魏志勇,顧俊芹,李志堅(jiān) ,王景利
(1.薊縣林業(yè)局,天津 薊縣301900;2.天津市引灤工程于橋水庫管理處,天津 薊縣301900)
于橋水庫現(xiàn)為引灤入津工程大型調(diào)蓄水庫,以防洪、供水為主,兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖等的綜合利用,總庫容15.59×108m3,控制州河流域面積2 060 km2,是天津市重要的水源地。由于于橋水庫庫區(qū)周邊人口和經(jīng)濟(jì)快速增長,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,致使庫周污染逐漸加劇,改善庫區(qū)水生態(tài)環(huán)境,確保城市供水安全是當(dāng)前最重要的任務(wù)。其綜合治理秉承控源、生態(tài)修復(fù)和庫區(qū)管理三結(jié)合的基本原則。控源包括流域內(nèi)部各種外源負(fù)荷以及沉積物釋放所產(chǎn)生的內(nèi)源負(fù)荷??紤]到沙河、黎河均在遵化市不屬于天津市行政管理轄區(qū),流域內(nèi)部的各種外源負(fù)荷難以控制,采用生態(tài)工程技術(shù)對(duì)天津市境內(nèi)的入庫河口進(jìn)行水源地生態(tài)濕地建設(shè)不失為最佳選擇。
濕地生態(tài)凈化系統(tǒng)擬建在于橋水庫上游庫區(qū)與黎河下游的交匯處,在水庫入庫河口果河北側(cè)。該區(qū)域在20.53 m高程以下的庫區(qū)范圍,總面積27.49 km2。利用濕地生態(tài)凈化系統(tǒng)將于橋水庫上游受污染的水體截至濕地系統(tǒng)中進(jìn)行凈化處理,改善水庫生態(tài)環(huán)境。
處于果河岸邊,現(xiàn)為魚塘或河灘地,地勢平坦。果河南岸灘地地面高程17.3 m左右,東高西低,平均坡度4.1%。果河北岸地面高程17.85 m左右,東高西低,平均坡度3.6%。東部農(nóng)田和魚池區(qū)域地面高程分別為19.5 m、18.3 m左右。西部魚池的地面高程17.5 m左右。
場地區(qū)域的地表層土壤以粉土為主,含碎石、樹根等,厚度 1.8~3 m,滲透系數(shù)(4.8~5.9)×l0-4cm/s,屬中等弱透水性能。第二層為粉土,含云母、見樹根,厚度為0.7~1.7 m,滲透系數(shù) 10-5cm/s,屬弱透水土壤。第三層為沙土層,平均厚度4 m,滲透系數(shù)(10-2~10-3) cm/s,屬強(qiáng)透水層。 第四層為粘土,屬比較理想的隔水層。
為了維持于橋水庫庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)平衡,將黎河汛期洪瀝水污染較嚴(yán)重的水頭導(dǎo)入水源地生態(tài)濕地系統(tǒng),凈化達(dá)標(biāo)后進(jìn)入于橋水庫。對(duì)于超過該標(biāo)準(zhǔn)且水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或凈化不達(dá)標(biāo)的水體則排入分流排水系統(tǒng)進(jìn)行處理。水源地濕地凈化生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃安排在果河入水源地,設(shè)置節(jié)制閘,將污染嚴(yán)重的水體通過開挖的引水渠,導(dǎo)入河道岸邊的濕地生物凈化池,凈化后達(dá)標(biāo)的水體再進(jìn)入水庫。因此,水源地濕地凈化生態(tài)系統(tǒng)包括生物凈化系統(tǒng)和分流排水系統(tǒng)兩部分。
在果河橋下游3.3 km處建設(shè)低水閘,閘上右堤400 m處開挖引水渠,來水首先進(jìn)入沉沙池,再經(jīng)給水渠等輸配水系統(tǒng)進(jìn)入東側(cè)濕地凈化池,經(jīng)過生物凈化作用,使污染物含量降低后,由受水渠出水,進(jìn)入南北向的五一渠。在五一渠的南北兩端建設(shè)節(jié)制閘,控制東側(cè)濕地出水進(jìn)入西側(cè)濕地的輸配水系統(tǒng),再經(jīng)生物凈化作用,使污染物含量進(jìn)一步降低,水質(zhì)達(dá)標(biāo)后,由受水渠出水,經(jīng)圍堤西、南側(cè)排水閘排入水庫。如水質(zhì)仍不達(dá)標(biāo),則按來水線路退水至進(jìn)水渠,由倒虹吸穿過果河,經(jīng)分流渠道排走。如果河來水非常惡劣,預(yù)計(jì)濕地系統(tǒng)不可能對(duì)其凈化處理;或因季節(jié)氣溫等因素的影響,濕地系統(tǒng)也不可能對(duì)其凈化處理,來水則直接由分流渠道排走。
3.1.1 物種選擇
根據(jù)場地情況,濕地系統(tǒng)可布置總占地面積9.36 km2,其中水面7.72 km2。用于濕地處理系統(tǒng)的植物包括挺水植物、浮水植物、沉水植物和浮游植物等。
水面濕地設(shè)計(jì)種植植物為蘆葦。蘆葦濕地系統(tǒng)的主要功能為處理初期洪瀝水改善水庫水質(zhì),以及生產(chǎn)高質(zhì)量蘆葦,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)蘆葦生長特性計(jì)算,濕地年處理水量為(9 241~17 702)×10-4m3,水面面積 7.72 km2,平均水力負(fù)荷 17.45 m/a,換算4.78 cm/d。通過水工建筑物人為調(diào)節(jié)進(jìn)出水量來控制停留時(shí)間,設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為0~20 d。
3.1.2 濕地田間工程
生物凈化池:濕地系統(tǒng)占地面積9.36 km2,以五一渠為界分為東西兩個(gè)相對(duì)的子區(qū)域,東側(cè)面積3.56 km2,西側(cè)面積5.8 km2,圍繞子系統(tǒng)四周筑頂寬5 m的圍堤。東側(cè)圍堤內(nèi)分為21個(gè)單元(包括1個(gè)沉沙池單元),西側(cè)圍堤內(nèi)分為32個(gè)單元。每個(gè)處理單元間為輸配水渠道,渠道圍埝修筑3 m的埝頂?shù)缆?,便于濕地工程管理和蘆葦?shù)氖崭?、運(yùn)輸。
輸配水工程:在東側(cè)濕地區(qū)域的南端修建進(jìn)水閘1座,以及1.1 km進(jìn)水渠,以溝通果河和沉沙池。在沉沙池的南北向圍埝上修建3個(gè)布水閘和3條布水渠,南側(cè)布水渠向北布水,北側(cè)布水渠向南布水,中間布水渠向兩側(cè)布水。在3條布水渠間修建2條受水渠,雙向受水。受水通過受水渠與五一渠相交的排水閘進(jìn)入五一渠,再經(jīng)進(jìn)水閘進(jìn)入西區(qū)濕地;西區(qū)濕地系統(tǒng)布置2條東西向布水渠,雙向布水。受水渠布置于中間及西南周邊,受水經(jīng)南部2個(gè)排水閘和西部1個(gè)排水閘進(jìn)入庫區(qū)。
蘆葦濕地田間工程:田間工程主要處理單元內(nèi)部受水系統(tǒng)。為保障均勻布水,在處理單元內(nèi)部,中央設(shè)置南北向的集水溝與單元外部的受水渠相交。在集水溝兩側(cè)設(shè)置若干的側(cè)滲溝,溝間距離 50~100 m,溝深 1.2~1.5 m,形成“非”字形狀。來水經(jīng)布水渠流入處理單元后,首先充滿場地,然后經(jīng)側(cè)滲溝排入集水溝,流入單元外的受水渠。
從果河橋下1 km附近分流,分流口位于燕各莊村北,利用原匯流渠道向南,再穿過燕山山脈埡口,與蘭泉河主河道的上游相接,最終匯入薊運(yùn)河。
濕地系統(tǒng)日常運(yùn)行管理包括水量調(diào)度、輸配水系統(tǒng)和集排水系統(tǒng)設(shè)施的維護(hù);對(duì)植物和田間工程的管理;以及對(duì)主要工藝指標(biāo)的監(jiān)測。在蘆葦?shù)牟煌趹?yīng)采取不同的水量和水深,出芽期、幼苗期和莖稈成熟期應(yīng)以淺水層和交替布水方式運(yùn)行為主;而在生長旺盛、孕穗和開花期可以高水力負(fù)荷,較深水層方式運(yùn)行,但應(yīng)及時(shí)排水;冬運(yùn)期應(yīng)該使單元保持較深水層,并形成冰蓋,此后以相應(yīng)水力負(fù)荷或交替布水方式,采取冰下運(yùn)行。
濕地工程的維護(hù)與管理主要是對(duì)進(jìn)水渠道、布受水設(shè)施的定期維護(hù)和對(duì)處理單元田埂的整修等。對(duì)于沉沙池內(nèi)的淤泥要經(jīng)常清理,堤埂塌陷處要及時(shí)維修,特別是雨季前后要進(jìn)行一次全面檢查和維護(hù)工作,對(duì)落入渠內(nèi)特別是格柵前的塑料等雜物要及時(shí)清理以免堵塞水泵,田間輸水明渠應(yīng)及時(shí)維護(hù),對(duì)渠內(nèi)的枯草和淤積泥沙要經(jīng)常清除,對(duì)各單元進(jìn)水口的閘門要及時(shí)維修,以保障水渠暢通,放水口和閘門調(diào)解功能正常。
田間工程的維護(hù)包括處理單元地面的平整、進(jìn)水口附近地面沖刷坑的平整和單元圍埝的維護(hù)。對(duì)地面不平、局部較深積水的區(qū)域要及時(shí)填平,對(duì)進(jìn)水口附近的沖刷水坑可以填平,也可用碎石墊鋪以防沖刷,對(duì)圍埝的維護(hù)是經(jīng)常性的工作,要經(jīng)常巡視,若發(fā)現(xiàn)塌崩或漏水要及時(shí)修復(fù)。在雨季要對(duì)田埂的完整性進(jìn)行一次全面的檢修。在冬季運(yùn)行之前,要結(jié)合冬季運(yùn)行的要求,進(jìn)行一次全面的固堤平整等維護(hù)工作,以保證滿足處理工程冬季運(yùn)行的特殊要求。
監(jiān)測站主要布設(shè)于總進(jìn)水口、總出水口,此外,還根據(jù)工作的要求在側(cè)滲溝、明渠、處理單元地表等處設(shè)若干監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)必須具有完整性和可比性。常規(guī)監(jiān)測項(xiàng)目包括水溫、PH、DO、SS、BOD5、COD、TN、TP、細(xì)菌總數(shù)、糞大腸菌群等項(xiàng)。監(jiān)測頻率為每季度一次。每塊地以梅花布點(diǎn)采樣,每個(gè)采樣點(diǎn)分五層采樣(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~100 cm),監(jiān)測項(xiàng)目為 PH 值、全鹽量和離子 (K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO42-),采樣頻率為每年一次。 植物蘆葦監(jiān)測站位的確定方法與土壤相似,監(jiān)測項(xiàng)目為蘆葦?shù)拿芏取⒅旮?、莖粗、節(jié)數(shù)、節(jié)長和地上生物量等,監(jiān)測頻率為每年一次。
圖1 水源地生態(tài)濕地凈化系統(tǒng)工藝布局
水源地生態(tài)濕地系統(tǒng)的建設(shè),可攔截上游輸入的氮、磷負(fù)荷,對(duì)保護(hù)于橋水庫的水環(huán)境,維持營養(yǎng)平衡起到巨大作用。濕地處理系統(tǒng)氮、磷去除率分別可達(dá)55%、83%。從而消減入庫污染負(fù)荷,降低于橋水庫庫區(qū)的營養(yǎng)物質(zhì)。于橋水庫為磷控制型水庫,總磷負(fù)荷的消減是預(yù)防和控制水庫富營養(yǎng)化的最重要措施。
水源地生態(tài)濕地系統(tǒng)的實(shí)施可減少黎河下游區(qū)養(yǎng)鴨、鵝,耕種作物等人為活動(dòng),增加天津市飲用水源地水源保護(hù)的安全性。
形成7.72 km2的濕地,還可形成全新的水生生態(tài)環(huán)境,為各種動(dòng)物及微生物的生存提供棲息地,強(qiáng)化微生物對(duì)環(huán)境的凈化機(jī)制,促進(jìn)水庫生態(tài)的恢復(fù)。同時(shí)可以開辟為生態(tài)旅游休閑區(qū),為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),解決庫區(qū)民生。
按每667 m2蘆葦年產(chǎn)量750 kg(干重)計(jì),總產(chǎn)量可達(dá)8 700 t,收割后用于造紙和復(fù)合肥的原料,年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)收益174萬元。同時(shí),濕地系統(tǒng)凈化作用可有效抑制水庫中藻類的生長量(水中藻類減少50%以上),從而減輕對(duì)天津水廠水處理的壓力。由此而節(jié)約的自來水處理藥劑及水量費(fèi)用,每年可達(dá)300萬元。
水源地生態(tài)濕地系統(tǒng)是有效減緩于橋水庫富營養(yǎng)化進(jìn)程,確保引灤入津長期發(fā)揮輸水功能,為天津市工農(nóng)業(yè)提供安全可靠水源保證的重要措施,該工程實(shí)施將產(chǎn)生巨大的綜合效益。