補(bǔ)水系統(tǒng)在水環(huán)境治理工程中的應(yīng)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(yán)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(fù)荷，本文提出一種因地制宜的多塘生態(tài)補(bǔ)水系統(tǒng)解決方案，并通過工程實(shí)例進(jìn)行說明，對類似工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞多塘生態(tài)補(bǔ)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(yán)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(yán)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(shè)的發(fā)展，人們對水利工程的認(rèn)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(hù)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(yù)痕跡嚴(yán)重的治水理念，遵循自然生態(tài)、因勢利導(dǎo)的攔、蓄、疏、泄等治水原則，保留與修復(fù)原始田園風(fēng)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(diǎn)源污染，對新城鎮(zhèn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)尤為重要。山澗丘陵崗地區(qū)域修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的有效治水思路為：上游構(gòu)建多塘系統(tǒng)進(jìn)行水源保護(hù)與涵養(yǎng)，中游設(shè)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(bǔ)水系統(tǒng)及其構(gòu)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(yán)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(hù)物種的生長培育造成不利影響等問題，同時(shí)截留區(qū)域農(nóng)業(yè)污染營養(yǎng)鹽、削減非點(diǎn)源污染負(fù)荷，提出一種因地制宜的多塘生態(tài)補(bǔ)水系統(tǒng)解決方案。方案包括分區(qū)規(guī)劃蓄水路線技術(shù)、塘體間串聯(lián)溝通技術(shù)、塘體的防滲與水量控制技術(shù)、多塘污染物攔截與凈化技術(shù)。分區(qū)規(guī)劃蓄水路線技術(shù)：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(jì)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?zhǔn)健毙剐钏ǖ?。每片小流域也可分別規(guī)劃一條獨(dú)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(jìn)入中游蓄水區(qū)進(jìn)行調(diào)蓄。塘體間串聯(lián)溝通技術(shù)：即整理和擴(kuò)挖現(xiàn)狀水塘，在適當(dāng)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(diǎn)，分3~5個(gè)主干，成“爪”狀向上游區(qū)域輻射開來，并通過對已有溝系進(jìn)行疏挖或新建，將零星山塘溝通聯(lián)系，以增強(qiáng)上游水土保持、山林養(yǎng)護(hù)、削減農(nóng)作區(qū)面源污染的作用，同時(shí)還可利用上游山區(qū)自然地勢高差適時(shí)為下游補(bǔ)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(bǔ)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(jìn)行溝通。塘體的防滲與水量控制技術(shù)：即以節(jié)約占地，減小工程量為原則，通過對現(xiàn)有水塘進(jìn)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(gè)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(shè)攔蓄堰，汛期攔蓄洪水，并于堰體一岸埋設(shè)深孔鑄鐵管底孔，中間部位設(shè)檢修閥井，內(nèi)設(shè)控制蝶閥，適時(shí)控制蝶閥，將塘內(nèi)部分蓄水通過連通溝系匯至下游，可補(bǔ)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(dāng)?shù)姆罎B措施。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，推薦防滲處理方法為：在擴(kuò)挖成型的岸坡底部上鋪設(shè)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(shí)處理后再回填0.3m厚回填土并自然壓實(shí)，修整岸坡，使其坡比在1∶3～1∶5之間，以適應(yīng)水生動植物生長。多塘污染物攔截與凈化體技術(shù)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(yàn)總結(jié)，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(shí)通過溝渠的傳輸作用，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)隨徑流在農(nóng)田系統(tǒng)中循環(huán)利用，進(jìn)而有效減少營養(yǎng)物質(zhì)的輸出量。當(dāng)發(fā)生降水產(chǎn)徑過程時(shí)，地表徑流通過喬灌草攔截與凈化體系時(shí)會顯著降低流速，并在體系強(qiáng)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(jìn)行空間調(diào)配進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(jìn)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(jìn)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(bǔ)水。工程共整理水系面積38.5hm2，整理水塘共計(jì)56個(gè)，水塘邊坡按1∶2進(jìn)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(jìn)行連通，溝渠設(shè)計(jì)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(shí)，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(yàn)，大閘河水體水質(zhì)穩(wěn)步向好，已連續(xù)十個(gè)月不低于Ⅲ類水質(zhì)，水生態(tài)環(huán)境得到極大提升，并結(jié)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(yàn)，保障了人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全。

4結(jié)語

多塘生態(tài)補(bǔ)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(gè)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(jié)瓜”模式的排蓄水體系。通過塘體擴(kuò)挖與防滲、溝渠聯(lián)通、堰體控制等技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大蓄水容量，增強(qiáng)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(diǎn)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(xué)和生物過程，實(shí)現(xiàn)對徑流污染物的截留、沉積、吸收和轉(zhuǎn)化等，達(dá)到非點(diǎn)源污染的高效凈化。多塘生態(tài)補(bǔ)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(bǔ)水功能，有助于提高流域整體防洪能力，符合“擴(kuò)大容量、削除存量”的污染防治與生態(tài)保護(hù)的治理理念，為類似工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供借鑒參考作用。

參考文獻(xiàn)

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

作者：王飛 單位：安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院