摘 要：我國傳統(tǒng)灌區(qū)溝渠突出的環(huán)境條件惡化，生物多樣性下降，農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，水體自凈能力下降等問題日益加劇。與此同時(shí)，隨著人民生活質(zhì)量的提高，傳統(tǒng)灌區(qū)溝渠襯砌的生態(tài)健康要求越來越引起人們的關(guān)注。依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)原理，通過物理實(shí)驗(yàn)探究水體修復(fù)技術(shù)對(duì)水質(zhì)的改善作用，并將其原理與結(jié)論應(yīng)用于生態(tài)渠道的設(shè)計(jì)中，改變傳統(tǒng)渠道襯砌方式，使渠道既能滿足防滲要求又能充分發(fā)揮水體的自凈能力，從而改善渠道生態(tài)問題。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)循環(huán)原理；水體修復(fù)技術(shù)；水體自凈；生態(tài)渠道

1 引言

目前，我國渠道襯砌與防滲常用混凝土、石料、膜料、瀝青混凝土、土料和水泥土等材料作為防滲層，以達(dá)到防滲的目的。然而，從生態(tài)角度，土質(zhì)渠床是多種草、水生生物、昆蟲等繁衍棲息的場(chǎng)所，用混凝土襯砌將渠道封閉后，渠中的動(dòng)物和微生物由于失去了賴以生存的環(huán)境而難以存活，各種植物也難以在堅(jiān)硬的混凝上坡面上生長，尤其是混凝土面較為光滑，植物、微生物無法生存，使水體自凈能力遭到了破壞[1]。目前，灌區(qū)溝渠的生態(tài)問題的研究還屬于起步階段，尚未形成完整的理論體系，溝渠生態(tài)改造技術(shù)還需要在借鑒河流整治經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐步完善，推進(jìn)生態(tài)溝渠的建設(shè)還需要克服理念上障礙[2]。因此，在正常發(fā)揮輸水配水功能的前提下，怎樣通過改變傳統(tǒng)襯砌方法來增加渠道水體的自凈能力，成為需要認(rèn)真研究的問題。

與此同時(shí)，隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)方法水體恢復(fù)技術(shù)[3-4]得到了很大發(fā)展。目前，生態(tài)水體恢復(fù)技術(shù)主要包括：人工濕地處理技術(shù)[5]、生物膜法處理技術(shù)[6]、土地處理技術(shù)及生物操縱技術(shù)等[7-8]，其主要原理就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)原理。所以，本文通過實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析對(duì)水體修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究，并將其應(yīng)用于生態(tài)渠道的設(shè)計(jì)中，改變渠道的襯砌方式。

2 水槽試驗(yàn)

2.1 水槽概況

形狀大小完全相同的玻璃缸8只，海綿、鋼絲球（作用主要是模擬多孔狀不光滑物質(zhì)，為微生物群落提供理想化的棲息地），水生植物：水蔥、香蒲、蘆葦（挺水，能于無土環(huán)境生長），8份等濃度的污水樣本，將這些實(shí)驗(yàn)材料按表一表格布置。然后，都放在室外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每天用YSI 6600多參數(shù)水質(zhì)測(cè)量儀進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以氨氮濃度的變化作為實(shí)驗(yàn)水質(zhì)判斷的標(biāo)準(zhǔn)，8個(gè)水槽中氨氮濃度隨時(shí)間的變化如表2、表3。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從數(shù)據(jù)和圖表可以發(fā)現(xiàn)：

（1）水槽中海綿的數(shù)量越多，同一時(shí)刻氨氮含量越低。

（2）同一時(shí)刻氨氮含量隨著鋼絲球的數(shù)目的增加而降低，且氨氮濃度均低于加同樣數(shù)量的海綿。

（3）有植物、鋼絲球的水槽中氨氮含量最低，從而可以推知植物對(duì)于凈化水質(zhì)具有較好的作用。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

2.4.1 加入海綿和鋼絲球后污水樣本中的氨氮含量明顯降低，從而可推知水下表面積越大，可供給微生物附著的面積越大，水體的自凈能力越大。

2.4.2 加入海綿和鋼絲球的污水中氨氮含量不同，海綿和鋼絲球的材質(zhì)不同，表面積也不同，但在同樣大小的情況下鋼絲球?qū)ξ鬯畠艋男Ч^好。

2.4.3 加入植物和鋼絲球后的污水樣本中氨氮含量最低，可知植物對(duì)污水凈化具有促進(jìn)作用。

3 生態(tài)渠道設(shè)計(jì)思路

受到實(shí)驗(yàn)結(jié)論的啟示，在渠道的襯砌過程中，一方面要對(duì)渠道進(jìn)行不透水性全襯砌，另一方面也要盡可能創(chuàng)造適宜的水生生物生存和微生物附著的環(huán)境，維持渠道內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)完整性，保持水體自凈能力。

3.1 改變襯砌方式

3.1.1 在渠道的某些地方設(shè)置生態(tài)帶，生態(tài)帶中鋪設(shè)防滲層后，在其上布置粘土，種植植物，并且盡可能形成類似于土渠的生態(tài)區(qū)域，但也需要控制好渠道的流速、比降和造率。

3.1.2 渠道的邊壁和底部進(jìn)行襯砌時(shí)，可以襯砌成各種形狀，例如“井”字形，方格形等，以便為微生物的附著提供場(chǎng)所，并且可以在這些方格中填入土，種植植物，但要對(duì)植物進(jìn)行定時(shí)清理，防止因?yàn)橹参锔癄€造成二次污染。

3.2 生物浮床（浮島）

通過在溝渠中設(shè)置人工浮體，浮體上設(shè)孔種植植物.利于植物根系為水生動(dòng)物和微生物提供寄居場(chǎng)所，形成植物+微生物+動(dòng)物共生穩(wěn)定的微生態(tài)凈化系統(tǒng)[9]植物生長的浮體一般是采用聚氨酯涂裝的分量輕、耐用的發(fā)泡聚苯乙烯制成的，種植植物可以為水生植物或陸生植物還可以在浮體下部懸掛生物填料利于微生物聚集生長形成生物膜，強(qiáng)化生物浮床的凈化能力。

3.3 仿生植物填料

主要是基于仿生學(xué)原理，利用比表面較大的人工立體彈性材料模仿水中水生植物，通過合適的方式布置于河道中！以溝渠水中細(xì)菌為微生物源，在填料表面逐漸形成生物膜，通過接觸氧化作用凈化溝渠水體。[10]

3.4 生物沉床

生物沉床技術(shù)是將沉水植物種植在有基質(zhì)材料的沉床載體上，通過固定樁將沉床在水體中固定！利用沉水植物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)含量高的水體進(jìn)行凈化[11]。針對(duì)水深和水下光照強(qiáng)度對(duì)沉水植物生存的限制作用，可以結(jié)合溝渠水質(zhì)的特點(diǎn)，利用調(diào)節(jié)環(huán)調(diào)節(jié)沉床在水體中的相對(duì)位置，控制沉床上沉水植物的生長深度小于水體的補(bǔ)償深度，使沉水植物生存區(qū)間內(nèi)的光照能夠滿足植物生長的需要。

4 結(jié)束語

溝渠是灌區(qū)的重要組成部分，生態(tài)型溝渠形態(tài)和功能構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)的研究對(duì)于灌區(qū)的生態(tài)建設(shè)意義重大，針對(duì)傳統(tǒng)灌區(qū)溝渠日益突出的環(huán)境條件惡化，生物多樣性下降，農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，水體自凈能力下降等問題，對(duì)渠道邊壁進(jìn)行處理，研究探索改善和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的渠道勢(shì)在必行，在未來的水利工程建設(shè)中，生態(tài)與工程相結(jié)合，渠道輸水與生態(tài)恢復(fù)相結(jié)合將成為未來水利工程的大勢(shì)所趨。

通過研究對(duì)渠道的改造，一方面真正體現(xiàn)水利工程對(duì)于治理污水的潛在效用，真正體現(xiàn)水利與生態(tài)的結(jié)合與協(xié)調(diào)統(tǒng)一，將一直印在人們腦海里的水利工程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響進(jìn)行新的闡釋和說明，讓人們重新認(rèn)識(shí)到水利工程并非與環(huán)境有著必然的沖突，一方面將其潛在的對(duì)于改善環(huán)境的功效發(fā)掘和并應(yīng)用，使生態(tài)水利得以實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]盧良森，李波，洪林.渠道生態(tài)襯砌技術(shù)及適用性研究[J].科技博覽，2010（14）：288-289.

[2]顧斌杰.灌區(qū)生態(tài)型溝渠形態(tài)構(gòu)建技術(shù)研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2006，（10）：4-6.

[3]Hammouda O ，Gaber A，Abdel-Raouf N.1995.Microalgae and wastewater treatment [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，31：205-210.

[4]Bnx H .1994 .Use of constructed wetland in water pollution of duckweed based wastewater treatment systems[J].Wat.Sci.Technol.35 （5）：239-246.

[5]張志政，王惠，張迪.人工濕地在污水處理中的應(yīng)用[J] .山西化工，2009（5）：66-68.

[6]張美蘭，何圣兵，項(xiàng)穎穎，孔海南，薛罡.生物膜技術(shù)原位處理有機(jī)污染河道研究[J].凈水技術(shù)，2009，28（3）：32-35.

[7]李旭東，楊蕓.廢水生物處理新技術(shù)[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2002，10（17）：19-21.

[8]孫躍平.城市小型河流水質(zhì)直接凈化的方法[J].上海水務(wù)，2005，21（3）：22-23.

[9]陳荷生，宋祥甫，鄒國燕.利用生態(tài)浮床技術(shù)治理污染水體[J].中國水利，2005，（5）：50-53.

[10]王超，田偉君，王沛芳.一種凈化河流微污染水體的仿生植物[P].中國專利：ZL200420054676.0，2006-04-05.

[11]程南寧，漸沉式沉床恢復(fù)沉水植物的生長條件研究[D].南京：河海大學(xué)，2005.