新薛河入湖口人工濕地水質(zhì)凈化工程設(shè)計

新薛河入湖口人工濕地水質(zhì)凈化工程設(shè)計

南四湖流域由于多年來一直采用高消費和高污染的粗放型經(jīng)濟增長方式，流域內(nèi)結(jié)構(gòu)生態(tài)污染嚴(yán)重，海水水質(zhì)惡化。點源、面源污染和湖區(qū)的人為過度開發(fā),使南四湖的自然生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞,湖濱濕地面積大大減少,湖泊的生態(tài)功能退化。作為南水北調(diào)東線工程的重要調(diào)蓄湖泊和輸水通道,南四湖的治污任務(wù)嚴(yán)峻而緊迫。人工濕地技術(shù)具有去除氮磷效果好、基建及運行費用低、管理方便等特點,已被應(yīng)用于流域規(guī)模的污染河水治理。鑒于南四湖流域治污任務(wù)的緊迫性,設(shè)計了新薛河入湖口人工濕地示范工程,以有效削減入湖污染負(fù)荷,改善入湖河水水質(zhì),同時恢復(fù)湖濱帶濕地系統(tǒng)的生態(tài)功能。1項目總結(jié)1.1入湖河流水質(zhì)現(xiàn)狀南四湖的湖面面積為1266km2,流域面積為31700km2。國家對南水北調(diào)東線工程的水質(zhì)要求是:2010年輸水干線全線持續(xù)穩(wěn)定達到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),形成清水廊道。南四湖的入湖河流共53條,由于環(huán)湖防洪大堤的建設(shè),流域內(nèi)所有的污染負(fù)荷均經(jīng)過這些入湖河流進入南四湖。近年來,隨著點源和面源污染控制工作的有效實施,入湖河流水質(zhì)得到很大改善,根據(jù)2006年的監(jiān)測結(jié)果,入湖河水COD和氨氮分別降低到30~50mg/L和2~4mg/L,但這與國家地表水Ⅲ類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)還有較大距離。因此,充分利用湖濱退化濕地建設(shè)河流入湖口人工濕地工程,對入湖河水做進一步處理,是實現(xiàn)南四湖調(diào)水水質(zhì)保障目標(biāo)的必然要求。1.2單元內(nèi)河流污染嚴(yán)重新薛河全長為84km,流域面積為928km2,為國家《南水北調(diào)東線治污規(guī)劃》薛城小沙河控制單元內(nèi)的主要河流,是南四湖下級湖污染最為嚴(yán)重的三條河流之一。新薛河屬于季節(jié)性河流,汛期洪水流量集中,枯水期生態(tài)流量不足,基本以污、廢水為主,致使河流污染較重。新薛河人工濕地工程位于新薛河入南四湖口處大堤西側(cè)的泄洪區(qū)內(nèi),主要由臺田、臺田間水塘和部分河灘濕地組成,面積約1.33km2。1.3設(shè)計進出水水質(zhì)根據(jù)新薛河流域的水污染特點,選定COD和氨氮兩個主因子進行工程設(shè)計。處理河水量為15500m3/d,設(shè)計進水COD為40mg/L、氨氮為2mg/L,出水水質(zhì)達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)要求,即COD≤20mg/L、氨氮≤1mg/L。2項目設(shè)計2.1人工濕地系統(tǒng)根據(jù)新薛河入湖口的地形地貌特征,確定示范工程的工藝方案為:生態(tài)滯留塘+多級表面流人工濕地系統(tǒng)。新薛河河水通過橡膠壩攔截蓄水,經(jīng)計量系統(tǒng)進入引水渠,通過布水渠依次進入生態(tài)滯留塘和表面流人工濕地。因該區(qū)域呈狹長地貌,為提高濕地水力效率,將人工濕地分為5級,串聯(lián)運行,濕地出水經(jīng)尾端集水渠收集后流入南四湖。工藝流程如圖1所示。2.2主要設(shè)備的設(shè)計2.2.1地下水開壩預(yù)處理在104國道新薛河橋以南1300m處建設(shè)橡膠壩,長為170m,壩頂高程為33.55m。通過橡膠壩抬高河水水位,形成河道蓄水塘,河水在此進行預(yù)處理,通過物理沉淀作用去除部分懸浮物質(zhì),并通過河道內(nèi)水生植物的光合作用對河水進行預(yù)充氧,削減一部分污染物。經(jīng)橡膠壩提升水位的河水通過引水渠進入生態(tài)滯留塘,引水渠采用梯形人工明土渠形式,長度約為250m,坡度為0.02%。2.2.2采用塘內(nèi)水位平臺植物種植浮水植物在橡膠壩下游300m處,利用河堤內(nèi)側(cè)地勢低洼的灘地和水塘建設(shè)生態(tài)滯留塘,面積約為333350m2,長為1400m,寬為120~360m,塘內(nèi)水位高程為32.75m。按照塘內(nèi)水位的高低進行植物配置,水深較淺處種植蓮藕、菱角等本土浮葉植物,水深較深處配置菹草、金魚藻和眼子菜等沉水植物。生態(tài)滯留塘通過物理沉淀作用去除河水中的懸浮物,通過藻類、微生物、水生植物等的生物作用去除氮、磷和部分有機物,生態(tài)滯留塘的設(shè)計出水COD≤35mg/L、氨氮≤1.7mg/L。2.2.3濕地的人工待遇濕地設(shè)計模型采用表面流人工濕地對河水進行處理,濕地長為3700m,平均寬為270m,總面積約為1.0km2,為了充分利用現(xiàn)有的狹長地形,以現(xiàn)有臺田之間的生產(chǎn)路和引河為分界線,將人工濕地分為5級,串聯(lián)運行。以水力負(fù)荷為限制性設(shè)計參數(shù)進行計算,并根據(jù)污染負(fù)荷進行出水水質(zhì)核算。考慮到冬季的安全運行問題,設(shè)計有效水深為50cm,濕地有效面積占總面積的50%,水力負(fù)荷取1.6cm/d,濕地的相關(guān)設(shè)計參數(shù)如表1所示。n500混凝土管為保證河水均勻流經(jīng)各濕地單元,在各濕地單元圍堰處設(shè)置DN500混凝土管,連接布水渠和下一級濕地。各濕地單元的水位高程隨水流方向以5cm高度遞減,第五級濕地的水位高程為32.50m(南四湖興利水位為32.30m)。種植人工濕地植物根據(jù)因地制宜、經(jīng)濟效益、生物多樣性和景觀協(xié)調(diào)的原則選擇濕地植物,依托現(xiàn)有地形,在地勢較高的臺田處種植蘆竹、蘆葦?shù)冉?jīng)濟價值較高的挺水植物;在地勢略低的臺田間水面處種植蘆葦、香蒲等挺水植物;在塘內(nèi)水深較淺處栽種蓮藕、菱角、芡實等本土浮葉植物,水深較深處配置菹草、金魚藻和苦草等沉水植物,并在塘內(nèi)放養(yǎng)魚、泥鰍、青蛙等動物。由此,通過挺水植物帶、浮葉植物帶和沉水植物帶的優(yōu)化配置,構(gòu)建了一個具有生物多樣性、水質(zhì)凈化能力和景觀效果的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。2.2.4集水系統(tǒng)的配置和收集水生態(tài)滯留塘內(nèi)排水效果在生態(tài)滯留塘前端設(shè)置總布水渠與引水渠連接,采用混凝土渠堰溢流布水,使受污染河水均勻分布到生態(tài)滯留塘中,總布水渠長為127m,高為1.60m,寬為1.0m。dn500混凝土管布水在各級濕地前設(shè)布水渠,采用實用斷面堰渠集水,在濕地間圍堰道路下埋設(shè)DN500混凝土管布水使河水均勻分布到下一級濕地中。布水渠采用土壓實結(jié)構(gòu),上蓋混凝土板以防止水土沖刷,渠道平均長約為270m,底寬為0.6m,邊坡系數(shù)為1∶3.0。濕地內(nèi)水位控制在濕地末端設(shè)置總出水渠,采用實用斷面堰渠集水、多點混凝土管出水,由閘門控制濕地內(nèi)水位。南四湖調(diào)水前集水渠采用土壓實結(jié)構(gòu),調(diào)水后總出水渠采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),渠長為230m,寬為1.0m,高為0.98m;設(shè)出水控制閘門1個,寬為1.4m,高為1.1m。3生態(tài)凈化效果2005年開始在示范區(qū)內(nèi)種植蘆竹、蘆葦?shù)缺就两?jīng)濟植物,目前植物生長情況良好;河道橡膠壩引水工程于2007年8月建成運行。示范工程在進水COD和氨氮分別為39.2mg/L和2.0mg/L的情況下,出水COD和氨氮濃度分別為18.5mg/L和0.9mg/L,達到了地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002),對于保證南水北調(diào)東線工程調(diào)水水質(zhì)保障目標(biāo)的順利實現(xiàn)具有重要的意義。示范工程在注重水質(zhì)凈化效果的同時,充分考慮到生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。工程實施后的第二年,濕地植物種類由原先的16科25種提高到24科47種,Shannon-Wiener指數(shù)達到1.619,遠(yuǎn)高于工程實施前的0.060,濕地系統(tǒng)的物種多樣性明顯提高。利用現(xiàn)有地形地貌特征,在濕地內(nèi)種植了蘆竹、蘆葦、菱、蓮藕和香蒲等本土經(jīng)濟植物,使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)民每年的收入由工程建成前種植大豆和小麥時的12750元/hm2增