周瑞華

(山東省單縣水務(wù)局，山東 單縣 274300)

近幾十年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，人口的大量增加和城市化不斷加快的進(jìn)程中，對(duì)近自然濕地不合理的開發(fā)利用(如過(guò)度開墾、圍湖造田等)使?jié)竦匕l(fā)生嚴(yán)重的退化，最終導(dǎo)致了濕地生態(tài)環(huán)境破壞、自然景觀消失、生物多樣性減少、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能喪失等多種生態(tài)災(zāi)難。綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和景觀等要素，遵循生態(tài)學(xué)原理和因地制宜的原則，建設(shè)具有水質(zhì)凈化與生態(tài)多樣性功能的濕地生態(tài)系統(tǒng)，更好的發(fā)揮濕地調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境、保護(hù)生物多樣性以及涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)等有益于自然生態(tài)平衡的各種效益等；在滿足濕地出水水質(zhì)要求的條件下，盡量兼顧良好的景觀效益，力爭(zhēng)打造濕地生態(tài)公園，力求達(dá)到環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)濕地系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。將本工程建設(shè)成國(guó)內(nèi)人工濕地領(lǐng)域的精品示范工程。

1 工程概況

單縣嘉單河、東溝河人工濕地提升改造工程，(設(shè)計(jì)、施工)項(xiàng)目分兩個(gè)子項(xiàng)目區(qū)段: 單縣嘉單河人工濕地提升改造工程位于單縣國(guó)道105東側(cè)，前老家以東的單縣嘉單河人工濕地內(nèi)，占地面積182畝，工程處理規(guī)模為40 000 m3/d，處理單縣第一污水處理廠外排水。設(shè)計(jì)流量4.0萬(wàn) m3/d。單縣東溝河人工濕地提升改造工程位于單縣東溝河人工濕地工程植物濾床區(qū)域及其東側(cè)2 km的東溝河河道內(nèi)，工程占地面積為82.65畝。設(shè)計(jì)流量Q=4 950 m3/d=206.25 m3/h。

本項(xiàng)目提升改造工程遵循工藝先進(jìn)、技術(shù)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可行、管理簡(jiǎn)便和因地制宜的設(shè)計(jì)原則，兼顧水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)和景觀等功能，確保工程方案實(shí)用經(jīng)濟(jì)，并具有可操作性。結(jié)合已建單縣嘉單河、東溝河人工濕地現(xiàn)狀和目標(biāo)要求，本項(xiàng)目子項(xiàng)目一的主要工程措施包括雜草清除、水系貫通、水生植物種植、生物島柵及太陽(yáng)能曝氣機(jī)等；子項(xiàng)目二的主要工程包括植物濾床清除、潛流濕地主體工程、出水口區(qū)域河道邊坡整治工程及水生植物種植等。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 人工濕地系統(tǒng)原理

人工濕地處理系統(tǒng)是將污水有控制的投配到土壤經(jīng)常處于飽和狀態(tài)、生長(zhǎng)有像蘆葦、香蒲等水生植物的土地上，污水在沿一定方向流動(dòng)過(guò)程中在耐水植物和土壤聯(lián)合作用下得到凈化的一種土地處理系統(tǒng)。根據(jù)污水的流經(jīng)方式不同，人工濕地可分為表面流人工濕地和潛流式人工濕地，其構(gòu)造形式見圖1。

圖1 人工濕地的構(gòu)造分類

2.2 濕地生態(tài)修復(fù)工程理論基礎(chǔ)

濕地生態(tài)恢復(fù)的理論基礎(chǔ)是恢復(fù)生態(tài)學(xué)?；謴?fù)生態(tài)學(xué)是研究生態(tài)系統(tǒng)退化的原因、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建的技術(shù)與方法、生態(tài)學(xué)過(guò)程與機(jī)理的科學(xué)。所謂生態(tài)恢復(fù)是指根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)一定的生物、生態(tài)以及工程的技術(shù)與方法，人為地改變和切斷生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過(guò)程，調(diào)整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部及其外界的物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)過(guò)程和時(shí)空次序，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)潛力盡快成功地恢復(fù)到一定的或原有乃至更高的水平。

3 人工濕地工程施工技術(shù)措施

3.1 總體思路

單縣嘉單河人工濕地提升改造工程的總體思路為：充分結(jié)合嘉單河人工濕地現(xiàn)有地形和已種植蘆葦群現(xiàn)狀，進(jìn)行河道清淤和雜草清除等措施，貫通嘉單河人工濕地各級(jí)表面流濕地單元，使嘉單河人工濕地流態(tài)順暢，同時(shí)提高嘉單河人工濕地整體景觀效益?；诠こ虆^(qū)內(nèi)現(xiàn)有地形，根據(jù)不同水深配置具有較強(qiáng)凈化能力的挺水植物和浮葉植物，恢復(fù)塘內(nèi)的水生植被，提高濕地系統(tǒng)的生態(tài)多樣性?；诠こ虆^(qū)現(xiàn)有地形，在各級(jí)表面流濕地單元中心較深區(qū)域布置生物島柵和曝氣增氧強(qiáng)化處理設(shè)施，提高生物反應(yīng)量，增強(qiáng)人工濕地污水處理效果。單縣嘉單河人工濕地提升改造工程確定采取“原位強(qiáng)化措施修復(fù)+水生植物修復(fù)”組合工藝，具體工程措施包括：(1)對(duì)現(xiàn)有表流植物進(jìn)行植物補(bǔ)植；(2)增加生物島柵；(3)增加曝氣增氧設(shè)施；(4)雜草清除、水系貫通等，對(duì)單縣嘉單河人工濕地內(nèi)現(xiàn)有水體及單縣第一污水處理廠外排水進(jìn)行提升處理，改善嘉單河下游水質(zhì)，提升濕地整體凈化能力。

單縣東溝河人工濕地提升改造工程的總體思路為：新建潛流濕地。潛流濕地區(qū)位于原項(xiàng)目植物濾床處，植物濾床共8格并聯(lián)運(yùn)行，將原有植物濾床移除、充分利用植物濾床構(gòu)筑物建設(shè)潛流人工濕地，進(jìn)一步處理原工程潛流濕地出水，削減污水處理廠外排水污染負(fù)荷。表面流濕地水生植物種植工程。表面流濕地位于改造潛流濕地工程?hào)|南側(cè)至邢莊東南側(cè)之間的東溝河河道，長(zhǎng)約2 km，占地面積約75畝。目前濕地沿水邊分布少量蘆葦、河底存有少量沉水植物。為提升東溝河生態(tài)功能及水體凈化能力，在保持河道原有水生植物的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充種植水生植物，進(jìn)一步改善東溝河下游水質(zhì)，提高東溝河生態(tài)環(huán)境。單縣東溝河人工濕地提升改造工程，結(jié)合已建濕地現(xiàn)狀和目標(biāo)要求，確定在原人工濕地基礎(chǔ)上進(jìn)行改造提升工程，改造工程內(nèi)容包括：(1)新建潛流濕地，即將植物濾床改造為潛流濕地；(2)表面流濕地植物補(bǔ)植。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

主要技術(shù)及措施有：

3.2.1 潛流濕地防堵塞技術(shù)

主要體現(xiàn)在布水方式、填料級(jí)配、導(dǎo)流排空設(shè)計(jì)、可調(diào)的出水水位控制等方面，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證潛流濕地的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)不同植物優(yōu)化布置，提高潛流濕地凈化效果。

3.2.2 適合北方氣候的潛流濕地技術(shù)

潛流濕地冬季低水位運(yùn)行，可以在濕地水位與種植土之間形成一層空氣隔離層，防止水流凍冰，濕地表層將收割后的植物覆蓋地表，起到保溫作用。

3.2.3 濕地植物水質(zhì)凈化技術(shù)

通過(guò)濕地植物水質(zhì)凈化能力和典型污染物耐受能力評(píng)價(jià)研究，篩選確定了適用于濕地水質(zhì)凈化技術(shù)的植物種群庫(kù)；通過(guò)水深和布水方式對(duì)水質(zhì)凈化技術(shù)的影響效果研究，優(yōu)化確定了水深、布水方式等濕地植物水質(zhì)凈化技術(shù)的關(guān)鍵工藝參數(shù)。

3.2.4 濕地水力流態(tài)優(yōu)化技術(shù)

通過(guò)優(yōu)化分級(jí)布水、水力導(dǎo)流、流速控制等措施，優(yōu)化水力布局，減少死區(qū)和短流，提高濕地系統(tǒng)處理效果。

3.3 重點(diǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)

單縣嘉單河人工濕地提升改造工程：基于工程區(qū)現(xiàn)有地形、嘉單河水質(zhì)水量狀況，單縣嘉單河工程優(yōu)先選擇具有較強(qiáng)凈化效果、對(duì)環(huán)境要求比較低的挺水植物作為水生植物的先鋒物種。在常水位1.2 m高差范圍內(nèi)，種植香蒲、千屈菜、水蔥三種挺水植物，香蒲和水蔥的種植密度為16 株/m2，千屈菜的種植密度為12 株/m2；在較開闊水面上，于常水位1.5 m高程范圍內(nèi)，種植睡蓮浮葉植物，種植密度為2 株/m2。本工程在水生植物選擇上，根據(jù)耐污性、耐鹽性、生長(zhǎng)適宜能力、根系發(fā)達(dá)程度、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和美觀價(jià)值等多方面考慮。本工程設(shè)計(jì)，濕地水生植物種植面積總覆蓋率達(dá)到18.3%，約33.2畝。本工程在各級(jí)表面流濕地單元中心較深水區(qū)域布置生物島柵和曝氣增氧強(qiáng)化處理設(shè)施，提高生物反應(yīng)量，增強(qiáng)污水去除效果。根據(jù)表面流濕地現(xiàn)有地形及水質(zhì)水量狀況，本設(shè)計(jì)增設(shè)5 963 m2的生物島柵。綜合考慮濕地周邊情況，本工程采用太陽(yáng)能曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣增氧，促進(jìn)水體循環(huán)，增強(qiáng)原位修復(fù)措施處理效果。太陽(yáng)能曝氣機(jī)總計(jì)10臺(tái)。考慮到原表面流濕地存在局部堵塞、淤積，雜草叢生現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)暫定10 000 m2的雜草清除、水系貫通工程，結(jié)算時(shí)以實(shí)際工程量為準(zhǔn)。

單縣東溝河人工濕地提升改造工程：?jiǎn)慰h東溝河潛流濕地區(qū)位于原項(xiàng)目植物濾床處，植物濾床共8格并聯(lián)運(yùn)行，總面積為5 103 m2，有效面積4 950 m2。將原有植物濾床移除、充分利用植物濾床構(gòu)筑物建設(shè)潛流人工濕地，對(duì)污水處理廠外排水進(jìn)行強(qiáng)化處理。經(jīng)計(jì)算，可新增0.495 萬(wàn)t/d中水的處理能力。 濕地的填料設(shè)計(jì)，濕地床主要由礫石層組成，清除原有植物濾床、新建導(dǎo)流隔墻后，在保持原有地形基礎(chǔ)上，布設(shè)礫石層。礫石層由兩部分組成：上層采用粒徑1～3 cm的細(xì)礫石，厚度50 cm；下層為粒徑3～5 cm的粗礫石，厚度20 cm；填料總鋪設(shè)厚度為70 cm。在床體前端和導(dǎo)流隔墻前段2 m處、末端出水隔墻處，分別設(shè)置配水區(qū)、導(dǎo)流過(guò)水區(qū)和集水區(qū)，配水區(qū)順?biāo)L(zhǎng)度4 m，導(dǎo)流過(guò)水區(qū)順?biāo)L(zhǎng)度為2 m，集水區(qū)位于導(dǎo)流隔墻與出水隔墻之間，順?biāo)L(zhǎng)度4 m；進(jìn)水配水區(qū)、導(dǎo)流過(guò)水區(qū)、出水集水區(qū)的填料常采用粒徑為5～8 cm的生態(tài)填料，分布于整個(gè)床寬。底部保持原有30 cm厚夯實(shí)粘土壓實(shí)，四周為原有混凝土隔墻，內(nèi)部為原有磚砌隔墻，導(dǎo)流墻(配水花墻)為磚砌墻。

3.4 濕地細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

單縣嘉單河人工濕地提升改造工程共有2種造型的生物島柵，生物島柵造型1單體面積為28.2 m2，總計(jì)135個(gè)；生物島柵造型2單體面積為38.5 m2，總計(jì)56個(gè)。兩種生物島柵造型，內(nèi)圈為高密度聚乙烯材質(zhì)的浮島單體，內(nèi)設(shè)種植孔，種植菖蒲和黃菖蒲兩種挺水植物，外圈為圍網(wǎng)，種植粉綠狐尾藻浮葉植物。

為增強(qiáng)水質(zhì)凈化效果，單縣嘉單河人工濕地提升改造項(xiàng)目主體凈化區(qū)生物島柵的高密度聚乙烯浮島單體下方增設(shè)具有高效親水性和親微生物性的微生物仿生生物繩填料。該生物繩填料為環(huán)狀纖維結(jié)構(gòu)，蛇行辮帶式編織，適合各種微生物生長(zhǎng)繁殖，在同等強(qiáng)化措施布置水面面積上，增加了生物反應(yīng)面積，增強(qiáng)了水質(zhì)凈化效果。

4 結(jié)語(yǔ)

新建濕地系統(tǒng)各個(gè)部分在地質(zhì)結(jié)構(gòu)和建造結(jié)構(gòu)上存在不穩(wěn)定性，加上人為的外界干擾，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，因此必須在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用一定的檢查與維護(hù)措施。為積累濕地工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、維護(hù)、運(yùn)行和管理的經(jīng)驗(yàn)，獲取科學(xué)的運(yùn)行管理資料，應(yīng)當(dāng)對(duì)濕地進(jìn)出水進(jìn)行水質(zhì)河水量的監(jiān)測(cè)和分析。單縣嘉單河、東溝河人工濕地提升改造工程總承包(設(shè)計(jì)、施工)是一項(xiàng)具有顯著社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的基礎(chǔ)生態(tài)工程。人工濕地建設(shè)和城市規(guī)劃協(xié)調(diào)統(tǒng)一，充分考慮與城區(qū)的建設(shè)及相關(guān)的市政、水利、園林綠化等各部門的項(xiàng)目建設(shè)的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。