應(yīng)用BMPs方法綜合治理小流域的水環(huán)境

王從鋒

(三峽大學(xué)土木水電學(xué)院,湖北宜昌 443002)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和人均收入水平的不斷提高,河流流域生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題不斷累積和擴(kuò)大,尤其是一些小流域的生態(tài)退化和環(huán)境污染問(wèn)題日益突出,成為制約流域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題[1].目前,我們國(guó)家開(kāi)始重視流域經(jīng)濟(jì)的綜合發(fā)展,提出可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針.如何綜合治理小流域的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題,提出可行的治理方法和技術(shù),對(duì)我國(guó)的小流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.流域治理現(xiàn)行的方法主要是建立污水處理廠、清理河道和生活垃圾、封山育林減少水土流失等方面,而對(duì)由暴雨引起城鎮(zhèn)河流污染的治理卻較少.實(shí)際上,暴雨引起的面源污染對(duì)河流污染是非常嚴(yán)重的,當(dāng)大量雨水漫過(guò)地面時(shí),就會(huì)產(chǎn)生暴雨徑流(runoff).不透水的地面,如停車場(chǎng)、車道、人行道和街道,會(huì)阻礙暴雨自然地滲入地底,從而造成城鎮(zhèn)的面源污染.而農(nóng)村的化肥、農(nóng)藥在暴雨的沖擊下,也直接流入河流形成農(nóng)村面源污染,農(nóng)村的面源污染問(wèn)題已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題.對(duì)流域開(kāi)展暴雨徑流引起的面源污染治理,是綜合治理流域重要舉措之一.

1 BMPs方法簡(jiǎn)介

暴雨徑流的最佳管理措施(Best Management Practices,簡(jiǎn)稱BMPs),主要應(yīng)用于城市暴雨的處理,主要對(duì)徑流污染物的源頭加以控制(Source Controls)[2].控制的方法有很多種,它們可以分為兩大類,一是結(jié)構(gòu)性的,如滯水池、入水口水質(zhì)處理器等;二是非結(jié)構(gòu)性的,如土地使用的合理規(guī)劃等.BMPs是美國(guó)治理水質(zhì)污染的一套有效的綜合方法,也可以有效地解決農(nóng)村的非點(diǎn)源污染問(wèn)題[3].BMPs的濕滯系統(tǒng)可以有效地減少農(nóng)村面源污染中N、P的污染負(fù)荷[4].暴雨處理BMPs的研究和應(yīng)用在中國(guó)已有認(rèn)識(shí),但這方面的工作還處于初始階段,主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng).

1.1 入滲系統(tǒng)

該系統(tǒng)是將小暴雨降雨而形成的徑流滲入地下,而不是排放到地表水體里.一方面補(bǔ)充地下水,另一方面,可以明顯減少沉積物、重金屬、有毒物質(zhì)、漂浮物、需氧物、油脂、細(xì)菌和病毒以及營(yíng)養(yǎng)物等,一般形式為地下洞、滲水渠、干井、透水部件組成的路面網(wǎng).

1.2 濕滯系統(tǒng)

濕滯系統(tǒng)可以由一個(gè)常年不干的簡(jiǎn)易小水池構(gòu)成,周圍匯集來(lái)的雨水在這里被滯留并得到處理.還可以進(jìn)一步增加預(yù)處理沉積前池、阻流箱、或帶有雨水處理器的進(jìn)水口.濕滯水池在實(shí)踐中可明顯減少沉積物、重金屬、有毒物質(zhì)、漂浮物,以及局部降低由需氧物、油脂、細(xì)菌和病毒以及營(yíng)養(yǎng)物產(chǎn)生的影響.

1.3 干滯系統(tǒng)

這種滯水池的特點(diǎn)是在暴雨間隔期間是干的,而在暴雨期間,池塘蓄滿.底部泄流孔緩慢排放暴雨以給沉積物一定的時(shí)間來(lái)沉淀.干滯水池在實(shí)踐中可明顯減少沉積物、重金屬,以及部分降低由需氧物、有毒物質(zhì)、漂浮物、油脂以及營(yíng)養(yǎng)物產(chǎn)生的影響.

1.4 人造濕地系統(tǒng)

該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較多,種類也較多,在處理暴雨徑流可以得到更廣的用途,在人造濕地中,濕地植物覆蓋設(shè)施占很大比率,可以考慮更多的觀賞性植物.人造濕地在實(shí)踐中可明顯減少沉積物、營(yíng)養(yǎng)物、重金屬、有毒物質(zhì)、漂浮物、需氧物、油脂,還可以局部減少細(xì)菌和病毒.

1.5 生物過(guò)濾系統(tǒng):洼地和過(guò)濾帶

生物過(guò)濾系統(tǒng)有兩種類型:即洼地和過(guò)濾帶.洼地是一個(gè)有植物生長(zhǎng)的溝渠,用來(lái)處理集中水流;過(guò)濾帶是建造時(shí)與來(lái)水面保持平行、與水流方向垂直,用來(lái)處理層流的有效措施.該系統(tǒng)常常沿停車場(chǎng)布設(shè),處理來(lái)自停車場(chǎng)的水流;在處理公路雨水方面也可得到應(yīng)用,把路緣坎線和路邊洼地連接起來(lái),這樣可將街面水流首先導(dǎo)向植草洼地,由于路面徑流與其他大多數(shù)表面的徑流相比,其含有更多的污染物,對(duì)路面徑流實(shí)施洼地預(yù)處理可以降低流向區(qū)域水塘的污染負(fù)荷,提高BMP處理系統(tǒng)的整體效率.

1.6 進(jìn)水口水質(zhì)處理系統(tǒng)

這類系統(tǒng)通常有一個(gè)沉淀箱,該沉淀箱后接一過(guò)濾器.砂石是最常用的過(guò)濾媒介,有些使用濾布、吸附材料和其它市場(chǎng)上易得的混合物作為過(guò)濾媒介.這種處理手段可以使沉積物、重金屬、油脂和飄浮物顯著減少并且能部分地減少營(yíng)養(yǎng)物、有毒物質(zhì)、需氧物質(zhì)、細(xì)菌及病毒.保持系統(tǒng)在非暴雨期間處于無(wú)水狀態(tài)很重要,這樣污染物可以被氧化.

1.7 油水分離系統(tǒng)

安裝使用油水分離器,一般在卡車、小車、設(shè)備的維修和清洗行業(yè),以及對(duì)本身的設(shè)備和交通工具實(shí)行維修的行業(yè)周圍布置.還有需要安裝分離器的公用設(shè)施包括海港、機(jī)場(chǎng)、車輛維修和清洗場(chǎng)所以及大型停車換乘場(chǎng).

1.8 多重系統(tǒng)

上述系統(tǒng)的組合,根據(jù)不同的用途,分別設(shè)計(jì)各系統(tǒng)進(jìn)行組合,通過(guò)串、并聯(lián)共同組成多重系統(tǒng).

2 流域暴雨徑流的治理

應(yīng)用BMP系統(tǒng)對(duì)流域的綜合治理,主要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題,一是技術(shù),二是管理,對(duì)河流治理必須進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和管理.要建立一套小流域的綜合治理集成技術(shù)和管理文件,使得集成技術(shù)具有一定的可操作性,同時(shí)采用配套的管理方法來(lái)使集成技術(shù)得以實(shí)施.最終建立一條集景觀、生態(tài)和行洪于一體的具有自凈能力的河流,同時(shí)維持流域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展.研究治理技術(shù)路線如圖1所示,具體實(shí)施方案如下.

圖1 流域治理技術(shù)路線流程圖

2.1 流域降雨徑流特征研究和流域內(nèi)城鎮(zhèn)徑流污染物調(diào)查與分析

對(duì)流域地形和降雨徑流引起的污染問(wèn)題進(jìn)行全面的勘查.對(duì)流域的降雨徑流規(guī)律進(jìn)行分析,并對(duì)徑流污染物負(fù)荷與流量關(guān)系進(jìn)行研究,同時(shí)對(duì)匯流面積,非滲透面大小,徑流系數(shù)等進(jìn)行調(diào)查和計(jì)算,從而確定徑流處理量,并設(shè)計(jì)出規(guī)模適當(dāng)?shù)奈塾晁幚碓O(shè)施.對(duì)流域進(jìn)行暴雨徑流的取樣,分析污染物的特征,并對(duì)有代表性的出水口進(jìn)行數(shù)值模擬,從而保證徑流污染物的分析成果能滿足設(shè)計(jì)要求.

2.2 城鎮(zhèn)小區(qū)暴雨引起面源污染控制技術(shù)

選擇一個(gè)城鎮(zhèn)小區(qū)進(jìn)行示范研究,收集、排泄和處理系統(tǒng)進(jìn)行方案選擇及技術(shù)設(shè)計(jì),對(duì)小區(qū)屋面雨水污染進(jìn)行取樣分析,根據(jù)合適的地形條件,結(jié)合小區(qū)綠化帶,建立相應(yīng)的處理措施,主要是對(duì)綠化帶進(jìn)行技術(shù)改造,使屋面雨水在進(jìn)入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)之前,先經(jīng)過(guò)綠化帶的過(guò)濾處理.對(duì)城鎮(zhèn)道路綠化帶進(jìn)行治理,使綠化帶的高程低于路面高程,并對(duì)綠化帶進(jìn)行透水設(shè)計(jì).并通過(guò)實(shí)驗(yàn),選擇不同的基質(zhì)和植被,形成一個(gè)完整的集生態(tài)與景觀于一體的示范小區(qū).

2.3 農(nóng)業(yè)、農(nóng)村面源污染控制技術(shù)

結(jié)合流域的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),應(yīng)用循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù),選擇合適的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu),研究生態(tài)施肥技術(shù)、節(jié)水灌溉技術(shù)等,并對(duì)不同地勢(shì)的農(nóng)田設(shè)置截留措施,對(duì)禽畜養(yǎng)殖,采用系統(tǒng)工程的方法,從生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會(huì)學(xué)角度,構(gòu)建集養(yǎng)殖、種植、污染防治與治理為一體的生態(tài)型禽畜養(yǎng)殖業(yè),實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.建立多套類似“養(yǎng)豬-沼氣-濕地-魚塘”的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型模式.對(duì)農(nóng)村生活用水的處理考慮單戶型或分散小區(qū)的應(yīng)用,重點(diǎn)對(duì)人工濕地和溝塘構(gòu)建技術(shù)進(jìn)行處理.

2.4 生態(tài)護(hù)岸的構(gòu)建技術(shù)

生態(tài)護(hù)岸在考慮建筑物具有一定的強(qiáng)度、安全性和耐久性的同時(shí),充分考慮穩(wěn)定性與景觀性、生態(tài)性、自然性和親水性的完美結(jié)合.要結(jié)合各種護(hù)岸材料的優(yōu)點(diǎn)、不同的護(hù)岸型式,建立復(fù)合型生態(tài)護(hù)岸[5-6].對(duì)流域的不同地段,設(shè)置不同的護(hù)岸型式.針對(duì)坡度較緩的岸坡的護(hù)岸方式,采用復(fù)式斷面,也就是將直立式護(hù)岸和斜坡式護(hù)岸有效結(jié)合,布置成二級(jí)親水平臺(tái),局部地段進(jìn)行臺(tái)階式護(hù)岸,增強(qiáng)其親水性.沿岸進(jìn)行立體綠化,局部地段擴(kuò)大綠化范圍,增加景觀節(jié)點(diǎn).在兩岸親水平臺(tái)以上斜坡種植草皮,即保護(hù)河岸不受沖刷,又綠化河道,保護(hù)生態(tài),濱水行人道兩側(cè)種植觀賞性花木,適當(dāng)布置休息平臺(tái)、花架花廊,從而達(dá)到排澇防洪、綠化、景觀、休閑、旅游等多功能為一體的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng).針對(duì)坡度較陡的岸坡的護(hù)岸方式,重點(diǎn)進(jìn)行護(hù)腳與護(hù)坡兩部分的設(shè)計(jì).護(hù)腳工程的結(jié)構(gòu)型式最好應(yīng)能適應(yīng)一定的變形,對(duì)于河寬較寬河段采用散拋石護(hù)腳;對(duì)于河寬較窄河段采用沉管護(hù)腳等型式.對(duì)于護(hù)坡可采用生態(tài)混凝土進(jìn)行治理.總之,對(duì)護(hù)岸技術(shù)的構(gòu)建,在滿足防洪的要求下,要重點(diǎn)考慮護(hù)岸對(duì)污染物的截留效果.

2.5 應(yīng)用BMP系統(tǒng)具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益

把上述8大系統(tǒng)綜合運(yùn)用于小流域的綜合治理中,可以有效地解決流域內(nèi)的環(huán)境污染問(wèn)題,有著良好的社會(huì)效益,它可以有效地減少農(nóng)村面源污染帶來(lái)的一系列環(huán)境問(wèn)題,如水質(zhì)惡化、水土流失嚴(yán)重等.結(jié)合小流域內(nèi)城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、河岸的治理技術(shù),融入BMPs方法,對(duì)小流域的綜合治理提供有效的治理方法.

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)應(yīng)用BMP系統(tǒng),治理小流域水環(huán)境在技術(shù)路線和具體方案實(shí)施上是可行的,該系統(tǒng)可以截留暴雨沖刷地表污染物和水土流失,延長(zhǎng)水力下泄的時(shí)間,是綜合治理小流域行之有效的方法,它是一個(gè)綜合系統(tǒng),需要根據(jù)流域的特點(diǎn)、采取相應(yīng)的措施.

(2)流域新農(nóng)村、新城鎮(zhèn)建設(shè)急需新的研究思路,本文提出的思想對(duì)我國(guó)目前的流域城鎮(zhèn)規(guī)劃和設(shè)計(jì)將產(chǎn)生較為廣泛的影響.

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