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多塘生态补水系统在水环境治理的应用

2019-02-11 10:29 来源:环境治理论文 人参与在线咨询

摘要:为改善山涧丘陵岗地区域雨洪季节水土流失严重、下游河道防洪压力大,旱季缺水威胁上游生态环境等不利影响,并截留、削减农业面源污染等负荷,本文提出一种因地制宜的多塘生态补水系统解决方案,并通过工程实例进行说明,对类似工程的规划设计提供借鉴参考。

关键词:多塘;生态补水系统;区域水环境;水环境治理

1概述

河流是城市的灵魂,我国新兴城镇主河道上游源头多为山涧或丘陵岗地,由于人为开采耕作或受自然径流切割,区域原有自然排区与水网发生隔断与破坏,大小塘坝散布其间,塘口淤积、渗漏严重,塘间无沟通联系渠道,易发生多雨季塘水倒灌,少雨季塘体渗漏干涸,雨洪期水土流失严重,且雨水汇集快、流速大,对下游河道造成较大防洪压力等现象。随着我国城镇化、水生态文明建设的发展,人们对水利工程的认识不仅仅满足于其初始的功能性需求,迫切需要调整治水理念来满足人们对水利生态景观、人水和谐等更高层次的需求。河道上游水源地涵养、农业面源污染截留与消减、生态保护与合理开发利用成为水利工程新的课题与研究方向。打破过去传统生硬的、破坏水生态环境且人工干预痕迹严重的治水理念,遵循自然生态、因势利导的拦、蓄、疏、泄等治水原则,保留与修复原始田园风貌,建立乔灌草及水生植物体系,拦截与消减区域内非点源污染,对新城镇的规划设计尤为重要。山涧丘陵岗地区域修复生态系统的有效治水思路为:上游构建多塘系统进行水源保护与涵养,中游设调蓄功能的蓄水区,下游理顺排泄通道。

2多塘生态补水系统及其构建方法

为解决山涧丘陵岗地区域雨洪季节水土流失严重且雨水汇流快、流速大,对下游河道造成较大防洪压力,旱季少雨沟塘干涸对上游植被及保护物种的生长培育造成不利影响等问题,同时截留区域农业污染营养盐、削减非点源污染负荷,提出一种因地制宜的多塘生态补水系统解决方案。方案包括分区规划蓄水路线技术、塘体间串联沟通技术、塘体的防渗与水量控制技术、多塘污染物拦截与净化技术。分区规划蓄水路线技术:即充分利用现状地形地势,将区域划分为3~5片小汇流区,根据汇流区面积计算各自汇流水量,整合各小汇流区内的现状沟塘洼地,依地势高程从上至下将散布沟塘洼地串联起来,形成“链式”泄蓄水通道。每片小流域也可分别规划一条独立泄蓄水通道,最终将片区内多条泄蓄水通道汇集起来,进入中游蓄水区进行调蓄。塘体间串联沟通技术:即整理和扩挖现状水塘,在适当洼地新建部分水塘,根据上游地势走向,对上游零星水塘以雨洪调蓄区为终点,分3~5个主干,成“爪”状向上游区域辐射开来,并通过对已有沟系进行疏挖或新建,将零星山塘沟通联系,以增强上游水土保持、山林养护、削减农作区面源污染的作用,同时还可利用上游山区自然地势高差适时为下游补水。改造后的水塘需通过沟渠才能源源不断地为下游湖区补水,因此为节约占地和土方开挖量,尽量利用现有的水系连通沟渠,并根据等高线布置对未连通的大于0.5hm2的水塘新开挖渠道进行沟通。塘体的防渗与水量控制技术:即以节约占地,减小工程量为原则,通过对现有水塘进行疏挖、边坡整理及防渗处理来满足蓄水要求。将现状单个塘体打造成湿地型水塘,并在水塘岸坡上种植水生植物及配置水生动物,可起到净化水体削减农作区面源污染、固坡等作用。对大于0.3hm2改造后的水塘,在其与下游沟渠间设拦蓄堰,汛期拦蓄洪水,并于堰体一岸埋设深孔铸铁管底孔,中间部位设检修阀井,内设控制蝶阀,适时控制蝶阀,将塘内部分蓄水通过连通沟系汇至下游,可补充下游枯水期水生态景观用水。为防止枯水季山塘在蓄水中渗漏水量过大,对有高渗透性土层出露的水塘采取适当的防渗措施。根据经验,推荐防渗处理方法为:在扩挖成型的岸坡底部上铺设一道天然钠基膨润土防水毯,然后在防水毯上表面回填0.3m厚黏土或中、重粉质壤土,压实处理后再回填0.3m厚回填土并自然压实,修整岸坡,使其坡比在1∶3~1∶5之间,以适应水生动植物生长。多塘污染物拦截与净化体技术包括乔灌草拦截与净化体系与多塘内部净化体系。乔灌草拦截与净化体系即在塘周布置一定宽度的生态带,生态带按一定比例配置小乔木、灌木及草类。通过经验总结,拦截与净化体系布置宽度推荐范围为20~100m,乔灌草绿化面积比推荐范围为1∶1∶3~1∶3∶6。多塘系统对地表径流的流量和流速具有调控作用,同时通过沟渠的传输作用,使营养物质随径流在农田系统中循环利用,进而有效减少营养物质的输出量。当发生降水产径过程时,地表径流通过乔灌草拦截与净化体系时会显著降低流速,并在体系强大的涵养容量作用下加速下渗,未来得及下渗的径流沿附近沟渠经一系列水塘进行空间调配进而改变流态和流量,最终汇入河流、湖泊等地表水体;营养盐通过地表径流被输送到水体中,对降雨径流的截留量直接影响到进入地表水体中营养盐的量。在降雨量较小的情况下,乔灌草拦截与净化系统与多塘基本上可以使地表径流截留在系统内部,无养分输出;在降雨量大时,多塘系统可以利用其一定的储存能力减少径流输出量,延缓并减小峰值。截留在多塘系统内部的营养盐通过农田—沟渠—水塘系统中多种生物和环境因素进行着物质和能量的转换、流动,特别是菌藻共生体系,降解和转化污染物,主要过程包括过滤、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统对污染物净化的重要途径。

3工程案例

在合肥市巢湖经开区大闸河上游综合整治工程中,针对大闸河上游矿山开采、无序耕作造成的水土流失、水面萎缩等问题,采取“退耕还林”的水土保持措施;对冷泉湖上游树状水系进行疏浚整理,配置水生植物与动物,沿水系两侧打造乔灌草生态带,形成丘陵多塘系统,调节径流,拦截农业面源污染,净化水体,并在枯水季节向周边农田提供灌溉用水,并向下游冷泉湖生态补水。工程共整理水系面积38.5hm2,整理水塘共计56个,水塘边坡按1∶2进行整坡,塘深按平均1.7~2m疏挖,并采用天然钠基膨润土防水毯防渗处理。各水塘利用现有的沟渠进行连通,沟渠设计底宽1.5m,高1m,边坡1∶1.5,水体浅滩种植一定量沉水及挺水植物。同时,为保障水塘正常蓄水,新建36座拦水堰坝,堰坝一岸布置铸铁管排水深孔及控制闸阀。沿水系两侧各布置30m宽乔灌草生态带,按小乔木、灌木、草类绿化面积比为1∶2∶4种植(图2)。通过建成后两年间的监测与检验,大闸河水体水质稳步向好,已连续十个月不低于Ⅲ类水质,水生态环境得到极大提升,并结合后期开发,该区域已成为开发区重要的旅游品牌。由大闸河———冷泉湖———汤河形成的开发区主要排洪通道顺利通过2016年巢湖流域特大洪水考验,保障了人民群众的生命及财产安全。

4结语

多塘生态补水系统针对山涧丘陵岗地上游矿山开采、无序开发等造成的水土流失、水面萎缩等问题,采取“退耕还林”的水土保持措施,整治多个湿地型水塘,并通过工程措施串联流域区块内散布沟塘,形成“长藤结瓜”模式的排蓄水体系。通过塘体扩挖与防渗、沟渠联通、堰体控制等技术,进一步扩大蓄水容量,增强水量调控功能。利用乔灌草拦截与净化体系、多塘内部净化体系,层层截留地表径流中的非点源污染物,通过地下入渗与多塘内部存储,减少径流输出量,并利用系统内部物理、化学和生物过程,实现对径流污染物的截留、沉积、吸收和转化等,达到非点源污染的高效净化。多塘生态补水系统对径流的调节不但具有滞蓄雨水、削减洪峰的作用,还具有在枯水季节生态补水功能,有助于提高流域整体防洪能力,符合“扩大容量、削除存量”的污染防治与生态保护的治理理念,为类似工程的规划设计提供借鉴参考作用。

参考文献

[1]安徽省水利水电勘测设计院.大闸河上游水环境治理工程初步设计.2013年12月.

[2]黄云凤植被控制水土流失机理及措施研究综述[J].福建水土保持,2004年9月.

[3]张兴昌,邵明安植被覆盖度对流域有机质和氮素径流流失的影响[J].草地学报,2000年8月.

作者:王飞 单位:安徽省水利水电勘测设计院

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