城市河流水环境问题综合治理方法浅谈

作者:戴翠琴 陈牧邦 …    文章来源:黄河规划设计    点击数:    更新时间:2007-11-17

戴翠琴 陈牧邦 赵楠 尚磊

  [摘 要] 针对城市河流水环境的问题,从生态需水量、水源问题的解决思路以及生

  态治理综合措施等几个方面出发,探讨了河流水环境问题治理的一些方法。

  [关键词] 生态需水量 中水利用 综合治理措施

  1引言

  目前国内城市河流水环境问题严重,“有河皆干,有水皆污”的状况日益严重。各大城市也日益加大了水环境治理的力度。但是我国在河流生态治理方面起步较晚,尚处于学习引进国外先进经验的阶段,近几年在有些城市进行了试验性的工程,主要集中在河床断面的生态修复,取得了较好的社会效果,如成都府南河望江公园多自然护岸工程,成都沙河生态河堤,北京转河治理工程,太原市治汾美化工程等,这些工程在河流生态治理、人水和谐等方面作了有益的尝试。本文将从生态需水量、中水利用、多样化生境创造等方面,探讨城市河流水环境综合治理措施或方法。

  2河流生态需水量的确定

  在城市河流水环境综合治理过程当中,水是前提,河道中必须有一定水量,才能保证河流本身、河岸带及其周围环境之间的物质、能量以及信息交换的功能。

  对于城市季节性河流,生态需水主要包括①维持自身生

  态系统平衡所需的水量。②蒸发、渗漏量。③河坡、河岸绿地需水量(此部分水量不一定从河道基流中获得)。其中蒸发、渗漏、绿地需水量都可以定量计算出来。而维持自身生态系统平衡所需的水量较难计算,国内外许多专家对此做了大量研究工作。取得了许多宝贵的经验,但至今没有统一的标准。

  根据国内外经验,多年平均径流量的10%将提供保护水生栖息地的最低标准;多年平均径流量的20%将提供适宜标准;对于无径流资料的河流,可以用“生物空间最小需求法”来估算。水生生物的生存空间是其生存的基本条件,生存空间的丧失将直接导致河流生态系统的严重衰退。一般情况下,鱼类是水生系统中的顶级群落,对其他种群的存在和丰度有着重要的作用,同时,鱼类对生存空间最为敏感,因此可将鱼类作为指示物种,认为鱼类的生存空间得到满足,其他生物的最小空间也得到满足。通过鱼类生存空间来估算河道生态需水量,保证鱼类生存的水面、水深、通道、产卵所需的流速等要求,表1可供参考。


表1

  3中水利用

  在北方缺水城市如何解决水源问题,是许多城市面临的难题。实施中水利用工程,对北方城市具有可借鉴的意义。

  以北京市大兴区新凤河水环境治理工程为例:工程所在地——北京市大兴区一方面水资源严重不足,区内地下水已严重超采。另一方面,大兴区污水资源相对丰富。经预测,2010年区内污水资源量为27.4万m3/d,2015年为35.7万m3/d。

  水资源的匮乏、污水资源的相对丰富以及生态环境用水的需求。使得将污水收集、处理和回用变得十分必要。选择中水作为生态环境用水水源不仅符合工程实际,且对缓解大兴区水资源匮乏这一突出矛盾具有现实意义。

  根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),河道环境用水水质应达到Ⅳ类水水质要求。为保证用水水质,须对中水进行深度处理。中水深度处理方法较多,新凤河工程选用了运行效果好、管理方便、运行费用低和更为符合生态要求的生物水质净化工艺——人工湿地。

  人工湿地是对天然湿地的模仿,是人类对湿地研究的成果之一。高分子生态基在水质净化工艺中的应用,是人类对湿地研究的延伸,并充分结合与运用了高分子材料学的研究成果。工程实施时共选择了三种工艺流程方案。即:

  1)高分子生态基+一级碎石床+生物塘+二级碎石床系统的以人工湿地为主的方案A。

  2)高分子生态基+一级碎石床+二级碎石床+生物塘+三级碎石床系统的以人工湿地为主的方案B。

  3)“纯人工湿地”——高分子生态基方案C。

  湿地位置选在从刘村桥到老凤河汇入口之间约1.8 km长河道左岸,宽度在30 m范围内,面积50 000 m2。共布置2个A型湿地,2个B型湿地,3个C型湿地单元。通过供水管线将黄村污水处理厂的出水送到湿地处理系统。经过处理后通过回水管线输送到泵站,通过泵站及输水管线输送到上游,满足作为景观用水的水质要求,并取得了很好的景观效果。

  4综合治理措施

  城市河流水环境综合治理是一项复杂的系统工程,要处处体现“兼顾、和谐”的原则。工程措施与非工程措施相结合,单一措施与多项功能相结合,防洪安全兼顾景观、生态、水环境功能,多项措施并举,最终实现“水清、岸绿、安全、共生”人水和谐的治理目标。

  4.1生态护岸

  城市生态水利的构建依靠工程来实现,工程设施应该为功能和环境建设服务,即在满足功能要求的基础上与防洪、水质、环境、景观、生态要求和谐一致,应尽量隐藏工程痕

  迹而不是凸显。生态护岸是恢复自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人工护岸,它可以充分保证河岸与河流水体之间的水份交换和调节功能,同时具有防御洪水的基本功能。其分类和各类型堤防、护岸的特点见表2。

  本着“既满足河道体系的防洪功能,又有利于河道系统的生态建设”的原则,河道的护砌形式尽量采用生态护砌,结合流速、景观等因素,因地制宜,河道常水位以下尽可能采用不同类型的生态护岸。因此常水位以上的护岸应尽量考虑景观与安全相结合,流速低的部位尽量采用草皮等绿色护岸,在河道转弯的凹岸及其它流速较大的地方如果必须采用硬质护岸,也尽量采用透水的材料,并尽量把它设在绿色护岸之下,作为河道的防护的“第二道屏障”,使其与周边环境融为一体。

  常水位以下的生态护岸类型可参考:生态砖、鱼巢砖、木桩、枝条、自然堆石、卵石、干砌石、山石、轮胎、仿木桩、生态袋等护岸形式。洪水位生态护岸类型可参考:生态植草砖、植被加筋、植被混凝土、铅丝石笼、格宾网笼(垫)、连锁土工砖、混凝土框格块石、干砌石、生态袋、土工三维网垫、揶壳纤维网垫、植物扦插等,以上形式均可在其上覆土种植。

  4.2入河雨水生态控制措施

  只有污水不直接入河,由污水管网收集到污水处理厂集中处理,城市河道水质才能基本保证。但是由于路面(特别是沥青路面)初期径流污染物浓度很高,雨水也会对河道造成不同程度的污染,因此,城市河道治理需要对入河雨水采取一定生态控制措施,以最大程度保护水质。降低雨水污染的冲击负荷。

  1)初期雨水控制措施

  初期雨水污染物浓度很高,尽量引入市政管网,对入河的雨水口进行改造,设置溢流井,初期的污染严重的的部分雨水就近汇入污水管道。超出的部溢流排入河道。

  2)植被浅沟

  植被浅沟技术是一种防止和削减径流污染物进入受纳

  水体的一种措施。植物浅沟是指在地表沟渠中种有植被的工程措施,一般通过重力流收集处理径流雨水。当雨水流经浅沟时,在沉淀、过滤、渗透、吸收及生物降解等共同作用下,径流中的污染物被去处,达到雨水径流的收集利用和径流污染控制的目的。

  3)建立堤坡过滤带

  本着河流生态设计的原则,利用边坡的种植带,使得雨水中的污染物在边坡上得到充分的降解和滞留,从而保证净化后的雨水才能进入河流。

  4)生态雨水口

  在集中的雨水入河口处设置卵石区和滞水区,对入河雨水进行过滤。

  5)种植水生高等植被

  水生高等植被,如芦苇、香蒲、茭草,莲藕等具有很好的物理阻滞作用,通过消浪,促使沉积,降低沉积物的再悬浮,并大量吸收水体和沉积物的营养盐,以达到净化水质的作用,因此,在水生植物的设计中,有针对性的选择那些具有净化水质作用的植物,可以对污染的控制起到积极的作用。

  6)功能性净水石笼

  对于部分初期雨水难以纳入污水管网的雨水口,可采取特殊的处理措施,如:净水石笼,将较小的石子胶结成较大

  的多孔隙块体填入网笼,可提供数倍于单个大石块的表面积,为生物膜生长提供环境,在石笼内设置引水管道、上部或内部固定天然纤维垫,用来种植水生植物。通过植物根系对氧的传递和释放可使周围环境依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态。并通过硝化、反硝化及微生物作用达到去除氮、磷的作用。

  4.3保护和重建河流天然湿地

  湿地号称“地球之肾”,天然湿地是陆地与水体之间的过渡地带,是一种高功能的生态系统,具有独特的生态结构和功能,对于保护生物多样性,改善自然环境具有重要作用。

  在规划设计中,要尽量利用河流滩地、河心岛等,根据不同水深,通过种植水生植物,形成湿地环境。必要时需要人为设置湿地。

  4.4河流形态及断面设计

  河流的弯曲是自然的规律,所有天然的河流都是蜿蜒曲折的,天然河流所创造的多样化生境对生物的生存繁衍具有重要的意义,是维持河流生物群落多样性的基础。

  在城市河流的水环境综合治理中,尽量创造诸如:蜿蜒的岸线;浅滩、深潭;瀑布、跌水;河心洲;洄水区、洼地;丁坝、巨石;滩地;河畔林;水生植物;生态堤防护岸等多

  样化生境,为其他物种提供友善的生存空间。

  河流断面规划的前提条件是防洪安全,所有对河流断面塑造都应在满足安全的前提下进行。纵断面塑造有陡有缓的河流底坡,尽量少设高大的拦河建筑,必须设置时,要考虑为鱼类回游设置通道。在跌水的地方尽量改造为陡坡。横断面设计应以防洪基本断面为基础,在其上进行改造,以自然断面为主,避免生硬的梯形、矩形断面;修建子槽与滩地相结合的断面形式,使水深在断面上有所变化,在非汛期,使有限的水量在子槽内流动,发挥其最大效益。尽量放缓边坡,为两栖类生物上岸创造条件。在滩地修建小型的带状湿地或进行绿化,使滩地绿起来。还要根据水系不同河流所处的位置,确定不同的生态目标,考虑水面、水量、河岸带、断面、景观等综合因素进行综合治理。

  5结语

  国内很多城市目前均加大了城市水环境治理的力度,但是目前城市河流治理往往偏重于某个或某几个方面,如防洪安全,水质、景观等,而对于河流生态需水、水生生物空间需求、和谐的工程措施等方面关注较少,因此本文提出城市河流治理应采取综合措施,考虑多种因素,全力构建“水清、岸绿、安全、共生”人水和谐的的美丽河流。希望对城市河流治理的规划和设计者有所启迪。


表2




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