人工濕地在珊溪水庫水源保護中的應用研究

林曉霖,張錦娟,王 冠

(1.溫州市珊溪水利樞紐管理局,浙江 溫州 325000;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

珊溪水利樞紐位于溫州市飛云江干流中游河段,壩址以上控制流域面積1 529 km2,總庫容18.24億m3,可向溫州市提供每年13.4億m3清水,可供溫瑞平原及飛云江以南沿海地區的平陽、龍港鎮等地區,供水區內受益人口280萬,將滿足溫州近期、遠期用水之需。

黃坦坑是入庫河流之一,流域內的黃坦鎮以農業和畜禽養殖業為主導產業,生豬飼養規模大,沿河村、鎮缺乏污水處理設施,生產、生活污水直接排入黃坦坑,導致水體污染,現狀水質為劣Ⅴ類水,有機污染最為嚴重,氨氮、總磷超標倍數可達20倍,直接影響珊溪水庫水質。為了改善珊溪水庫水質,確保飲用水安全,在黃坦坑小流域開展了水土保持生態清潔型小流域建設工程。

人工濕地是水土保持生態清潔型小流域建設工程的主要措施之一,當大量的氮、磷等生物營養元素流入水庫時,將引起水質富營養化。這些物質同樣為大型水生植物生長所必需,因此可采用流域內建設濕地的方法將較高污染物(植物營養鹽)通過濕地植物處理脫除大部分污染負荷[1-8]。

2 人工濕地設計[9]

2.1 黃坦坑濕地選址與總體布置

黃坦坑濕地位于黃坦坑河流入珊溪水庫庫區上游4 km處,面積合計1.60 hm2(24畝),為原有農田改造而成。黃坦坑濕地處理系統由上游攔砂壩、擋水閘、攔污柵、引水渠、進出口砂卵石濾池、濕地及下游擋水壩組成,總體布置見圖1。

圖1 黃坦坑濕地總體布置圖

2.2 水流控制

河道來水通過上游攔砂壩后,經攔污柵攔截漂浮物后進入引水渠,水流經引水渠引流至濕地內。為增加水流在濕地內的停留時間,在濕地內開挖導流引水土溝,使水流實現繞流,增加水力滯留時間,提高濕地的去污效果。

為避免洪水期水流沖刷濕地植物,渠首設簡易節水閘。渠水引至濕地處后自由漫流,各田塊內水位通過修建攔水坎控制?？紤]到濕地內植物的多樣性、植物種類的合理空間搭配和季節交替搭配,攔水坎高度結合植物配置進行設計。當水位超過攔水坎頂高程后,溢流至下一區塊,最后匯流至河道內。

2.3 植物配置

植物在濕地中不但可以去除污染物質,維持濕地環境,同時也有構筑景觀生態的價值,關鍵在于選擇和搭配適宜的植物。選擇濕地植物應考慮植物的適應性,根系生長特性、分布范圍、枯枝落葉層、耐水濕能力、凈化和耐污能力,在兼顧觀賞價值和經濟價值的同時,還應考慮植物生長過程管理成本的問題。

為了便于把握,將濕地劃分為2種類型,再分別選擇植物。

(1)壟區。壟上種植耐水濕陸生植物,按高程從高到低及植物耐水濕強度依次種植池杉、水紫樹、沼地紫樹、落羽杉、納塔櫟等喬木,同時配置梔子花、南天竺、金鑲玉等灌木及麥冬、香根草等草本植物。

(2)溝區。土溝內鑲嵌耐陰常綠水生植物,石菖蒲、水蔥等。

喬木栽植的規格,行距2 m(每壟種 1行),株距3 m,株行距為3 m×2 m,每667 m2種植110株。灌木栽植的規格,每2株喬木之間種2株 (叢),每667 m2種植220株(叢)。草本植物在溝內種植。

3 濕地運行效果

相關研究結果表明,有植物濕地系統春夏平均磷的去除率在60%以上,即使在冬季也能達到40%以上。濕地系統的去污效果與所種植的植物存在緊密聯系,濕地系統種植蘆葦、水蔥、茭白、草蒲、燈芯草等,去除氮磷為40%～60%,慈姑對總磷的去除為65%～68%,且對藻毒素有一定的去除作用,美人蕉、菖蒲等植物能吸收富集水體中30%的銅和錳,對鋅、鎘、鉛的富集也在5%～15%以上。水生花卉如再力花、黃菖蒲、梭魚草、千屈菜等植物,因它們的生物量比較大,資料表明對BOD和COD的去除率分別為50%～60%以上,對TN的去除率可達60%以上,去污能力是蘆葦的2倍。

黃坦坑濕地自2009年5月份開始通水運行以來,分別在濕地進水段、濕地區域、濕地出水段設立了水質采樣點,監測結果詳見表1。

表1 黃坦坑人工濕地進出口水質監測結果表mg/L

監測結果表明,黃坦坑濕地處理污水的效果十分理想,對高錳酸鹽指數的平均去除率為2.35%、氨氮去除率為80.70%、總磷去除率為33.30%、總氮去除率29.20%。

4 結 語

實踐證明,黃坦坑人工濕地具有良好的去污作用和景觀效果,其運行1 a來,已開始發揮其綜合效益。

隨著經濟社會的快速發展,水庫在浙江省城鄉供水中的地位日益突出,而農業及農村生活面源污染對庫區水質造成的威脅逐步加大,調查資料顯示,目前全省主要供水水庫中,絕大部分已經進入中、富營養化狀態,考慮到面源污染分散、不易收集等特點,人工濕地投資少,建設、運營成本低,處理效果理想以及其獨有的綠化環境功能等優點使其成為一個非常理想的選擇,在浙江具有廣闊的發展應用前景,黃坦坑人工濕地的實踐經驗可為下一步全省水源地保護和小流域治理提供參考。

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[9]張錦娟,裘濤,崔丹.溫州市珊溪水庫黃坦坑水土保持生態清潔型小流域建設工程初步設計報告[R].杭州:浙江廣川工程咨詢有限公司,2007.