瓦埠湖陡澗河濕地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建設(shè)計

黃蕓夢++汪家權(quán)++胡淑恒++李凱

摘要：陡澗河生態(tài)濕地設(shè)計思路：采用應(yīng)用范圍廣的“垂直流人工濕地+表面流人工濕地”的組合工藝，另外，考慮進(jìn)水需進(jìn)行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)和去除懸浮物，在工藝前加上穩(wěn)定塘；選擇鋼渣、活性炭作為吸附填料，選擇沙石等作為基質(zhì)填料；選擇蘆葦（Phragmites australis）、花葉蘆荻（Arundo donax）、千屈菜（Lythrum salicaria）、香蒲（Typha orientalis）、再力花（Thalia dealbata）、美人蕉（Canna indica）和風(fēng)車草（Cyperus alternifolius）為濕地植物。在進(jìn)水口設(shè)進(jìn)水總閘，將穩(wěn)定塘布置在魚塘上，出水口布置在塘區(qū)下游最窄處，并將其一部分壩體建成漫水壩，另外段建成高于水面的河堤。

關(guān)鍵詞：陡澗河；濕地生態(tài)；設(shè)計

中圖分類號：Q148 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）22-5784-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.015

Wetland Ecosystem Construction Design of the Doujian River in the Wabu Lake

HUANG Yun-meng， WANG Jia-quan， HU Shu-heng， LI Kai

（College of Engineering Resources and the Environment，Hefei University of Technology， Hefei 230009，China）

Abstract： Ecological wetland design of the Doujian river： A wide range of applications“vertical flow constructed wetland+surface flow constructed wetland” a combination of technology，in addition， consider the water need of water quality and quantity regulation and remove suspended solids，before the process coupled with a stable pond； Steel slag，activated carbon adsorption was selected as a filler，the gravel as a base filler； Phragmites australis，Arundo donax，Lythrum salicaria，Typha orientalis，Thalia dealbata，Canna indica and Cyperus alternifolius were choosen as wetland plants. Water inlet total brake was set in intake of water gate. The stabilization pond was decorated in the fishpond. The outlet was arranged in pond area of the downstream narrowest place，and would be part of overflow dam，and the water bank would be built above the surface of the river.

Key words： Doujian river； wetland ecology； design

瓦埠湖是安徽省境內(nèi)淮河流域最大的湖泊，湖面狹長，屬河流型湖泊[1]。陡澗河是瓦埠湖的一條入湖支流，位于壽縣窯口鄉(xiāng)北面，瓦埠湖西側(cè)，其河水主要來源于上游安豐塘。在枯水季節(jié)，區(qū)域內(nèi)企事業(yè)單位的生產(chǎn)和生活廢水全部進(jìn)入陡澗河；在雨水季節(jié)，除污水水源外，流域內(nèi)的地表徑流全部匯入陡澗河。同時沿河道兩側(cè)有大面積的農(nóng)田，成為重要的面源。人工濕地水質(zhì)改善是污水處理最重要的類型之一[2-4]，它是采用工程學(xué)手段將污水進(jìn)行處理，與水資源利用相結(jié)合。不僅起到污水凈化的作用，而且通過營造濕地環(huán)境，形成獨(dú)特的自然人工復(fù)合生態(tài)景觀。自20世紀(jì)90年代，人工濕地污水處理技術(shù)已經(jīng)在世界上許多國家的生活污水和工業(yè)污水處理、污染水體治理方面得到廣泛應(yīng)用[5]。

通過構(gòu)建陡澗河生態(tài)濕地，對上游來水進(jìn)行處理，可改善水域環(huán)境，提高總體環(huán)境質(zhì)量，減輕陡澗河水質(zhì)的污染，進(jìn)而改善瓦埠湖流域的生態(tài)環(huán)境。構(gòu)建陡澗河生態(tài)濕地是瓦埠湖陡澗河綜合治理的重要部分，可以保護(hù)瓦埠湖水環(huán)境質(zhì)量。根據(jù)本濕地工程的建設(shè)意義及功能，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研及與專家討論分析提出選址方案：窯口鄉(xiāng)祝家圩以南，203省道以西。選址位于陡澗河上游河灣開闊處，總的來說北側(cè)寬闊，區(qū)域地勢走向南高北低，地勢平坦，土地可塑性強(qiáng)；根據(jù)現(xiàn)狀地形條件，經(jīng)過蓄水后，北面地勢低，有形成自然流水面的自然條件。方案選址現(xiàn)為魚塘，稍加改造便可建設(shè)人工濕地。

1 緒論

1.1 表流濕地技術(shù)

表面流人工濕地水力路徑以地表推流為主，在處理過程中主要通過植物根莖的攔截、土壤的吸附過濾和污染物的自然沉降來達(dá)到去除污染物的目的。淹沒于水中的植物莖、葉，其表面上形成的生物膜與基質(zhì)層對懸浮物的截留作用、在緩流狀態(tài)下懸浮物的沉降作用、表面水層中有機(jī)物的好氧分解、底層有機(jī)物的厭氧分解和基質(zhì)層對污染物的吸附、吸收及化學(xué)反應(yīng)等，對污水的凈化，尤其是對有機(jī)污染物和營養(yǎng)物的凈化起著主要作用[6]。

1.2 生態(tài)礫石床技術(shù)

生態(tài)礫石床技術(shù)是將污染水體導(dǎo)入由礫石材料制成的生態(tài)濾床進(jìn)行處理的方法[7]，如圖1所示。礫石床的凈化機(jī)理主要通過濾料過濾水中懸浮污染物，由濾料表面形成的生物膜進(jìn)一步分解有機(jī)物，在生物膜表面和內(nèi)部分別形成好氧和厭氧環(huán)境，進(jìn)行硝化反硝化作用脫氮，而磷的去除則主要靠土壤及礫石的吸附作用。

1.3 人工根孔生態(tài)凈化技術(shù)

在水陸交錯帶中存在著根孔系統(tǒng)，它是由根系、土壤、微生物、水、空氣等組成的多層次界面系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)水、氣體和溶質(zhì)的優(yōu)先傳輸，對流經(jīng)污染物的去除具有重要作用[8]，如圖2所示。通過根孔導(dǎo)流，污染物被土壤吸附、截留、氧化還原、微生物降解，水質(zhì)得到凈化，還為多種生物提供了棲息-繁育地。

1.4 水生植物修復(fù)技術(shù)

水生植物修復(fù)技術(shù)是以水生植物為主體，引用物種間共生關(guān)系和充分利用水體空間生態(tài)位與營養(yǎng)生態(tài)位的原則，確定物種選擇與配置、種植水深、底質(zhì)條件等內(nèi)容[9]，營造出高效自然的生態(tài)系統(tǒng)。

2 設(shè)計思路

生態(tài)濕地系統(tǒng)的平面布置[10]應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)要求：①系統(tǒng)總體布置應(yīng)充分利用自然環(huán)境的有利條件。按構(gòu)筑物流程和使用要求，結(jié)合地形氣候地質(zhì)條件，便于施工、維護(hù)和管理的因素，合理安排緊湊布置。高程設(shè)計應(yīng)盡量結(jié)合自然坡度，采用重力流形式，需提升時應(yīng)一次提升。②系統(tǒng)內(nèi)的道路宜采用單車道，寬度不應(yīng)小于3.5 m；主干道可建雙車道，寬度應(yīng)為6～8 m。③應(yīng)綜合考慮人工濕地的輪廓，不同類型人工濕地單元的搭配、水生植物的配置、景觀小品設(shè)施的營建因素，使高程達(dá)到響應(yīng)的景觀效果。④系統(tǒng)外側(cè)應(yīng)種綠化帶，系統(tǒng)外圍綠化林帶寬度應(yīng)大于10 m。⑤堅持因地制宜、規(guī)模適宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則。⑥總平面布局上應(yīng)根據(jù)建設(shè)、使用、管理、衛(wèi)生等方面的要求，對建筑平面、管線、環(huán)境等進(jìn)行綜合設(shè)計，充分體現(xiàn)科學(xué)先進(jìn)、衛(wèi)生安全、經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計原則。⑦在滿足設(shè)計規(guī)范的前提條件下，盡可能減少和節(jié)約資金。

2.1 濕地工藝選擇

人工濕地系統(tǒng)按水流方式主要有3種形式[11]：①表面流人工濕地。占地面積大、處理效率低，接近自然濕地、生態(tài)多樣性相對豐富、景觀效果好；②水平潛流人工濕地。占地面積較大、處理效率較低，人為痕跡重、時間久后易堵塞、生態(tài)多樣性相對單一、景觀效果一般；③垂直流人工濕地。占地面積小、處理效率高，人為痕跡重、生態(tài)多樣性相對單一、景觀效果一般。

本工程選用占地面積小、處理效率高的垂直流人工濕地作為主體工藝；同時本工程屬于瓦埠湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)資金項目，具有極強(qiáng)的示范展示作用，所以應(yīng)當(dāng)結(jié)合生態(tài)多樣性的表面流人工濕地，在保證凈化效能的基礎(chǔ)上提高區(qū)域的生態(tài)多樣性。綜上所述，本工程應(yīng)用范圍廣的“垂直流人工濕地+表面流人工濕地”的組合工藝，另外，考慮進(jìn)水需進(jìn)行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)和去除懸浮物，在工藝前加上穩(wěn)定塘。

2.2 濕地填料選擇

垂直流人工濕地的填料有沙、碎石、頁巖石、卵石、石灰石、頁巖陶粒、黏土陶粒、爐渣、鋼渣、火山石、蘭花石、炭粒、活性炭、貝殼等[12]。作為基質(zhì)必需要用的有沙、碎石、卵石。在本次方案中選擇鋼渣、活性炭作為吸附填料，選擇沙石等作為基質(zhì)填料。本工程濕地填料的設(shè)計年限（壽命）為30年。

2.3 濕地植物選擇

為達(dá)到全面的處理和利用效果，應(yīng)進(jìn)行有機(jī)的搭配，如深根系植物與淺根系植物搭配，叢生型植物與散生型植物搭配，吸收N多的植物與吸收P多的植物搭配，以及常綠植物與季節(jié)性植物的季相搭配等[12]。在進(jìn)行綜合處理的一些工藝或工藝段中，切忌配置單一品種，以避免出現(xiàn)季節(jié)性的功能下降或功能單一。作為濕地公園規(guī)劃建設(shè)的人工濕地還要考慮景觀搭配。綜合以上因素，并結(jié)合窯口地區(qū)的氣候特點(diǎn)及植物分布狀況所選植物為蘆葦（Phragmites australis）、花葉蘆荻（Arundo donax）、千屈菜（Lythrum salicaria）、香蒲（Typha orientalis）、再力花（Thalia dealbata）、美人蕉（Canna indica）和風(fēng)車草（Cyperus alternifolius）。

3 設(shè)計方案

生態(tài)濕地工程：總面積270 349 m2，其中有效處理單元的面積為98 000 m2，共分為3部分串聯(lián)運(yùn)行，分別為穩(wěn)定塘面積18 000 m2，垂直流濕地面積10 000 m2，表面流濕地面積70 000 m2。

3.1 工藝流程設(shè)計

生態(tài)濕地工藝流程如圖3所示，包括穩(wěn)定塘、垂直流濕地、表面流濕地和固廢處理系統(tǒng)。

3.1.1 穩(wěn)定塘 生態(tài)塘系統(tǒng)是以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生作物，進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，建立人工生態(tài)系統(tǒng)，通過天然的生化自凈作用，在自然條件下完成污水的生物處理。有機(jī)物質(zhì)在生態(tài)塘處理系統(tǒng)中得到降解，釋放出的營養(yǎng)物進(jìn)入了復(fù)雜的食物鏈中，產(chǎn)生的水生作物、水產(chǎn)都可以被收獲。污水通過穩(wěn)定塘后，懸浮物能得到有效控制，污染物能得到一定的降解，污水可生化性將會提高，為后續(xù)濕地單元的處理創(chuàng)造有利條件。

近年來，中國生態(tài)塘污水處理工藝研究側(cè)重在兩個方面：篩選、培育高效水生凈化植物；組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個生物處理單元的綜合功能，營建生化一體化水生動植物復(fù)合生態(tài)體系，是污水處理與資源利用的完美結(jié)合，構(gòu)建了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)和良好的內(nèi)部良性循環(huán)系統(tǒng)。

3.1.2 垂直流濕地 垂直流濕地系統(tǒng)是本工程的核心部分，是一個獨(dú)特的土壤（基質(zhì)）-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過系統(tǒng)時，其中污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)被系統(tǒng)吸收、轉(zhuǎn)化或分解，從而使水質(zhì)得到凈化。為了保證濕地系統(tǒng)布水均勻，將濕地系統(tǒng)分成4部分多個單元，系統(tǒng)正常情況下布水采用PLC自動控制；手動控制為安裝調(diào)式和維修時使用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動（計算機(jī)）及現(xiàn)場兩種控制方式。污水經(jīng)過植物池的過濾、吸附、生物降解后經(jīng)過收集管排出。在植物池內(nèi)種植適合東莞氣候的各種水生濕生植物，如蘆葦、風(fēng)車草、蘆荻、再力花、香根草、紙莎草、美人蕉等。

3.1.3 表面流濕地 表面流濕地區(qū)域作為垂直流人工濕地污水深度凈化的輔助區(qū)域，經(jīng)垂直流人工濕地深度處理過的水再流入表面流濕地進(jìn)一步凈化，最終排入生態(tài)園水系。在表面流濕地區(qū)域建立完善穩(wěn)定的植物群落，吸引鳥類、昆蟲等動物，加強(qiáng)人與自然接觸的機(jī)會，起到游憩、景觀、旅游和維護(hù)生物多樣性、調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候的作用。該區(qū)域以表面流濕地景觀為依托，保持原有?；~塘的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的景觀設(shè)計，展現(xiàn)傳統(tǒng)壽縣特色水景。

3.1.4 固廢處理系統(tǒng) 一體化高效生物化學(xué)處理池污泥經(jīng)螺桿泵泵入壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后的污泥可作綠化用肥或運(yùn)送至垃圾填埋場填埋。隔柵攔污送至生活垃圾填埋場處理。收割的植物有幾種處理途徑，一是作為堆肥綜合利用；二是送生活垃圾填埋場填埋；三是曬干后送垃圾焚燒廠焚燒。在將來的運(yùn)行過程中也可以種植一些可綜合利用的植物，如造紙材料、畜牧飼料、觀賞植物等。

3.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計

本次構(gòu)筑物設(shè)計主要依據(jù)：《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）、《污水穩(wěn)定塘設(shè)計規(guī)范》（GJJ/T54-93）、《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2005-2010）、相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗及實(shí)例。由于陡澗河缺乏水文資料，但生態(tài)濕地處于陡澗河下游，接近陡澗河入湖口，河面寬度已達(dá)500 m，而陡澗河下游與瓦埠湖直接連通，故可認(rèn)為項目所在陡澗河段的水位與瓦埠湖水位是相同的。

3.2.1 穩(wěn)定塘 通過穩(wěn)定塘來均衡進(jìn)水的水質(zhì)、水量，沉降并去除進(jìn)水挾帶的部分懸浮物，為下一級處理系統(tǒng)提供運(yùn)行條件。

①設(shè)計參數(shù)。處理水量5 000 m3/d；池塘面積18 000 m2；BOD5表面負(fù)荷2.8 kg/（104 m2·d）；坡度0.2%，坡降0.3 m；有效水深1.5 m，總深度2.4 m；有效容積27 000 m3；有效停留時間5.4 d。

在穩(wěn)定塘旁建設(shè)垃圾池，收集穩(wěn)定塘格柵攔截的固體廢棄物與濕地運(yùn)行時產(chǎn)生的植物殘體，定期清理垃圾池內(nèi)垃圾，運(yùn)至垃圾填埋場進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理。

②植物配置。根據(jù)系統(tǒng)各部分水深情況種植植物13 000 m2。種植物種為蘆葦、花葉蘆荻、風(fēng)車草、水芹菜、鳳眼蓮、睡蓮。

3.2.2 垂直流濕地 ①設(shè)計參數(shù)。處理水量5 000 m3/d；占地面積10 000 m2，共分10個單元，每個單元1 000 m2；濕地尺寸125 m×80 m，每個單元尺寸40 m×25 m；填料深度1.2 m，孔隙率35%；水力負(fù)荷0.50 m3/（m2·d）；水力停留時間20 h；表面有機(jī)負(fù)荷10 kg/（104 m2·d）。

潛流濕地上層級配填料（沙石）厚度為1.2 m，下層0.2 m選用高爐爐渣、粉煤灰陶粒為填料。潛流濕地分為10個單元，可間歇運(yùn)行，潛流濕地墻體主結(jié)構(gòu)為漿砌石結(jié)構(gòu)，底部和側(cè)邊鋪設(shè)有HDPE防滲膜。

②植物配置。根據(jù)系統(tǒng)各部分水深情況種植植物10 000 m2。種植物種為蘆葦、花葉蘆荻、風(fēng)車草、千屈菜、美人蕉。

3.2.3 表面流濕地 ①設(shè)計參數(shù)。處理水量5 000 m3/d；占地面積70 000 m2，共分為三級，第一級 30 000 m2，第二級20 000 m2，第三級20 000 m2；坡度0.12%，坡降1.1 m；有效水深0.4 m；水力負(fù)荷0.071 m3/（m2·d）；水力停留時間4 d；表面有機(jī)負(fù)荷1.5 kg/（104 m2·d）。

底部和側(cè)面進(jìn)行防滲處理，采用黏土防滲，黏土厚度80 cm，并進(jìn)行分層壓實(shí)。

②植物配置。根據(jù)系統(tǒng)各部分水深情況種植植物50 000 m2。種植物種為蘆葦、花葉蘆荻、風(fēng)車草、千屈菜、美人蕉。

3.2.4 主要輔助建筑物 ①排水泵站。土建按照遠(yuǎn)期1.0萬m3/d一次建成、潛污泵按照近期規(guī)模0.5萬m3/d配置。設(shè)計流量5 000 m3/d；平面尺寸8 m×4 m；集水池有效容積36 m3；

提升泵房內(nèi)共設(shè)三臺潛水泵，二用一備，單臺泵技術(shù)參數(shù)為：Q=108 m3/h，H=5 m，N=5 kW。

②配電間、管理房。為保證工程實(shí)施和運(yùn)行管理的順利進(jìn)行，需加強(qiáng)工程的日常管理工作，將配電間與管理房合建，建筑面積18 m2。

③防洪溝。為防止雨水沖擊，在工程外圍建防洪溝。

④在線監(jiān)測系統(tǒng)。為了對本工程系統(tǒng)進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行在線自動監(jiān)測與信息傳輸，共設(shè)立在線自動監(jiān)測點(diǎn)4個，分別位于穩(wěn)定塘進(jìn)出水口，垂直流濕地出水口，表面流濕地出水口。

3.3 總平面布置設(shè)計

整個生態(tài)濕地系統(tǒng)和景觀工程占地27 hm2，在進(jìn)水口設(shè)進(jìn)水總閘。其中植物穩(wěn)定塘橢圓形布置占地2 hm2，為了降低工程投資，將穩(wěn)定塘布置在魚塘上，出水口布置在塘區(qū)下游最窄處，并將其一部分壩體建成漫水壩，另外段建成高于水面的河堤。垂直流濕地占地2 hm2（預(yù)留1 hm2），分為10個單元，每個單元面積40 m×25 m，呈兩列對稱排列布置，采用多孔管配水且多孔管高于床面0.5 m。表面流濕地占地7 hm2，分三級布置，在整個表面流濕地處理系統(tǒng)中布置親水平臺等，形成獨(dú)特的濕地景觀。

4 預(yù)期效果與工程量

4.1 預(yù)期效果

預(yù)期各處理單元設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

4.2 工程量

相關(guān)工程量見表2、表3和表4。

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