景觀河復(fù)合防滲及生態(tài)優(yōu)化研究

馮耀鵬

(深圳市光明區(qū)環(huán)境水務(wù)有限公司,廣東 深圳 518107)

0 引 言

景觀河是生態(tài)修復(fù)常用的手段之一,但由于地質(zhì)及地下水位的影響,其內(nèi)部的河水會發(fā)生滲漏現(xiàn)象,導(dǎo)致其后期的補(bǔ)水成本增加。近年來,許多學(xué)者針對景觀河的滲漏情況開展了相關(guān)研究。張靜等[1]以某地區(qū)景觀河區(qū)為研究對象,開展了現(xiàn)場試驗,對比分析不同防滲措施的實施效果,結(jié)果表明采用防水毯的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益較為明顯。郭銘[2]開展了滲漏試驗,分析防水毯對景觀河滲漏情況的抑制效果,結(jié)果表明該方案施工簡便,且防滲效果較優(yōu),在實際工程中應(yīng)用廣泛。任夢非[3]以西北地區(qū)景觀河為研究對象,分析了該項目防滲方案的實施效果,結(jié)果表明該方案的儲水及防滲效果良好。樊立群等[4]結(jié)合工程實例,分析了不同防滲方案的優(yōu)缺點,并根據(jù)項目的實際情況,選擇合適的防滲方案。傅題善等[5]以濟(jì)南市景觀河為研究對象,分析了復(fù)合土工膜對景觀河的防滲效果,結(jié)果表明復(fù)合土工膜的防滲效果較好,且具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

本文以木墩河流域為研究對象,采用Visual MODFLOW模型,對景觀河的滲漏規(guī)律進(jìn)行分析,并結(jié)合其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)修復(fù)效果,分析不同防滲方式的實施效果。

1 工程概況

本研究以木墩河流域為研究對象,木墩河是茅洲河上游左岸的一級支流,河道發(fā)源于碧眼水庫,自東向西流經(jīng)光僑路、光明大道,在東明大道改道后穿過龍大高速,匯入茅洲河,河長6.36km(光明街道轄區(qū)內(nèi)長度約5.2 km),流域面積5.58 km2。該地區(qū)啟動木墩河暗渠復(fù)明整治工程,以治水有清流、源頭有活水、暗渠得復(fù)明為目標(biāo),將治水、治城、治產(chǎn)相融合,通過河道拓寬、濕地凈化、管線遷改、景觀營造、綠化提升、交通改善等措施,一體化解決木墩河暗渠段隱患,為居民營造一個安全的生活環(huán)境。木墩河建設(shè)沿河初雨截流管3.5km;完成清淤量1.5×104m3。完成岸線修復(fù)和生態(tài)凈化,開展生態(tài)補(bǔ)水工程,規(guī)模約2.0×104m3/天(目前實際日補(bǔ)水量約1×104m3/天)。

2 景觀河防滲方式模擬

由于該地區(qū)的地下水位較高,會導(dǎo)致滲漏現(xiàn)象,需在景觀河進(jìn)行防滲處理。為了分析不同防滲方式(不防滲、復(fù)合土工膜、防水毯、黏土壓實)的效果,采用Visual MODFLOW模型,對景觀河的滲漏規(guī)律進(jìn)行分析。景觀河模型的參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 出水概況

景觀河不同防滲方式的防滲方案見表2;采用Visual MODFLOW模型,對不同防滲方式模擬的相關(guān)參數(shù)見表3。

表2 防滲方案

表3 相關(guān)參數(shù)

3 結(jié)果分析

為了分析不同防滲方式的防滲效果,采用潛水位下降率(P,%)和滲漏量(Q,m3/d),對景觀河的滲漏情況進(jìn)行表征,其計算公式如下:

(1)

式中:H1、H2分別為防滲方案實施前后的潛水位,m;H為景觀河水位與潛水位之差,m。

Q=KAJ

(2)

式中:K為滲透系數(shù),m/d;A為橫截面積,m2;J為水力坡度。

根據(jù)式(1)、式(2),計算出景觀河的滲漏量與潛水位下降率,見表4。由表4可知,采用防滲措施可顯著抑制景觀河的滲漏情況。對比不采用防滲措施的景觀河可知,采用防滲措施后,其潛水位下降率最大可達(dá)35.00%。對比分析不同防滲措施的防滲效果可知,采用復(fù)合土工膜的防滲效果最好,其潛水位下降率為35.00%,滲漏量為1.547 ×10-4m3/d;其次為防水毯;采用黏土壓實的防滲效果最差。復(fù)合土工膜的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于采用防水毯和黏土壓實防滲方式的滲透系數(shù),表明采用復(fù)合土工膜可有效減小景觀河的滲透性能,達(dá)到一定的抗?jié)B效果。

表4 景觀河滲漏情況

為了分析防滲方式的經(jīng)濟(jì)性及對生態(tài)環(huán)境的影響,4種防滲方案的成本和水資源消耗情況見表5。由表5可知,不采用防滲措施,雖然不會產(chǎn)生建設(shè)成本,但由于景觀河存在滲漏現(xiàn)象,其后期補(bǔ)水成本較大,其值為1 196 元/d;對比采用防滲措施的成本可知,采用復(fù)合土工膜、防水毯、黏土壓實均存在一定的建設(shè)成本,但以上措施可降低景觀河的滲漏量,從而減少其補(bǔ)水成本。相較于不采取防滲措施的補(bǔ)水成本,其補(bǔ)水成本最高可降低466%,表明采用防滲措施后,不僅可控制景觀河的滲漏情況,還具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

表5 防滲方案的成本和水資源消耗情況

分析防滲措施對環(huán)境的影響可知,復(fù)合土工膜雖然在經(jīng)濟(jì)效益方面具有一定的優(yōu)勢,但鋪設(shè)土工膜會影響地下水的流動與回補(bǔ),影響景觀河的水質(zhì);防滲毯的透氣性較好,且對地下水和土壤無污染,生態(tài)效益較優(yōu);采用黏土壓實的方式可改善景觀河的富營養(yǎng)化現(xiàn)象,優(yōu)化景觀河的水質(zhì),其生態(tài)效益顯著。

綜合以上分析可知,采用復(fù)合土工膜雖然具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,但使用該方式生態(tài)效果較差,難以保障景觀河水質(zhì),同時還需要增設(shè)人工濕地處理設(shè)施。膨潤土防水毯防滲雖然有利于凈化水質(zhì),且對地下水和土壤無污染,但其建設(shè)成本和補(bǔ)水成本較高。

為了同時保證景觀河的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益,將以上兩種防滲措施相結(jié)合,分析復(fù)合防滲措施的防滲效果。復(fù)合防滲措施的防滲效果見表6。由表6可知,采用復(fù)合防滲措施的防滲效果優(yōu)于單一防滲措施。其中,采用復(fù)合土工膜+防水毯的復(fù)合防滲措施的防滲效果最好,其滲漏量僅為9.22×10-3m3/d,且其經(jīng)濟(jì)成本較單一防滲方案可減少25.77%。防水毯+黏土壓實的防滲措施的防滲效果次之,對生態(tài)環(huán)境的影響較小,滲漏量為9.96m3/d,但其經(jīng)濟(jì)成本相較于單一防滲方案有所增大,相較于單一坡岸成本,該方案的成本增加9.82%,不具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。復(fù)合土工膜+黏土壓實的防滲措施的防滲效果最差,其滲漏量為10.27m3/d,相較于復(fù)合土工膜+防水毯方案,其在經(jīng)濟(jì)效益方面優(yōu)勢并不明顯,但相較于防水毯+黏土壓實方案,二者間的滲漏量差距較小,且復(fù)合土工膜+黏土壓實方案的成本顯著下降。

表6 復(fù)合防滲措施的防滲效果

綜合以上分析可得,采用復(fù)合土工膜+防水毯的復(fù)合防滲措施,在經(jīng)濟(jì)、防滲效果及生態(tài)效益方面均具有一定的優(yōu)勢,可選擇該方案作為景觀河的防滲措施。

為了分析水位高度變化對景觀河滲漏情況的影響,以不防滲景觀河為研究對象,不同常水位下的景觀河滲漏情況見表7。由表7可知,不同景觀河水位高度間的滲漏情況具有一定的差異性,景觀河的常水位與其滲漏量間呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)景觀河常水位為8.5m時,景觀河有最大滲漏量,其值為328.37m3/d;當(dāng)常水位為5m時,河邊緣的潛水位高程大于景觀河常水位,此時的景觀河滲漏量為負(fù)值。當(dāng)景觀河常水位較大時,河邊緣30m處與河邊緣100m處的潛水位高程差異較為明顯,且河邊緣30m處潛水位高程較大,隨著景觀河常水位的減小,二者間的差值較不明顯。

表7 不同常水位下的景觀河滲漏情況

綜合以上分析可知,景觀河水位高度對其滲漏情況存在一定的影響。在實際工程中,可采用調(diào)整景觀河常水位的方式減少其滲漏量。

4 結(jié) 論

本文以木墩河流域為研究對象,采用Visual MODFLOW模型,對景觀河的滲漏規(guī)律進(jìn)行了分析,同時分析了不同防滲方式的實施效果。結(jié)論如下:

1)采用防滲措施可顯著抑制景觀河的滲漏情況。對比不采用防滲措施的景觀河可知,采用防滲措施后,其潛水位下降率最大可達(dá)35.00%。其中,采用復(fù)合土工膜的防滲效果最好;其次為防水毯;采用黏土壓實的防滲效果最差。

2)不采用防滲措施,雖然不會產(chǎn)生建設(shè)成本,但由于景觀河存在滲漏現(xiàn)象,其后期補(bǔ)水成本較大。對比采用防滲措施的成本可知,采用復(fù)合土工膜、防水毯、黏土壓實均存在一定的建設(shè)成本,但以上措施可降低景觀河的滲漏量,減少補(bǔ)水成本,其補(bǔ)水成本最高可降低466%。表明采用防滲措施后,不僅可控制景觀河的滲漏情況,還具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

3)采用復(fù)合土工膜+防水毯的復(fù)合防滲措施的防滲效果最好;復(fù)合土工膜+黏土壓實的防滲措施的防滲效果最差,且其在經(jīng)濟(jì)效益方面優(yōu)勢并不明顯。