□蘇妍妹 陳 凱（黃河勘測規(guī)劃設計有限公司）

0 引言

河流是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，與人類之間的相互作用越來越強烈，一方面表現(xiàn)在人類更強烈地影響城市河流的水文特性、物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境；另一方面表現(xiàn)在城市的社會經(jīng)濟系統(tǒng)和居民日常生活也更加依賴于城市河流所提供的各種服務功能。

隨著我國城市化進程的加快、人口的不斷增長，對城市河流的污染加劇，湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)象和城鎮(zhèn)河道黑臭問題日漸嚴重。近年來，國家發(fā)布《關于水生態(tài)系統(tǒng)保護與修復的若干意見》（水資源［2004］316號）、《關于加快推進水生態(tài)文明建設工作的意見》、《水污染防治行動計劃》等相關文件，明確了水環(huán)境水生態(tài)保護和修復的重要意義，改善生態(tài)環(huán)境，修復污染水體，已成為當前社會的迫切要求，國家對此的要求亦在逐步嚴格。因此，在發(fā)展經(jīng)濟的同時積極研究適合我國城市發(fā)展的河道生態(tài)修復技術尤為重要。

1 項目概況

許昌是一座文化底蘊豐厚的歷史文化名城。怡人的氣候、秀麗的風景、悠久的歷史、濃郁的人文風情、眾多的名勝古跡使許昌這座城市蜚聲海內(nèi)外。2013年，許昌市成為全國45個水生態(tài)文明建設試點城市之一。

許昌市飲馬河無天然徑流，主要利用清潩河關莊閘雍水后補水。而清潩河接納沿途工業(yè)和生活污水，污染物排放量大，部分城鎮(zhèn)生活污水未實施截流直接入清潩河，沿途少量村鎮(zhèn)和農(nóng)村生活垃圾、畜禽養(yǎng)殖污染以及農(nóng)田農(nóng)藥化肥等也會在降雨時隨地表徑流排入清潩河。根據(jù)飲馬河河道景觀與親水要求，飲馬河學院河目標水質(zhì)為地表水Ⅳ類，現(xiàn)狀清潩河水質(zhì)難以滿足要求。

2 復合人工濕地系統(tǒng)設計

2.1 人工濕地工藝簡介

人工濕地是由人工基質(zhì)、水生植物和微生物組成的水處理構(gòu)筑物。人工基質(zhì)為微生物的生長提供了穩(wěn)定的依附表面，為水生植物提供載體。人工濕地通過一系列的物理、化學、生物的作用凈化污水。根據(jù)廢水流經(jīng)的方式，可分為表流濕地、潛流濕地和垂直流濕地。

2.2 水質(zhì)凈化工程工藝流程

清潩河水→抽水泵站→配水管網(wǎng)→復合人工濕地系統(tǒng)→飲馬河，具體見圖1。

采用復合人工濕地系統(tǒng)，由三級潛流濕地組成，依次由一級水平潛流濕地、二級水平潛流濕地和垂直潛流濕地組成，具體見圖2。

2.3 設計水質(zhì)

設計進水水質(zhì)：清潩河現(xiàn)狀來水主要是位于關莊分水閘上游約5km處的長葛市污水處理廠出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）屬于劣Ⅴ類。

設計出水水質(zhì)：主要水質(zhì)指標滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅳ類標準。

2.4 水力負荷

許昌市屬北暖溫帶季風氣候區(qū)，大部分濕地植物地上部分難以安全過冬，濕地凈化能力受到影響。參照附近地區(qū)—鄭州地區(qū)鄭東新區(qū)CBD湖和龍子湖人工濕地設計水力負荷，設計正常水力負荷采用0.51（m3/m2·d），部分池體檢修時，可允許短時間內(nèi)增大其水力負荷，負荷基本滿足《人工濕地污水處理工程技術規(guī)范》（HJ 2005-2010）要求。

圖1 水質(zhì)凈化系統(tǒng)處理工藝流程圖

圖2 復合人工濕地系統(tǒng)處理工藝流程圖

2.5 主要工藝設計參數(shù)

復合人工濕地系統(tǒng)分為多個處理單元，并聯(lián)運行。

設計水量：Q＝20 000m3/d

總水力負荷：q＝0.54 m3/m2·d（平均）

濕地總面積：S＝Q/q＝37 050 m2

濕地坡度：5‰～1%

填料厚度：h＝1 600 mm

運行水深：h=1 500 mm

碎石料粒徑：10～30 mm

粗砂粒徑：5～10 mm

布水方式：PVC穿孔管布水，上部進水，下部出水。

2.6 濕地植物設計

充分考慮了植物品種的耐污性、凈化效果、抗逆性及觀賞性，并通過植物品種間的搭配，使復合人工濕地系統(tǒng)呈現(xiàn)一派姹紫嫣紅、爭芳斗艷、規(guī)劃整齊而又錯落有致的濕地景觀。本次人工濕地選用蘆葦、花葉蘆荻、藨草、千屈菜等。

3 生態(tài)調(diào)控工程設計

3.1 技術原理

生態(tài)調(diào)控技術是指在進行水質(zhì)凈化過程中，采取自然生態(tài)方法，確保整個水體維持“水面清、水系暢、水體活、水色透”的狀態(tài)。該技術以自然生態(tài)系統(tǒng)為模型，以穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論為依據(jù)，運用生物操控手段，構(gòu)建許昌市飲馬河穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)，保證許昌市飲馬河達標水質(zhì)長效運行。具體示意圖見圖3。

生態(tài)調(diào)控措施中，水生植物群落構(gòu)建的“水下森林”起到至關重要的作用。水生植物中大多具有很強的凈化水體的作用，可解決水體富營養(yǎng)化的問題。通過浮葉植物和沉水植物的利用，形成良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)，充分發(fā)揮其生態(tài)功能。

圖3 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論與生態(tài)調(diào)控圖

3.2 工程布置

3.2.1 河道基底改良工程

河道底質(zhì)改良主要包括底質(zhì)消毒和活化。通過將河道內(nèi)換填后的種植素土進行清理、翻耙，在河底土壤和周邊環(huán)境內(nèi)施用具有針對性的植物病原體消殺劑，消滅蟄伏的導致高等植物發(fā)生褐斑病、葉銹病、稈銹病、黑粉病等的細菌性病原體和霉菌，并調(diào)節(jié)含有植物生長所必需的微量元素和多種營養(yǎng)成分的土壤微量元素營養(yǎng)劑，以提高高等植物成活率。

3.2.2 植物群落構(gòu)建

3.2.2.1 沉水植物

沉水植物對河流中氮、磷等污染物有較高的凈化率，可固定沉積物、減少再懸浮，降低河道內(nèi)源負荷，為附著生物如螺類等提供基質(zhì)，為浮游動物提供避難所，從而增強生態(tài)系統(tǒng)對浮游植物的控制和系統(tǒng)的自凈能力，為降解微生物提供良好的棲息場所，有利于微生物的生存。沉水植物龐大的根系為細菌提供了多樣性的生境，為微生物的好氧呼吸提供了有利條件，進一步增加了水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的長度和復雜性，從而形成穩(wěn)定、平衡的生態(tài)系統(tǒng)。本次沉水植物選用金魚藻、黑藻、苦草、竹葉眼子菜等。3.2.2.2 浮葉植物

浮葉植物也是水生植物的主要組成部分，尤其是風浪較小的河流，覆蓋度較大。浮葉植物除了可以增加水生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，控制浮游植物發(fā)展等功能外，許多種類還是價值較高的觀賞植物，如睡蓮。由于浮葉植物葉子浮在水面進行光合作用，因此對水體的透明度要求較低，常作為富營養(yǎng)化水體水生植物構(gòu)建的先鋒種，用以控制浮游植物，改善水體透明度，為其它水生植物恢復創(chuàng)造條件。浮葉植物選用睡蓮、金銀蓮花等。

3.2.2.3 挺水植物

挺水植物是水生植物的主要組成部分，能給許多其他生物提供生境，增加生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性；挺水植被構(gòu)成的河岸帶是景觀河道的天然屏障，對面源污染有著明顯的緩沖作用，面源污染經(jīng)過河岸帶的凈化后，營養(yǎng)鹽得到一定的削減，從而減輕了面源污染對河道的危害作用。挺水植物選用水生美人蕉、千屈菜、梭魚草等。

3.2.3 水生動物系統(tǒng)

水生動物的放養(yǎng)充分考慮水生動物物種的配置結(jié)構(gòu)（時空結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)），科學合理地設計水生動物包括魚類、底棲動物、蝦類及濾食性浮游動物放養(yǎng)種類及數(shù)量。通過濾食浮游藻類，有效控制藍藻水華；N、P通過藻類營養(yǎng)級轉(zhuǎn)化，以魚產(chǎn)量形式得到固定，進而達到凈化水質(zhì)的目的。

3.2.3.1 魚類

根據(jù)河南區(qū)域氣候、地質(zhì)地貌、以及區(qū)周邊區(qū)域情況，選用了以下魚類品種：鱖魚、烏鱧、黃顙魚等。魚類群落為全區(qū)放養(yǎng)，此外，在構(gòu)建區(qū)內(nèi)建設上堆式魚巢。

3.2.3.2 底棲動物

大型底棲生物在水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與流動中具有特殊的地位和作用。出于對良性水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建以及水質(zhì)保護的需要，因此，構(gòu)建合理的底棲動物群落是十分必要的。根據(jù)區(qū)域情況，大型底棲動物選用：橢圓蘿卜螺，扁旋螺，褶紋冠蚌，三角帆蚌。底棲動物為全區(qū)放養(yǎng)。

3.3 生態(tài)調(diào)控工程管理措施

3.3.1 水質(zhì)與水生生物指標監(jiān)測與分析

在河道中設置監(jiān)測點，對河道水質(zhì)進行監(jiān)測，監(jiān)測的指標應包括水質(zhì)、底泥及生物指標三大類。

3.3.2 水生植被的管理

水生植被恢復后，生物多樣性增加，水體的凈化能力大大增強。除了在植被恢復時，根據(jù)恢復物種的特性，通過建立物理與生態(tài)障礙的方法，控制其空間擴展外，還需對水生植物進行科學管理，控制水生植物密度和優(yōu)勢度，保持群落穩(wěn)定。通過制定水生植物生物量、空間分布和優(yōu)勢度的簡易監(jiān)測方法以及閾值，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定管理措施。常規(guī)管理主要是對水生植物進行收割，收割一方面是不斷優(yōu)化水生植物群落，另一方面，增加河流營養(yǎng)鹽的輸出。

3.3.3 魚類群落的管理

魚類是影響水生植物乃至整個生態(tài)系統(tǒng)的關鍵因素之一。生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建初期，主要進行肉食性魚類群落構(gòu)建；生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，為了減少水生植物管理成本，可以適當放養(yǎng)草食性魚類；另外要對各種魚類生物量與體積進行控制，魚類體積的大小直接影響其牧食特性，魚類體積變大后，牧食藻類的效率變低，應予以捕撈；反之，小魚應予以放養(yǎng)。

3.3.4 底棲動物的管理

大型底棲動物螺、蚌等主要以保護為主，控制底棲動物性魚類的放養(yǎng)，如鯉魚等。由于水生植物的種植，水體附著基和其他理化環(huán)境會大大改善，大型底棲動物數(shù)量會顯著增加，從而增強水體的自凈能力和對浮游植物的控制能力。螺、蚌等初期可以適當放養(yǎng)，但主要以保護為主，禁止撈螺、蚌等大型底棲動物。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)城市河道大多為污染河道，缺乏天然徑流。隨著城市建設的推進，河流水系在城市發(fā)展中的定位日益提高。治理污染，提高河道的生態(tài)價值，建設水生態(tài)文明城市逐漸成為各級政府和廣大市民的共識。該項集成技術能夠從源頭降低污染物入河負荷，提高河道補水水質(zhì)，并通過生態(tài)調(diào)控措施恢復河流自凈能力提高水質(zhì)保障能力，能夠在一定程度上解決多數(shù)城市河道存在的問題。該集成技術已在許昌得到應用，實現(xiàn)了良好生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一，因此具有較高的推廣應用前景。

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