【摘要】深圳市部分一級(jí)水源地保護(hù)區(qū)處于城市包圍之中，“城中有水庫(kù)，水庫(kù)群中包圍著城市”，保護(hù)區(qū)上游有面源污染物進(jìn)入庫(kù)區(qū)水體，對(duì)水源地保護(hù)區(qū)的水質(zhì)形成威脅。深圳市交通發(fā)達(dá)，車流量大，很多庫(kù)區(qū)、庫(kù)尾分布著主要交通干道，交通事故存在著對(duì)水體污染的嚴(yán)重威脅。本文以石巖、西麗、甘坑、赤坳等水庫(kù)前置庫(kù)濕地工程為實(shí)例，研究已建成的水源水庫(kù)前置庫(kù)濕地在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行方面的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)水庫(kù)前置庫(kù)濕地設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的問(wèn)題，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)建議和解決方法，為前置庫(kù)濕地的科學(xué)建設(shè)提供技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】前置庫(kù)濕地；設(shè)計(jì)建設(shè)；污染控制

前置庫(kù)濕地是一種具有投資小和運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)水體凈化效果好等優(yōu)點(diǎn)，適合于沒(méi)有污水收集設(shè)施地區(qū)的面源污染控制。在前置庫(kù)中，河水首先進(jìn)入初沉池，由于擋板和溢流板的作用，泥沙和顆粒物在初沉池內(nèi)得以充分沉淀，然后進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)，由于物理化學(xué)及生物的作用，氮磷、有機(jī)物等在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)被加速去除。為防治環(huán)境污染，對(duì)位于建成區(qū)的水庫(kù)水源地保護(hù)區(qū)進(jìn)行面源污染控制，保護(hù)水庫(kù)水源地水體的水質(zhì)，深圳市于2009年5月完成了《深圳主要水庫(kù)建設(shè)河口自然濕地前置庫(kù)前期項(xiàng)目建議書(shū)》的編制工作，計(jì)劃開(kāi)展赤坳、甘坑、西麗、石巖等6座水源水庫(kù)的河口自然濕地前置庫(kù)前期工作。同時(shí)，市政府啟動(dòng)了石巖、西麗、甘坑、赤坳等水庫(kù)前置庫(kù)的建設(shè)工作。

一、深圳市主要水源水庫(kù)前置庫(kù)濕地建設(shè)規(guī)劃

深圳市主要水源水庫(kù)有石巖、西麗、茜坑、赤坳水庫(kù)等，集雨面積分別為44、29、3.87、14.6km2，庫(kù)尾主要支流有石巖河、王家莊河、大墈河、麻墈河、金龜河等，各支流流經(jīng)眾多建成區(qū)，甘坑河上游流經(jīng)布吉及平湖街道，石巖河流經(jīng)石巖街道，河流集雨面積內(nèi)建成區(qū)多，人口稠密，一方面，面源污染大量進(jìn)入河道水體，惡化水庫(kù)水質(zhì)；另一方面，人類活動(dòng)頻繁對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)造成威脅。

為解決上述問(wèn)題，保護(hù)水源水庫(kù)水質(zhì)，深圳市規(guī)劃建設(shè)6宗水庫(kù)前置庫(kù)工程，包括：石巖水庫(kù)前置庫(kù)、甘坑水庫(kù)前置庫(kù)、西麗水庫(kù)前置庫(kù)、赤坳水庫(kù)前置庫(kù)、茜坑水庫(kù)前置庫(kù)和鐵崗水庫(kù)前置庫(kù)。

上述前置庫(kù)按照功能大致可分為2類：一類在河口建設(shè)濕地，通過(guò)生物作用削減面源污染，例如甘坑水庫(kù)前置庫(kù)、西麗水庫(kù)前置庫(kù)和石巖水庫(kù)前置庫(kù)。一類在庫(kù)區(qū)近路旁建設(shè)緩沖庫(kù)，沉淀突然事件受污染水體，并及時(shí)排干前置庫(kù)，例如茜坑、赤坳水庫(kù)前置庫(kù)。

二、前置庫(kù)濕地工程建設(shè)實(shí)踐與總結(jié)

根據(jù)《深圳主要水庫(kù)建設(shè)河口自然濕地前置庫(kù)前期項(xiàng)目建議書(shū)》，深圳市開(kāi)展了石巖、甘坑、西麗、赤坳等水庫(kù)前置庫(kù)濕地工程建設(shè)，目前西麗水庫(kù)前置庫(kù)濕地仍在建設(shè)中，其余三宗水庫(kù)前置庫(kù)濕地已經(jīng)建設(shè)完成并投入運(yùn)行。由于技術(shù)協(xié)調(diào)等多方面問(wèn)題，茜坑和鐵崗水庫(kù)前置庫(kù)濕地未按規(guī)劃進(jìn)行建設(shè)。

2.1 建設(shè)目的

從功能上分析，赤坳水庫(kù)前置庫(kù)上庫(kù)、西麗水庫(kù)D區(qū)前置庫(kù)和生態(tài)濕地建設(shè)目的主要是為了應(yīng)對(duì)突發(fā)污染事件的發(fā)生。

甘坑水庫(kù)、西麗水庫(kù)A、B、C、E區(qū)、石巖水庫(kù)西岸前置庫(kù)和生態(tài)濕地系統(tǒng)等是為了采用水生植物的生態(tài)修復(fù)功能，凈化入庫(kù)水質(zhì)，截留初期雨水，并在特殊事故中，截留污水，為應(yīng)急處置爭(zhēng)取時(shí)間。

上述兩種前置庫(kù)濕地，是前置庫(kù)濕地主要功能的代表。

各水庫(kù)建設(shè)目的見(jiàn)表2-1。

2.2 前置庫(kù)選址

前置庫(kù)濕地選址需要考慮處理建設(shè)目的及周邊環(huán)境：

1 選擇入庫(kù)河口位置

入庫(kù)河口建設(shè)前置庫(kù)濕地，可通過(guò)設(shè)置截流閘，控制河道水體使其進(jìn)入緩沖庫(kù)和水庫(kù)，并在緩沖庫(kù)前建設(shè)涵養(yǎng)林，如石巖水庫(kù)前置庫(kù)濕地。

2 選擇緩坡、菜地和魚(yú)塘位置

若庫(kù)尾有緩坡、菜地或魚(yú)塘等條件，應(yīng)充分利用菜地、魚(yú)塘等進(jìn)行前置庫(kù)濕地布置，菜地和洼地改建成前置庫(kù)濕地，可根據(jù)地形，相應(yīng)配置漫流式濕地與穩(wěn)定塘，魚(yú)塘改建成前置庫(kù)濕地，可以根據(jù)水深，合理配置相應(yīng)植物。

3 選擇交通道路旁

緩沖突發(fā)水污染事件作用的前置庫(kù)濕地，應(yīng)結(jié)合交通道路位置，在事故多發(fā)地段設(shè)置前置庫(kù)濕地，例如赤坳前置庫(kù)工程靠近坪葵公路，以應(yīng)對(duì)赤坳水庫(kù)突發(fā)事件頻繁發(fā)生的情況。

2.3 前置庫(kù)水力停留時(shí)間與水流調(diào)節(jié)

在前置庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為使入庫(kù)徑流中的污染物能被有效去除，必須有足夠庫(kù)容以受納絕大部分徑流并保證足夠的滯水時(shí)間。根據(jù)國(guó)外研究結(jié)果，營(yíng)養(yǎng)元素的去除率和滯留時(shí)間呈正比例關(guān)系，前置庫(kù)在滯水時(shí)間為2～12 d情況下，對(duì)正磷酸鹽的去除率可達(dá)34%～61%，對(duì)總磷的去除率可達(dá)22%～64%。

前置庫(kù)濕地庫(kù)尾設(shè)置水閘來(lái)控制水力停留時(shí)間，設(shè)置兩孔水閘，一孔為控制閘，一孔為擋水閘，控制閘處于常開(kāi)狀態(tài)，關(guān)閉擋水閘。

下雨時(shí)初期雨水通過(guò)控制閘進(jìn)入前置庫(kù)濕地，處理后進(jìn)入水庫(kù)，保護(hù)水庫(kù)水體；當(dāng)河道水位達(dá)到設(shè)計(jì)水位時(shí)，控制閘處于開(kāi)啟狀態(tài)，河道水體通過(guò)排洪渠進(jìn)入水庫(kù)；洪水期，開(kāi)啟控制閘排洪。

在低水位時(shí)，開(kāi)啟擋水閘，夠放空前置庫(kù)，方便檢修、清淤。

1 水力停留時(shí)間與前置庫(kù)庫(kù)容的關(guān)系：

西麗水庫(kù)A區(qū)前置庫(kù)庫(kù)容為4.3萬(wàn)m3，水力停留時(shí)間為1.15d，B區(qū)前置庫(kù)水力停留時(shí)間為11.9d，庫(kù)容為1.5萬(wàn)m3，C區(qū)麻磡河前置庫(kù)，濕地設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為3.21d，穩(wěn)定塘水力停留時(shí)間為3.04d，大磡河前置庫(kù)濕地設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為8.15d，D區(qū)緩沖庫(kù)有效容積為8.18萬(wàn)m3，E區(qū)緩沖庫(kù)的有效庫(kù)容為1.24萬(wàn)m3，緩沖庫(kù)水力停留時(shí)間為22d。

甘坑水庫(kù)前置庫(kù)庫(kù)容為2.28萬(wàn)m3；赤坳水庫(kù)前置庫(kù)庫(kù)容為4.22萬(wàn)m3；石巖水庫(kù)東岸緩沖庫(kù)庫(kù)容為30萬(wàn)m3，西岸前置庫(kù)（2宗）庫(kù)容均為2萬(wàn)m3，人工濕地規(guī)模為1萬(wàn)m3。

前置庫(kù)濕地庫(kù)容是水力停留時(shí)間的重要因素，來(lái)水條件一致的情況系，前置庫(kù)濕地庫(kù)容與水力停留時(shí)間成正相關(guān)關(guān)系。上述水庫(kù)前置庫(kù)濕地庫(kù)容均大于2萬(wàn)m3，為保障水力停留時(shí)間，前置庫(kù)濕地有效庫(kù)容不應(yīng)過(guò)小，若用地條件有限，可考慮布置“之”字型溝槽，增加前置庫(kù)濕地有效處理庫(kù)容。

2 水力停留時(shí)間與前置庫(kù)濕地來(lái)水水質(zhì)關(guān)系，前置庫(kù)濕地來(lái)水水質(zhì)較好，停留時(shí)間可以適當(dāng)減少，來(lái)水水質(zhì)較差時(shí)，應(yīng)延長(zhǎng)受污染水體在前置庫(kù)中停留時(shí)間。例如西麗水庫(kù)前置庫(kù)濕地A區(qū)來(lái)水已經(jīng)過(guò)白芒河人工快滲系統(tǒng)處理，水質(zhì)優(yōu)于其他區(qū)前置庫(kù)濕地來(lái)水水質(zhì)，停留時(shí)間遠(yuǎn)小于其余各區(qū)。

2.4 土壤特性、植被生長(zhǎng)及水生植物

1 土壤特性

前置庫(kù)庫(kù)尾多為砂質(zhì)土，池塘多為淤泥，具備植物種植條件。

砂質(zhì)土挖成的前置庫(kù)濕地，第一年植物不容易成活，應(yīng)放置一年以上，讓庫(kù)底存有淤泥，再種植植物，能有效提高植物存活率。

魚(yú)塘改建的前置庫(kù)濕地，可以通過(guò)合理搭配，當(dāng)年種植植物。

2 植被生長(zhǎng)

（1）喬木和灌木

在坡度較緩、水位消落變化相對(duì)較穩(wěn)定區(qū)域，樹(shù)種選擇耐水樹(shù)種，包括紅樹(shù)林，海桑等，以及白千層、水翁、水松等；該類樹(shù)種具有多年生，生長(zhǎng)緩慢，管理成本低的特點(diǎn)。樹(shù)林的建立，對(duì)庫(kù)區(qū)鳥(niǎo)類及生物多樣性都有較大的貢獻(xiàn)。

在本次分析前置庫(kù)濕地中，甘坑水庫(kù)前置庫(kù)通過(guò)種植植物進(jìn)行入庫(kù)水體污染成分削減，種植海桑兩排，采用“品”字形栽植于土埂背水面。種植竹節(jié)樹(shù)兩排，采用“品”字形栽植于土埂頂面。

紅樹(shù)林種植土壤要求具有高水分、富含有機(jī)質(zhì)等特點(diǎn)，紅樹(shù)林群落根系發(fā)達(dá)，適應(yīng)于水漲水落，對(duì)水體水質(zhì)凈化的能力和污染緩沖能力均有極大提高。

（2）挺水、沉水植物

石巖水庫(kù)西岸和西麗水庫(kù)均種植蘆葦和香蒲。蘆葦和香蒲都是挺水植物，其中蘆葦是常見(jiàn)水邊植物，適宜水深從幾厘米至1米以上，對(duì)氮、磷、COD5有很好的去除效果，根系發(fā)達(dá)，抗沖能力強(qiáng)。香蒲為多年生宿根性沼澤草本植物，適宜水深0.15厘米～60厘米，對(duì)氮、COD5有很強(qiáng)去除效果，根系發(fā)達(dá)，抗沖能力強(qiáng)。

西麗水庫(kù)前置庫(kù)深水區(qū)種植苦草等漂浮植物和菹草等沉水植物，苦草對(duì)氮磷、COD5均有較好的去除效果，菹草為耐寒植物，增強(qiáng)冬季濕地的處理效果，主要去除COD5。各前置庫(kù)情況見(jiàn)表5-1，表5-2。

2.5 存在問(wèn)題

前置庫(kù)濕地研究和工程實(shí)踐還在不斷完善，前置庫(kù)濕地實(shí)際運(yùn)行中，還出現(xiàn)了一些新的問(wèn)題，需要不斷進(jìn)行總結(jié)：

一是石巖水庫(kù)東岸前置庫(kù)在運(yùn)行中，由于石巖正常水庫(kù)目前經(jīng)常處于高水位運(yùn)行，閘門有時(shí)候不能按照要求正常開(kāi)啟，致使截流污水有時(shí)過(guò)久停留在前置庫(kù)內(nèi)，直至污水水位雍高到能排入截污箱涵中時(shí)，才能將污水引走。

二是甘坑水庫(kù)前置庫(kù)溝槽坡降0.112%，溝槽為梯形斷面，深度0.8-2.2m，土埂迎水面坡比1：2，土埂和溝槽的坡度略陡，減少了與水體的接觸面和植物的有效種植率，將土埂坡度放緩，效果會(huì)更好。

三是西麗水庫(kù)來(lái)水的垃圾問(wèn)題，西麗水庫(kù)麻磡河來(lái)水中存在大量的垃圾，對(duì)前置庫(kù)滲透壩運(yùn)行產(chǎn)生了不良影響，應(yīng)采取一定的工程措施解決這一問(wèn)題。

三、優(yōu)化前置庫(kù)濕地設(shè)計(jì)模式

1 建設(shè)前置庫(kù)濕地排洪通道

前置庫(kù)濕地排洪通道是保障前置庫(kù)安全運(yùn)行的重要水工建筑物，在前置庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別重視，既要保證行洪安全，又要保證前置庫(kù)在運(yùn)行時(shí)水流暢通。

2 設(shè)計(jì)水位確定

設(shè)計(jì)前置庫(kù)濕地時(shí)，要根據(jù)該水庫(kù)常年運(yùn)行水位來(lái)確定前置庫(kù)進(jìn)出水口的水位，前置庫(kù)最低水位應(yīng)高于主庫(kù)日常運(yùn)行水位，確保前置庫(kù)能夠排干，讓前置庫(kù)土壤能夠翻曬，增加土壤含氧量，細(xì)菌分解能力，使植物根系更加發(fā)達(dá)，增加前置庫(kù)水體自凈能力。

3 設(shè)計(jì)“之”字溝槽

建議采用 “之”字型結(jié)構(gòu)的溝槽（例如甘坑、石巖水庫(kù)前置庫(kù)），延長(zhǎng)水流在前置庫(kù)中的流動(dòng)時(shí)間，以增加土壤和水體接觸的比表面積，增加水體和土壤的氧氣交換。

4 溝槽坡度設(shè)計(jì)

溝槽設(shè)計(jì)應(yīng)保證坡面一面略陡一面略緩，緩坡坡角在15～45°，多數(shù)情況下在25°左右，陡坡坡角一般在45°以上。緩坡利于植物生長(zhǎng)，水生態(tài)系統(tǒng)形成，且緩坡退水較慢，利于鳥(niǎo)類棲息，陡坡利于排水，保證水流和土壤的氧氣交換。

5 前置庫(kù)濕地紅樹(shù)植物配置

大量的研究成果證明沿海紅樹(shù)林對(duì)水質(zhì)凈化具有顯著作用，紅樹(shù)林是多年生植物，具有根系發(fā)達(dá)，適應(yīng)水位漲落的特點(diǎn)，運(yùn)用于前置庫(kù)濕地時(shí)，較草本植物有凈化能力強(qiáng)、便于管理、降低管理成本的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)西麗水庫(kù)的種植實(shí)踐表明，水庫(kù)前置庫(kù)濕地淡水紅樹(shù)林種植是成功的，在華南地區(qū)，是前置庫(kù)濕地植物配置可選的品種，紅樹(shù)林淡水種植條件要求有淤泥質(zhì)的土壤及水位的漲落，在前置庫(kù)植物配置時(shí)，要注意紅樹(shù)林種植的位置的選擇和水位控制。

6 前置庫(kù)濕地運(yùn)行調(diào)度

水庫(kù)前置庫(kù)在運(yùn)行時(shí)，應(yīng)優(yōu)化調(diào)度：

非暴雨和洪水期：關(guān)閉泄洪閘，打開(kāi)前置庫(kù)進(jìn)水閘，前置庫(kù)灌滿后讓水體在庫(kù)內(nèi)停留3-7天后排入主庫(kù)，而后排干前置庫(kù)，干曬1-3天后，再次灌水，往復(fù)循環(huán)。形成前置庫(kù)濕地水位一漲一落周期，讓土壤能夠充分呼吸，減輕濕地土壤堵塞，提高前置庫(kù)濕地生物處理效率，延長(zhǎng)前置庫(kù)濕地使用壽命。

②洪水時(shí)：打開(kāi)泄洪閘，關(guān)閉前置庫(kù)進(jìn)水閘，打開(kāi)出水口，讓水體經(jīng)原河道流入主庫(kù)，保障前置庫(kù)安全。③洪水過(guò)后：及時(shí)對(duì)水閘前后進(jìn)行清淤、清渣，確保各水閘能正常運(yùn)行。

7 在所有前置庫(kù)入口處，應(yīng)考慮設(shè)置攔污構(gòu)筑物。

四、小結(jié)

前置庫(kù)濕地的建設(shè)工作是一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性、跨學(xué)科的工程，在規(guī)劃和實(shí)踐的過(guò)程中，有許多需要總結(jié)的地方，在此基礎(chǔ)上，分析總結(jié)前置庫(kù)濕地規(guī)劃和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)水庫(kù)前置庫(kù)濕地設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的問(wèn)題，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)建議和解決方法，為前置庫(kù)濕地的科學(xué)建設(shè)提供技術(shù)支撐。