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2 0 0 9年增刊 海河水利 2 7 于桥水库水源地生态湿地系统建设可行性分析 潘敬 阁，金艳，孙 继芹(天津市水务局 引滦 工程管理处，天 津3 0 1 9 0 0)摘 要：于桥水库作为天津市重要的饮用水水源地，其水环境安全备受关注。为了保证城市供水安全，于桥水库生态 环境综合治理势在必行。从削减入库污染物负荷、改善水库生态环境的角度出发，对于桥水库水源地生态湿地系统 建设场地、自然地质条件进行 了详细分析，对水源地生态湿地 系统布局及运行维护方案进行了设计，并分析了实施 水源地生态湿地 系统建设项 目的综合效益。关键词：于桥水库；水源地；生态湿地；可行性 中图分类号：X 5 2 4 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 7 3 2 8(2 0 0 9)增刊一 0 0 2 7 0 4 1 概 述 于桥水库现为引滦入津工程大型调蓄水库，以 防洪、供水为主，兼顾发电、养殖等的综合利用，总 库容 l 5 5 9 l 0 m ，控制州河流域面积 2 0 6 0 k m ，是 天津市重要 的水源地。3条 主要汇人河流黎河、淋 河、沙河流经地区人 口密集，工矿企业众多。近年 来，于桥水库的铁、锰等金属污染物的负荷明显加 大，而氨氮、总磷等污染物负荷由点源污染向面源 污染转变。水污染调查资料表明原因有三：一是集 铁矿的开采、选矿以及冶炼为一体的钢铁产业已经 替代原有的化工产业成为遵化市的支柱产业，选矿 尾水通过各种途径最终汇人于桥水库；二是潘家 口、大黑汀水库网箱养鱼产业增长迅猛造成源水水质 背景值降低，氮、磷营养盐含量增大；三是于桥水库 库区周边人 口和经济快速增长，农业产业结构不合 理，致使库周污染逐渐加剧。于桥水库的当务之急就是防污治污，改善水生 态环境，确保城市供水安全，其综合治理应秉 承控 源、生态修复和库区管理三结合的基本原则。控源 包括流域 内部各种外源负荷 以及沉积物释放所产 生的内源负荷。考虑到沙河、黎河均在遵化市不属 于天津市行政管理辖区，流域内部的各种外源负荷 难以控制，因此采用生态工程技术对天津市境内的 人库河口进行水源地生态湿地系统建设不失为最 佳选择。收稿 日期：2 0 0 9 0 5 2 5 作者简介：潘敬 阁(1 9 6 4 一)，男，工程师，主要从事水环境 管理和保护 工作。2 水源地生态湿地系统建设的可行性分析 2 1 建设场地的可行性 湿地生态净化系统拟建在于桥水库上游库区 与黎河下游的交汇处，在入库河流果河北侧。该区 域在 2 0 5 3 m高 程 以下 的库 区范 围，总 面 积 2 7 4 9 k m ，见图 1，是建库的移民区。2 0 世纪 8 0年代 为保护农业耕种，曾进行大规模围埝修筑，形成了 库区内仍有农业生产活动的状况。9 0 年代该区域的 8 6 6 7 h m 低洼地被开挖成鱼池。由于鱼池是于桥水 库的重要污染源，天津市引滦人津水源保护工程对 其予以取缔。因此，在此 区域建设湿地生态净化系 统既可充分利用鱼池推平后的暂时闲置土地，杜绝 当地再次将其辟为污染水库的生产项 目 用地，又可 利用湿地生态净化系统将于桥上游受污染的水体截 至湿地系统 中进行净化处理，改善水库生态环境。2 2 场地 自然条件 场址处于果河岸边，现为鱼塘或河滩地。地势 平坦，果河南岸滩地地面高程 1 7 3 m左右，东高西 低，平均坡度 0 4 1 。果河北岸地面高程 1 7 8 5 m左 右，东高西低，平均坡度 0 3 6 e。东部农田和鱼池区 域地面高程分别为 1 9 5 0、1 8 3 0 m左右。西部鱼池的 地面高程 1 7 5 0 m左右。2 3 场地地质条件 场地 区域 的地表层土壤 以粉土为主，含碎石、树根等，厚度 1 8 3 O m，渗透系数(4 8 5 9)x l O c m s，属中等弱透水性能；第二层为粉土，含云 母、见树根，厚 度为 0 71 7 m，渗透 系数 1 0 c m s，属弱透水土壤；第三层为砂土层，平均厚度 4 O m，渗 2 8 潘敬阁，金艳，孙继芹：于桥水库水源地生态湿地系统建设可行性分析 2 0 0 9年 8月 图 1 于桥水库水 源地 生态湿地 系统位置 透系数 l 0 之 一1 0 e m s，属强透水层；第四层为粘土，属 比较理想的隔水层。3 于桥水库水源地生态湿地系统建设方案 3 1 总体 思路 为了维持于桥水库库区的生态系统平衡，将黎 河汛期洪沥水(或引滦输 水)污染较严重 的水头导 人水源地生态湿地系统，净化达标后进入于桥水 库。对于超过该标准且水质不达标或净化不达标的 水体则排入分流排水系统进行处理。根据地形条 件，在水库上游人库河口(始于黎河和沙河交汇处)2 2 m高程以下的直接淹没区和围堤内南、北鱼塘，建 设水源地生态湿地系统。湿地容量为 7 7 2 X l 0 m。，可容纳输水前期 4 3 h 水量，基本满足对输水头 2 4 h 污染较重水头的处置要求。另外，湿地容量还相当 于拦蓄黎河和沙河 2 2 5 频率汛期头场降雨的洪水 量。当污水进人湿地后，因漫流及植物的阻挡作用，使流速降低，部分悬浮物和其所吸附的污染物质，在重力作用下逐渐沉淀到湿地底部而从水中除去，使水中的 S S、B O D 和 C O D的浓度都得到降低。细 小的悬浮颗粒在絮凝物质的作用下聚集成大颗粒，然后沉淀下来。污水滞留期间，利用湿地的吸附、过 滤、分解等物理、化学和生物的综合效应降低氮、磷 和有机污染负荷，改善水体的水质状况。3 2 方案 布局 根据对于桥水库 以上流域 的水 污染调查分析 结果，汛期头场洪峰以及引滦输水的水头污染物较 多，对于桥水库水质影响最大。因此，水源地湿地净 化生态系统规划安排在果河入水源地，设置 节制 闸，将污染严重的水体通过开挖的引水渠，导人河 道岸边的湿地生物净化池，净化后达标的水体再进 入水库。如果来水的水质非常恶劣、预计超过湿地 净化能力或在一定时问周期内、经处理仍未达标 的 水体，则通过专用分流渠道排走，不再入库。因此，水源地湿地净化生态系统包括生物净化系统和分 流排水系统两部分。如图 2所示。图 2 水源地生态湿地净化系统工艺布局 3 3生 态湿地设 计 在果河桥下游 3 3 k in处建设低水闸，闸上右堤 4 0 0 m处开挖引水渠，来水首先进入沉砂池，再经给 水渠等输配水系统进入东侧湿地净化池，经过生物 净化，使污染物含量降低后，由受水渠出水，进入南 北 向的五一渠。在五一渠的南北两端建设节制闸，控制东侧湿地出水进人西侧湿地的输配水系统，再 次经生物净化作用，使污染物含量进一步降低后，水质达标后，由受水渠出水，经围堤西、南侧排水闸 排入水库。如水质仍不达标，则按来水线路退水至 进水渠，由倒虹吸穿过果河，经分流渠道排走。如果 果河来水非常恶劣、预计湿地系统不可能对其净化 处理或因季节气温等因素的影响、湿地系统也不可 能对其进行净化处理，来水则直接由分流渠道排 2 0 0 9年增 刊 海河水利 2 9 走。3 3 1物种选择 根据场地情况，湿地 系统总占地面积 9 3 6 k m ，其中水面面积 7 7 2 k m 。目前用于湿地处理系统的 植物包括挺水植物、浮水植物、沉水植物和浮游植 物等，但应用最广泛的是挺水植物芦苇，因此水面 湿地设计种植植物为芦苇。芦苇湿地系统的主要功 能为处理初期洪沥水改善水库水质，以及生产高质 量芦苇，创造经济效益。因此，按照处理和利用相结 合的原则，充分考虑芦苇的生长特性及洪沥水 的水 质特征，设计水面湿地的水力负荷和停 留时间，见表 1。根据芦苇生长特性计算，湿地年处理水量为 9 2 4 1 1 7 7 0 2 1 0 m ，水面面积 7 7 2 k m ，平均水 力负荷 1 7 4 5 m y，换算 4 7 8 e m d。通过水工建筑物人 为调节进出水量来控制停留时间，设计水力停留时 间为 0 2 0 d。表 1 芦苇湿地水力负荷及停留时间 最近的水污染调查表明，果河输入水库的总 氮、总磷量分别为 3 2 9 0、1 1 4 5 t，按 类水标准需削 减量分别为 1 3 8 0、7 6 3 t。该方案湿地面积 7 7 2 k m ，所 承 受 的氮、磷 负荷 分 别 为 4 8 9、2 7 1 mg(m -d)。1 9 8 8-1 9 9 0 年，在于桥水库果河桥处修建的实验池 塘的模拟实验结果证实，在上述水力负荷和水力停 留时间条件下，氮、磷负荷去除能力分别为 4 9 6、3 0 8 m (m d)，基本能够承受目前状况下入库的 氮、磷负荷量。3 3 2湿地 田问工程(1)生物净化池：湿地系统 占地面积 9 3 6 k m ，以 五一渠为界分为东西两个相对的子 区域，东侧面积 3 5 6 k m z，西侧面积 5 8 k in：，围绕子系统 四周 筑顶宽 5 m的围堤。东侧围堤 内分为 2 1 个单元(包括 1 个 沉砂池单元)，西侧围堤内分为 3 2 个单元。每个处 理单元间为输配水渠道，渠道围埝修筑 3 m的埝顶 道路，便于湿地工程管理和芦苇的收割、运输。(2)输配水工程：在东侧湿地 区域 的南端修建 进水 闸 l座以及 1 1 k m进水渠，以沟通果河 和沉砂 池。在沉砂池的南北向围埝上修建 3 个布水闸和 3 条布水渠，南侧布水渠向北布水，北侧布水渠向南 布水，中间布水渠向两侧布水。在 3 条布水渠间修 建 2 条收水渠，双向受水。受水通过受水渠与五一 渠相交的排水 闸进入五一渠，再经进水闸进入西 区 湿地；西区湿地系统布置 2 条东西向布水渠，双向 布水。受水渠布置于中间及西南北周边，受水经南 部2 个排水闸和西部 1 个排水闸进入库区。(3)芦苇湿地田间工程：主要处理单元内布置 收水系统。为保障均匀布水，在处理单元内部中央 设置南北向的集水沟与单元外部的收水渠相交。在 集水沟两侧设置若干的侧渗沟，沟间距离 5 0一 l O O m，沟深 1 2 1 5 m，形成“非”字形状。来水经布 水渠流人处理单元后，首先充满场地，然后经侧渗 沟排人集水沟，流人单元外的收水渠。3 4分流 渠道 设计 从果河桥下 l k m附近分流，分流口位于燕各庄 村北，利用原汇流渠道向南，再穿过燕山山脉垭口，与兰泉河主河道的上游相接。兰泉河分流工程总体 走向向南，原为山区洪水河道，扩建工程从果河一 端桩号 0+0 0 0起，到 1+5 0 0河段河道较为明显，之 后逐渐变窄、高程激增，过渡为山区河道，因此从桩 号 1+5 0 0-6+5 0 0 采用穿山工程。以下继续向南，在 3 0 潘敬阁，金艳，孙继芹：于桥水库水源地生态湿地系统建设可行性分析 2 0 0 9 年 8 月 三乐台与仲家山之 间(8+5 0 0)穿行，在蔡元屯(1 0+5 0 0)附近 向南偏西方 向，在 四合桥与吴士桥村 之间穿行，至老公庄南 3 0 0 m处转为西南流向，穿越 彩亭桥镇(1 5+5 0 0)和彩亭桥铁路大桥(1 6+1 5 0)继 续向南，到朱屯东南大约5 0 0 m处，全长 1 7 k m。朱屯 东南约 5 0 0 m处，兰泉河河床逐渐明显，由河沟发展 成为河流，过流能力超过 1 0 m 3 s，以后河道断面不断 扩大，至下游与蓟运河连接。3 5 湿地系统的运行管理和维护 湿地系统 日常运行管理包括水量调度、输 配水 系统和集排水系统设施的维护、植物和田间工程的 管理，以及 主要工艺指标的监测。在芦苇的不 同生 育期应采取不同的水量和水深，出芽期、幼苗期和 茎杆成熟期应以浅水层和交替布水方式运行为主；而在生长旺盛、孕穗和开花期可以高水力负荷、深 水层方式运行，但应及时排水。冬运期应该使单元 保持较深水层，并形成冰盖，此后 以相应水力负荷 或交替布水方式采取冰下运行。湿地工程的维护与管理主要是进水渠道、布收 水设施 的定期维护和处理单元 田埂 的整修等。沉砂 池内的淤泥要经常清理，堤埂塌陷处要及时维修，特别是雨季前后要进行一次全面检查和维护工作。落入渠内特别是格栅前的塑料等杂物要及时清理 以免堵塞水泵，田间输水明渠应经常及时维护，渠 内的枯草和淤积泥沙要经常清除，各单元进水口的 闸门要及时维修以保障水渠畅通、放水 口和闸门调 解功能正常。田间工程的维护包括处理单元地面的平整、进 水口附近地面冲刷坑的平整和单元围埝的维护。地 面不平有局部较深积水的区域要及时填平，进水 口 附近的冲刷水坑可以填平，也可用碎石垫铺以防冲 刷。围埝要经常巡视，若发现塌崩或漏水要及时修 复。在冬季运行之前，要结合冬季运行的要求，进行 一次全面 的固堤平整等维护工作，以保证满足处理 工程冬季运行的特殊要求。监测站主要布设于总进水 口、总 出水 口，此外 还根据工作的要求在侧渗沟、明渠、处理单元地表 等处设若干监测点，监测点的布设必须具有完整性 和可比性。常 规 监 测 项 目包 括 水 温、p H、D O、S S、B O D 、C O D、T N、T P、细菌总数、粪大肠菌群等。监测频率为 每季度一次。每块地 以梅花布点采样，每个采样点 分 5层采样(0 1 0、1 O2 0、2 O4 0、4 O6 0、6 O 1 0 0 e m)，监测项 目为 p H值、全盐量和八大离子(1 +、N a+、c a 2+、M g 2+、C 1 一、H C O 3-S O 4 2-)，采样频率为每年 一次。植物芦苇监测站位的确定方法与土壤相似，监 测项 目为芦苇的密度、株高、茎粗、节数、节长和地 上生物量等，监测频率为每年一次。4 水源地生态湿地 系统效益分析 4 1 削减营养负荷，预防水库富营养化 水源地生态湿地系统的建设，可拦截上游输入 的氮、磷负荷，对保护于桥水库的水环境、维持营养 平衡起到巨大作用。预计工程建成后，每年去除氮、磷量分别可达 6 1 8、1 5 4 t 按“八五”期间试验均值(N：4 0 0 m g(m d)，P：l O m g(m d)，植物生长期 2 0 0 d 计算。湿地处理系统氮、磷去除率分别可达 5 5、8 3。从而削减入库污染负荷，降低于桥水库 库区的营养物质。根据 于桥水库富营养化及防治 研究 成果，于桥水库为磷控制型水库，因此总磷负 荷 的削减是预 防和控制水库 富营养化发生 的最重 要的措施。4 2 降低人为活动的干扰，提 高水源地的安全级别 水源地生态湿地 系统 的实施可减少黎河下游 区养鸭、鹅，耕种作物等人为活动，增加天津市饮用 水源地水源保护的安全性。4 3 形成新的生态景观，开辟 生态旅游项 目 形成 7 7 2 k m z 的湿地，还可形成全新的水生生 态环境，为各种动物及微生物的生存提供栖息地，强化微生物对环境的净化机制，促进水库生态的恢 复。同时，可以开辟为生态旅游休闲区，为当地创造 新的经济增长点，解决库区民生。4 4 形成芦苇生产基地，创造经济效益 按每亩芦苇年产量 7 5 0 k g(干重)计，总产量可 达 8 7 0 0 t，收割后用于造纸和复合肥的原料，年创经 济收益 1 7 4 万元。同时，湿地系统净化可有效抑制 水库 中藻类的生长量(水 中藻类减少 5 0 以上)，从 而减轻对天津水厂水处理的压力。由此而节约的自 来水处理药剂及水量费用，按夏季藻类生长高峰期 水处理难度较大的 3 个月来计，每年就可达 3 0 0万 元。5结语 水源地生态湿地系统是有效减缓于桥水库富 营养化进程，确保引滦入津长期发挥输水功能，为 天津市工农业提供安全可靠水源保证的重要措施。该工程实施将产生巨大的综合效益。(责任编辑：李娜)