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        基于北方缺水城市的河道生態(tài)修復(fù)工程
        ——以蘆河水生態(tài)治理為例

        2022-06-03 08:39:38郭瑋陳浩趙虹瑞
        關(guān)鍵詞:河流凈化雨水

        郭瑋,陳浩,趙虹瑞

        (1.北京北華中清環(huán)境工程技術(shù)有限公司,北京 100176;2.南京大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,南京 210024)

        1 流域概況

        蘆河流域位于榆林市西南部,靖邊縣北部。靖邊縣城地處鄂爾多斯臺(tái)地南緣與黃土高原北部過渡地帶,白于山橫亙于南,毛烏素沙漠綿延于北,靖邊平原呈東西走向居中,全縣地勢(shì)南高北低。

        蘆河屬黃河一級(jí)支流無定河的主要支流,主流發(fā)源于靖邊縣南部的白于山地,上源兩個(gè)支流東、西蘆河在靖邊縣城區(qū)匯合,由南向北流經(jīng)靖邊、橫山兩縣,在橫山區(qū)石馬洼匯入無定河。本項(xiàng)目蘆河位于上游,串聯(lián)上游王家廟水庫大壩、城市建成區(qū)和郊野區(qū),總長7.929 km。蘆河貫通中心城區(qū),串聯(lián)了城市南北功能及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,緊靠城市主中心,與城市主軸交匯的區(qū)域是未來建設(shè)的重點(diǎn)。

        2 現(xiàn)狀問題分析

        2.1 河道流量小

        蘆河發(fā)源于白于山區(qū),靖邊縣城位于其中游,蘆河從縣城穿過,是城區(qū)唯一的河流,蘆河水體受庫壩截流的影響,導(dǎo)致常流量較小,枯水期常年斷流。此外,蘆河地處半干旱氣候條件,蒸發(fā)量大,也是河道流量損失的重要原因[1]。

        2.2 河流生境退化嚴(yán)重,河道生態(tài)平衡受損

        研究區(qū)部分河道為土質(zhì)河床,兩岸可見到塌陷裂縫,水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重。由于氣候變化和人為因素,地下水下降,河道斷流,濕地萎縮,而且大量植株死亡后與泥沙混合沉積水底,抬高河床,使很多河道出現(xiàn)了沼澤化,甚至填埋河道。且工程區(qū)內(nèi)橋梁、道路、閘壩跨越動(dòng)物活動(dòng)的通道,損害區(qū)域動(dòng)物集聚的完整性[2]。

        2.3 生物多樣性較低

        河道生態(tài)破壞導(dǎo)致水生植被受損,植被蓋度顯著降低,且部分河段水生植物種類單一,基本無沉水植物、漂浮植物,主要以挺水植物為主。生物群落多樣性也隨之降低,水生生態(tài)系統(tǒng)功能受損,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。

        2.4 初期雨水對(duì)水質(zhì)影響大

        蘆河河道流量隨季節(jié)變化而暴漲暴落,夏秋汛期內(nèi)有雨洪水補(bǔ)給,水大流急,泥沙俱下,水流渾濁。雨水溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體,降落地面后,又由于沖刷屋面、瀝青混凝土道路等,使得初期雨水中含有大量的污染物質(zhì),初期雨水的污染程度較高,甚至超出普通城市污水的污染程度,經(jīng)雨水管直排入河道,也給蘆河水環(huán)境造成了一定程度的污染。

        3 設(shè)計(jì)目標(biāo)和策略

        3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

        提高水生生物多樣性,構(gòu)建健康的河流水生態(tài)系統(tǒng),發(fā)揮河流生態(tài)自凈功能,提高蘆河水質(zhì)的安全保障能力。

        3.2 設(shè)計(jì)策略

        1)保護(hù)和恢復(fù)河流形態(tài)的多樣性。通過采用非規(guī)則斷面或深潭淺灘交錯(cuò)布局等方式,保持河流橫縱斷面形狀的多樣性,尊重河流原有的自然斷面形態(tài),盡可能避免河道斷面的均一化[3]。

        2)為植物生長和動(dòng)物棲息創(chuàng)造條件。河床是懸移質(zhì)和推移質(zhì)長期運(yùn)動(dòng)形成的,由不同粒徑的卵石、礫石和沙土組成,適于水生植物、濕生植物及微生物生存,不同粒徑卵石的自然組合,又為魚類產(chǎn)卵提供了場所。保持水流縱向的連續(xù)性、生態(tài)廊道的連續(xù)性,可為植物生長和動(dòng)物棲息創(chuàng)造條件,為魚類產(chǎn)卵提供條件,給鳥類和水禽提供棲息地和避難場所。

        3)利用生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)和自我凈化功能?;诤恿魃鷳B(tài)學(xué)理論,利用生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)和自我凈化功能,應(yīng)用人工水草、水生態(tài)系統(tǒng)等經(jīng)濟(jì)適用的生態(tài)技術(shù),通過恢復(fù)和平衡生態(tài)系統(tǒng)來凈化水體,達(dá)到長效改善水質(zhì)的效果,實(shí)現(xiàn)河道水環(huán)境改善和生態(tài)治理的目的[4]。

        4 生態(tài)工程措施

        4.1 河道原位治理工程

        4.1.1 河流敞水面工程

        河流敞水面段位于城區(qū)位置,以大水面為主,該部分河道兩側(cè)為主城區(qū),對(duì)景觀效果要求較高。由于水深較淺,近岸側(cè)河底未清淤,水質(zhì)較好,活水效果較好等特點(diǎn)。采用“水生植物恢復(fù)+推流曝氣+水生動(dòng)物恢復(fù)”的治理模式。

        水生植物的選擇考慮污染物去除效果好、耐寒的品種。挺水植物種植選擇蘆葦、蒲葦、香蒲、蘆竹、花葉蘆竹、千屈菜、黃花鳶尾。浮葉植物選擇耐寒睡蓮、萍逢草、荇菜、水鱉;沉水植物選擇苦草、菹草、狐尾藻。

        水生動(dòng)物投放根據(jù)能量塔原理和食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)的物質(zhì)流動(dòng)原理,在河道中配置不同品種的野生魚類(包括草食性、植食性、肉食性魚類)及其他水生動(dòng)物。底棲動(dòng)物選擇河蚌和螺螄。魚類選擇濾食性(鰱魚、鳙魚)、草食性(草魚)、雜食性(鯉魚、鯽魚)、底棲動(dòng)物性(青魚)、肉食性(鲌 魚、鯰魚、烏鱧)。由于底棲動(dòng)物凈化水質(zhì)能力較強(qiáng)且不會(huì)影響水生植物的生長,為營造良好的生境,在水生植物群落構(gòu)建完成后,先構(gòu)建底棲動(dòng)物如幼蚌和螺螄,以凈化水質(zhì),待后期水生植物生長穩(wěn)定后再構(gòu)建魚類群落。魚類放養(yǎng)分批進(jìn)行,由少及多,逐步增加。

        根據(jù)水動(dòng)力模擬分析,敞水面河段個(gè)別位置水動(dòng)力條件較差,水體流速較慢,易造成污染物的富集。根據(jù)河道設(shè)計(jì)水深要求,在1.0 m 水深位置增加推流曝氣設(shè)備,增強(qiáng)局部區(qū)域的水動(dòng)力條件,減少死水區(qū)的形成[5,6]。

        4.1.2 河道子槽工程

        河道子槽段位于蘆河下游,水利清淤后呈寬闊河道效果,由于河道補(bǔ)水量較小,為減少河道蒸發(fā)量和滲透量,同時(shí)保留原有河道子槽的景觀效果,在河道內(nèi)構(gòu)建河道子槽作為常水位時(shí)的主要通道,原有河道作為行洪河道。子槽構(gòu)建采用恢復(fù)近自然蜿蜒河道形態(tài),采用“近自然河道子槽修復(fù)+河道表流人工濕地”的治理模式。

        河道表流濕地工程主要針對(duì)剩余入河污染物進(jìn)行凈化。根據(jù)河流具體寬度,考慮河道生態(tài)景觀效果,布置河道表流濕地工程。河道表流人工濕地設(shè)置采用“多塘凈化技術(shù)”與“表流人工濕地技術(shù)”相結(jié)合,采用“沉淀塘+挺水植物塘+浮葉植物塘+沉水植物塘”相結(jié)合的方式,在同一區(qū)域內(nèi)種植相同的水生植物,保證同一區(qū)域內(nèi)植物生長的優(yōu)勢(shì)種,減少不同植物之間的競爭作用,加強(qiáng)植物的生長速度,進(jìn)而增加植物的污染物削減能力。表流濕地工藝流程圖如圖1 所示。

        圖1 表流濕地工藝流程圖

        4.2 河道異位治理工程

        河道異位凈化工程主要為異位人工濕地工程。限于河流子槽段河流原位濕地有限的河水處理量,為保證河流下游考核斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo),在河道下游設(shè)置異位人工濕地,將河水提升至人工濕地處理達(dá)標(biāo)后,再排放入河流下游。

        項(xiàng)目區(qū)冬季低溫情況,冬季凍土層較厚,易造成管道結(jié)冰影響濕地運(yùn)行,選擇水平潛流工藝;考慮河水泥沙問題,預(yù)處理采用生態(tài)穩(wěn)定塘對(duì)河水中泥沙進(jìn)行沉降。濕地采用“進(jìn)水沉淀塘+水平潛流濕地+出水穩(wěn)定塘”的模式。如圖2 所示。

        圖2 異位濕地工藝流程圖

        4.3 多功能雨水濕塘工程

        針對(duì)初期雨水,構(gòu)建雨水濕塘,對(duì)初期雨水進(jìn)行統(tǒng)一收集儲(chǔ)存,后排入污水處理廠處理,減少初期雨水污染。

        多功能雨水濕塘主要由沉降區(qū)和蓄水區(qū)組成,沉降區(qū)主要用于沉淀初期雨水?dāng)y帶的泥沙及其他固體污染物,蓄水區(qū)主要用于儲(chǔ)存暴雨時(shí)形成的大量初期雨水,起到調(diào)蓄控污的作用。

        植物選擇:雨水濕塘根據(jù)季節(jié)變換間歇性運(yùn)行,因此,在植物選擇方面,選擇挺水植物千屈菜、蘆竹、黃菖蒲、濕生植物水蔥、蒲葦、香蒲。如表1 所示。

        表1 主要濕地植物

        5 結(jié)語

        針對(duì)蘆河水質(zhì)超標(biāo)、生物多樣性低、水體自凈能力差的現(xiàn)狀,利用河道區(qū)域,根據(jù)現(xiàn)狀河道改造,設(shè)計(jì)過程中考慮對(duì)周邊環(huán)境的影響,遵循最小工程量原則,減小對(duì)周邊區(qū)域的影響程度。通過原位、異位濕地工程設(shè)計(jì)、地形改造和植被恢復(fù)等措施實(shí)施生態(tài)修復(fù),營造鳥類、魚類棲息地等多種類型生境的功能,增加生物多樣性,完善食物鏈的結(jié)構(gòu),建立完整和健康的水生態(tài)系統(tǒng)。通過多功能雨水濕塘設(shè)計(jì),削減初期雨水對(duì)河道水質(zhì)的影響,對(duì)河道水質(zhì)達(dá)標(biāo)提供保障。

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