補水系統(tǒng)在水環(huán)境治理工程中的應用

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摘要為改善山澗丘陵崗地區(qū)域雨洪季節(jié)水土流失嚴重、下游河道防洪壓力大，旱季缺水威脅上游生態(tài)環(huán)境等不利影響，并截留、削減農(nóng)業(yè)面源污染等負荷，本文提出一種因地制宜的多塘生態(tài)補水系統(tǒng)解決方案，并通過工程實例進行說明，對類似工程的規(guī)劃設計提供借鑒參考。

關鍵詞多塘生態(tài)補水系統(tǒng)區(qū)域水環(huán)境水環(huán)境治理

1概述

河流是城市的靈魂，我國新興城鎮(zhèn)主河道上游源頭多為山澗或丘陵崗地，由于人為開采耕作或受自然徑流切割，區(qū)域原有自然排區(qū)與水網(wǎng)發(fā)生隔斷與破壞，大小塘壩散布其間，塘口淤積、滲漏嚴重，塘間無溝通聯(lián)系渠道，易發(fā)生多雨季塘水倒灌，少雨季塘體滲漏干涸，雨洪期水土流失嚴重，且雨水匯集快、流速大，對下游河道造成較大防洪壓力等現(xiàn)象。隨著我國城鎮(zhèn)化、水生態(tài)文明建設的發(fā)展，人們對水利工程的認識不僅僅滿足于其初始的功能性需求，迫切需要調(diào)整治水理念來滿足人們對水利生態(tài)景觀、人水和諧等更高層次的需求。河道上游水源地涵養(yǎng)、農(nóng)業(yè)面源污染截留與消減、生態(tài)保護與合理開發(fā)利用成為水利工程新的課題與研究方向。打破過去傳統(tǒng)生硬的、破壞水生態(tài)環(huán)境且人工干預痕跡嚴重的治水理念，遵循自然生態(tài)、因勢利導的攔、蓄、疏、泄等治水原則，保留與修復原始田園風貌，建立喬灌草及水生植物體系，攔截與消減區(qū)域內(nèi)非點源污染，對新城鎮(zhèn)的規(guī)劃設計尤為重要。山澗丘陵崗地區(qū)域修復生態(tài)系統(tǒng)的有效治水思路為：上游構建多塘系統(tǒng)進行水源保護與涵養(yǎng)，中游設調(diào)蓄功能的蓄水區(qū)，下游理順排泄通道。

2多塘生態(tài)補水系統(tǒng)及其構建方法

為解決山澗丘陵崗地區(qū)域雨洪季節(jié)水土流失嚴重且雨水匯流快、流速大，對下游河道造成較大防洪壓力，旱季少雨溝塘干涸對上游植被及保護物種的生長培育造成不利影響等問題，同時截留區(qū)域農(nóng)業(yè)污染營養(yǎng)鹽、削減非點源污染負荷，提出一種因地制宜的多塘生態(tài)補水系統(tǒng)解決方案。方案包括分區(qū)規(guī)劃蓄水路線技術、塘體間串聯(lián)溝通技術、塘體的防滲與水量控制技術、多塘污染物攔截與凈化技術。分區(qū)規(guī)劃蓄水路線技術：即充分利用現(xiàn)狀地形地勢，將區(qū)域劃分為3~5片小匯流區(qū)，根據(jù)匯流區(qū)面積計算各自匯流水量，整合各小匯流區(qū)內(nèi)的現(xiàn)狀溝塘洼地，依地勢高程從上至下將散布溝塘洼地串聯(lián)起來，形成“鏈式”泄蓄水通道。每片小流域也可分別規(guī)劃一條獨立泄蓄水通道，最終將片區(qū)內(nèi)多條泄蓄水通道匯集起來，進入中游蓄水區(qū)進行調(diào)蓄。塘體間串聯(lián)溝通技術：即整理和擴挖現(xiàn)狀水塘，在適當洼地新建部分水塘，根據(jù)上游地勢走向，對上游零星水塘以雨洪調(diào)蓄區(qū)為終點，分3~5個主干，成“爪”狀向上游區(qū)域輻射開來，并通過對已有溝系進行疏挖或新建，將零星山塘溝通聯(lián)系，以增強上游水土保持、山林養(yǎng)護、削減農(nóng)作區(qū)面源污染的作用，同時還可利用上游山區(qū)自然地勢高差適時為下游補水。改造后的水塘需通過溝渠才能源源不斷地為下游湖區(qū)補水，因此為節(jié)約占地和土方開挖量，盡量利用現(xiàn)有的水系連通溝渠，并根據(jù)等高線布置對未連通的大于0.5hm2的水塘新開挖渠道進行溝通。塘體的防滲與水量控制技術：即以節(jié)約占地，減小工程量為原則，通過對現(xiàn)有水塘進行疏挖、邊坡整理及防滲處理來滿足蓄水要求。將現(xiàn)狀單個塘體打造成濕地型水塘，并在水塘岸坡上種植水生植物及配置水生動物，可起到凈化水體削減農(nóng)作區(qū)面源污染、固坡等作用。對大于0.3hm2改造后的水塘，在其與下游溝渠間設攔蓄堰，汛期攔蓄洪水，并于堰體一岸埋設深孔鑄鐵管底孔，中間部位設檢修閥井，內(nèi)設控制蝶閥，適時控制蝶閥，將塘內(nèi)部分蓄水通過連通溝系匯至下游，可補充下游枯水期水生態(tài)景觀用水。為防止枯水季山塘在蓄水中滲漏水量過大，對有高滲透性土層出露的水塘采取適當?shù)姆罎B措施。根據(jù)經(jīng)驗，推薦防滲處理方法為：在擴挖成型的岸坡底部上鋪設一道天然鈉基膨潤土防水毯，然后在防水毯上表面回填0.3m厚黏土或中、重粉質(zhì)壤土，壓實處理后再回填0.3m厚回填土并自然壓實，修整岸坡，使其坡比在1∶3～1∶5之間，以適應水生動植物生長。多塘污染物攔截與凈化體技術包括喬灌草攔截與凈化體系與多塘內(nèi)部凈化體系。喬灌草攔截與凈化體系即在塘周布置一定寬度的生態(tài)帶，生態(tài)帶按一定比例配置小喬木、灌木及草類。通過經(jīng)驗總結，攔截與凈化體系布置寬度推薦范圍為20～100m，喬灌草綠化面積比推薦范圍為1∶1∶3～1∶3∶6。多塘系統(tǒng)對地表徑流的流量和流速具有調(diào)控作用，同時通過溝渠的傳輸作用，使營養(yǎng)物質(zhì)隨徑流在農(nóng)田系統(tǒng)中循環(huán)利用，進而有效減少營養(yǎng)物質(zhì)的輸出量。當發(fā)生降水產(chǎn)徑過程時，地表徑流通過喬灌草攔截與凈化體系時會顯著降低流速，并在體系強大的涵養(yǎng)容量作用下加速下滲，未來得及下滲的徑流沿附近溝渠經(jīng)一系列水塘進行空間調(diào)配進而改變流態(tài)和流量，最終匯入河流、湖泊等地表水體；營養(yǎng)鹽通過地表徑流被輸送到水體中，對降雨徑流的截留量直接影響到進入地表水體中營養(yǎng)鹽的量。在降雨量較小的情況下，喬灌草攔截與凈化系統(tǒng)與多塘基本上可以使地表徑流截留在系統(tǒng)內(nèi)部，無養(yǎng)分輸出；在降雨量大時，多塘系統(tǒng)可以利用其一定的儲存能力減少徑流輸出量，延緩并減小峰值。截留在多塘系統(tǒng)內(nèi)部的營養(yǎng)鹽通過農(nóng)田—溝渠—水塘系統(tǒng)中多種生物和環(huán)境因素進行著物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換、流動，特別是菌藻共生體系，降解和轉(zhuǎn)化污染物，主要過程包括過濾、吸附、沉淀、植物吸收、微生物降解等，其中，水生植物的吸收同化作用和微生物的降解作用是多塘系統(tǒng)對污染物凈化的重要途徑。

3工程案例

在合肥市巢湖經(jīng)開區(qū)大閘河上游綜合整治工程中，針對大閘河上游礦山開采、無序耕作造成的水土流失、水面萎縮等問題，采取“退耕還林”的水土保持措施；對冷泉湖上游樹狀水系進行疏浚整理，配置水生植物與動物，沿水系兩側(cè)打造喬灌草生態(tài)帶，形成丘陵多塘系統(tǒng)，調(diào)節(jié)徑流，攔截農(nóng)業(yè)面源污染，凈化水體，并在枯水季節(jié)向周邊農(nóng)田提供灌溉用水，并向下游冷泉湖生態(tài)補水。工程共整理水系面積38.5hm2，整理水塘共計56個，水塘邊坡按1∶2進行整坡，塘深按平均1.7～2m疏挖，并采用天然鈉基膨潤土防水毯防滲處理。各水塘利用現(xiàn)有的溝渠進行連通，溝渠設計底寬1.5m，高1m，邊坡1∶1.5，水體淺灘種植一定量沉水及挺水植物。同時，為保障水塘正常蓄水，新建36座攔水堰壩，堰壩一岸布置鑄鐵管排水深孔及控制閘閥。沿水系兩側(cè)各布置30m寬喬灌草生態(tài)帶，按小喬木、灌木、草類綠化面積比為1∶2∶4種植。通過建成后兩年間的監(jiān)測與檢驗，大閘河水體水質(zhì)穩(wěn)步向好，已連續(xù)十個月不低于Ⅲ類水質(zhì)，水生態(tài)環(huán)境得到極大提升，并結合后期開發(fā)，該區(qū)域已成為開發(fā)區(qū)重要的旅游品牌。由大閘河———冷泉湖———湯河形成的開發(fā)區(qū)主要排洪通道順利通過2016年巢湖流域特大洪水考驗，保障了人民群眾的生命及財產(chǎn)安全。

4結語

多塘生態(tài)補水系統(tǒng)針對山澗丘陵崗地上游礦山開采、無序開發(fā)等造成的水土流失、水面萎縮等問題，采取“退耕還林”的水土保持措施，整治多個濕地型水塘，并通過工程措施串聯(lián)流域區(qū)塊內(nèi)散布溝塘，形成“長藤結瓜”模式的排蓄水體系。通過塘體擴挖與防滲、溝渠聯(lián)通、堰體控制等技術，進一步擴大蓄水容量，增強水量調(diào)控功能。利用喬灌草攔截與凈化體系、多塘內(nèi)部凈化體系，層層截留地表徑流中的非點源污染物，通過地下入滲與多塘內(nèi)部存儲，減少徑流輸出量，并利用系統(tǒng)內(nèi)部物理、化學和生物過程，實現(xiàn)對徑流污染物的截留、沉積、吸收和轉(zhuǎn)化等，達到非點源污染的高效凈化。多塘生態(tài)補水系統(tǒng)對徑流的調(diào)節(jié)不但具有滯蓄雨水、削減洪峰的作用，還具有在枯水季節(jié)生態(tài)補水功能，有助于提高流域整體防洪能力，符合“擴大容量、削除存量”的污染防治與生態(tài)保護的治理理念，為類似工程的規(guī)劃設計提供借鑒參考作用。

參考文獻

[1]安徽省水利水電勘測設計院.大閘河上游水環(huán)境治理工程初步設計.2013年12月.

[2]黃云鳳植被控制水土流失機理及措施研究綜述[J].福建水土保持，2004年9月.

[3]張興昌，邵明安植被覆蓋度對流域有機質(zhì)和氮素徑流流失的影響[J].草地學報，2000年8月

作者：王飛 單位：安徽省水利水電勘測設計院