水庫入庫灘涂梯級生態(tài)治理技術(shù)研究

劉 征，李守蛟，張曉東

（1.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南250014；2.章丘區(qū)城鄉(xiāng)水務(wù)局，山東 章丘250200）

水庫入庫灘涂是河道和庫區(qū)相互聯(lián)系，進行物質(zhì)、能量和信息交換的重要紐帶和緩沖帶，具有陸地和水域的雙重屬性，是一種較為特殊的季節(jié)性濕地。山東省的水庫入庫灘涂在枯水期普遍存在河床裸露、垃圾遍地、雜草叢生、卵礫石遍布等現(xiàn)象，這不但影響美觀，也造成土地資源的浪費。同時隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增加、工農(nóng)業(yè)的發(fā)展、城市化進程的加快，水庫上游入庫河道正面臨著日益加劇的水質(zhì)污染和水生態(tài)環(huán)境問題，入庫灘涂也就成為入庫河道水質(zhì)凈化和環(huán)境治理的最后一道重要防線。該研究結(jié)合水庫入庫灘涂原地形地貌，優(yōu)化水生植物配置，在入庫河道及灘涂上建設(shè)復(fù)合型梯級濕地系統(tǒng)，較大程度的增加工程生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，從而使整個系統(tǒng)具有較強的抗污染負(fù)荷沖擊能力，起到減少水庫淤積，加固岸坡、凈化入庫水質(zhì)、美化環(huán)境的作用，為山東省入庫灘涂治理提供參考。

1 研究思路和方法

目前常見的河流水質(zhì)凈化技術(shù)繁多，由于河流本身的流動性，導(dǎo)致其污染物在時間及空間上的分布不均，因而河道水質(zhì)凈化不同于城市污水處理多采用水質(zhì)原位凈化技術(shù)，常見的河道水質(zhì)凈化方法如下：

一是物理法。主要包括：截污分流；引水沖污和換水稀釋；底泥疏浚；曝氣復(fù)氧。二是化學(xué)法。主要是向污染河流中投加化學(xué)藥劑，使其與水中的污染物或有害物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。三是生物、生態(tài)法。包括：生物膜法；人工濕地；滯留塘；人工生態(tài)浮島；多自然型河流。

從入庫河道水質(zhì)特性、技術(shù)可行性、凈化效果、投資、用地等多方面考慮，對水庫入庫水質(zhì)凈化治理技術(shù)中，人工濕地和滯留塘等生物、生態(tài)技術(shù)具有成本低、運行管理簡單、能持續(xù)發(fā)揮作用等特點，因此是河道水質(zhì)處理的優(yōu)選技術(shù)。研究把這兩項技術(shù)進行優(yōu)化組合，取長補短，梯級治理，在入庫灘涂及河道上建設(shè)兼顧水質(zhì)凈化功能和景觀功能的復(fù)合型梯級濕地系統(tǒng)。系統(tǒng)的組合方式采用小型濕地+砂石過濾壩+梯級滯留池+跌水曝氣壩+灘涂濕地的模式，對入庫水質(zhì)實現(xiàn)物理過濾、沉降、曝氣增氧、生物和基質(zhì)凈化吸收的有機結(jié)合。

2 入庫灘涂地形改造方案

根據(jù)水庫入庫灘涂和上游河道工程實際情況，提出具體改造方案如下：

2.1 修建砂礫石壩

根據(jù)地形地貌和規(guī)劃要求在上游河道距離庫區(qū)一段距離處建筑1～2 道砂礫石壩，按反濾層結(jié)構(gòu)設(shè)計建造，壩高根據(jù)枯水季來水量確定?？菟玖髁枯^小時河水通過砂礫石壩滲流，可攔截大量漂浮物、泥沙。洪水季節(jié)可以滲流和溢流，攔截上游大量河道垃圾，也便于清淤，形成水質(zhì)凈化的第一道防線。

2．2 修建溢流壩

根據(jù)河道水頭差，在入庫河口灘涂至砂礫石壩修建多個溢流壩，壩高約2 m，形成多級滯留塘，水深不宜過大，以適宜水生植物生長和清淤。形成梯級滯留凈化區(qū)，通過重力沉降、植物吸收和微生物降解等作用對水質(zhì)進行凈化。根據(jù)需要，滯留塘底應(yīng)進行防滲處理，防滲層下設(shè)排水排氣盲溝。防滲層上設(shè)砂礫石基質(zhì)及種植土，根據(jù)水質(zhì)配置凈化能力較強的水生植物群落。梯級滯留塘串聯(lián)延長了水利的停留時間，起到緩沖和促進顆粒沉降作用，可充分發(fā)揮物理沉降和厭氧消化、生物凈化的功能，攔截大部分漂浮雜質(zhì)和懸浮物，防止?jié)竦囟氯?。在壩下設(shè)消能防沖塊石，多級溢流壩的跌水和消能，形成自然富氧，可增加水體的溶氧量，提高水體自我凈化能力。

2．3 設(shè)立取水口和泵房

在入庫前的最后一級滾水壩前設(shè)取水口和泵房，可根據(jù)上游來水流量和水質(zhì)要求將部分來水沿岸邊埋管泵送到第一級滯留凈化區(qū)，進行二次凈化，效果更好。

2．4 建設(shè)復(fù)合型人工濕地凈化區(qū)

根據(jù)水位和蓄水要求，在入庫河口灘涂或整個庫區(qū)水位較淺區(qū)域建設(shè)復(fù)合型人工濕地凈化區(qū)，補源型水庫庫底可根據(jù)滲漏量進行防滲處理，防滲材料可采用黏土、土工布等。滲透系數(shù)應(yīng)合理設(shè)計，應(yīng)有利于下滲補源，并使水體具有足夠的滯留時間，以充分發(fā)揮人工濕地的凈化作用。從庫底自下而上鋪設(shè)大小不一的碎石和中細(xì)砂，可作為反濾層和濕地基質(zhì)使用。基質(zhì)上鋪設(shè)種植土，配置凈化能力較強的水生植物群落。

2．5 配置水生植物，建設(shè)生態(tài)護坡

可在入庫灘涂內(nèi)利用清淤棄土筑成多個島嶼，并配置水生植物。島嶼在灘涂濕地建設(shè)中可以為鳥類提供棲息地，也是劃分水面空間的重要手段，可豐富水面空間的色彩。

生態(tài)護坡應(yīng)在滿足工程功能需求的前提下，對生態(tài)系統(tǒng)沖擊最小，亦即對水流的流量、流速、沖淤平衡、環(huán)境外觀等影響最小，同時大量創(chuàng)造動物棲息及植物生長所需耍的多樣性生活空間。

3 水生植物配置

3.1 水生植物的篩選和配置模式

水生植物是指生長在水中、沼澤或岸邊潮濕地帶的植物，按其生活方式、適宜水深和形態(tài)特征通常分為濕生、挺水型、浮葉型、漂浮型、沉水型植物五種類型。經(jīng)調(diào)研山東省境內(nèi)生長的水生植物近百種，其中，常見品種40 種左右，研究根據(jù)植物的水質(zhì)凈化性能和適宜水深進行篩選。

相關(guān)研究表明不同水生植物對污染物凈化能力不同，不同水生植物組合比單種植物的凈化效果更好。在濕地系統(tǒng)中, 物種和群落是該生態(tài)系統(tǒng)的主體，合理優(yōu)化物種選擇與群落配置是提高處理效率、增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和景觀效果的關(guān)鍵因素,所以選擇水生植物時一定要重視合理搭配、科學(xué)配置、既有利于群體的快速形成,也具有較高的污染物凈化能力和觀賞價值。應(yīng)根據(jù)需要進行合理配置水生植物的群落，群落模式有以下幾種：

1）物種多樣化模式。陸生、濕生、挺水、浮水、沉水植物依序構(gòu)成生態(tài)水景的組成部分，并逐步形成一個有機和諧統(tǒng)一的組合體。

2）優(yōu)勢種主導(dǎo)模式。優(yōu)勢種在水中起主導(dǎo)作用，其他物種為伴生物種。

3）水質(zhì)凈化型模式。以大量的沉水植物和浮水植物為主，水域內(nèi)點綴少量其它水生植物，主要以保持水質(zhì)良好，水體透明為主。

3.2 水生植物的配置

水生植物在灘涂生態(tài)治理技術(shù)研究中的應(yīng)用可按照不同的水深狀況和種植位置的不同分為水邊岸帶的植物配置、水體的植物配置及上游河道梯級區(qū)的植物配置等。配置時要考慮到物種搭配和生態(tài)功能，做到水質(zhì)凈化功能和觀賞功能統(tǒng)一協(xié)調(diào)。物種搭配應(yīng)主次分明，高低錯落，符合各水生植物對生態(tài)位的要求，并注意增加常綠植物。

1）水邊岸帶的植物配置。水岸與水面交接3 m范圍內(nèi)均屬岸帶的范疇，處于水陸交界處，土壤濕潤。水邊岸帶的植物配植，既要考慮植物的護坡功能，還要考慮植物在水位變動時的生存能力?？梢赃x用一些深根性物種，分層次結(jié)合種植穩(wěn)固岸帶，提高物種的豐富度。岸帶植物配置可采用陸生灌木+濕生草本+挺水植物的模式?？膳渲瞄μ?、迎春、連翹等灌木，并點綴以柳、槐等喬木；配置蔍草、莎草、問荊、水花生等濕生草本于岸邊；配置千屈菜、菖蒲、香蒲、蘆葦?shù)韧λ参镉谒叀＜词顾蛔兎?，這些濕生草本和挺水植物也有很強的生存能力。

島嶼區(qū)的植物配置可采用高大挺水植物+沉水植物的模式，并可點綴喬灌木。挺水植物如蘆竹、蘆葦、菖蒲、香蒲等單一植物叢植，利用植物姿態(tài)吸引視線，并為鳥類提供一個安靜的棲息地；沉水植物如金魚藻、狐尾藻等，不但可以凈化水質(zhì)也為魚類提供食物，提高生物豐富度。

2）水體植物的配置。水體的植物配置以水生植物為主，是水質(zhì)凈化的主體，多種水生植物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的組合使得植物間優(yōu)勢互補，能更有效的發(fā)揮生態(tài)功能，更好的凈化水質(zhì)。配置時注重水中、水面、水下合理搭配，根據(jù)水生植物的生態(tài)位按潛水、深水不同梯度，遵循自然界植物群落特點進行配置，同時兼顧凈化和景觀功能。

（1）淺水區(qū)的植物配置：淺水區(qū)的水深適合多種植物生長，主要可采用濕生植物+挺水植物+沉水植物的模式，并點綴以睡蓮、兩棲蓼、鳳眼蓮等浮水植物。濕生植物主要可配置千屈菜、蘆葦、蘆竹、慈姑、美人蕉等，挺水植物可配置黃菖蒲、香蒲、梭魚草、再力花等，沉水植物可配置金魚藻、菹草、苦草等。

（2）深水區(qū)的植物配置：此水域配置除應(yīng)考慮植物的水深要求，還要結(jié)合水面寬度合理選擇，一般以片植和群植為主?？刹捎酶∷参?沉水植物的模式。浮水植物可配置荷花、睡蓮、睡蓮、芡實等，沉水植物可配置金魚藻、菹草等。

（3）上游河道梯級滯留區(qū)的植物配置：經(jīng)過工程措施形成的梯級區(qū)過流斷面增大，水體流速明顯放緩，水深加大，是水質(zhì)凈化的重點區(qū)域。水生植物配置以凈化水質(zhì)為主。由于該區(qū)具有一定的河道屬性，并且雨季行洪。因此該區(qū)水生植物的配置種類不宜過多，群落形狀以長條狀為主，同時考慮護岸和護坡的要求，栽種濕生灌木和蘆葦、香蒲、蘆葦、千屈菜、再力花等適應(yīng)流水環(huán)境的水生植物。河道內(nèi)主要配置凈化功能強的浮水植物如鳳眼蓮、水鱉、浮萍、眼子菜等和沉水植物，如伊樂藻、金魚藻、菹草、苦草、黑藻等。這類植物吸取營養(yǎng)能力強，生物生長量大，能降低水體N、P 含量，使水質(zhì)好轉(zhuǎn)。同時考慮利用多種植物搭配,以相互取長補短,達到最佳的凈化效果。

4 典型工程治理效果

2012 年章丘區(qū)繡源河綜合治理工程和大站水庫工程除險加固工程的建設(shè)，在大站水庫入庫灘涂上游形成多個梯級庫區(qū)。在工程建設(shè)過程中，按照本文技術(shù)思路在梯級區(qū)上游增設(shè)兩道砂礫石壩，在灘涂增設(shè)小島區(qū)，并合理優(yōu)化配置水生植物，形成復(fù)合型梯級濕地系統(tǒng)。自2012—2017 年對水庫及梯級區(qū)水質(zhì)進行抽樣監(jiān)測，結(jié)果顯示2013 年后植物群落穩(wěn)定后，由于入庫河道水質(zhì)、水量等因素隨月份、季節(jié)有較大變化，水庫水質(zhì)監(jiān)測中主要指標(biāo)雖有所浮動，但整體呈改善趨勢。并且隨著凈化梯級的增加，水質(zhì)主要指標(biāo)呈明顯改善趨勢。庫區(qū)生態(tài)環(huán)境和景觀得到極大提高，符合當(dāng)今建設(shè)景觀水利、生態(tài)水利的發(fā)展趨勢。

5 結(jié) 語

由于水庫入庫灘涂自身的多樣性、復(fù)雜性、動態(tài)變化等特征,目前國內(nèi)外對水庫入庫灘涂治理研究方面的研究較少，多為水產(chǎn)養(yǎng)殖和植樹造林方面的內(nèi)容。本文所述技術(shù)研究思路可兼顧入庫灘涂的凈水功能和景觀功能，實現(xiàn)二者的有效結(jié)合，不僅可以緩解水質(zhì)污染問題，還可以美化環(huán)境，已獲得國家實用新型專利，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。