基于人工濕地在北方山區(qū)河道生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

王 萌，陳艷芳，王黎明

(淄博市水利勘測設(shè)計院，山東淄博255020)

人工濕地系統(tǒng)是一個綜合的生態(tài)系統(tǒng)，它應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理，結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，在促進(jìn)廢水中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益。具有投資低、出水水質(zhì)好、抗沖擊力強(qiáng)、增加綠地面積、恢復(fù)生態(tài)、改善和美化生態(tài)環(huán)境、視覺景觀優(yōu)異、操作簡單、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，在污染河水的治理方面具有良好的適應(yīng)性。經(jīng)過人工濕地系統(tǒng)處理后的出水水質(zhì)因進(jìn)水水質(zhì)或停留時間的不同，可達(dá)到不同的標(biāo)準(zhǔn)。適用于水源和景觀用水保護(hù)，處理后的水可以直接排入湖泊、水庫或河流中。

1 工程概況

本工程位于山東省淄博市沂源縣，工程治理段為沂河沂源縣城區(qū)段，近年來，隨著沂源縣經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐年增加，當(dāng)?shù)鼐用癍h(huán)境保護(hù)意識逐漸加強(qiáng)，沂河污水橫流，垃圾成堆，河道行洪能力不足的現(xiàn)狀無法保障沂河兩岸人民群眾生命財產(chǎn)的安全，已不能滿足城市發(fā)展的需要，群眾要求治理生態(tài)環(huán)境的呼聲很高。

2 水文

本工程屬于沂河流域，屬山溪性河流，降雨后水位暴漲、暴落，洪水夾帶泥沙較多，河床多為砂質(zhì)，沖淤作用明顯。河床滲漏，干旱少雨時，河道出現(xiàn)干枯斷流現(xiàn)象。地勢沿沂河流向自西北向東南傾斜。

工程區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)域大陸性半濕潤氣候，其四季特征分明。常年平均氣溫11.9℃，霜凍期自11月中旬至翌年2月底止，歷時約120 d，降雨主要集中7、8月份，多年平均降水量718.1 mm，年平均風(fēng)速3.3 m/s，最大凍土深度<0.5 m。

工程區(qū)屬山間河谷地貌，第四系沖積地層厚度較厚，無泥石流、滑坡、崩塌、地震、液化等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地層巖性以中粗砂為主，另有砂卵礫石層。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)，地震基本烈度為7°。

3 河道現(xiàn)狀

1)河道平面形態(tài):本次治理河段，河道左岸為沂源縣城區(qū)段，部分河道建有河堤，大部分完好可利用個，僅有局部存在毀壞現(xiàn)象。右岸緊靠山丘，灘地較寬，單側(cè)灘地最寬處可達(dá)150 m。該段河道岸線自然彎曲幅度較大，平面凹凸有型，呈葫蘆狀較多。

2)河道坡降:該段河道綜合坡比在1.2‰，有天然深潭和淺灘，汛期水量充沛時形成水域。近年來，無序過度采砂和非法侵占河道等現(xiàn)象屢禁不止，致使該段河道千瘡百孔，局部河床下切、河堤坍塌、行洪斷面逐步縮窄，河床溝壑縱橫。

3)水質(zhì):由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃治理，沿河生活污水直接排入河道，河水現(xiàn)狀呈褐色，氣味刺鼻。

4 河道修復(fù)對策

河流生態(tài)修復(fù)的定義:河流的生態(tài)修復(fù)是指通過適度人工干預(yù)，促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到較為自然狀態(tài)的過程，在這種狀態(tài)下河流生態(tài)系統(tǒng)具有可持續(xù)性，并可提高生態(tài)系統(tǒng)價值和生物多樣性。

該段河道的治理定位為綠色生態(tài)河道，以突出“水清、岸綠、景美”為重點(diǎn)，恢復(fù)河道原有的生態(tài)面貌，為沂源縣打造一條“水清、岸綠、景美”的綠色生態(tài)長廊。

針對該段河道一側(cè)靠山，河道灘地較大的實(shí)際情況，想要恢復(fù)河道兩岸的植物，必須采用人工干預(yù)的方式。而人工濕地應(yīng)用時的平面形態(tài)應(yīng)盡量保持自然彎曲的形態(tài)，滿足該段河道的天然平面。該段河道的自然形態(tài)，河道坡比等均滿足要求，具備建設(shè)人工濕地的條件。

5 人工濕地設(shè)計

結(jié)合該段河道的實(shí)際情況，本次工程共建設(shè)人工濕地面積17.21萬m2。

5.1 位置選擇

為做到水體和生物的多樣性，創(chuàng)造宜的生存環(huán)境，本次工程首先對該段河道進(jìn)行清淤疏浚，清除河道內(nèi)的違章建筑垃圾，恢復(fù)河道的天然面貌，在此基礎(chǔ)上依托現(xiàn)狀河勢，保護(hù)河道內(nèi)現(xiàn)有的沙洲、深潭等，選擇河道灘地較大的位置建設(shè)人工濕地，隨地形變化，做到有凸有凹，深淺結(jié)合，底部設(shè)置格賓石籠，利用河道原有卵石達(dá)到濕地底部多孔質(zhì)化，保證曲流。

5.2 水源補(bǔ)充

山區(qū)河道為雨源性河道，河道水量受氣候變化影響較大，為保證植物的存活，選擇河道斷面狹窄段修建溢流堰，為人工濕地提供水源。在河道較窄的位置修建溢流堰，共修建4座溢流堰，利用自然地形和溢流堰回水為各種生物創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境，同時可以降低水流速度、蓄洪涵水、削弱洪水的破壞力等。溢流堰在滿足補(bǔ)充人工濕地水源的同時，其斷面形式上采用多樣化，壩頂采用天然石塊砌筑、園林汀步等樣式，營造曲徑通幽的天然的河道景觀，為沂源縣城區(qū)居民提供休閑娛樂，放松性情的好去處。

5.3 物種選擇

作為長期運(yùn)行的河流治理工程，人工濕地系統(tǒng)中的植物和水生動物群落結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)既與淄博當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境相適應(yīng)，又能最大限度提高對水質(zhì)的凈化效果，適應(yīng)北方河道水量變化大的特點(diǎn)，并保持系統(tǒng)運(yùn)行的長久穩(wěn)定性。同時，經(jīng)濟(jì)可行性也是選擇生物時所必須要考慮到的。目前人工濕地植物的應(yīng)用普遍存在著枯死衰退、雜草叢生和根系擴(kuò)展較淺等問題。

蘆葦、菖蒲和美人蕉是人工濕地系統(tǒng)中經(jīng)常采用的3種植物。除了對污染物去除效果較好之外，3種植物還有其自身的特點(diǎn):蘆葦在我國的分布較為廣泛，適應(yīng)性較強(qiáng)，而且有關(guān)文獻(xiàn)表明根系有強(qiáng)烈的泌氧作用，在根系周圍可以形成許多好氧～兼氧～厭氧小環(huán)境，有助于不同種類微生物的生長，從而提高系統(tǒng)對污染物的去除效果;菖蒲的返青期較早，有利于填補(bǔ)早春系統(tǒng)植物的空白;美人蕉枝干比較粗壯，可以從水中吸取固定較多的污染物質(zhì)。

結(jié)合沂河沿岸主要的植物群落以蘆葦和菖蒲居多，考慮本地物種優(yōu)勢，以及后期運(yùn)行管理，本人工濕地中試系統(tǒng)采用蘆葦、菖蒲作為主要物種。

5.4 河道橫斷面設(shè)計

按照因地制宜、就地取材的原則，確定該段河道采用梯形和梯形復(fù)式斷面。保證枯水期流量小，水流歸槽主河道，洪水期水流漫灘，利于行洪滯洪。治理中充分開發(fā)利用河灘，設(shè)置人工濕地、進(jìn)行綠化。河道橫斷設(shè)計圖見圖1。

圖1 河道橫斷設(shè)計圖

5.5 人工濕地的典型模式

1#人工濕地的主要參數(shù):濕地面積:3.06萬m2;水深:0.3～0.8 m;濕地植物:主要種植蘆葦、菖蒲等;組合層:主要采用的是卵石，直徑1～10 cm不等。卵石造價低廉，孔隙率高，利于植物生長。人工濕地結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 人工濕地結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)語

總得來說，人工濕地系統(tǒng)在改善北方山區(qū)河道水質(zhì)，修復(fù)河道自凈能力，河道生態(tài)環(huán)境方面是有潛力的，它具有4個優(yōu)點(diǎn):①建造和運(yùn)行費(fèi)用便宜;②易于維護(hù)，技術(shù)含量低;③可進(jìn)行有效可靠的廢水處理;④可緩沖對水力和污染負(fù)荷的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，但是修建人工濕地在淄博市的河道生態(tài)修復(fù)中起步不長，還處于初步試驗(yàn)和摸索階段，重建輕管現(xiàn)象嚴(yán)重，往往很多人工濕地建設(shè)由于后期疏于管理或管理不到位，難以發(fā)揮作用。為了更好的發(fā)揮人工濕地在河道的凈水能力和景觀需求，建議沂源縣水利局有關(guān)部門加強(qiáng)對人工濕地的后期管理和維護(hù)工作，收集人工濕地運(yùn)行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，提高工程的可持續(xù)性。

[1]郎惠卿.中國濕地研究和保護(hù)[M].上海:上海華東師范大學(xué)出版社，1998.

[2]白曉慧，等.人工濕地污水處理技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，1992，32(6):89 －90.

[3]遲延智，等.人工濕地處理污水的實(shí)踐[J].中國給水排水，2003，(19)4:82 －83.