生態(tài)凈化原理在桐鄉(xiāng)市應(yīng)急水源地工程中的應(yīng)用

于龍娟

(上海勘測設(shè)計研究院,上海 200434)

浙江省桐鄉(xiāng)市位于長江三角洲2個最大城市上海與杭州之間,水陸交通十分便捷。近年來,隨著經(jīng)濟社會和城市化的快速發(fā)展,為保障桐鄉(xiāng)市城鄉(xiāng)居民用水安全、改善區(qū)域水環(huán)境、提升城市品位、增強防洪排澇和調(diào)蓄功能,浙江省發(fā)改委于2009年12月批準《關(guān)于桐鄉(xiāng)應(yīng)急備用水源工程項目建議書的請示》,又于2010年10月批復(fù)了 《關(guān)于桐鄉(xiāng)應(yīng)急備用水源工程可行性研究報告》(浙發(fā)改農(nóng)經(jīng)[2010]956號),同意建設(shè)桐鄉(xiāng)應(yīng)急備用水源工程。

1 工程任務(wù)和規(guī)模

桐鄉(xiāng)應(yīng)急備用水源工程位于桐鄉(xiāng)市城區(qū)東部,總占地面積約80.07 hm2。工程湖區(qū)主要功能定位為有應(yīng)急備用水源、兼有城市景觀、區(qū)域水環(huán)境改善、城市防洪排澇調(diào)蓄等綜合功能。根據(jù)桐鄉(xiāng)市城市總體規(guī)劃以及相關(guān)規(guī)劃,湖區(qū)建成后,近期的取水水源為本地河網(wǎng);遠期取水水源為太湖優(yōu)質(zhì)水源,作為水廠引水調(diào)節(jié)池,提高桐鄉(xiāng)市飲用水供水保障能力。

工程設(shè)計水平年:工程設(shè)計水平年為2020年,工程供水范圍為桐鄉(xiāng)市市域范圍內(nèi)的所有居民?？紤]到工程所在位置的河網(wǎng)特性,確定該工程應(yīng)滿足應(yīng)急供水天數(shù)為6 d,應(yīng)急供水備用水量不少于173萬m3。蓄水保證率及供水期保證率達到97%以上。

人工湖規(guī)模:人工湖總庫容為258.6萬m3,其中用于應(yīng)急供水蓄水庫容為175.9萬m3,蓄澇庫容為29.2萬m3。工程正常蓄水位2.40 m,死水位-2.30 m;最高蓄水位采用2.86 m。工程防洪設(shè)計洪水位采用水位頻率分析結(jié)果,即50 a一遇最高設(shè)計洪水位為3.05m,100 a一遇最高洪水位為3.21 m。

水工建筑物規(guī)模:火燒橋港湖區(qū)水泵站流量為4 m3/s,生態(tài)引水泵站流量為0.1m3/s;新開河生態(tài)引水泵站流量為0.25 m3/s;費家埭港排水閘、蓮花橋港東排水閘閘門凈寬均為6 m,水閘底檻高程均為-0.8 m;蓮花橋港西排水閘閘門凈寬為10m,水閘底檻高程為-0.8 m,便于清淤船通過。

2 水質(zhì)凈化工程設(shè)計

2.1 生態(tài)凈化原理[1]

根據(jù)湖區(qū)的功能要求,湖區(qū)水質(zhì)主要指標近期達到Ⅳ類水標準,遠期達到Ⅲ類水標準。湖區(qū)水體水質(zhì)的凈化與維持應(yīng)以水生態(tài)系統(tǒng)基本原理和生態(tài)工程的基本原則為指導(dǎo),通過攔截外部入湖污染物,建立湖區(qū)內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng),并構(gòu)建較為完整的水生生態(tài)系統(tǒng),利用水生態(tài)系統(tǒng)的凈化和自我維持能力,改善及維持湖區(qū)水體的水質(zhì),從而為桐鄉(xiāng)提供應(yīng)急備用水源。

水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ),沉水植物在湖區(qū)里進行水下光合作用,釋放出大量的溶解氧,吸收水體中的氮、磷等營養(yǎng)鹽,形成水域生態(tài)自凈,并產(chǎn)生他感作用進一步抑制藍藻。水生植被恢復(fù)后,促進有益微生物向底泥擴散,促進底泥氧化還原電位升高,有利于水生昆蟲和水生底棲生物的大量滋生,在水生植被共生作用下,形成底泥營養(yǎng)物質(zhì)的封存和生態(tài)鏈自凈 (物質(zhì)能量的逐步吸收轉(zhuǎn)化)。沉水植物初步穩(wěn)定后,再逐步向水體中引入螺、貝、魚、蝦類等高級水生動物,通過食物鏈把水體中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移出去,徹底降低水體中的營養(yǎng)化程度,長期維持湖區(qū)水體水質(zhì)。生物鏈構(gòu)建示意圖見圖1。

圖1 生物鏈構(gòu)建示意圖

2.2 工程總體布置

桐鄉(xiāng)應(yīng)急備用水源地以水安全為前提,為保障湖區(qū)優(yōu)良水質(zhì),突出景觀效應(yīng),水體的生態(tài)凈化系統(tǒng)構(gòu)建及水質(zhì)維持是工程建設(shè)的核心問題。在生態(tài)完整性的基礎(chǔ)上,根據(jù)湖區(qū)的形狀及來水等情況,把入湖河道及湖區(qū)分為生態(tài)強化凈化和深度凈化2個主體功能區(qū)。生態(tài)強化凈化區(qū)主要位于“湖區(qū)”東側(cè)的入湖河道,面積為10.5萬m2,主要功能是對南永興港的水源進行強化凈化,水質(zhì)達到要求后再進入主湖區(qū),改善主湖區(qū)水質(zhì),降低營養(yǎng)鹽水平,減少主湖區(qū)發(fā)生 “水華”的可能性;深度凈化區(qū)為主湖區(qū),面積約為50萬m2,主要功能是維持及凈化水質(zhì),對于已經(jīng)過生態(tài)強化凈化區(qū)凈化后的入湖水質(zhì)進行深度凈化,進一步降低湖區(qū)的營養(yǎng)鹽水平,同時通過高等水生生物間的他感作用,抑制藻類的生長及爆發(fā),使水質(zhì)保持在Ⅳ類水標準。湖區(qū)各分區(qū)的設(shè)計總體思路見表1。

表1 湖區(qū)功能分區(qū)統(tǒng)計表

2.3 生態(tài)工程布置[2-3]

根據(jù)工程設(shè)計原則,結(jié)合湖區(qū)的形態(tài)及功能分區(qū),生態(tài)凈化工藝流程見圖2。對于生態(tài)強化凈化區(qū)采用預(yù)處理區(qū)、復(fù)合濕地區(qū)及沉水植物區(qū)3級處理凈化工藝,通過活性生物填料及復(fù)合濕地的共同作用,降低入湖營養(yǎng)鹽負荷。環(huán)湖設(shè)置雨水截污系統(tǒng),對于初期雨水進行截污,減少入湖污染物。湖區(qū)設(shè)置水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng),通過2個水質(zhì)固定監(jiān)測站及3個水質(zhì)浮動站對水質(zhì)進行實時監(jiān)測,掌握水質(zhì)變化趨勢,提高應(yīng)急預(yù)警能力。

圖2 生態(tài)凈化工藝流程圖

2.3.1 預(yù)處理區(qū)

預(yù)處理區(qū)是生態(tài)凈化工藝的重要前置單元,具有以下功能:

(1)沉降大顆粒泥沙,通過水流的減緩、創(chuàng)造有利于泥沙沉積的緩解,吸附水體中營養(yǎng)物質(zhì),初步凈化水質(zhì),攔截細小懸浮物,提高水體透明度;

(2)加大水中的溶解氧,增加強化預(yù)處理系統(tǒng)的氧化還原能力,凈化水質(zhì);

(3)對后續(xù)的生態(tài)濕地起緩沖調(diào)節(jié)作用,起到均勻給水的作用。

2.3.2 復(fù)合濕地區(qū)

(1)主要以挺水植物為主,適當配置浮葉及沉水植物,通過局部的基底處理,吸附攔截水中的懸浮物,進一步提高水體透明度,吸收水中營養(yǎng)鹽,降低水體污染物濃度。

(2)能較好解決年內(nèi)植物生長茬口問題,保障生態(tài)系統(tǒng)凈化功能的有效性與穩(wěn)定性。

(3)能為微生物的生長創(chuàng)造良好的載體環(huán)境,為微生物吸收分解水中污染物質(zhì)提供保障。

(4)濕地生物的生長具有一定的景觀美化作用。

2.3.3 沉水植物區(qū)

沉水植物凈化系統(tǒng)是生態(tài)凈化工藝的保障單元,主要利用經(jīng)篩選的沉水植物,快速構(gòu)建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)凈化功能。其主要功能如下:

(1)利用水生植物及微生物的吸收、吸附及降解作用,進一步降低水中營養(yǎng)鹽濃度;

(2)經(jīng)此單元處理后,會使水體pH值略微升高,呈現(xiàn)弱堿性,增強水體的氧化能力,促進酸堿平衡;

(3)此單元光合作用釋放的氧分子不但可以提升水體溶解氧,且對細菌具有較強的殺滅作用。

2.3.4 深度凈化區(qū)

深度凈化區(qū)是為主湖區(qū),包括湖濱綠帶、深度凈化帶、湖心島濕地及生態(tài)湖心,具有儲水及深度凈化的功能,通過水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建,通過植物凈化、生物操縱、水力調(diào)度等技術(shù)的應(yīng)用,強化凈化功能,維持水質(zhì)穩(wěn)定,防止富營養(yǎng)化,改善區(qū)域生態(tài)景觀。

3 結(jié) 語

該工程采用的生態(tài)水質(zhì)凈化工藝,有效地保護和改善了入湖水質(zhì),為桐鄉(xiāng)市供水安全提供了基礎(chǔ)和保障,并降低水廠的水處理成本及技術(shù)難度,適應(yīng)桐鄉(xiāng)市經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的需要。因此,為打造生態(tài)桐鄉(xiāng)、水綠桐鄉(xiāng),建設(shè)桐鄉(xiāng)市區(qū)飲用水源生態(tài)凈化工程是十分必要和緊迫的。為了保證更好地發(fā)揮工程的經(jīng)濟和社會效益,建議應(yīng)做好以下幾點:

(1)開展地區(qū)水源地保護區(qū)劃定和水源地保護辦法或條例的制定工作,以法規(guī)的形式保障水源地水質(zhì)安全;

(2)加強區(qū)域工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)等污染源治理,控源減污,抑制取水口水質(zhì)惡化趨勢;

(3)建議進一步研究此工程與浙江省嘉興市太湖取水(西片)工程的銜接,研究與太湖取水工程的相關(guān)調(diào)度。

[1]李剛,李斌,劉麗,等.深圳市龍崗區(qū)應(yīng)急備用水源地水質(zhì)監(jiān)測與分析 [J].現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué),2008,35(23):4 706-4 710.

[2]胡偉,左倬,魏清福,等.太湖東部地區(qū)利用太湖規(guī)劃建設(shè)備用水庫實踐Ⅰ—以東太湖吳江應(yīng)急備用水庫建設(shè)為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(12):7 354-7 355,7 424.

[3]胡偉.太湖東部地區(qū)利用太湖建設(shè)備用水源地的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(9):5 221-5 222.