毛雪慧，林 靜，王永秀，彭子如

（深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司，廣東 深圳518000）

1 項(xiàng)目背景

芳蘭湖位于科技城東南部區(qū)域，與鄱陽(yáng)湖一壩之隔，是鄱陽(yáng)湖科技城的綠心，規(guī)劃設(shè)計(jì)面積3.2 km2，其中水域面積2 km2，濕地及其他占地1.2 km2。芳蘭湖將建成集雨洪管理、自然生態(tài)、休閑娛樂(lè)、科普教育等于一體的具有“海綿城市”示范作用的服務(wù)型城市濕地公園[1]。根據(jù)項(xiàng)目周邊水功能區(qū)劃，芳蘭湖水質(zhì)目標(biāo)按地表水Ⅲ類進(jìn)行設(shè)定。

芳蘭湖是在原有魚塘上新開(kāi)挖的景觀湖，兼具雨洪調(diào)蓄功能。雨季時(shí)，雨水?dāng)y帶大量面源污染物流入湖內(nèi)。若對(duì)此部分面源污染不控制，將加速芳蘭湖水體的富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。芳蘭湖湖區(qū)來(lái)水分為6個(gè)片區(qū)，分別為白陽(yáng)壟/魯板、芳蘭村片區(qū)、芳蘭湖北部（含小湖部分區(qū)域）、湖區(qū)南部的東光壟、泉水壟和螺絲擋壟（3個(gè)片區(qū)通過(guò)下穿截留河的涵管與湖區(qū)連通）。來(lái)水上游為農(nóng)田，面源污染嚴(yán)重，來(lái)水水質(zhì)不能滿足芳蘭湖Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)要求。虞家河為芳蘭湖相對(duì)較理想的補(bǔ)水水源，但虞家河水質(zhì)目前為劣Ⅴ類，若不深度處理而直接補(bǔ)入芳蘭湖，將成為芳蘭湖的一大污染源。因此要保證芳蘭湖水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)要求，必須處理好補(bǔ)水水質(zhì)、入湖外源污染源及內(nèi)源污染源等問(wèn)題。

2 工程方案總體設(shè)計(jì)

結(jié)合芳蘭湖濕地公園的生態(tài)定位，從補(bǔ)水、凈水、排水、截水、生態(tài)構(gòu)建等方面考慮，進(jìn)行芳蘭湖專項(xiàng)水環(huán)境設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 芳蘭湖濕地公園水環(huán)境治理總平面布置圖

2.1 補(bǔ)水問(wèn)題

芳蘭湖補(bǔ)水方式分為旱季補(bǔ)水和雨季補(bǔ)水。雨季，截流芳蘭湖白陽(yáng)壟魯板片區(qū)基流污水和初期雨水，經(jīng)生態(tài)池過(guò)濾，流入垂直流濕地凈化，最終流入芳蘭湖補(bǔ)水。旱季，若芳蘭湖白陽(yáng)壟魯板片區(qū)的基流量很少，水量不能滿足芳蘭湖補(bǔ)水量要求，則通過(guò)提升泵取虞家河水，河水通過(guò)虞家河垂直流濕地處理，出水達(dá)標(biāo)后排入芳蘭湖補(bǔ)水。

2.2 外源污染控制問(wèn)題

收集芳蘭湖周邊片區(qū)（包括芳蘭村片區(qū)、芳蘭村北部片區(qū)、東光壟片區(qū)、泉水壟片區(qū)、螺絲檔壟片區(qū)、白陽(yáng)壟魯板片區(qū)）初期雨水和基流污水，經(jīng)前置塘過(guò)濾，流入漫流濕地凈化，最終流入芳蘭湖補(bǔ)水。

2.3 內(nèi)源污染控制問(wèn)題

內(nèi)源污染可以通過(guò)清除芳蘭湖湖底淤泥、構(gòu)建芳蘭湖水生態(tài)系統(tǒng)來(lái)解決。以高等水生植物群落構(gòu)建為主，結(jié)合魚類調(diào)控、底棲動(dòng)物放養(yǎng)，兼顧湖泊景觀，削減內(nèi)容負(fù)荷、降低懸浮質(zhì)、構(gòu)建以水生高等植物為主要生產(chǎn)者的芳蘭湖水生態(tài)系統(tǒng)，展現(xiàn)芳蘭湖清水態(tài)。

綜上所述，利用塘床系統(tǒng)對(duì)截流的芳蘭湖周邊片區(qū)面源污染的基流及初期雨水進(jìn)行處理，利用垂直流濕地對(duì)虞家河水的補(bǔ)水進(jìn)行處理，同時(shí)，結(jié)合湖泊生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，使芳蘭湖水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)要求。

3 工程措施及分區(qū)設(shè)計(jì)

3.1 補(bǔ)水工藝確定

芳蘭湖東部補(bǔ)水有兩個(gè)來(lái)源：（1）截流白陽(yáng)壟魯板片區(qū)基流及初期雨水；（2）若白陽(yáng)壟魯板片區(qū)的基流量很少，水量不能滿足芳蘭湖補(bǔ)水量要求，則通過(guò)設(shè)閘雍水方式取虞家河水。

3.1.1 補(bǔ)水規(guī)模的計(jì)算

芳蘭湖旱季補(bǔ)水水源是虞家河。虞家河垂直流濕地的主要功能是為芳蘭湖水系提供水量穩(wěn)定、水質(zhì)優(yōu)良的補(bǔ)水，為芳蘭湖良好的水質(zhì)及健康的生態(tài)系統(tǒng)提供保障，因此，虞家河垂直流濕地處理規(guī)模根據(jù)以下幾點(diǎn)綜合確定：

3.1.1.1 芳蘭湖水體蒸發(fā)、滲漏量

芳蘭湖建成后，水域面積2 km2，蒸發(fā)是水量平衡中的重要組成因素，是多種水文氣象因素共同影響的“產(chǎn)物”，受水汽壓力差、風(fēng)速、相對(duì)濕度等因素的影響[2]。除了水體的蒸發(fā)水量，實(shí)際上河道及湖泊滲漏的水量也很多，根據(jù)近年南方地區(qū)一些小區(qū)和較獨(dú)立的景觀湖泊實(shí)地測(cè)量的蒸發(fā)及滲漏下降水位為5～15mm/d。同時(shí)查閱芳蘭湖地區(qū)相關(guān)資料，考慮芳蘭湖水系面積、地下水位及湖底土質(zhì)等因素，本方案中芳蘭湖水體蒸發(fā)、滲透總量按8 mm/d進(jìn)行計(jì)算，則芳蘭湖水體蒸發(fā)漏失量1.6萬(wàn)m3/d。

3.1.1.2 規(guī)劃區(qū)綠化澆灌及道路沖洗

澆灌及道路沖洗可就近從水系中取水，既節(jié)約自來(lái)水用水量，還可節(jié)省綠地澆灌、道路沖洗市政供水管網(wǎng)系統(tǒng)的敷設(shè)。芳蘭湖地區(qū)內(nèi)規(guī)劃道路及綠地面積約1 488 041m2，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50015—2003）[3]，小區(qū)綠化澆灑用水定額可按澆灑面積1～3 L/（m2·d）計(jì)算，干旱地區(qū)可酌情增加；小區(qū)道路、廣場(chǎng)的澆灑用水定額可按澆灑面積2～3 L/（m2·d）計(jì)算。由于本方案綠化面積和道路面積為規(guī)劃面積，具體工程實(shí)施后綠化面積、廣場(chǎng)面積等可能會(huì)適當(dāng)增加，本方案中綠化澆灌及道路、廣場(chǎng)沖洗用水定額均取3 L/（m2·d），因此芳蘭湖地區(qū)內(nèi)道路沖洗及綠化總用水量0.45萬(wàn)m3/d。

總之，芳蘭湖水體蒸發(fā)、滲漏、道路沖洗、綠地澆灌用水量2.05萬(wàn)m3/d，即芳蘭湖總需補(bǔ)水量2.05萬(wàn)m3/d，所以補(bǔ)水濕地處理規(guī)模按2萬(wàn)m3/d設(shè)計(jì)。

3.1.2 垂直流濕地工藝設(shè)計(jì)

虞家河垂直流濕地由提升配水系統(tǒng)、高效垂直流濕地和自然濕地系統(tǒng)組成。綜合計(jì)算，芳蘭湖水體蒸發(fā)、滲漏、道路沖洗、綠地澆灌的用水量為2.05萬(wàn)m3/d，即芳蘭湖總需補(bǔ)水量2.0萬(wàn)m3/d，而白陽(yáng)壟魯板片區(qū)僅能提供0.5萬(wàn)m3/d，所以需從虞家河抽取1.5萬(wàn)m3/d的河水補(bǔ)充到芳蘭湖中。如圖2所示，白陽(yáng)壟魯板片區(qū)初期雨水及虞家河抽取補(bǔ)水均通過(guò)垂直流濕地進(jìn)入芳蘭湖。

圖2 芳蘭湖垂直流濕地工藝流程

3.1.2.1 補(bǔ)水提升及配水系統(tǒng)

由于水位標(biāo)高，虞家河水需提升后進(jìn)入垂直流濕地。為使垂直流濕地配水順暢并達(dá)到工藝要求，在補(bǔ)水提升系統(tǒng)后段設(shè)置生態(tài)池，生態(tài)池位于垂直流濕地中間向整個(gè)濕地植物池配水。生態(tài)池內(nèi)設(shè)片狀微生物床填料及生物浮島，借助片狀微生物床的吸附能力和對(duì)浮游生物提供棲息場(chǎng)所和天然食物的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建生態(tài)體系，利用池中片狀微生物床上的厭氧菌和反硝化菌將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑥亩_(dá)到凈化水體的效果[4]。沉砂池：水深2m，表面積312.5m3，停留30min。

3.1.2.2 垂直流人工濕地系統(tǒng)

垂直流濕地系統(tǒng)是本工程的核心部分，是一個(gè)獨(dú)特的土壤（基質(zhì)）-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)[5]。當(dāng)污水通過(guò)系統(tǒng)時(shí)，污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被系統(tǒng)吸收、轉(zhuǎn)化或分解，從而使水質(zhì)得到凈化。垂直流濕地植物池占地面積約為4萬(wàn)m2，垂直流濕地植物池設(shè)計(jì)布水負(fù)荷0.50m3/m2。植物池內(nèi)種植適合當(dāng)?shù)貧夂虻乃鷿裆参铮缣J葦、風(fēng)車草、蘆荻、再力花、香根草、紙莎草、美人蕉等。

3.2 面源污染控制方案的確定

芳蘭湖兼具雨洪調(diào)蓄功能，現(xiàn)狀和未來(lái)均為周邊6個(gè)片區(qū)水系來(lái)水的滯洪區(qū)，來(lái)水?dāng)y帶了上游漏排的生活污水及初期雨水，來(lái)水的水質(zhì)不能滿足芳蘭湖Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)要求。因此，采用塘床濕地工藝處理芳蘭湖周邊片區(qū)的初期雨水和基流。

3.2.1 面源污染控制規(guī)模

3.2.1.1 芳蘭村北部片區(qū)

棗樹垅、侯白垅（怡芳苑）為由北向南貫穿的河道，是芳蘭湖北部片區(qū)天然排水通道。湖塘床凈化濕地解決北部片區(qū)面源污染問(wèn)題——初期雨水，從而保障湖水質(zhì)。湖北部片區(qū)上游主要為農(nóng)田、農(nóng)村，本方案采用初期降雨厚度方法對(duì)湖北部片區(qū)的初期雨水量進(jìn)行核算。

式中：Ψ——徑流系數(shù)；H——降雨量，m；F——匯水面積，m2。

參數(shù)為：Ψ=0.3；H=0.7×10-2m≈10 mm；F=5.7 km2=5.7×106m2。

初期雨水量：Q=0.3×10×10-2×5.7×106÷104=1.71萬(wàn)m3。

因此，芳蘭村北部片區(qū)二級(jí)塘床濕地處理規(guī)模1.7萬(wàn)m3/d。

3.2.1.2 其他片區(qū)補(bǔ)水規(guī)模

芳蘭湖雨水凈化濕地解決芳蘭湖初期雨水污染問(wèn)題，湖雨水凈化濕地處理規(guī)模的主要依據(jù)為初期雨水的水量。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)初期雨水量還沒(méi)有統(tǒng)一的核算方法，比較通用的計(jì)算方法主要包括初期降雨厚度法和初期降雨歷時(shí)法兩類。初期降雨厚度法將清潔雨水與初期雨水一起收集，初期雨水量巨大，初期收集保證率低，只有34.8%～76.1%。而初期降雨歷時(shí)法具備清污分流的能力，收集雨水少，保證率較高（可到達(dá)76.1%～98.7%），但對(duì)收集系統(tǒng)管理要求較高。芳蘭湖周邊區(qū)域?qū)嵭杏晡鄯至鳈C(jī)制，本方案用初期降雨歷時(shí)方法對(duì)芳蘭湖雨水排放口初期雨水量核算。

經(jīng)查閱資料，九江市的暴雨強(qiáng)度公式：

式中：q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/s·ha；P——設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，a；t——設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)，min。

考慮用0.25 a重現(xiàn)期，因?yàn)橹噩F(xiàn)期越長(zhǎng)，降雨量越大。降雨較大的部分，稀釋的初期雨水污染物含量較低，可以忽略不去考慮，同時(shí)，降雨歷時(shí)用30 min計(jì)算降雨強(qiáng)度，得暴雨強(qiáng)度107.695 L/（s·ha）。

初期雨水排放量：

Q——初期雨水排放量，m3；F——匯水面積，m2；Ψ徑流系數(shù)，取0.85；T——初期雨水收集時(shí)間，min。依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]，初期雨水收集時(shí)間5～15 min，本方案用15 min計(jì)算。

參考《九江市鄱陽(yáng)湖生態(tài)科技城雨水工程規(guī)劃圖》[7]對(duì)芳蘭湖雨水排放口的集雨面積進(jìn)行劃分和初期降雨歷時(shí)計(jì)算，按降雨15 min，對(duì)幾場(chǎng)初期雨水收集量進(jìn)行估算，結(jié)果如表1所示。因此，芳蘭湖雨水凈化系統(tǒng)按單次處理水量5.7萬(wàn)m3設(shè)計(jì)。

表1 芳蘭湖雨水排放口初雨計(jì)算結(jié)果

3.2.2 塘床濕地工藝設(shè)計(jì)

據(jù)前述規(guī)模及水質(zhì)分析，芳蘭湖雨水凈化濕地用“前置塘+漫流濕地”工藝；有雨水時(shí)用塘床濕地凈化系統(tǒng)處理雨水；無(wú)雨水時(shí)，可凈化湖水，具體工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 芳蘭湖雨水凈化塘床濕地工藝流程

前置塘為生態(tài)凈化系統(tǒng)的前處理單元，一般為天然水塘或人工構(gòu)建水塘，沉淀、截留雨水徑流中的中粒徑到粗粒徑顆粒物或懸浮物，并調(diào)節(jié)和控制雨水徑流，以減輕后續(xù)處理單元在較大暴雨強(qiáng)度下的沖擊負(fù)荷[8]。前置塘出水通過(guò)礫石壩進(jìn)入漫流濕地。漫流濕地去除雨水徑流中的膠狀顆粒物和溶解性有機(jī)物，本方案漫流濕地以礫石為填料，填料厚度在30～50 cm，通過(guò)礫石壩進(jìn)行布水。漫流濕地上種植的水生植物包括：蘆葦、風(fēng)車草、蘆荻、再力花、香根草、紙莎草、美人蕉等。

表2可知，芳蘭湖雨水凈化濕地總面積12.5萬(wàn)m2，總水容量5.2萬(wàn)m3。

表2 芳蘭湖雨水凈化濕地設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 芳蘭湖水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

以高等水生植物群落構(gòu)建為主，結(jié)合魚類調(diào)控、底棲動(dòng)物放養(yǎng)，兼顧湖泊景觀，削減內(nèi)容負(fù)荷、降低懸浮質(zhì)，構(gòu)建以水生高等植物為主要生產(chǎn)者的芳蘭湖水生態(tài)系統(tǒng)，展現(xiàn)芳蘭湖的清水態(tài)，具體種類見(jiàn)表3。

4 結(jié)論

本方案設(shè)計(jì)初小雨水截流處理量5.7萬(wàn)m3，初小雨漫流濕地12.5萬(wàn)m2；垂直流濕地處理規(guī)模2.0萬(wàn)t/d，垂直流濕地占地約4萬(wàn)m2；生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建植物(沉水、挺水、浮葉)種植面積約4 000m2。利用塘床系統(tǒng)對(duì)截流的芳蘭湖周邊片區(qū)面源污染的基流及初期雨水進(jìn)行處理，利用垂直流人工濕地技術(shù)對(duì)虞家河水的補(bǔ)水進(jìn)行處理，同時(shí)，結(jié)合湖泊生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，工程實(shí)施后，可有效削減排入芳蘭湖的面源污染負(fù)荷，改善芳蘭湖水質(zhì)，美化周邊環(huán)境，達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)要求。

表3 芳蘭湖水生態(tài)群落