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滇池外海湖滨生态湿地系统的设计

文章来源:海西给排水 发布时间:2010-11-09 16:42:12 阅读次数:10149 次 [关闭]

唐丽虹

(福州市规划设计研究院,福建 福州 350003)

摘要:昆明市滇池外海西山片区湖滨生态湿地系统的建设应融入风景之中。通过对西山片区湿地系统污染处理量的分析,确定了湿地建设的多种方案,并提出了湿地建设时对入湖水流进行拦截及处理的措施。最后选择具有耐污去污能力的湿地本地植物物种,构建湖滨生态系统。

关键词:滇池外海 生态湿地 设计实例

滇池是维系滇池盆地生态平衡的核心,也是昆明市生存和发展的基础。20世纪80年代以来,由于流域内高强度的人类生产和生活活动,大量营养物质流入滇池,使得水体的富营养化日趋严重。滇池外海湿地系统建设是滇池治理工程之一,本文以昆明市西山片区为代表,介绍滇池湿地系统设计实例。

1工程概况

昆明市西山片区处于西山与滇池之间的过渡地带,地形狭窄且坡度较大,现状高海公路沿滇池边延伸,两侧风景秀美。该工程以“工程最小化、生态最大化”为原则,尽量利用湖滨生态带的生态修复能力,并加以适当的人工干预,恢复环湖的自然生态系统,对入湖污染物质进行拦截及处理。

2 污染量计算及湿地系统设计

2.1 污染量计算

2.1.1工程处理对象

近年来,随着管理力度的加大及污染治理水平的提高,滇池流域的点源污染已得到明显的控制,而非点源污染问题却日显突出。

暴雨径流是非点源污染发生的主要动力,由于暴雨产生的径流对地表有强烈的冲刷作用,加之农药化肥的使用量和土地耕作强度的逐年加大,大量污染物在暴雨径流的冲刷下从地表向湖区迁移。已有的研究结果表明,暴雨径流的非点源污染,已成为湖泊水体富营养化的重要营养物质来源[1] [2]。另据现场调查,西山片区在湿地建设后的村落污水总量为670 m3/d,污水经处理站处理后排入湿地生态系统进行强化处理。因此,该工程的主要处理对象是以初期雨水为主的地表径流及小部分的处理站尾水,主要污染源包括暴雨冲刷而携带的地表营养物质、村落地表杂质、生活垃圾、人禽粪便及农田污染等面源污染。

2.1.2初期雨水污染量

设计中依照分水岭划分雨水径流流域,计算各流域汇水面积。

本设计分别以昆明地区暴雨强度公式计算和汇水面积降雨厚度计算这两种方法进行分析。两种计算方法的参数取值如下:

1)昆明地区暴雨强度公式计算方式。重现期取1 a,地表径流系数取0.3,取最大暴雨强度前10min雨水量作为初期雨水量,该水量为每年的最大初期雨水量。

2)汇水区域的降雨厚度计算方式。初期雨水降雨厚度取8mm,地表径流系数取0.3。

按照上述计算方法,该片区初期雨水总量为165100m3

2.1.3工程处理效果要求

根据现场调查和水质检测结果,初期雨水水质见表1。

表1 进水水质                       (mg/l)

项  目

COD

SS

TN

TP

pH

平均水质

50

200

10

0.5

6~9

为使滇池湖体恢复到较好的水质,经处理后的出水水质应达到地表水Ⅳ类标准。见表2。

表2出水水质                        (mg/l)

项  目

COD

BOD5

DO

NH3-N

TP

pH

Ⅳ类水质

30

6

3

1.5

0.1

6~9

2.2湿地系统方案

对该片区湖滨带湿地系统的建设分为四个层次,分别采用四种方案进行设计:

1)方案一,湖滨湿地生态系统。以恢复最大湖滨湿地面积为原则,通过现场调查,在现状地面高程介于1885.5~1887.4(滇池最低运行水位及最高运行水位)之间的位置,都尽可能地进行基底修整,拆除防浪堤,引入滇池湖水而将其恢复成湖滨天然湿地。

图1  湖滨湿地剖面图

在恢复湖滨湿地的基础之上,根据各个位置的来水情况及水源污染情况建设表流湿地进行处理。

2)方案二,表流湿地+湖滨湿地生态系统。离山体较远的小面积平坦地带,污染来水和径流雨水大部分是通过地表散流进入工程区,而没有集中的干渠水源。设计中采用以小面积表流湿地为主的湿地处理系统,同时不对表流湿地进行整体的布置,而在地势较低的污水流出处,通过设置边埂对其进行控制,使表流湿地保持一定的水位,维系湿地植物的生长。

图2  表流湿地+湖滨湿地剖面图

3)方案三,A类沉淀池+表流湿地+湖滨湿地生态系统。在离西山山体较近的位置,径流雨水中往往携带着较多的泥沙,因此需要设置沉淀池进行沉淀。根据现场调查,西山区雨水中泥沙量很大,由于泥沙的堆积造成很多湿地系统失去了原有的功能,因此湿地系统去除泥沙显得尤其重要。如果附近区域没有大面积的村庄及农田,面源污染相对较轻的地方,设计中采用A类沉淀池进行泥沙沉淀处理。

图3  A类沉淀池+表流湿地+湖滨湿地剖面图

4)方案四,B类沉淀池+表流湿地+湖滨湿地生态系统。如果附近区域有大面积的村庄或农田,面源污染较重的位置,考虑到西山片区雨水瞬时冲击很大,除进行泥沙处理之外,还必须考虑湿地系统的水力负荷冲击,另外尽量避免高污染浓度的初期雨水直接进入滇池,因此设置B类沉淀池进行调蓄,并进行泥沙沉淀。

图4  B类沉淀池+表流湿地+湖滨湿地剖面图

2.3 湿地系统完善措施

1)大面积表流湿地设置形式。方案三及方案四是大面积的表流湿地,与方案2小面积表流湿地不同,设计中综合考虑土方、基底平整及景观需求等各种因素,把大面积表流湿地依地势分割成几个小块,形成串联的小面积湿地,并且高程上呈由上而下的阶梯状。整个大面积表流湿地最终将形成类似于种植水稻的梯田形式,将工程化的湿地系统自然地融入滇池及西山风景之中。

2)旱季湿地保湿措施。昆明地区雨季、旱季分明,每年11月份至次年5月份为旱季,降雨量很少。因此,在旱季中,湿地系统中的水生植物很难维系生存的条件,该片区已建的一些湿地系统都普遍存在水生植物枯死的现象。因此,本设计在大面积表流湿地旁配套提升泵房,采用泵提升的方式定期从滇池抽水至湿地系统,保持湿地系统的水生环境,维持湿地植物所需的基本生存条件。

3)湿地水流系统的控制。按照前述四种方案进行湿地建设,依地势使水流由上而下进入湿地,并依次经过沉淀池、表流湿地、湖滨湿地,最终进入滇池。各阶段构筑物之间采用过水边埂进行连接,通过设置过水溢流管形成长距离的溢流效果,对水流方向及水位进行控制;沉淀池内部与湖滨湿地内部各小块之间都是直接相连,并在连接处的边埂上设置小桥以方便行走;表流湿地之间的连接采用内部过水边埂,根据湿地水流方向的需要在相应的边埂上设置溢流管,保证水流在湿地系统内的停留时间。

2.4 湿地系统计算

1)湖滨湿地系统。利用天然湿地系统处理初期雨水和村落生活污水,受到水力负荷、污染负荷、停留时间、流程长短、温度等多种工艺参数的制约[3]

设计参数取值:

湿地水深:1~2m

污染负荷:COD 6g/m2·d:TN 0.8g/m2·d:TP 0.1g/m2·d

水力负荷:0.1m3/m2·d

2)表面流湿地系统设计。表面水平流人工湿地是最为接近天然湿地的人工湿地类型,一般以自然泥土为基质,具有自由水面,人工适当辅以拦污、布水、基底修复等工程措施,属于好氧湿地。

表面流湿地的优点是构造简单、投资省、水流通畅不易堵塞、运行维护方便。表面流人工湿地仿自然的生态特征是其它人工湿地不具备的主要优势之一[3]。工程前期借助人工适当干预,注重生态学过程多层次的修复,应用入侵理论引入原来系统中存在而后丢失的物种,加速退化生态系统结构和功能的恢复,最终达到生态系统稳定状态,实现生态系统的良性运行。

设计参数取值:

A类沉淀池水深:1.5m    停留时间:0.7~1.5d

B类沉淀池水深:2.5m    停留时间:>1d

表流湿地水深:0.3m

污染负荷:COD 7.0g/m2·d;TN 1.0g/m2·d;TP 0.01g/m2·d

水力负荷:0.07m3/m2·d

3) 湿地系统计算方式

设计中考虑到工程的处理对象主要为初期雨水,并且该区域雨水中泥沙含量大,因此将前置植物稳定塘(沉淀池)面积做得比较大,尽量将初期雨水进行收集(B类沉淀池全部收集),控制流量在1日内去除,则最大单日处理水量即为初期雨水总量。

根据日处理水量及其污染程度,在有效利用现有地形的基础上,选择合理的湿地类型,以水力负荷、污染负荷(COD、TN、TP计算)进行湿地面积计算,取最大值。

2.5 植物选择

植物是湿地的的重要组成部分,选择具有耐污去污能力的植物,是湿地设计及处理系统成败的关键之一。湿地中所选取的净化植物种类不仅要适应于污水环境、生长速度较快,而且还要具有一定的景观价值[4]。滇池流域生态湿地内植物的选取主要考虑如下几个原则:根系发达、较强的耐污、去污能力,易于获取和繁殖、便于收割、景观较美。

根据湖滨生态系统恢复模式和环境功能的需求,兼顾景观效益,因地制宜,选择本地物种,构建湖滨生态系统。湖滨湿地、表流湿地与沉淀池采用了不同的植物配置方式。物种选择如下:

①湖滨湿地:引种种源应坚持本地物种优先的原则,同时兼顾水生植物的经济价值和景观效果。选择的水生植物有茭草、芦苇、香蒲、菖蒲、象蒲、芦竹、美人蕉、灯心草、水葱、千屈菜、姜花、泽泻、荇菜、慈菇、莎草、浮萍、睡莲和荷花等。乔木有水杉、枫杨和垂柳。

②表流湿地:表流湿地植物选择的标准是生长性好、成活率高、种植和维护的费用低。可选用的植物有:芦苇、香蒲、茭草、水葱、灯心草、风车草等等。

③沉淀池:主要选用水芹、水葫芦和睡莲等植物

④生态林:主要选择水杉、落羽杉、滇朴、垂柳、桑树、云南松、冬樱花、滇润楠、香樟、石楠等,在石灰岩山坡地段种植适应酸性土壤的藏柏及壳斗科植物。这些树种具有良好的适应能力,是滇池湖滨生长良好的植物,完全适应滇池湖滨的生长环境,同时具有良好的景观效果和经济价值。

3 工程内容及效益

该项目共恢复湖滨天然湿地105ha,建设表流湿地系统90ha,建设陆生植物带175.5ha;拆除防浪堤5.88km。

工程总投资为36939.76万元,其中建筑安装工程费为14803.14万元。

该工程实施之后,能够处理初期雨水125856m3,占总水量的84.7%。每年可以减少排放的污染物总量为:COD 681.3吨/年、TN 291.2吨/年、TP 10.2吨/年。

4 结论

(1)滇池外海湖滨生态湿地的建设必须以“工程最小化、生态最大化”为原则,融湿地于风景之中。

(2)西山片区湖滨湿地的建设类型应以湖滨湿地、表流湿地及沉淀池等为主体,根据建设位置的特点进行相应的组合。

(3)在湿地设计过程中,应考虑大面积湿地的设置形式、旱季湿地保湿措施及湿地水流系统的控制问题。

(4)湿地植物的选择,必须适合当地水文地质和基质条件、具有耐污去污能力的植物,而且还要具有一定的景观价值。

参考文献:

[1] 黄俊等,暴雨径流污染负荷的时空分布与输移特性研究[J].农业环境科学学报,2004,23(2):255-258.

[2] 段志勇等,人工湿地控制滇池面源水污染适用性研究[J]. 环境工程,2002, 20 (6) :64-66.

[3] 刘全中,人工湿地系统水质净化技术的工艺设计[J].给水排水,2001,27(8):35-36.

[4] 王圣瑞等,人工湿地植物的选择[J].湖泊科学,2004,16(1):91-95.

作者通讯:唐丽虹 福州市规划设计研究院(湖东路188号)邮编:350003;手机:13509351133

Email:tang.lh@126.com



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