新港公園人工湖綜合治理技術(shù)

席松 朱樹(shù)成 瞿強(qiáng)

[摘要]在濱海新區(qū)的大力的開(kāi)發(fā)開(kāi)放的背景下，環(huán)境工程的提升與新區(qū)的城市定位相適應(yīng)。人工湖、水系的應(yīng)用在各種景觀工程中得到了大量的應(yīng)用。如何對(duì)原有的湖泊進(jìn)行改造，通過(guò)對(duì)新港公園改造，形成了新區(qū)一整套人工湖泊的綜合治理技術(shù)。這些技術(shù)方法普遍適用于天津?yàn)I海地區(qū)，具有很強(qiáng)的代表性和實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

[關(guān)鍵詞]濱海地區(qū)人工湖綜合治理

新港公園人工湖的綜合治理技術(shù)包含：湖底淤泥填埋及清理技術(shù)、湖底防滲處理技術(shù)、湖區(qū)生態(tài)保持技術(shù)、湖區(qū)補(bǔ)水及水質(zhì)保持技術(shù)等四大關(guān)鍵技術(shù)。

工程概況及技術(shù)難點(diǎn)。

1)工程概況

天津新港公園改造工程是2010年天津?yàn)I海新區(qū)市容環(huán)境整治重點(diǎn)工程，工程地處新港三號(hào)路與二號(hào)路之間，港醫(yī)路以東，離濱海新區(qū)政府直線距離約500米。該公園做為新港地區(qū)的唯一一個(gè)公園，工程改造受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。該工程為市政公建工程，工程總面積81600㎡，其中水面用地15700㎡、公建用地1900㎡、公共綠地用地46900㎡、道路用地16600㎡、市政公共用地500㎡。改造后湖區(qū)最深處限制在1.5m。

2）技術(shù)難點(diǎn)

（1）湖底清淤問(wèn)題

由于原湖區(qū)較深，如將淤泥全部清理出去，回填量將大大增加，且清淤期處在11月底，湖底無(wú)法晾干，淤泥也無(wú)法進(jìn)行有效的清理。如何進(jìn)行湖底處理加快施工進(jìn)度是一大難點(diǎn)。

（2）湖區(qū)防滲漏及補(bǔ)水的問(wèn)題

由于濱海地區(qū)土質(zhì)情況決定了必須采取可靠措施進(jìn)行防滲漏處理，這也是人工湖處理的一個(gè)大難題。由于湖區(qū)面積大，表面蒸發(fā)速度快加之局部滲漏的問(wèn)題，湖區(qū)失水較快，如何解決湖區(qū)的補(bǔ)水問(wèn)題亦是一大難題。

（3）人工湖自潔及生態(tài)保持的問(wèn)題

湖區(qū)建成后其生態(tài)保護(hù)、水質(zhì)的保持是必須重視的問(wèn)題，如何巧妙的解決生態(tài)保護(hù)的問(wèn)題在新港公園改造工程中得到了較好的解決。

通過(guò)對(duì)新港公園改造工程人工湖的綜合治理，在新區(qū)人工湖中樹(shù)立一個(gè)精彩亮點(diǎn)，給同類工程的設(shè)計(jì)及施工帶來(lái)了全新的理念和解決方法。

2、湖底淤泥處理及粘土防滲技術(shù)

人工湖的湖底如何處理是比較關(guān)鍵的，通過(guò)調(diào)查塘沽及開(kāi)發(fā)區(qū)多個(gè)人工湖，發(fā)現(xiàn)人工湖普遍存在漏水、水質(zhì)較差等問(wèn)題。如何處理湖底擺在了我們面前。

1)利用拆房土擠淤進(jìn)行湖底處理。

在新港公園工程開(kāi)工時(shí)間為2009年11月底，在這個(gè)季節(jié)，淤泥無(wú)法晾干。同時(shí)湖底標(biāo)高較低。經(jīng)與設(shè)計(jì)及業(yè)主方協(xié)調(diào)采用了拆房土（磚渣土）進(jìn)行填埋、碾壓對(duì)淤泥進(jìn)行處理的方法。這一方法在天津地區(qū)被廣泛用于洼地及淤泥坑的填埋處理以及一些地基處理方面。經(jīng)過(guò)對(duì)淤泥處理后再采用800厚粘性土分層碾壓，形成隔水層，達(dá)到防滲防漏的效果。

采用磚渣土處理淤泥的做法源自于天津地區(qū)的填坑做法，其廣泛應(yīng)用于地基處理。要求磚頭含量在80%以上，由于粘土磚良好的吸濕性，在外力的作用下壓入淤泥中，流塑體變成硬塑復(fù)合體。其模型為：

湖區(qū)淤泥厚度：1米，淤泥面積:20000m2。淤泥含水量大于60%,天然孔隙大于1.5，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，淤泥基本承載力為50Kpa，填筑拆房土后,由于吸水固結(jié)穩(wěn)固，含水量降低到塑限狀態(tài)后，天然孔隙小于1.0，地基允許承載力100kPa。

理論計(jì)算:拆房土粗料占80%以上，一塊磚重2487g,吸水飽和后2935g，一塊磚體積24.0×11.5×5.3cm，所以磚密度在1.70~2.01之間，選定磚的平均密度：1.86g/cm3。拆房土中砂漿密度在1.8~1.9之間，選定砂漿平均密度：1.85 g/cm3。最終確定拆房土密度為：1.86 g/cm3。淤泥密度取1.4 g/cm3。

拆房土墊鋪完成后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定拆房土頂面高出淤泥頂面0.5米。

數(shù)學(xué)模型：采用單位立方拆房土柱體進(jìn)行計(jì)算。拆房土進(jìn)入淤泥的深度為:h

根據(jù)受力平衡考慮：最終平衡干系，拆房土重力與淤泥吸水后提供的支持力平衡。

即：ρ拆房土hg s +0.5ρ拆房土g s =ρ淤泥hg s+100×10-3×s

h=0.2m

需平均填筑厚度為：0.2+0.5=0.7米。

根據(jù)計(jì)算，公園湖區(qū)需平均鋪筑0.7米的拆房土。考慮到拆房土的虛鋪密度較小，在公園人工湖處理過(guò)程中采取了填筑1米厚拆房土并碾壓密實(shí)的作法。

2）利用粘土層做為防滲層。

由于粘土的微滲漏性，廣泛用于湖區(qū)、堤壩的防滲漏處理。在新港公園工程中，我們采用了純粘土碾壓的方法進(jìn)行防滲。

3、人工湖補(bǔ)水及湖水自循環(huán)系統(tǒng)

1）人工湖補(bǔ)水系統(tǒng)

由于北方地區(qū)天氣晴朗，湖區(qū)面積大，蓄水量少，水汽蒸發(fā)量較大。加之新區(qū)地質(zhì)較差，難以做到完全不滲漏。采取何種方式補(bǔ)水顯得尤為重要。

在新港公園人工湖補(bǔ)水采取了三種補(bǔ)水方式，其一是采用地下水進(jìn)行補(bǔ)水。在公園的西南角，設(shè)置口徑700，深度達(dá)90米的深井，采用兩臺(tái)300QJ深井泵進(jìn)行補(bǔ)水。這是公園主要的補(bǔ)水方式。第二是采用市政管網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)水。在假水疊水處及西南側(cè)排水處分別設(shè)置了兩個(gè)市政補(bǔ)水井。必要情況下采用自來(lái)水進(jìn)行補(bǔ)水。第三種補(bǔ)水方式是自然補(bǔ)水法。利用雨、雪天等自然條件進(jìn)行補(bǔ)水。其中主要的補(bǔ)水方式為第一種，經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)，達(dá)到了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

2)湖水自循環(huán)系統(tǒng)

（1）湖水循環(huán)自潔的原理

自然界的湖泊本來(lái)具有一定的自凈能力，能自我凈化水質(zhì)，保持水質(zhì)潔凈。但當(dāng)湖水缺乏流動(dòng)性，自凈能力不足，周圍環(huán)境、空氣中的污染物逐漸聚集到湖水中時(shí)時(shí)，往往會(huì)使水體特別是底層水體嚴(yán)重缺氧，極大地抑制了好氧微生物(硝化細(xì)菌)的活性。在缺氧狀態(tài)下厭氧微生物大量繁殖，對(duì)落入水底的有機(jī)物進(jìn)行厭氧分解，產(chǎn)生硫化氫、甲烷、氨等有害氣體，釋放臭氣并造成魚(yú)蝦大量死亡甚至絕跡。硫化氫又與水中的鐵反應(yīng)，生成硫化鐵使水體發(fā)黑。得不到及時(shí)分解的有機(jī)物沉積在水底，形成黑色淤泥，并發(fā)出惡臭。

因此在人工湖處理過(guò)程中要設(shè)法增加水體中的氧分。

氧能消除有機(jī)物污染；在有充足氧氣和豐富微生物的條件下，有機(jī)物污染指標(biāo)COD和BOD明顯下降，黑臭現(xiàn)象消失。湖底的有機(jī)物降解所產(chǎn)生的甲烷、硫化氫等有毒和有害氣體被去除。

氧能減少水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量；水體充氧后，抑制了湖底厭氧菌的有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程、隨湖底氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放量減少。同時(shí)，好氧微生物的活動(dòng)，加速底質(zhì)的無(wú)機(jī)化過(guò)程。磷可以與水體中鈣相結(jié)合，形成不溶于水的化合物，而沉降于湖底，從水中去除。

氧能消除藻類水華；水體循環(huán)曝氣造成的水層對(duì)流交換條件，使表層藍(lán)藻水華難以形成，表層水中的藻類被轉(zhuǎn)移到湖底或下水層，因光照條件的改變，難于維持生長(zhǎng)，抑制藻類的繁殖。它可以在短時(shí)間內(nèi)消除水體黑臭、降低有機(jī)污染物和胺氮，在外觀上使水體變清。在后續(xù)的保持過(guò)程中可逐步提高水體的自凈能力；即使在外來(lái)污染源未被截?cái)嗟那闆r下，它仍然可通過(guò)曝氣充氧和添加微生物菌種等措施，減少外來(lái)污染源對(duì)水體的沖擊，使天然水體污染加劇的狀況得到控制。

氧能改善水質(zhì)及透明度；被污染的水體中的多種無(wú)機(jī)懸浮物、活的浮游植物及死亡的殘骸、大型水生植物碎屑、分解的有機(jī)碎屑等是影響水質(zhì)和透明度的重要物質(zhì)。水體曝氣充氧后有效的抑制藻類過(guò)度繁殖，從而減少了水中有機(jī)質(zhì)，使水體透明度明顯提高，改善水質(zhì)量。

氧能減少底泥的內(nèi)源污染；水體充氧后，湖泊底質(zhì)表層含氧量增加，好氧微生物活動(dòng)趨強(qiáng)，通過(guò)微生物的代謝過(guò)程促進(jìn)底泥有機(jī)污染物的降解，逐步形成無(wú)機(jī)化底質(zhì)覆蓋層，阻斷內(nèi)源污染。由于很多景觀水體人為污染嚴(yán)重，包括接引的水源水質(zhì)較差、水域娛樂(lè)場(chǎng)所的污染、觀賞魚(yú)投加餌料的沉積等，長(zhǎng)時(shí)間污染物聚集，可能在一年后出現(xiàn)水質(zhì)惡化現(xiàn)象，水體透明度變差、顏色變暗、甚至有異味。這種情況下僅靠水體原有的生態(tài)系統(tǒng)難以完成自凈，因而需要科學(xué)合理的對(duì)原有的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)和加強(qiáng)。

讓水體合理循環(huán)利用，也可使污染的水質(zhì)還原修復(fù)。

（2）自循環(huán)泵的選擇

在新港公園人工湖改造工程中，我們通過(guò)對(duì)水體進(jìn)行自循環(huán)加氧的辦法進(jìn)行處理。在公園的東北角，我們新增了一下循環(huán)泵井，在井內(nèi)安裝了兩臺(tái)KQL300-300立式循環(huán)水泵（一用一備），每小時(shí)流量達(dá)到900m3，每9小時(shí)將湖水循環(huán)一遍。循環(huán)水管道采用了DN300的球磨鑄鐵給水管道，自綠化排鹽層下部向西一直埋設(shè)至假山景亭處。從根本上解決了補(bǔ)氧的問(wèn)題。

作為循環(huán)水處理來(lái)說(shuō)，首先遇到的問(wèn)題就是循環(huán)水量的問(wèn)題，換句話說(shuō)就是循環(huán)周期如何確定。國(guó)際上循環(huán)水處理最成熟的理論莫過(guò)于對(duì)游泳池循環(huán)水處理周期的確定，國(guó)際上法定的循環(huán)周期是6～8h，即每天循環(huán)3～4遍。河湖水體不考慮人體入水污染，自然要拉長(zhǎng)水處理周期。如上所述，因?yàn)榈谌焖w開(kāi)始顯現(xiàn)水質(zhì)變差，故周期采取2～3天。根據(jù)這國(guó)內(nèi)一些人工河湖運(yùn)轉(zhuǎn)幾年的情況看，循環(huán)周期采用48h是合適的，夏季時(shí)水體能見(jiàn)度也可達(dá)到1米。一般在暴雨時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)混濁，雨后循環(huán)2～3個(gè)周期即4～6天后水體又恢復(fù)清澈如初，因此循環(huán)周期定為48h是合理的。

48～72h作為河湖水的循環(huán)周期是遵循：實(shí)踐—理論—再實(shí)踐，這樣的過(guò)程產(chǎn)生的。當(dāng)然也不是固定不變的。譬如，不同的季節(jié)循環(huán)周期可以相差很大，涼季可以停機(jī)，48h是指炎夏而言，其它季節(jié)可以延長(zhǎng)循環(huán)周期，減少循環(huán)水量或停機(jī)。因此還有一個(gè)后期運(yùn)轉(zhuǎn)管理的問(wèn)題，凡觀察到水體清澈透亮的時(shí)候都可以隨時(shí)停機(jī)。

以新港公園為例，其湖區(qū)面積20000m2，最深處為1.5m，平均深度為1m，湖區(qū)蓄水量：20000×1＝20000(m3)。按48h循環(huán)一次，則有:20000÷48=416(m3/h)?？紤]到白天循環(huán)，夜間停泵，循環(huán)水泵流量選擇不小于：416×2=832(m3/h)。

選用KQL300-300，其流量為900m3/h，揚(yáng)程25m，功率75KW。完全滿足湖區(qū)水的循環(huán)要求。

循環(huán)泵的自動(dòng)控制：循環(huán)泵控制采用定時(shí)器控制，每天自動(dòng)開(kāi)啟循環(huán)12h，電源采用雙電源，水泵采用一用一備。

4、生態(tài)保護(hù)技術(shù)

1）采用原生態(tài)河卵石鋪筑湖底面層，人工搭建相似的生態(tài)系統(tǒng)

湖底面層處理由原來(lái)的混凝土澆筑及面磚鋪貼更改為河卵石壓鋪。卵石采自綏中河道，經(jīng)海運(yùn)到達(dá)天津港運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)于原狀河卵石不允許過(guò)篩，保持原河底卵石的級(jí)配，同時(shí)要求即采即用。由于河卵石中含有大量的各種生物的卵，主要目的是將綏中河道中的生物帶到人工湖中，讓其繁殖。以保持人工湖的生物多樣性。湖底處理后的結(jié)構(gòu)圖如下：

更為有效的做法是改變生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)有的環(huán)境條件，包括降低營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷，消除風(fēng)浪、藍(lán)藻水化，提高光照和透明度，改善底質(zhì)環(huán)境等，創(chuàng)造草型生態(tài)系統(tǒng)能夠得以發(fā)展和培植的良好外部環(huán)境。

2）種植水生高等植物

水生高等植物發(fā)育良好有利于創(chuàng)造環(huán)境多樣性，提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，而生態(tài)系統(tǒng)的多樣性又有助于提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。國(guó)外有實(shí)驗(yàn)表明，某大型無(wú)脊椎動(dòng)物的種類、數(shù)量伴隨著水生植物的減少而減少。水草本身又是水生動(dòng)物的飼料，進(jìn)一步增加了水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈長(zhǎng)度和復(fù)雜性，從而形成穩(wěn)定、平衡的生態(tài)系統(tǒng)。此外，水生高等植物能夠從多方面影響浮游動(dòng)物的生境，是影響浮游動(dòng)物的種類組成、密度、多樣性的重要因素之一。

作者介紹：

席松：中建八局西南分公司天津事業(yè)部副總工程師。

朱樹(shù)成：天津塘沽城市建設(shè)投資公司副總經(jīng)理、總工程師。

瞿強(qiáng)：天津塘沽城市建設(shè)投資公司工程師。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。