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        城市水生態(tài)修復(fù)技術(shù)與工程應(yīng)用*

        2022-04-29 07:11:22徐林箏曹瑞良宮經(jīng)成洪勝杰
        施工技術(shù)(中英文) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:旁路凈化河道

        徐林箏,黃 超,曹瑞良,宮經(jīng)成,洪勝杰

        (中國(guó)建筑一局(集團(tuán))有限公司,北京 100161)

        0 引言

        水是人類文明發(fā)展的起源,河流作為水的載體,與城市建設(shè)和發(fā)展息息相關(guān)。河流不僅為人類提供生存所需的水源,還為城市發(fā)展提供了豐富的自然資源。隨著科技水平的提高,人類對(duì)河流進(jìn)行了大規(guī)模開發(fā),包括灌溉、航運(yùn)、防洪等。但由于在開發(fā)過程中忽略生態(tài)保護(hù),城市水生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞:生態(tài)系統(tǒng)生境受損,人工擾動(dòng)痕跡明顯,生境單一,硬質(zhì)駁岸較多,多樣性差;生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損,種群缺失,結(jié)構(gòu)混亂,水生動(dòng)物和水生植物種類稀少且有大量入侵物種;生態(tài)系統(tǒng)功能受損,水體自凈能力差;城市水體富營(yíng)養(yǎng)化和黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重,水體中生物不斷減少,水質(zhì)不斷惡化,嚴(yán)重影響城市形象和居民生活。近年來(lái),我國(guó)各地城市開展了大量水生態(tài)治理修復(fù)工作,以漳州市內(nèi)河水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目為研究對(duì)象,分析了該市水生態(tài)污染現(xiàn)狀,并介紹了一些常用水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的工程應(yīng)用。

        1 水質(zhì)狀況調(diào)查

        1.1 水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分析

        通過對(duì)漳州市3個(gè)流域片區(qū)進(jìn)行7次采樣,采樣時(shí)間為2017年7月—2018年7月, 總計(jì)河道采樣點(diǎn)為278個(gè),排口采樣點(diǎn)為20個(gè)。根據(jù)2017年7月—2018年1月水質(zhì)數(shù)據(jù),3個(gè)流域片區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀污染嚴(yán)重,總體黑臭比例在60%以上,3個(gè)流域片區(qū)水體主要污染因子(黑臭標(biāo)準(zhǔn))為氨氮和COD(化學(xué)需氧量)(見表1)。

        表1 水質(zhì)數(shù)據(jù)

        1.2 河流污染源分析(見表2)

        表2 河流污染源分析 (t·年-1)

        由表2數(shù)據(jù)可知,各污染源中面源污染占比最大,其次為點(diǎn)源污染,內(nèi)源污染占比最小。污染物輸入量中氨氮和總磷大部分來(lái)自于面源污染,COD來(lái)自于點(diǎn)源污染和面源污染。

        淤泥調(diào)查中,底泥采樣點(diǎn)總數(shù)為54個(gè),檢測(cè)結(jié)果顯示,河道淤泥中富含氮磷,含有一定的有機(jī)質(zhì)和重金屬。淤泥中重金屬含量較高,清出淤泥不適合用作農(nóng)作物覆土。

        1.3 水環(huán)境容量分析

        水質(zhì)目標(biāo)按照消除黑臭進(jìn)行計(jì)算,主要指標(biāo)為氨氮,3個(gè)流域的水系現(xiàn)狀環(huán)境容量估值結(jié)果顯示,水系所接納的污染總量大大超出環(huán)境容量,污染非常嚴(yán)重,城市水生態(tài)急需得到治理,如表3所示。

        表3 水環(huán)境容量分析

        2 水生態(tài)修復(fù)技術(shù)

        2.1 河道形態(tài)結(jié)構(gòu)

        2.1.1河道平面

        河道平面形態(tài)主要有直線型和蜿蜒型。傳統(tǒng)的河道治理以防洪為主,主要通過剛性不透水材料調(diào)整洪峰,采取拓寬河道、截彎取直、挖深河道、兩岸修筑堤壩等措施保證泄洪量,使河道邊界順直固化變成直線型。因河漫灘面積小,建設(shè)用地緊張,城市河道治理中常采用直線型河道。但直線型河道固定了河道邊界,限制其自由發(fā)展,且河流內(nèi)外系統(tǒng)分隔,影響河流生態(tài)系統(tǒng)功能。

        自然狀態(tài)下,河道因水流的沖刷侵蝕,呈現(xiàn)蜿蜒曲折的形態(tài)。河流蜿蜒性創(chuàng)造了豐富多樣的生存環(huán)境,從而保障河道中生物多樣性,提高河道生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。河道蜿蜒性還能夠緩解洪峰流速,減輕洪水對(duì)下游河岸的沖刷,保護(hù)沿線護(hù)岸,起到防洪作用。

        2.1.2河道斷面

        河道斷面類型主要有矩形斷面、梯形斷面、復(fù)式斷面。

        1)矩形斷面結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單,在原河床基礎(chǔ)上挖深即可,施工方便,占地面積小(見圖1)。正常水位以下可采用矩形干砌石斷面,正常水位以上采用毛石堆砌成斜坡,從而緩解水流對(duì)河道的沖刷,擴(kuò)展水生動(dòng)植物生存空間。但施工采用剛性不透水材料,破壞水生生物與陸生生物間的循環(huán),影響生物生存,適用于人口密集、用地緊缺地區(qū)的河道。

        圖1 矩形斷面

        2)梯形斷面結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,采用漿砌塊石護(hù)坡,護(hù)坡上設(shè)置有各種綠化的親水平臺(tái),景觀性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便、占地面積小、投資省,且能提高河道過流能力(見圖2)。岸坡親水性差,坡度較大時(shí),會(huì)阻礙生物溝通交流,適用于人口密集、河漫灘較小地區(qū)的河道。

        圖2 梯形斷面

        3)復(fù)式斷面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,常水位以上采用緩坡,常水位以下設(shè)置矩形或梯形斷面,過水?dāng)嗝婷娣e大(見圖3)。水流量小時(shí),主要流經(jīng)主河槽,洪水期時(shí),洪水可漫灘。復(fù)式斷面親水性強(qiáng),安全性高,汛期有泄洪排澇作用,但其占地面積大,適用于河灘開闊地區(qū)的河道。

        圖3 復(fù)式斷面

        2.2 河道水體治理

        2.2.1水生植物

        水生植物根據(jù)其生活方式可分為挺水植物、浮葉植物、沉水植物和漂浮植物(見表4)。水生植物具有良好的生態(tài)功能。

        表4 水生植物分類及特點(diǎn)

        1)凈化水質(zhì)

        水生植物不僅能夠通過光合作用進(jìn)行固碳釋氧,還能吸收水體中氮、磷、重金屬等有害元素及有機(jī)污染物,從而消除污染,凈化水質(zhì)。大量研究表明,多種水生植物對(duì)COD、氨氮、總磷都有良好的去除效果,能夠提高水體透明度,恢復(fù)水體生態(tài)功能。

        2)保護(hù)生物多樣性

        水生植物能夠?yàn)槔ハx、鳥類等提供食物來(lái)源和棲息地,促進(jìn)各生物間的溝通交流,從而保證水生態(tài)的生物多樣性。

        3)景觀性良好

        水生植物具有較強(qiáng)的造景功能,許多水生植物還能開花,美化水景效果良好。

        2.2.2人工濕地

        人工濕地技術(shù)是由人工建造并運(yùn)行,通過人為在洼地上把土壤和填料有控制的混合作為填料床,并在填料床上種植水生植物,污水在其表面或者縫隙中流動(dòng)時(shí),通過土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的吸附、滯留、過濾、分解等作用凈化水質(zhì)。人工濕地靠物理沉淀、過濾作用去除懸浮物,利用生物脫氮和植物吸收方法去除氮磷,COD和BOD(生化需氧量)的去除主要靠微生物吸附和代謝作用。

        人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn)為抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、建設(shè)運(yùn)行成本低、工藝簡(jiǎn)單、景觀性好;缺點(diǎn)為占地面積大、植物受季節(jié)影響冬季運(yùn)行效果差、易受病蟲害影響、設(shè)計(jì)不當(dāng)易使人工濕地成為污染源。

        2.2.3生態(tài)浮島

        生態(tài)浮島又稱人工浮床、生態(tài)浮床等。生態(tài)浮島是通過人工設(shè)計(jì)漂浮于水面的床體,并在床體上種植水生植物,利用水生植物根系與水體接觸從而對(duì)污染物進(jìn)行降解,實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化作用,改善水質(zhì)。

        生態(tài)浮床修復(fù)技術(shù)的優(yōu)越性為不需要占地,直接利用水體面積,景觀效果好;能夠促進(jìn)生物間溝通交流,保護(hù)水生態(tài)生物多樣性;建設(shè)運(yùn)行成本低,凈化效果好。但生態(tài)浮床也具有局限性:適用范圍有限,難以對(duì)大面積水體進(jìn)行修復(fù);植物冬季難以存活,凈化效果不穩(wěn)定。

        2.2.4旁路治理

        旁路治理是在水體周邊設(shè)置合適的處理設(shè)施,將污染嚴(yán)重區(qū)段的河水抽取至旁路處理設(shè)施凈化后,再排放至另一端,從而促進(jìn)水體循環(huán)流動(dòng)并凈化水體。旁路處理需考慮后期綠化修復(fù),建設(shè)成本較高,且需專業(yè)的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)。

        2.2.5人工增氧

        人工增氧技術(shù)是根據(jù)水體中溶解氧含量,通過曝氣設(shè)備人工向水體中充入空氣,以提高水中溶解氧含量,恢復(fù)水中好氧微生物活性,強(qiáng)化水體自凈能力,從而去除污染物,改善水質(zhì)。

        3 技術(shù)應(yīng)用案例

        漳州市區(qū)內(nèi)河水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目包含多項(xiàng)城市水生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用,如表5所示。

        表5 水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)措施應(yīng)用情況

        3.1 生態(tài)修復(fù)

        水生態(tài)系統(tǒng)主要通過沉水植物群、挺水植物、水生動(dòng)物、微生物等群落進(jìn)行構(gòu)建,完善食物鏈系統(tǒng),提高水體自凈能力,使水體可通過自身的生態(tài)效益保持生態(tài)穩(wěn)定,如表6所示。

        表6 水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

        在生態(tài)系統(tǒng)建立前期,根據(jù)水體特點(diǎn),合理設(shè)置曝氣裝置對(duì)于水質(zhì)凈化以及水生動(dòng)植物的移植存活率有很好的輔助提高作用。該項(xiàng)目在3個(gè)流域共設(shè)置了317臺(tái)曝氣設(shè)備以促進(jìn)造流和增氧。

        3.2 凈水濕地

        凈水濕地主要設(shè)置在毗鄰主河道和支流的匯集區(qū),其中古塘溪濕地布置面積368 610m2,西洋溪濕地布置面積369 600m2,內(nèi)林引水渠濕地布置面積339 018m2。

        3.3 旁路強(qiáng)化處理

        漳州市內(nèi)河有大批暗涵段,暗涵內(nèi)部情況復(fù)雜,底泥淤積,雨污混接、錯(cuò)接嚴(yán)重,排口不易溯源,出口水質(zhì)惡劣,暗涵出水對(duì)下游水質(zhì)形成嚴(yán)重的斷面污染。在斷面污染河段設(shè)置旁路強(qiáng)化凈化裝置,結(jié)合凈水濕地進(jìn)行生態(tài)深化處理,有效解決水污染問題。主要布置在九十九灣區(qū)域,共5座(見表7)。

        表7 旁路強(qiáng)化處理

        4 結(jié)語(yǔ)

        城市水生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)全面而持久的任務(wù),針對(duì)各城市存在的水環(huán)境問題,應(yīng)在保證不破壞水生態(tài)系統(tǒng)的前提下,科學(xué)開展治理工作。城市水生態(tài)修復(fù)應(yīng)從各城市水環(huán)境存在的問題入手,采取合適的修復(fù)技術(shù),提高城市水生態(tài)修復(fù)效率。良好的城市水生態(tài)系統(tǒng)對(duì)自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市發(fā)展具有積極作用。通過對(duì)漳州市水體水質(zhì)狀況進(jìn)行分析得知,漳州市水體黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重,主要超標(biāo)物質(zhì)為COD和氨氮,水生態(tài)修復(fù)以此為切入點(diǎn),采取一系列技術(shù)措施,水生態(tài)系統(tǒng)問題逐漸改善,對(duì)當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極作用。

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