余 婷

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 233000)

派河，引江濟(jì)淮之清水廊道，承擔(dān)江淮溝通段全部水量輸送任務(wù)，引江濟(jì)淮通水后要求其水質(zhì)不低于地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。為保障派河水質(zhì)，2014年8月安徽省上報(bào)水利部的《引江濟(jì)淮工程項(xiàng)目建議書》中，提出針對性地采取治污、避污、截污、導(dǎo)污、控污等綜合防治措施。派河截導(dǎo)污就是對直排入派河的污水處理廠尾水采取截污導(dǎo)流措施，確保一江清水北上。

依據(jù)有關(guān)批復(fù)，九聯(lián)圩承擔(dān)合肥市經(jīng)開區(qū)污水廠40萬t/d的尾水凈化任務(wù)，工程實(shí)施后，將直接削減進(jìn)入派河的污染負(fù)荷，為引江濟(jì)淮輸水水質(zhì)提供有力的保障，并間接改善巢湖水質(zhì)，推動美麗巢湖建設(shè)，因此九聯(lián)圩濕地的規(guī)劃和建設(shè)，是十分必要的。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

九聯(lián)圩位于合肥市包河區(qū)牛角大圩內(nèi)，原為2814漁場區(qū)，即利用低洼地產(chǎn)荒地開挖的淡水綜合養(yǎng)魚區(qū)。項(xiàng)目區(qū)北臨丙子河，南瀕派河，東與巢湖一堤之隔，內(nèi)部由連片方塊狀的魚塘組成。

本次規(guī)劃設(shè)計(jì)的九聯(lián)圩總占地1395畝，占地已隨引江濟(jì)淮主體工程報(bào)批。場地現(xiàn)狀為連片魚塘組成，塘底高程約為6.0m(1985國家高程基準(zhǔn)，下同)，塘埂高程8.0～9.0m，塘內(nèi)水位7.5～8.0m，均為平鍋底，四周有直立漿砌石護(hù)岸。圩內(nèi)中間有1條長1.8km，寬10～20m的排澇干溝，圩內(nèi)澇水通過排澇干溝送至丙子河對岸的排澇泵站，最終入巢湖。由于水體長期缺乏流動，魚塘和溝渠內(nèi)部水質(zhì)較差。

丙子河是九聯(lián)圩北部，是北澇圩高排區(qū)的主要排水通道，流域面積17.6km2，河道全長6.05km，底寬10～500m，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。河口建有生態(tài)濕地面積30hm2，濕地常水位8.10m，防洪水位8.7m，河口還建有防洪閘及排澇泵站各1座。丙子河非汛期主要依靠天然降雨補(bǔ)給，導(dǎo)致河道內(nèi)水位較低，水體缺乏流動性，河道水質(zhì)較差。

2 區(qū)域水質(zhì)、底泥分析

2.1 外河水質(zhì)

派河位于巢湖西部，是巢湖的一級支流，河道全長60km，流域面積585km2。派河本身是一條重污染河道，入河污染主要為小廟鎮(zhèn)、上派鎮(zhèn)沿河工業(yè)污廢水及沿河小區(qū)生活污水、經(jīng)開區(qū)污水處理廠、野生動物園污水處理廠尾水等，2020年派河主要指標(biāo)滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，派河下段是引江濟(jì)淮工程輸水線路，水質(zhì)管理目標(biāo)近期為Ⅲ類，遠(yuǎn)期為Ⅲ類。

巢湖流域位于安徽省腹地，長江流域下游左岸，流域總面積13486km2。目前巢湖已形成點(diǎn)源面源并重、總磷總氮為主的污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)；2020年水質(zhì)主要指標(biāo)基本滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)期水質(zhì)管理目標(biāo)為Ⅲ類，中度營養(yǎng)化。

2.2 污水處理廠尾水水質(zhì)分析

經(jīng)開區(qū)污水處理廠位于合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)南部，工程占地約為93048m2，服務(wù)面積82km2。污水處理廠共有4期，工程總規(guī)模40萬t/d。出水設(shè)計(jì)值在穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，TP、NH3-N、COD、TN主要指標(biāo)濃度值分別不高于0.3、1.5、30、5mg/L，基本達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)。

按照河道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(TN不做考核)，污水處理廠尾水基本滿足河道地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。單從出水水質(zhì)來看，尾水水質(zhì)已經(jīng)很好，但考慮到派河在江淮運(yùn)河輸水期水質(zhì)要求較高，同時(shí)污水處理廠尾水存在色度低、有氣味、可生化性較差等問題，利用九聯(lián)圩構(gòu)建生態(tài)濕地，對尾水處理后排放，是非常有意義的。

2.3 九聯(lián)圩現(xiàn)狀水質(zhì)和底泥分析

2.3.1監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

九聯(lián)圩原為2814漁場區(qū)，現(xiàn)狀為連片方塊狀的魚塘。依據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，采取單因子評價(jià)方法(下同)。采用環(huán)保部門統(tǒng)計(jì)整理的水質(zhì)監(jiān)測資料，并結(jié)合現(xiàn)場取樣監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評價(jià)的主要因子為高錳酸鹽指數(shù)、BOD5、COD、NH3-N、TP、TN，分別在2019年12月31日和2020年1月31日進(jìn)行了2次監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖1—2所示。

圖1監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：監(jiān)測的4個(gè)水樣中，COD除了九聯(lián)圩內(nèi)部魚塘超標(biāo)外，其他均達(dá)到地表Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)；TN北澇圩污水處理廠下和丙子河河口濕地超標(biāo)；TP、NH3-N基本滿足Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

圖2監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：監(jiān)測的4個(gè)水樣中，COD均達(dá)到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；TN北澇圩污水處理廠下、丙子河河口濕地和九聯(lián)圩魚塘均超標(biāo)；TP、NH3-N基本滿足Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

通過2次水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，COD除魚塘區(qū)域超標(biāo)外，基本達(dá)到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；TN超標(biāo)嚴(yán)重，4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)為Ⅴ—劣Ⅴ類；TP、NH3-N基本滿足Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。其中北澇圩污水處理廠出水水質(zhì)除TN超標(biāo)外，COD、NH3-N、TP均優(yōu)于GB 18918—2002中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2底泥現(xiàn)狀及分析

重金屬含量評估：依據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，參照規(guī)范中對水田的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。九聯(lián)圩分別在魚塘、排澇干溝區(qū)域各取了1個(gè)底泥樣，根據(jù)檢測結(jié)果顯示，重金屬元素不超標(biāo)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值。即該區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境可能存在的風(fēng)險(xiǎn)低，一般情況下可以忽略，完全符合農(nóng)用污泥控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 2019年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析(單位：mg/L)

圖2 2020年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析(單位：mg/L)

營養(yǎng)鹽指數(shù)評估：九聯(lián)圩魚塘魚塘底泥淤積情況較好，排澇干溝污染嚴(yán)重，分析原因可能是魚塘區(qū)域原先被承包，底泥清理過；排澇干溝長期缺乏管理，底泥淤積嚴(yán)重所致。

3 設(shè)計(jì)范圍與目標(biāo)

3.1 設(shè)計(jì)范圍

九聯(lián)圩位于包河區(qū)牛角大圩東北角，北臨丙子河，南瀕派河，東靠環(huán)湖大道，與巢湖一堤之隔。同時(shí)也是巢湖風(fēng)景名勝區(qū)、環(huán)巢湖濕地公園的重要組成部分。濕地總面積1395畝。

3.2 工程任務(wù)

九聯(lián)圩生態(tài)濕地本次建設(shè)后的任務(wù)有：①構(gòu)建生態(tài)濕地，凈化污水處理廠尾水，確保派河清水廊道水質(zhì)，削減入巢湖污染負(fù)荷；②重構(gòu)尾水生態(tài)系統(tǒng)，豐富生物多樣性，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境；③保護(hù)與展示漁場文化，完善濕地基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)揮濕地科普宣教、休閑游憩功能。

3.3 濕地凈化目標(biāo)

新建九聯(lián)圩濕地替代補(bǔ)償原派河天然河道排水的環(huán)境容量，避免因派河截導(dǎo)污工程建設(shè)加劇巢湖水體污染負(fù)荷。根據(jù)《安徽省水功能區(qū)納污能力核定和分階段限排總量控制方案》，該段限制排放總量COD為583t/a，NH3-N為84t/a，即新建九聯(lián)圩濕地最終COD削減量大于583t/a，NH3-N削減量大于84t/a。經(jīng)開區(qū)污水廠截導(dǎo)污路線示意圖如圖3所示。

4 生態(tài)濕地設(shè)計(jì)

4.1 濕地進(jìn)、出水水量及水質(zhì)

進(jìn)水水量：九聯(lián)圩濕地進(jìn)水水量需要結(jié)合丙子河區(qū)間來水的匯入綜合確定。九聯(lián)圩進(jìn)水水量考慮了丙子河天然徑流量、區(qū)間北澇圩污水處理廠尾水量(2萬t/d)和經(jīng)開區(qū)污水處理廠尾水量相疊加，進(jìn)水流量為5m3/s。

進(jìn)水水質(zhì)：尾水水質(zhì)基本達(dá)到地表水Ⅳ類，即TP、TN、NH3-N、COD 4項(xiàng)指標(biāo)濃度值分別為0.3、5、1.5、30mg/L。考慮到丙子河流域自身存在一定的入河污染負(fù)荷，其水體對尾水凈化能力有限，從偏保守角度出發(fā)，本次工程以污水廠尾水出水水質(zhì)(物化指標(biāo))作為濕地進(jìn)水水質(zhì)，即濕地進(jìn)水水質(zhì)的TP為0.3mg/L、TN為5mg/L、NH3-N為1.5mg/L、COD為30mg/L。

圖3 經(jīng)開區(qū)污水廠截導(dǎo)污路線示意圖

出水水量：按照最惡劣工況，即進(jìn)水水量疊加汛期九聯(lián)圩排澇流量，排澇標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇24h暴雨1d平均排出，經(jīng)計(jì)算汛期排澇流量為1.2m3/s，即九聯(lián)圩濕地出水水量為6.2m3/s。

出水水質(zhì)：單從物化指標(biāo)來看，污水廠尾水除總氮外，COD、氨氮、總磷均滿足河道地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，但污水廠尾水存在出水水質(zhì)不穩(wěn)定，色度低、有氣味、可生化性較差等問題，尤其是污水廠尾水在出廠之前需加入大量的消毒藥劑，微生物數(shù)量極少，水體缺乏活性，且污水廠尾水成分較為復(fù)雜，直接排入對自然水體，對河道生態(tài)系統(tǒng)造成不明影響，目前在國內(nèi)外仍處于探索階段，一般情況下，都需要在尾水排放末端增設(shè)一個(gè)人工濕地。故此，本次濕地設(shè)計(jì)出水水質(zhì)不對物化指標(biāo)做定量化考核要求，重點(diǎn)以削減污染負(fù)荷總量，重構(gòu)尾水生態(tài)系統(tǒng)，豐富濕地生物多樣性為主。

4.2 濕地工藝流程

從工程實(shí)用角度出發(fā)，按照系統(tǒng)布水方式的不同或水流方式差異一般分為自由表面流人工濕地(FWS)和潛流型人工濕地(SFS)。

九聯(lián)圩原為2814漁場區(qū)，區(qū)域內(nèi)部基本為坑塘水面。鑒于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)可利用的坑塘面積較大、濕地污染負(fù)荷較低、便于生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、科普展示和管理維護(hù)等角度綜合考慮，在九聯(lián)圩采用全表面流人工濕地工藝。

4.3 進(jìn)出水線路與規(guī)模

濕地進(jìn)水：丙子河相對九聯(lián)圩地勢、水位較高，在丙子河上設(shè)置建筑物，可自流引水進(jìn)入九聯(lián)圩濕地，本次規(guī)劃在丙子河河口新建1座進(jìn)水涵閘。

濕地出水：常規(guī)應(yīng)設(shè)置在濕地末端，考慮到派河復(fù)線船閘正在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，在濕地末端建設(shè)排水泵站排水入派河，難度較大。因此九聯(lián)圩排水仍利用丙子一站原有排澇通道，通過排澇干溝導(dǎo)入丙子河北側(cè)的排澇站，最終通過泵站抽排入巢湖。

九聯(lián)圩濕地進(jìn)出水、濕地分區(qū)示意圖如圖4所示。

圖4 九聯(lián)圩濕地進(jìn)出水、濕地分區(qū)示意圖

4.4 濕地設(shè)計(jì)

4.4.1濕地功能分區(qū)

九聯(lián)圩濕地面積1395畝，根據(jù)實(shí)測的1∶1000地形圖，結(jié)合現(xiàn)狀道路和溝渠坑塘的分布等情況，將九聯(lián)圩濕地以中間排澇溝為界，劃分為3個(gè)并聯(lián)的凈化單元，分區(qū)凈化污水處理廠尾水。其中前端穩(wěn)定塘面積約277.5畝，濕地單元一面積約217.5畝，濕地單元二約345畝，濕地單元三區(qū)位于排澇溝西側(cè)，面積約555畝。

九聯(lián)圩濕地進(jìn)水水質(zhì)除TN過高外，COD、NH3-N、TP基本滿足河道地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。但考慮到遠(yuǎn)期巢湖水質(zhì)要求較高，同時(shí)污水處理廠尾水存在出水水質(zhì)不穩(wěn)定，色度低、有氣味、可生化性較差等問題，本次規(guī)劃將濕地單元三區(qū)作為尾水凈化示范區(qū)，設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為2.0m3/s。

通過對污水處理廠尾水中氮的成分進(jìn)行檢驗(yàn)，可以看出污水廠尾水中有機(jī)氮含量最高，占到總氮總量的81.5%，氨氮和硝酸鹽氮含量較少。

經(jīng)開區(qū)污水廠尾水中氮成分檢測結(jié)果見表1。

表1 經(jīng)開區(qū)污水廠尾水中氮成分表

污水中氮的存在形式主要有4種：有機(jī)氮(蛋白質(zhì)、尿素，氨基酸、硝基化合物等)、氨氮(NH4+、NH3)、硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)。去除機(jī)制包括揮發(fā)、氨化、硝化/反硝化、植物吸收和基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀作用。其中無機(jī)氮(包括NH4+-N和NO3--N)可以被濕地中植物吸收，最終通過植物收割從濕地中去除。人工濕地基質(zhì)可以通過吸收、吸附、過濾等途徑去除一部分氮，但是濕地中氮去除最主要途徑是微生物的硝化/反硝化作用。

鑒于此，本次將濕地單元三區(qū)前端設(shè)計(jì)曝氣塘→好氧塘→厭氧塘的三段脫氮多塘處理系統(tǒng)。第一段曝氣塘的主要作用是代謝分解有機(jī)物，并使有機(jī)氮氨化。第二段氧化塘主要進(jìn)行硝化反應(yīng)，將氨氮氧化。第三段是厭氧塘進(jìn)行反硝化，通過投放藻類增加C源，使硝態(tài)氮在缺氧條件下被還原為N2。濕地示范區(qū)各塊魚塘之間通過直接開埂、設(shè)置涵管或堰壩進(jìn)行連通，根據(jù)不同水深種植不同類型的水生植物。

4.4.2濕地生境營造

九聯(lián)圩原為2814漁場區(qū)，魚塘長寬，底高程基本一致，本次從生境營造角度對魚塘進(jìn)行改造，如圖5所示。將現(xiàn)有魚塘挖深，將其土方填至另一部分魚塘中，改造成深中淺3個(gè)梯度，形成好氧、兼氧、厭氧塘，并植以不同的水生植物，提高氮的硝化反硝化效率。其中好氧塘水深控制在0.5～1.0m，兼氧塘(現(xiàn)有魚塘保留)水深控制在1.5～2.0m，厭氧塘水深控制在2.5～3.0m。

圖5 魚塘改造示意圖

濕地水位控制主要通過水力坡降進(jìn)行計(jì)算。九聯(lián)圩濕地總長約1.8km，考慮到場地現(xiàn)狀為2814漁場區(qū)，地形非常平坦，本次通過連通涵管、跌水堰壩控制不同水塘水位及水流方向，濕地整體水力坡降為0.7‰。

同時(shí)考慮到現(xiàn)有魚塘均為直立漿砌石護(hù)岸，為利于水生植物栽種，對現(xiàn)狀護(hù)岸進(jìn)行改造。現(xiàn)有直立漿砌石護(hù)岸保持現(xiàn)狀，魚塘開挖的土方用來填筑邊坡，濕地近岸帶邊坡不得大于1∶5。經(jīng)計(jì)算，魚塘水下地形改造土方開挖基本平衡，開挖土方48.8萬m3，回填土方48.3萬m3。

4.4.3濕地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

首先要確定以提高生物多樣性、優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為主的修復(fù)目標(biāo)；其次結(jié)合深潭、淺灘等不同的生境，構(gòu)建陸生、浮葉、挺水、沉水植物、魚類、底棲生物、鳥類全食物鏈，逐步形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

陸域植物配置：以本地自然形成片林景觀的樹種為主，同時(shí)適當(dāng)增加常綠植物比例，設(shè)計(jì)中常綠植物總量占50%～60%，用以彌補(bǔ)洪水位線以下植物群落景觀在冬季蕭條的缺陷，主要鄉(xiāng)土樹種有：女貞、香樟、桂花、枇杷、水杉、落羽杉等。同時(shí)，臨水處以多年生草本和灌木為主體，如迎春、凌霄、紅花草、蘆葦、荻、烏桕、楓楊等。

水生植物配置：作為牛角大圩農(nóng)業(yè)生態(tài)園的組成部分，本次在九聯(lián)圩濕地構(gòu)建以水八仙為主的水生植物群落，一方面能發(fā)揮濕地凈化作用，同時(shí)帶來經(jīng)濟(jì)收入，減少濕地植物養(yǎng)護(hù)收割費(fèi)用；另一方面能貼合農(nóng)業(yè)生態(tài)園定位，更好的發(fā)揮其科普、宣教功能。挺水植物選用千屈菜、黃菖蒲、美人蕉、香蒲等，浮葉植物選擇芡實(shí)、荇菜、莼菜、荷花、睡蓮等，沉水植物選用金魚藻、菹草、苦草等。濕地共種植水生植物23萬m2。并在圩內(nèi)投放魚苗和底棲動物，構(gòu)建健康的水生態(tài)系統(tǒng)。

4.5 圩塘濕地設(shè)計(jì)

九聯(lián)圩濕地位于肥西派河濕地公園范圍內(nèi)，除了凈化尾水、改善入巢湖水質(zhì)外，還要兼顧濕地普及教育和示范的作用。連片方塊狀的圩田是九聯(lián)圩濕地主要組成部分，整齊劃一水塘使得區(qū)域景觀單調(diào)，但同時(shí)形成了圩田濕地的特色。九聯(lián)圩濕地設(shè)計(jì)以盡量保留圩田方塊狀肌理為原則，對方塊狀圩田進(jìn)行功能改造，在滿足濕地凈化功能基礎(chǔ)上，結(jié)合濕地棧道、橋梁、垂釣平臺、濕地科普館的設(shè)置，打造特色圩塘濕地。

4.6 濕地凈化效果分析

項(xiàng)目區(qū)的來水主要為經(jīng)開區(qū)污水處理廠尾水，因此濕地進(jìn)水為持續(xù)流且水量恒定。營養(yǎng)元素通過九聯(lián)圩濕地中會逐步削減。其中，植物在春季及冬季處于休眠狀態(tài)，不會削減過量營養(yǎng)元素；微生物在溫度較低時(shí)，活性較差，尤其是水溫低于5℃時(shí)，對營養(yǎng)元素削減效果大大下降。

表2 濕地凈化能力分析表

在氣溫高于15℃時(shí)，營養(yǎng)元素削減較高；氣溫在5～15℃時(shí)，營養(yǎng)元素削減率下降60%左右；在氣溫低于5℃時(shí)，營養(yǎng)元素削減率下降80%左右，即每年的11月16日至2月19日。

濕地凈化能力參考相關(guān)案例和規(guī)范，去除效率見表2。結(jié)合濕地面積和凈化能力，估算九聯(lián)圩濕地每年可削減COD、NH3-N、TP污染負(fù)荷量分別為1752、87.6、15.33t/a，能替代補(bǔ)償原派河天然河道排水的環(huán)境容量需求。

5 結(jié)語

引江濟(jì)淮工程作為以明渠為主的調(diào)水工程，保障輸水水質(zhì)安全是工程建設(shè)的關(guān)鍵。派河作為江淮溝通段清水廊道，對沿線的污水處理廠尾水采取截污導(dǎo)流措施，必要性是不言而喻的。本文從打造江淮清水廊道的角度出發(fā)，利用九聯(lián)圩建設(shè)尾水凈化濕地，通過功能分區(qū)、生境營造、生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建等措施，構(gòu)建特色圩塘濕地。本工程的實(shí)施將有效改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，提高水體自凈能力，為圩區(qū)類似尾水凈化濕地的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供參考和借鑒，同時(shí)為合肥創(chuàng)建國際濕地城市盡一份力。