安圖縣長興河生態(tài)水利工程探索和研究

劉樹峰　亞紅　楊松禹　馬玉芹

摘要：隨著近年來生態(tài)保護意識的增強，傳統(tǒng)的水利工程項目已經(jīng)不能滿足綠色可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)要求。生態(tài)水利工程作為水利工程發(fā)展的新方向，融入了許多新學科，不僅在工程技術(shù)上有所創(chuàng)新，對于建設(shè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)也有新的理解。安圖縣是全國重點生態(tài)功能區(qū)和國家生態(tài)文明先行示范區(qū)的核心區(qū)，因此生態(tài)文明建設(shè)顯得格外重要，在工程模式和生態(tài)環(huán)保新技術(shù)上都有所創(chuàng)新。安圖縣生態(tài)水利工程具有東北地區(qū)生態(tài)水利工程示范性意義，有利于新技術(shù)的推廣和研發(fā)，有利于建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)體系。

關(guān)鍵詞：生態(tài)水利;可持續(xù)發(fā)展;節(jié)約環(huán)保;生物修復

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2019.06.038

中圖分類號：TV1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1580（ 2019） 06-0186-04

一、生態(tài)水利工程建設(shè)理念

（一）生態(tài)水利工程建設(shè)內(nèi)涵及意義

水生態(tài)文明建設(shè)的內(nèi)涵和意義。水生態(tài)文明建設(shè)要做到：首先，“尊重自然、順應自然、保護自然”的生態(tài)理念，其內(nèi)涵的實質(zhì)是可持續(xù)發(fā)展;其次，多維良性發(fā)展;最后，仝效益最優(yōu)。[1]水生態(tài)文明建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，堅持保護和節(jié)約優(yōu)先的理念，構(gòu)建人一水一社會和諧可持續(xù)發(fā)展的資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。必須堅持人與自然和諧共生的基本方略，牢同樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，大力發(fā)展水生態(tài)文明建設(shè)，推動形成人水和諧美麗中國現(xiàn)代化建設(shè)新格局。[2]

（二）生態(tài)水利工程與傳統(tǒng)水利工程的區(qū)別

傳統(tǒng)的水利工程措施不利于恢復自然植被、不利于生態(tài)平衡，對天然生態(tài)系統(tǒng)具有一定的破壞性，傳統(tǒng)的水利工程對天然河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞性表現(xiàn)在以下的兩個方面。

1.將自然河流幾何化。天然彎曲的河流經(jīng)過人工設(shè)計改造變成了直線的渠道，在一定程度上人為地增加了河流流速增加了洪水的風險，將天然河流非幾何斷面改造成簡單的梯形弧形等規(guī)則的斷面，并且使用混凝土、砌石等硬質(zhì)材料將河床和河道邊坡硬質(zhì)化，改變河岸原貌對河流周圍的爬行類、兩棲類動物造成了巨大的影響，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.將自然河流片段化。河壩建設(shè)導致河流在水流方向上不連續(xù)，原本流動的河流生態(tài)系統(tǒng)成為了一個相對靜止的人工湖。流速，水深，水溫和水流邊界條件都因此發(fā)生了顯著變化。水庫形成后，也改變了原河流養(yǎng)分遷移規(guī)律。當溫度較高時，水庫會攔截河流的養(yǎng)分，引起藻類大量繁殖，對河流生態(tài)系統(tǒng)和人類生活產(chǎn)生一定的影響。水位線上移導致原始森林、草地或農(nóng)田被洪水淹沒，陸地動物被迫遷移。生態(tài)水利的研究就是解決水利與生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系。[3]

生態(tài)水利在宏觀上是研究水資源的開發(fā)利用以及對生態(tài)環(huán)境的影響、水利工程建設(shè)與生態(tài)系統(tǒng)演變之間的關(guān)系。生態(tài)水利工程在提高水資源的有效利用水平、節(jié)約用水方面彌補了傳統(tǒng)水利工程的不足，確保了生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復和良性發(fā)展的途徑和措施。隨著城市規(guī)劃建設(shè)越來越重視景觀效應，強調(diào)生態(tài)環(huán)保的重要性，生態(tài)水利工程治理與施工技術(shù)將是水利工程設(shè)計的主要方向，防洪與水污染治理相融合的生態(tài)水利工程施工技術(shù)有利于現(xiàn)代社會的可持續(xù)發(fā)展，開展生態(tài)治理、快速節(jié)能施工技術(shù)的研究勢在必行。[4]

（三）生態(tài)水利工程的任務(wù)

1.維護水源地和降低水體污染程度

我國雖然在預防和治理水污染上投入了很大的資金，但是對于河流的自身恢復建設(shè)并沒有采取有效的方法，城市周邊河流、湖泊、地下水還是遭到不同程度的污染。同時，水資源浪費現(xiàn)象極其嚴重，其中以農(nóng)業(yè)灌溉為主的效率僅有40%，沒有處理的城市管網(wǎng)排污使許多水體受到污染，更加劇了水資源的短缺局面。而生態(tài)水利工程可以在一定程度上降解農(nóng)業(yè)灌溉和生活污水所生產(chǎn)的污染物，通過種植植被和人工設(shè)計跌水用物理、化學、生物相結(jié)合的于段恢復河流原有水質(zhì)。

2.恢復生態(tài)穩(wěn)定性

切實保障飲用水源的安仝，加強河湖水環(huán)境的改善和長期治理。將自然恢復與人工恢復相結(jié)合，適應當?shù)貤l件保護水源，實現(xiàn)退耕還湖的長效機制，穩(wěn)定恢復江河湖泊的自然連通性，穩(wěn)定河流生態(tài)系統(tǒng)及周邊環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)。[5]通過生態(tài)水利工程建設(shè)來提高河流自身凈化能力，增強環(huán)境恢復力，穩(wěn)定區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)。

二、安圖縣生態(tài)水利工程概況

（一）安圖縣自然概況

安圖縣是延邊朝鮮族自治州的一個下轄縣，位于吉林省東部，延邊朝鮮族自治州西南部，南部與朝鮮民主主義人民共和國接壤，北部與“東北亞”相鄰，是東北地區(qū)重要的經(jīng)濟合作圈的腹地。安圖縣被稱為“長白山下的第一縣”。它是中國礦泉水之鄉(xiāng)，吉林省“長白山大型天然礦泉水基地”，“綠色”中藥出口基地縣，國家生態(tài)示范區(qū)。

二）長興河概況

長興河發(fā)源于安圖縣長興鄉(xiāng)，由北向南，流經(jīng)安圖縣明月鎮(zhèn)東側(cè)，于安圖縣城區(qū)南側(cè)，福興河匯人口下游600m處匯人布爾哈通河。長興河上擬建有中型水庫長興水庫，水庫壩址在長興河上游，距二青水庫下游約2.Okm、慶農(nóng)村3隊北200m處，距安圖縣城22km，壩址以上控制流域面積89.59km2，河道長度為18.19km，河道平均比降為13.2‰。長興河河道內(nèi)形成若干個生態(tài)綠島，風景優(yōu)美，適合設(shè)置城市濱水景觀廣場，但近些年洪水過后，河道生態(tài)綠島破壞嚴重，河床改道，沿山體一側(cè)生態(tài)良好區(qū)植被損壞嚴重，沿堤防一側(cè)新建濱水廣場新開辟的河道淤堵嚴重.沿河灘涂植被破壞嚴重。近幾年來，我國各個地方都加大了對城市河道整治的力度，并取得較好的成效，不僅使河道的防洪、排水和排污能力有了較大的提高，同時也美化了城市的環(huán)境。

河道治理是一項長期的系統(tǒng)工程，不僅要使河道的功能得到快速的恢復，同時還要使河道滿足人類生存的要求，使其成為城市發(fā)展的載體，所以加強河道治理，尋找更快速、更有效、更切實可行的治理方法具有非常重要的意義。下圖為安圖縣城區(qū)水系連通及生態(tài)水利治理工程施工現(xiàn)場。

（三）存在的主要問題及現(xiàn)有污染狀況

1.河道植被破壞嚴重，水利設(shè)施陳舊

近年來，雖然安圖城市建設(shè)和社會經(jīng)濟得到長足發(fā)展，但城區(qū)河道的治理相對滯后，缺乏綜合治理，加之汛期水體含沙量大，汛期造成河道淤積，部分河床已露出水面，河道兩岸植被除布爾哈通河外，福興河和長興河兩岸植被破壞嚴重。另外，城區(qū)內(nèi)原部分攔河壩因年久失修，已經(jīng)失去原設(shè)計功能，對河道行洪也造成一定的影響。

2.河道缺乏景觀性，與城市發(fā)展不符

隨著城市建設(shè)步伐的加快，這三條河流部分成為城區(qū)內(nèi)河道，城市河道除應滿足防洪排澇的基本功能之外，還應成為城市中靚麗的風景線，發(fā)揮其景觀功能及生態(tài)效益?，F(xiàn)在河道兩岸均無治理，雜草叢生，兩岸樹木以楊樹、柳樹為主，缺少供群眾近水的步道、自行車慢道等設(shè)施，缺乏開敞空間及生態(tài)綠道空間，使河道整體現(xiàn)狀與周邊已建城市道路及城市建設(shè)缺乏有機的銜接。

3.河道排污現(xiàn)象及水體污染

實驗數(shù)據(jù)分析：表1為長興河實驗段排污口及其附近水域的水質(zhì)指標，取樣時間為9月中旬。從數(shù)據(jù)中可以看出3個排污口排出的污水都在不同程度上對長興河水質(zhì)有所影響：1號排污口主要污染物是有機污染物，2號排污口的主要污染物是磷和氮，除此之外還排放了濁度較高的水，降低了水體的透明度，3號排污口由于匯集了少部分的農(nóng)田水導致了糞大腸桿菌群超標。并且檢測在試驗段下游混合了主河道水體后污染物濃度并沒有下降。由河道的地質(zhì)剖面圖可以看出，長興河實驗段的河床是由卵礫石和砂巖組成的，因此河流流速快，河床底部的淤泥量很少，降解污染物的厭氧菌群難以在河床底部存活，導致了河流自身凈化能力并不是很強，受到污染物的影響程度較大。

增強長興河試驗段的自凈能力方案：建立透水壩，增加試驗段水深和降低流速;人為增加底泥量，投人工程細菌形成河流自身凈化條件;在排污口處建立格柵，絮凝藥物投加裝置和曝氣裝置，降低進入實驗段的污染物濃度;建設(shè)浮島等綠植措施，從水體中吸收過量的氮磷。

從表1中不難看出，部分數(shù)據(jù)超出國家三類水標準，鑒于選取的長興河實驗段位于當?shù)氐木坝^水體上游，考慮到當?shù)鼐用竦挠盟枨?，對試驗段水體進行生態(tài)修復，降低糞大腸桿菌群指標意義重大。

（四）生態(tài)治理方案

除基本的工程方案外，生態(tài)治理方案是生態(tài)水利中必不可缺的重要環(huán)節(jié)，需要因地制宜配合當?shù)卦泻恿黧w系、水質(zhì)情況、氣候變化等影響因素來建設(shè)人工生態(tài)體系。生態(tài)治理方案要考慮到各項學科之間的配合，才能拿出較為仝面的治理措施。

在河道治理上，應當采取局部控制和整體控制相結(jié)合的方式。局部控制點污染源，整體控制線或面污染源，既要對污染源（排污口）施加工程措施又要對河道整體提供自身凈化的能力。

例如：安圖縣長興河生態(tài)水利工程，該研究項目位于長興河段，目標區(qū)域含有三個污水排放口。該研究擬計劃于目標區(qū)域設(shè)置三組凈化措施。

1.預處理

設(shè)置格柵，攔截目標區(qū)域大塊物質(zhì)，降低對后段其他設(shè)施的影響;投加絮凝劑，根據(jù)水體流速、懸浮物濃度設(shè)置絮凝投加裝置，降低水體濁度。

2.生物修復

設(shè)置兩段生物膜反應器：一段設(shè)置至河道較窄位置，前段設(shè)置跌水設(shè)施，保證一段溶氧濃度;二段設(shè)置至河道較寬位置，降低河道流速，同時設(shè)置曝氣裝置對河水進行供氧。

岸邊設(shè)置生物膜反應器池體對復合菌群進行培養(yǎng)，原水為河水，3～7天培養(yǎng)至掛膜狀態(tài)，方可放置于河道中;生物菌選擇工程用復合微生物菌群，強化生物效果。

3.植物吸附

選用植物浮床進行種植、同定;植物選擇：千屈菜、睡蓮、黃菖蒲、香根草等水生植物;可選擇投加藻類、魚類及其他浮生、光合細菌及動物。

（五）技術(shù)突破

氮和磷在水體中過多時，會造成水體的富營養(yǎng)化，藍細菌和綠藻等微生物大量繁殖，它們產(chǎn)生的毒素不僅會導致魚和蝦的大量死亡，也會威脅到人的健康安全，由于死亡的魚蝦實體在水中不能夠有效地分解利用，會造成水體缺氧從而加大水體污染，不但影響人類生活，情況嚴重還會影響工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，在生態(tài)水利工程設(shè)計中應當考慮適當增加設(shè)計元素以提升河流水質(zhì)，去除破壞生態(tài)因子，維護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。

總體上講，生態(tài)水利河道修復技術(shù)就是利用植被、工程細菌，生物膜處理技術(shù)、造流，有效控制、提升水質(zhì)指標。在設(shè)計和施工過程中，最經(jīng)濟化的措施就是利用物理設(shè)計來達到化學效果，例如跌水曝氣，在涵蓋排污口的河道中利用跌水曝氣，高效充氧，形成強氧化環(huán)境，有利于污染物分解及水中微生物繁殖，增加河流整體的含氧量對恢復生態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有著重要的意義;對于緩流水體，人工湖，觀賞水體景區(qū)，采用工程細菌生物膜技術(shù)，激活、強化土著微生物種群，有效降解有機淤泥，還能為種植的綠色植被提供養(yǎng)料，進行物質(zhì)循環(huán);逐步恢復自凈能力、水體活性。但是由于工程細菌不是單一菌種，都是復合菌群，不同的菌種對于水體環(huán)境的要求也是不同的，受東北寒冷氣候的影響，市面上大部分的工程菌群都難以抵抗極寒氣候，因此，培養(yǎng)耐寒的工程菌有著重要的意義。此項工程技術(shù)在東北地區(qū)天然河道中首次得到運用，對吉林省其他地區(qū)的河道提升水質(zhì)的方法具有重要的參考價值。

四、總結(jié)

生態(tài)水利工程是傳統(tǒng)水利工程和環(huán)境工程等學科有機結(jié)合的產(chǎn)物，保證了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)。[6]生態(tài)水利工程必須符合水利工程和生態(tài)環(huán)保的原則。生態(tài)水利工程將成為河流生態(tài)建設(shè)的新方向，與傳統(tǒng)的污染控制技術(shù)、清潔生產(chǎn)（生態(tài)產(chǎn)業(yè)），環(huán)境立法和資源管理相結(jié)合打造綠色工程新模式。安圖縣長興河生態(tài)水利工程在東北高寒地區(qū)具有一定的創(chuàng)新性和示范性，對于在東北地區(qū)推廣生態(tài)水利工程具有很重要的影響，受到環(huán)境氣候因素影響，許多生態(tài)治理技術(shù)和施工方法都屬于研究階段。在推行河長制和發(fā)展生態(tài)水利工程的工程中，仍需各部門貫徹落實生態(tài)理念，相互配合，共同為吉林發(fā)展添磚加瓦。

[參考文獻]

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[2]蔣翠紅，張惠峰，劉永波.發(fā)展水生態(tài)文明建設(shè)，全面推行河長制——吉林省長春市水利部門一直在行動[J].南方農(nóng)機，2018（06）.

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[6]董哲仁.河流生態(tài)恢復的目標[J].中國水利，2004 （10）.