河湖基底修复要点解析.docx

河湖基底修复要点解析

　　湖滨带是水生和陆地系统间的过渡带或生态交错区，具有四维结构特征，即纵向、横向、垂直方向和时间变化4个方向的结构。湖滨带生态系统不仅对水陆生态系统间物流、能流、生物流及信息流发挥着重要作用，而且对提高区域内的生物多样性、净化水体、消浪护岸、调节微气候、美化环境等方面具有重要的潜在价值［1－4］。目前我国许多湖泊的湖滨带受人类活动如围湖造田、围湖养殖、不合理水利设施建设、旅游业的过度发展等的影响较大，造成了湖滨带水位变幅增大、生境恶化、局部水域富营养化等生态环境问题［5］。因此，湖滨带湿地恢复成为改善湖滨带生态系统结构和功能的必然选择。适宜的湖滨带基底条件是湖滨带湿地恢复的前提条件，因地制宜地进行物理基底的适当修复是湖滨湿地修复的关键。
　　由于湖滨带建设中对基地的处理存在较大的随意性，导致工程量及投资大而生态恢复效果不佳。笔者在湖滨湿地自然生态特征的基础上，注重基底的多样性和人工的适当干预，从吹填造滩技术、生态护岸技术以及生态清淤技术3个方面开展适宜的基底修复相关技术研究，旨在为湖滨带基底修复工程提供技术依据。
　　1吹填造滩技术
　　目前应用于湖滨带湿地基底改造技术主要有吹填造滩技术、将鱼塘等改造为生物塘技术以及简单的人工作业处理陡坎地形技术，该文主要探讨吹填造滩技术。由于我国许多湖泊的湖滨带存在很多不合理的水利设施建设，使得湖滨带形成水桶式的跌坎地形，湖泊沿岸原有的天然滩地大量消失，水深增大及消浪作用下降，湖滨带生境条件急剧恶化。采取底泥吹填技术进行人工造滩，使在湖滨带湿地基底修复区形成缓坡浅滩，改善湖泊沿岸的自然条件，为湖滨带生态修复创造良好条件。该研究采取的吹填造滩技术工艺步骤主要包括基底修复工程区的确定、底泥源的确定、底泥疏浚工程量和疏挖范围的确定、档泥围埝建设、底泥疏浚及吹填等过程［6－7］，见图1。
　　1．1工程区及其疏挖工程量
　　1．1．1工程区的确定。基底修复工程区主要是指示范区基底修复设计中确定需要进行湖泊生态修复的湖滨沿岸的水域。
　　1．1．2疏挖工程量的确定。根据生态恢复的要求，对吹填工程区基底高程进行设计。疏挖工程量可按照疏浚工程技术规范中吹填工程施工土方量计算公式进行计算后确定。
　　1．2泥源及疏挖设备的选取
　　1．2．1泥源选取。由于基底修复后底泥性状直接影响水生植物的定植，因而选取用于基底修复的泥源应综合考虑5个方面:①位于湖区内且距离基底恢复区较近;②营养盐含量低;③无有毒有害物质;④富含水生植物种子及营养繁殖体;⑤底泥吹填后能快速沉降并形成一定的致密度且为利于植物扎根生长的黏土质底泥。实际工程应根据用于基底修复的泥源的选取要求，结合工程修复区周围湖区的实际情况进行用于基底修复工程区的泥源选择。
　　1．2．2设备选取。利用底泥吹填技术进行人工造滩以恢复湖滨带湿地基底时，其选取的设备应满足费用低、施工简便、对泥源区和吹填区水环境的污染小。目前国内外广泛应用的疏挖设备为环保绞吸式挖泥船，该设备具有制作工艺简单，对土质的适应性较好，在生产率及排距的选择上较为灵活，工作效率较高，能耗和成本较低，污染程度较低等优点。1．3挡泥围埝建设挡泥围埝的作用是使吹填的泥浆在围埝与岸堤之间空间沉降，减少吹填泥浆的流失，促进泥浆的沉降和基底的稳定。考虑到经济性和生态环保要求，挡泥围埝应以木桩或竹桩为骨架，以竹排为墙体置于骨架内侧，竹排上铺设固定土工织物;在围埝迎风侧设立加固铁锚，加强挡泥围埝的稳定性。由于高风浪湖区风浪对泥面淘蚀与泥浆的流失，设计挡泥围埝顶高程一般高于吹填滩面设计标高0．4～0．7m，在完成生态修复工程后应将围埝顶削除［6，8］。
　　1．4基底设计及吹填方式
　　一般在风浪较大的低透明度湖区，1m左右的水深比较适合水生植物恢复。因此，工程实施后，基底的高程应满足平均水深为1m左右。考虑到吹填后新形成基底的脱水压实作用和风浪侵蚀的影响，设计吹填后验收的泥面高程应使平均水深在0．6～0．8m［7］。由于吹填后新形成的基底松软，易形成平坦的泥面，很难控制吹填后的地形。为了创造多生境条件，采用输泥管沿湖岸铺设，管口布设与围埝垂直，边吹填、边延伸移动管口的方式进行基底修复区分片吹填作业。根据底泥沉降情况随时调整吹填口确保滩面吹填均匀，经余水外排湖泥自然沉降固液分离过程后，形成近岸侧稍高、远岸侧稍低、沿湖岸交错起伏的湖滨自然浅滩。
　　2生态护岸技术
　　传统的湖滨带堤岸护坡工程隔绝了土壤与水体之间的物质交换，使整个湖滨水带生态系统的食物链断开，原先在湖滨水带生长的湿生植物及水生植物难以在硬化的堤岸上继续生存;湖滨带的一体化使水生动物丧失栖息场所;城市生活污水没有经过任何消减作用沿堤岸坡面直接进入湖泊，造成水质污染、富营养化［9］。生态护岸是指湖滨带基底改造形成边坡以后，通过种植植物，利用植物与土壤的相互作用对边坡表层进行防护、加固，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡方式，是一种有效的护坡、固坡手段［10］通过生态护岸技术可以防止湖滨带边坡的水土流失，而选择合适的护岸材料是生态护岸技术的关键。目前应用于生态护岸材料主要有生态混凝土材料及绿色植物，可根据护岸区的实际情况进行选择。
　　2．1生态混凝土材料［11］
　　该类生态材料为一种多孔型无砂混凝土砖，由粗砂砾料或碎石、水泥加混合剂压制而成，具有透水、透气的特点。生态混凝土材料主要包括透水砖、鱼巢砖、生态墙砖、植物砖。
　　2．2绿色植物
　　绿色植物的护坡功能是通过它的水文效应与根系力学来实现的。植物的根系对边坡基质起加筋、固锚及支撑作用，同时提高基质的抗拉及抗剪能力，增强边坡的稳定性。选取的绿色植物主要包括野牛草、结缕草、早熟禾、黑麦草、扁穗冰草、近岸挺水植物以及耐湿陆生植物［11］。该类生态护岸材料主要特点为植物适应性广、对土壤要求不严、根系发达。
　　3生态清淤技术
　　生态清淤技术主要是利用环保清淤设备在除去湖泊中富含污染物的底泥和浮淤的同时尽可能保护水生生态系统恢复生境条件。生态清淤技术的关键是清淤设备的选取及施工设备定位、生态疏挖、管道输送及淤泥固化。
　　3．1设备的选取
　　生态清淤设备应具备:①疏浚精度高，挖深精度要控制在10以内;②对底泥扰动要小，吸入浓度高;③疏浚底泥输送过程中不泄漏［12－13］。目前，国内外采用的环保清淤设备广泛应用的是环保绞吸式挖泥船。
　　3．2施工设备定位
　　将施工图电子文档输入环保清淤监测软件，根据GPS卫星信号的指示，将环保绞吸式挖泥船在疏挖施工区内定位。
　　3．3生态疏挖
　　施工设备定位完成后，开始进行挖掘淤泥工作，根据施工实际调节环保绞刀头的挡泥导板及水平调节器，使密封罩处于挖掘作业区的合理位置，同时控制挖掘施工时，绞刀对周围水体的扰动范围最小。开挖采用扇形横挖法作业，即底挖泥船将定位桩打设在湖泥层中，实现对船体中心定位，并通过定位桩台车的液压轴臂的伸缩，实现定位桩台车在船尾滑道内相对船体的位移，使船体在反作用力下短线推进，每次推进距离1．0～1．5m，最大推进距离3．5m，并依靠挖泥船前端左右绞车收放锚缆，使船身以船尾定位桩为中心船长为半径，绞刀头呈左右扇形移动，实现挖泥船扇形横挖法作业［14］。
　　3．4管道输送
　　挖掘的淤泥通过挖泥船上离心泵的作用，抽吸并提升、加压，泥浆通过排泥管线全封闭输送，吹填入堆泥场。如排距超过单船核定排距，需加设接力泵船。
　　3．5淤泥固化
　　淤泥固化技术是将环保清淤后含水量较高的湖底淤泥通过一系列处理加工，使之成为固化处理土的技术。目前处理淤泥的方法主要有物理脱水固化、加热烧结和化学固化3种。实际工程中应根据工程情况选择合适的处理方法。
　　4结语
　　近年来为了防洪和湖滨开发的需要，我国许多湖泊的湖滨带已被改造成近直立人工湖岸、鱼塘滩地及农田，不利于水生植被的生长，促使湖泊生态环境的恶化。笔者在前人研究的基础上，从吹填造滩、生态清淤以及生态护岸3个方面进行基底修复技术探讨，并介绍了其工艺流程，为湖滨带基底修复技术的实际工程应用提供了理论依据。河湖基底修复要点解析