艾 亮

(遼寧省柴河水庫管理局， 遼寧 鐵嶺 112000)

寇河人工濕地構建與應用

艾 亮

(遼寧省柴河水庫管理局， 遼寧 鐵嶺 112000)

人工濕地是由天然濕地發(fā)展而來的?；谌斯竦貎艋|(zhì)的諸多優(yōu)點和成熟的人工濕地建設技術，本研究將這項新型的水質(zhì)凈化技術應用于寇河的水污染治理中，在寇河建立可行的濕地水域。通過種植濕地植物構建人工濕地，處理寇河的水污染問題，一方面可以很好地解決寇河的水質(zhì)富營養(yǎng)化問題，緩解遼河的水體凈化壓力，另一方面可通過人工濕地構建實習水環(huán)境生態(tài)的建設和恢復，利于河道景觀的建設，并通過實際的技術實施，形成一套可在小支流推廣應用的河道人工濕地構建技術。

人工濕地； 構建； 水質(zhì)凈化

人工濕地是一種高效的生態(tài)污水處理工程，這種濕地系統(tǒng)是在一定長寬比及地面坡度的洼地中，由土壤和基質(zhì)填料(如礫石等)混合組成填料床，污水在床體的填料縫隙或床體表面流動，并在床的表面種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強、成長周期長、美觀及具有經(jīng)濟價值的水生植物，形成一個具有污水處理功能的獨特生態(tài)系統(tǒng)。

1 濕地水面實現(xiàn)

有效水域面積的形成是構建人工濕地的第一步，通常的人工濕地建設以自然和人工形成的水面為主，主要位于河口、湖泊、水庫等。本研究通過在河道上人工建立水工建筑物的形式，攔蓄河水形成水面。

本研究通過了對寇河實際地形的考察、實際水文資料的演算分析、可支配的資金投入及專家論證，最終選擇橡膠壩作為攔水建筑物，實現(xiàn)濕地水面條件。

通過本橡膠壩的建設可蓄水58萬m3，形成有效水面面積0.86km2，可建設人工濕地面積約1.05km2。

2 人工濕地構建

本研究人工濕地的構建，以橡膠壩形成的水域為主要的濕地布設區(qū)域，根據(jù)匯水區(qū)的水深條件、景觀需求等選擇合適的水生植物和人工濕地類型進行寇河人工濕地的構建。

2.1 濕地類型的選擇

關于人工濕地的分類有多種方法，可以根據(jù)植物類型、建造用途和水體流動方式來劃分。根據(jù)濕地中主要植物形式，一般可分為：浮生植物濕地、沉水植物濕地和挺水植物濕地，大多濕地都是挺水植物類型；根據(jù)建造目的的不同，一般可分為：人工抗洪濕地、人工生境濕地、人工水產(chǎn)濕地和人工處理濕地，大多數(shù)人工濕地都適用于污染治理，即為人工處理濕地；按污水在人工濕地中的運行方式，人工濕地一般可分為：表面流濕地、潛流濕地和垂直流濕地。這三種分類方法中，按水流運行方式劃分的方法是最常用的，為大家普遍所認同。

本研究根據(jù)實際的地形條件、水面條件及河道行洪的需求，最終選擇表面流濕地作為寇河人工濕地構建的濕地類型。

2.2 表面流濕地構建

表面流人工濕地的英文全稱是Surface Flow Wetlnad，SFW。表面流人工濕地濕地系統(tǒng)中，污水在濕地表面流動，水位較淺，多在0.1～0.6m之間，如圖1所示。

圖1 表面流人工濕地示意圖

本研究設計的濕地范圍，左岸從黃河子提水站至上游的寇河“1050”管理路橋，右岸從寇河口至上游管理路橋。橡膠壩上游的濕地帶寬215～245m，長約1.5km；壩下游濕地寬450～700m，長約1km。最終形成的河口濕地(水質(zhì)凈化工程)面積約1.05km2，濕地水生的、凈化水質(zhì)的植物主要有香蒲、菖蒲、茭白、千屈菜、澤瀉、水蔥、紅蓼等。

為確保攔河建筑物自身安全，穩(wěn)定河勢，擬對每座建筑物上游100m、下游200m河道兩側(cè)河槽進行必要的工程防護。此外，壩址上游遼河管理路跨寇河橋處河道右岸陡坎發(fā)育嚴重，不加防護會進一步?jīng)_刷橋基，威脅橋梁的安全，此段需修建護岸270m。

2.3 表面流濕地設計

2.3.1 單元功能

河水從表面流人工濕地系統(tǒng)表面流過，土壤表層水中的微生物充分降解污水中的有機物質(zhì)。表層土壤中的植物根系在與河水接觸，充分吸收污水中營養(yǎng)物質(zhì)的同時，也起到了交換、吸附和截留污染物質(zhì)的作用，達到最終設計出水水質(zhì)。水生植物對污染物的去除起著重要作用，除了自身吸收一部分營養(yǎng)物質(zhì)外，還為濕地系統(tǒng)提供大量的DO，為微生物提供棲息地。

生態(tài)堰起到跌水坡的作用，當水流經(jīng)過時能自然跌水，讓河水曝氣，提高水中DO的質(zhì)量濃度，結(jié)合植物的作用對污染物進行厭氧與好氧降解，促進污染物的去除。

2.3.2 設計參數(shù)

濕地處理規(guī)模為420000m3/d；濕地設計負荷選用12kg BOD5/(hm2·d)；需濕地面積105hm2；濕地每日降解1260kg BOD5。

2.3.3 濕地布置

河水從寇河橡膠壩兩側(cè)生態(tài)堰流向處理區(qū)，根據(jù)不同植物品種對水深的要求進行合理有序的栽植。濕地面積為105hm2，長寬比約為3∶1。在寇河河道兩側(cè)100m范圍內(nèi)，由于寇河左岸現(xiàn)狀地面較設計水位低，不能形成有效水深，因此，左岸近河槽邊需修筑生物埂，攔蓄河水。右岸現(xiàn)狀地面高程滿足攔蓄功能，設計采用1∶10的緩坡與現(xiàn)狀地面相結(jié)合?？芎尤脒|河口北側(cè)形成的區(qū)域內(nèi)形成濕地，根據(jù)現(xiàn)狀地面高程設計，對1號、2號、3號區(qū)域進行適當開挖，4號、5號區(qū)域地勢較低，無需開挖，橡膠壩蓄水后可在現(xiàn)有樹叢環(huán)繞區(qū)域內(nèi)自行蓄水，并在51.00～50.50m的常水位區(qū)間內(nèi)栽植水生植物，根據(jù)不同植物品種對水深的要求進行合理有序的栽植。形成集水生植物與陸生植物結(jié)合的濕地生態(tài)系統(tǒng)。此次設計的濕地面積為1.05km2。水生植物以菖蒲、香蒲、茭白、澤瀉、紅廖、千屈菜、水蔥等為主，主要優(yōu)點為凈化水質(zhì)效果好、對水流阻力小。

在表現(xiàn)形式上，采用大片組團式栽植方式，如：香蒲、菖蒲、茭白、千屈菜等都是各成一片，形狀上仿佛“葉子”的造型漂浮在河面上。清風微拂，蒲葦隨風搖擺，形成一片片“碧波綠浪”的動態(tài)景觀。

結(jié)合生態(tài)堰、橡膠壩等節(jié)點位置，設計上更加豐富水生植物品種，突出開花品種，如：千屈菜、澤瀉、紅蓼等，用以烘托硬質(zhì)景觀，同時更加完美地展示生態(tài)自然景觀。

在濕地范圍內(nèi)，除水面部分的水生植物外，原有陸生植被如垂柳等生長良好，是濕地的主要組成部分，本研究在設計時予以保留，不予破壞。濕地景觀構建設計示意圖如圖2所示。

圖2 濕地景觀設計示意圖

2.4 蓄滿分析

寇河橡膠壩蓄水量約為58萬m3，濕地蓄水量為16萬m3，形成水面面積0.86km2，總蓄水量為74萬m3。供給此水量的為榛子嶺水庫水庫放流及區(qū)間來水量。

查水面蒸發(fā)量等值線圖(20cm口徑)資料，折算成大水體后得到該橡膠壩多年平均蒸發(fā)損失深度為387.8mm，滲漏損失根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)情況，按中等地質(zhì)條件考慮，年滲漏深度為500mm，總損失深度為887.8mm，按0.86km2的水面面積計算出總損失水量為76萬m3。因此，橡膠壩年總需水量應至少為150萬m3。

2.5 水生植物選擇

2.5.1 植物選擇原則

本研究在進行人工濕地植物的選擇中，主要遵循以下原則：

a. 適應能力強，或為本土優(yōu)勢品種。

b. 根系發(fā)達，生物量大，營養(yǎng)生長與生殖生長并存。

c. 具有較強的抗病蟲害及耐寒能力。

d. 植物在生長過程中根系能從污水中吸收營養(yǎng)物質(zhì)加以利用，同時吸附和富集重金屬和一些有毒有害物質(zhì)。

e. 植物要具有將光合作用產(chǎn)生的氧氣通過氣道輸送至根區(qū)，在植物根區(qū)的還原態(tài)介質(zhì)中形成氧化態(tài)微環(huán)境的能力，為根區(qū)的好氧、兼性和厭氧微生物提供各自適宜的小生境。

2.5.2 主選水生植物類型

a. 香蒲(TyphalatifoliaL.)。香蒲為香蒲科香蒲屬，別名蒲草、蒲菜。為多年生宿根性沼澤草本植物，植株高1.4～2m，有的高達3m以上，廣泛分布于全國各地。生于池塘、河灘、渠旁、潮濕多水處，常成叢、成片生長。香蒲對土壤要求不嚴，以含豐富有機質(zhì)的塘泥最好，較耐寒。

b. 澤瀉(Echinodorusbleheri)。澤瀉為澤瀉科澤瀉屬，別名水瀉、水澤。為多年生沼生或水生草本植物，株高60～90cm。澤瀉喜光喜溫，耐寒耐濕，常自然分布在池塘、稻田、水溝、河邊淺水區(qū)。

c. 菖蒲(AcoruscalamusLinn.)。菖蒲為天南星科菖蒲屬，別名臭菖蒲、水菖蒲、泥菖蒲、大葉菖蒲、白菖蒲。為多年挺水草本植物，有香氣，根狀莖橫走，粗狀，稍扁，直徑0.5～2cm，有多數(shù)不定根(須根)。菖蒲分布與我國南北各地，廣布世界溫帶、亞熱帶；生于池塘、湖泊岸邊淺水涂，沼澤地或泡子中；最適宜生長的溫度為20～25℃，10℃以下停止生長，冬季以地下莖潛入泥中越冬。

d. 紅蓼(PolygonumorientaleLinn.)。紅蓼屬蓼科，別名東方蓼，為多年生宿根草本。紅蓼原為野生，因其生產(chǎn)迅速、高大茂盛、葉綠且花密紅艷，適于觀賞，故培養(yǎng)成為栽培植物；對土壤要求不嚴，喜水又耐干旱，適應性很強；沒有病蟲害，粗放管理即可。

e. 千屈菜(Halopeplisbungeexung.-sternb.)。千屈菜為千屈菜科千屈菜屬，別名水柳、水枝柳、水枝錦。千屈菜為多年生挺水宿根草本植物。株高40～120cm。千屈菜原產(chǎn)歐洲和亞洲暖溫帶，因此喜溫暖及光照充足、通風好的環(huán)境，喜水濕，我國南北各地均有野生。千屈菜多生長在沼澤地、水旁濕地和河邊、溝邊，現(xiàn)各地廣泛栽培；比較耐寒，在我國南北各地均可露地越冬；在淺水中栽培長勢最好，也可旱地栽培；對土壤要求不嚴，在土質(zhì)肥沃的塘泥基質(zhì)中花艷，長勢強壯。

f. 茭白[Zizanialatifolia(Griseb)Stapf]。茭白為禾本科菰屬，別名出隧、綠節(jié)、菰菜。其為多年生草本，常有根莖；稈直立，高90～180cm；分布于我國南北各地。為湖沼水塘內(nèi)的栽培作物。

g. 水蔥(Typhaangustifolia)。水蔥為莎草科藨草屬，別名莞、莞蒲、莞草、水丈蔥、沖天草。水蔥為多年生宿根挺水草本植物。產(chǎn)于我國東北、內(nèi)蒙古、山西、陜西、甘肅、新疆、河北、江蘇、貴州、四川、云南，生長在湖邊、水邊、淺水塘、沼澤地或濕地草叢中。

本研究構建的人工濕地所需植物類型和規(guī)格見下表。

植物種植種類及數(shù)量表

2.5.3 洪水對濕地植物的影響

本研究設計的表面流濕地水深在0.3～0.5m之間，選擇的水生植物最適宜水深為30cm，如：淹水深度超過60cm，對水生植物的正常生長均有抑制作用，淹水深度60cm以上超過一周，水生植物容易死亡。洪水造成的泥沙淤積對表面流濕地系統(tǒng)的影響較小，不會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，只需行洪過后對系統(tǒng)表面稍作清理、平整，整個系統(tǒng)就能夠恢復正常運行。因此：如水生植物長時間受淹，應進行排澇措施，并在行洪過后及時修復濕地系統(tǒng)，清除死亡植株并重新進行栽植。

3 人工濕地的應用

本研究按照試驗設計，在寇河人工濕地建設完成后對濕地進水口和出水口的水質(zhì)按照預定的采樣監(jiān)測時間進行定期觀測，定量分析人工濕地建設后對寇河污染水體的凈化效果。

對寇河人工濕地構建后運行一年監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析表明，人工濕地對于污染水體營養(yǎng)物質(zhì)的凈化是很顯著的。人工濕地對于污染水體中TN、NH3-N、TP、CODCr、BOD5、SS的去除率也是很顯著的，是凈化污染水體營養(yǎng)物質(zhì)的良好途徑。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)，出水水質(zhì)達到Ⅲ類水標準，證明人工濕地對于污染水體中污染物質(zhì)的凈化效果很顯著。

4 結(jié) 語

本研究通過對寇河實際水文、地質(zhì)、氣象等資料的綜合分析，利用橡膠壩進行攔河蓄水，實現(xiàn)濕地水面條件。根據(jù)實際的勘測設計結(jié)果，在寇河2+000處修建水橡膠壩，可蓄水58萬m3，形成有效水面面積0.86km2，可建設人工濕地面積約1.05km2。選擇表面流濕地作為本文人工濕地建設類型，像膠壩上游的濕地帶寬215～245m，長約1.5km；壩下游濕地寬450～700m，長約1km。為充分發(fā)揮原有河道樹木的景觀效果，本研究保留了河道原有柳樹等喬木，結(jié)合水蔥、茭白、千屈菜、紅蓼、菖蒲、澤瀉、香蒲水生植物的搭配形成立體的人濕地水質(zhì)凈化體系。

從本研究成果來看，橡膠壩與人工濕地的結(jié)合是污染河流水質(zhì)凈化的優(yōu)良組合，在凈化水體的同時，可營造良好的河道景觀，可作為區(qū)域的旅游開發(fā)和生態(tài)建設示范基地。本研究設計的人工濕地和選擇的水生植物類型，可很好地起到水質(zhì)凈化的作用，對污染水體中主要污染物的去除效果明顯。

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Structure and application of constructed wetland in Kouhe River

AI Liang

(LiaoningChaiheReservoirAuthority,Tieling112000,China)

The constructed wetland is developed from natural one. Based on the advantages of constructed wetland in purified water quality and mature construction technology, this new-type water quality purification technology is applied in water pollution control in the Kouhe River in this study, and the feasible wetland is built up in the basin of the Kouhe River. The constructed wetland is built by planting hygrophilous vegetation to handle water pollution in the Kouhe River. Moreover, the water quality eutrophication is well available to ease water purifying pressure in the Liao River. On the other hand, construction and recovery of water eco-environment can be practiced well by building constructed wetland, which is to the benefit of construction of riverway landscapes. A set of riverway wetland construction technology applied and popularized in small tributaries comes into being with a practical technology implementation.

constructed wetland; structuring; water quality purification

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.017

TV213

B

1005-4774(2015)03-0063-05