面積）介于60%～80%，河道下游及其他河段水生植物種植比例介于10%～40%之間；

中期針對河道補(bǔ)水壓力有所緩解，河道沿線排污基本截流，水生植物生態(tài)系統(tǒng)初具規(guī)模等情況，逐漸豐富河道中下游植物多樣性，引入千屈菜、梭魚草、美人蕉、燈心草等植株較小但耐污、治污能力強(qiáng)的挺水植物，引入苦草、金魚藻等先鋒沉水植物，河道植物種植比例（包含沉水植物）預(yù)計(jì)介于20%～40%之間；遠(yuǎn)期針對河道整體環(huán)境已有了質(zhì)的改善后，水生植物種植主要考慮其觀賞性和互動性，逐漸引入荷花、鳶尾、睡蓮、荇菜等色彩鮮艷，具有很強(qiáng)的互動性植物。整個(gè)水生植物生態(tài)系統(tǒng)，尤其是在河道的起始段依然以蘆葦、香蒲、水蔥等同時(shí)兼有凈化和觀賞性植物為骨架；在河道的中下游人流較大河段大面積種植荷花、睡蓮等植物；整條河流均有沉水植物的生境存在。河道植物種植比例，挺水植物10%～15%，浮葉植物5%～10%，沉水植物60%以上，河道生境趨于自然狀態(tài)。

5　結(jié)論

水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建是一項(xiàng)公益性工程，其經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)為間接效益。規(guī)劃建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持節(jié)約資源、節(jié)約能源、節(jié)約資金的理念。除上述設(shè)計(jì)方案外，針對周口市中心城區(qū)水系的水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的管理措施提出如下建議：一是水系上游適當(dāng)限制傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，提倡生態(tài)農(nóng)業(yè)，減少農(nóng)藥、化肥使用量，農(nóng)田邊界和河道綠線之間劃定適當(dāng)寬度的緩沖或隔離帶，消減農(nóng)業(yè)面源污染對河流的影響；二是建設(shè)郊區(qū)生活垃圾集中收集和處理設(shè)施，嚴(yán)禁生活垃圾隨意傾倒，甚至入河，防止淤積河道和污染水體；三是建議設(shè)置沿周商高速生態(tài)涵養(yǎng)帶，周商高速是本次流沙河、洼沖溝治理起點(diǎn)，對保證下游河道水質(zhì)有重要作用。

（責(zé)任編輯：劉長垠韋詩佳）