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水环境生态治理工程设计

夏炜

上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司安徽合肥230031

摘要:水环境生态治理目前在我国的环保和建设领域如何如荼地发展,然而由于其涉及专业多、影响因素广,也存在大量失败的工程案例。本文以某人工湿地为例,系统地分析了一个生态治理项目思考和工作的过程。为发挥投资效益,充分发掘其功能。文中列举了湿地建设需要重点考虑和容易疏忽的控制性因素,工程建成后,环境效益和社会效益显著。

关键词:生态治理;人工湿地;综合性

0引言

城市依水而建,人类择水而居。然而,随着社会经济和城市建设的迅速发展,几乎所有的城市都面临着越来越严重的水环境污染问题。为了解决水体污染,在城建领域,普遍采取利用管网收集和输送污水至污水处理厂处理后达标排放的措施,这一举措是目前城市削减水体污染物排放的主力军。但是,有些工程案例由于收集系统的特点不同、工程布局的不同、进出水水质的不同、对景观环境需求的不同等原因,需要因地制宜,采取生态治理的办法进行。

1概述

水环境生态治理的形式多样,目前市场上常用的主要有人工湿地、生态浮床、曝气填料床、生物活性剂、增氧曝气等技术。相比较而言,传统的排水工程具备大量的经典理论支撑和工程实例佐证,而生态治理除少量范围较大的经验参数外,多依据实验或者中小试结果,控制因子多,治理效果受外界条件影响大,极易疏忽或者遗漏,很多影响因素的内在逻辑关系和量化关系也不明朗。从某种意义上来说,水环境生态治理设计及施工过程具有一定的“匠艺”色彩,对设计者的经验和综合能力要求较高。

2.工程实例

近年来,人工湿地技术的发展和应用前景广阔。湿地是水陆在时间和(或)空间坐标上交替的界面区域,被誉为“地球之肾”。它主要利用湿地植物、土壤、微生物的组合,通过物理、化学和生物的方法,共同达到净化污水的目的。接下来以某人工湿地项目为例,简要介绍一下其思考和设计过程。

2.1资料收集和研读

设计之初,需仔细研读所在城市的总体规划、土地开发利用规划、产业发展规划、绿地规划、防洪规划、内河水系规划、排水专项规划等,认真调研与本工程相关的各类在建、拟建及策划中的工程项目,走访业主,了解建设的目的。委托专业队伍进行污染源调查工作,通过污染源解析指定总体方案。

2.2.湿地类型的确定

项目所在位置原是一块河滩地,总面积约12ha,修筑防洪墙之后成为圩区,现状地貌为林地和水塘。地块位于城郊结合部,周边缺少城市公园,百姓缺少休闲游憩的场所。业主的想法是建设一座城市生态公园,因此湿地类型定位为表面流景观湿地。

2.3湿地和河道的关系

水环境工程属于涉水工程,与水利工程的关系应作为首要因素进行分析,注重防洪排涝安全,明确工程布局。河道堤防修建时仅考虑排洪要求,缺少湿地建设所需的大面积的河漫滩;河道常水位和洪水位变幅约4m,洪水期水量大,漂浮物和垃圾多,因此湿地类型设计为旁路湿地,即湿地位于堤后的现状滩地,不受洪水威胁。

2.4湿地的功能

本项目中湿地的功能可总结为以下三个方面:

(1)削减污染物。人工湿地本身具备一定的去除N、P等污染物的功能。因此平时将少量河道水自流引入湿地,净化后的水回流入河,在净化水质的同时起到补水活水作用。

湿地对SS指标较为敏感,进水应进行预处理,设置细格栅等拦截水体漂浮物,设置沉砂池去除水中较大的无机颗粒。另外,《人工湿地污水处理工程技术规范》中规定表面流湿地水力负荷不大于0.1m³/㎡.d,但实际运行中植物受到季节和温度影响大,根据作者的经验,取值在0.02~0.05m³/㎡.d比较稳妥。

(2)景观功能。水景再加上不同植物的搭配,湿地将打造成城市生态景观公园,提升城市的水面率和绿化率。设计时充分借鉴学习了北京奥林匹克公园、翠湖湿地、上海佘山公园、贵阳南明河等工程案例。

(3)城市海绵

该湿地总占地约12ha,其中水面面积7ha,按照湿地平均1.5m的水深测算,储水量达10万m³,是一块宝贵的城市海绵体。设计时结合该片区排水防涝的情况,充分发挥湿地的雨水调蓄功能。

2.5工程设计

通过以上分析,明确湿地建设目标后,具体的工程设计主要有以下几方面:

(1)基底改良

湿地原址土壤中通常含有杂草种子以及鱼(虫)卵等不利于初期湿地植物群落稳定的影响因素,因此首先对基底进行消毒与改良。消毒主要采用灭菌类生物制剂(生石灰、二氧化氯等)杀灭底质中的有害生物,改良根据底泥的营养情况进行,本工程采用渗透性较好的砂土在原土层面进行覆盖,有利于湿地和土壤之间气、水的物质交换。

(2)竖向设计

在解决湿地的防洪问题后,竖向设计主要考虑湿地本身的进出水,由于河道中设置了滚水坝,两级坝之间有约1.5m的高差,因此从上级坝控制的河段取水进入湿地,出水进入下级河段。

在此基础上,湿地内设置多级跌水堰,每级堰高约20cm,形成梯度,并有利于延长水体停留时间。

另外,将其与该片区雨水主箱涵通过溢流堰沟通,溢流堰顶按照排水分区内的最低点不受涝的原则进行设计,暴雨期雨水溢流进入湿地,充分发挥其调蓄作用。湿地设两根出水管道,一根控制湿地常水位,出水至河道,上设防倒灌闸门;另一根标高略低,出水至箱涵下游,上设泄空闸门,雨季提前打开放水,预留调蓄容量,预排水位差设定为50cm。

湿地周边设置微地形,一侧与标高较高的河道堤防顺接,另一侧与市政道路顺接。微地形的构建加上进出水管道和闸门的设置使湿地成为独立的排水分区,且水位可控。

(3)整体布置

湿地结合用地分为滩涂岛屿湿地、跌水湿地、梯田湿地、泡泡湿地四种形态。既能保证湿地净化水质的功能性,又能让人体验不同的湿地种类,在满足湿地功能的前提下形成良好的景观效果。

(4)岛屿构建

在湿地内设置岛屿,可以使水流曲折,物质接触充分,增加停留时间,丰富湿地水面形态。岛屿分两种,第一类为露出水面的岛屿,由自然堆土形成,并结合检修通道进行布置,露出水面部分点栽湿生植物和耐水湿乔木;第二类岛屿沉在水下,以木桩驳岸围成,水下岛上层铺设约30cm厚的碎石,中间填净化滤料,栽植挺水植物。

岛屿的构建使湿地的水深不同,提供了丰富的生境,从而使湿地物种更为多样。

(5)净化系统构建

湿地的净化功能主要通过植物来实现,本项目植物分为挺水植物、沉水植物、浮叶植物等,不同的植物适合在不同的水深区域生长,形成优势群体,对营养物质的吸收也各有侧重。通过在湿地的不同区域合理搭配植物,达到净化和景观的双重功能。

(6)水生动物

通过投放水生动物,使湿地的生物链更加完整,生态系统更加稳定,抗外界冲击能力更强。

(7)附属设施

为了使湿地更加生动多样,设置观景台、亲水平台、木栈道、建筑小品、桥梁、健身器材、公厕等。湿地中设置了科普长廊,配以铭牌和文字说明,寓教于乐,使游客在游玩的同时获得科学知识。进出通道与周边市政道路结合,提供了少量停车位。湿地的建设极大地丰富了给周边群众的日常生活。

2.6管理养护机制

俗话说“三分建,七分管”,湿地的最终运行效果与日常管养水平关系密切。

建设完成后,跟踪监测湿地运行效果,尤其是不同季节湿地的净水效率,检测频率视实际情况而定。根据监测结果,确定各季节最佳进水量,并定期对水质进行检测。

管理维护内容主要包括湿地日常维护、专业维护等。湿地日常维护内容包括湿地内垃圾清理、湿地植物修剪及动植物残体打捞等。湿地专业维护内容包括净化能力跟踪监测、外来物种及时清除、湿地植物的收割与补种等。湿地中水生植物吸收营养物质后生长茂盛,挺水植物在其枯萎季节收割,沉水植物需适时收割长出水面部分。

3.结语

水环境生态治理涉及学科多,综合性强,涉及规划、给排水、环境、水文、水规、水工、气象、水力学、岩土、植物、动物、生物、景观、道路交通、竖向、建筑、电气、仪控、计经等数个专业的知识和内容。在此基础上,还要兼顾工程所涉及的历史和文化。

一切,都是为了让城市更美好,让我们的家园更美好!


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