应用BMPs方法综合治理小流域的水环境

王从锋

(三峡大学土木水电学院,湖北宜昌 443002)

随着社会经济的快速增长和人均收入水平的不断提高,河流流域生态与环境问题不断累积和扩大,尤其是一些小流域的生态退化和环境污染问题日益突出,成为制约流域经济可持续发展的突出问题[1].目前,我们国家开始重视流域经济的综合发展,提出可持续发展的战略方针.如何综合治理小流域的生态与环境问题,提出可行的治理方法和技术,对我国的小流域经济发展具有非常重要的现实意义.流域治理现行的方法主要是建立污水处理厂、清理河道和生活垃圾、封山育林减少水土流失等方面,而对由暴雨引起城镇河流污染的治理却较少.实际上,暴雨引起的面源污染对河流污染是非常严重的,当大量雨水漫过地面时,就会产生暴雨径流(runoff).不透水的地面,如停车场、车道、人行道和街道,会阻碍暴雨自然地渗入地底,从而造成城镇的面源污染.而农村的化肥、农药在暴雨的冲击下,也直接流入河流形成农村面源污染,农村的面源污染问题已成为全球关注的热点问题.对流域开展暴雨径流引起的面源污染治理,是综合治理流域重要举措之一.

1 BMPs方法简介

暴雨径流的最佳管理措施(Best Management Practices,简称BMPs),主要应用于城市暴雨的处理,主要对径流污染物的源头加以控制(Source Controls)[2].控制的方法有很多种,它们可以分为两大类,一是结构性的,如滞水池、入水口水质处理器等;二是非结构性的,如土地使用的合理规划等.BMPs是美国治理水质污染的一套有效的综合方法,也可以有效地解决农村的非点源污染问题[3].BMPs的湿滞系统可以有效地减少农村面源污染中N、P的污染负荷[4].暴雨处理BMPs的研究和应用在中国已有认识,但这方面的工作还处于初始阶段,主要包括以下几个系统.

1.1 入渗系统

该系统是将小暴雨降雨而形成的径流渗入地下,而不是排放到地表水体里.一方面补充地下水,另一方面,可以明显减少沉积物、重金属、有毒物质、漂浮物、需氧物、油脂、细菌和病毒以及营养物等,一般形式为地下洞、渗水渠、干井、透水部件组成的路面网.

1.2 湿滞系统

湿滞系统可以由一个常年不干的简易小水池构成,周围汇集来的雨水在这里被滞留并得到处理.还可以进一步增加预处理沉积前池、阻流箱、或带有雨水处理器的进水口.湿滞水池在实践中可明显减少沉积物、重金属、有毒物质、漂浮物,以及局部降低由需氧物、油脂、细菌和病毒以及营养物产生的影响.

1.3 干滞系统

这种滞水池的特点是在暴雨间隔期间是干的,而在暴雨期间,池塘蓄满.底部泄流孔缓慢排放暴雨以给沉积物一定的时间来沉淀.干滞水池在实践中可明显减少沉积物、重金属,以及部分降低由需氧物、有毒物质、漂浮物、油脂以及营养物产生的影响.

1.4 人造湿地系统

该系统在国内应用比较多,种类也较多,在处理暴雨径流可以得到更广的用途,在人造湿地中,湿地植物覆盖设施占很大比率,可以考虑更多的观赏性植物.人造湿地在实践中可明显减少沉积物、营养物、重金属、有毒物质、漂浮物、需氧物、油脂,还可以局部减少细菌和病毒.

1.5 生物过滤系统:洼地和过滤带

生物过滤系统有两种类型:即洼地和过滤带.洼地是一个有植物生长的沟渠,用来处理集中水流;过滤带是建造时与来水面保持平行、与水流方向垂直,用来处理层流的有效措施.该系统常常沿停车场布设,处理来自停车场的水流;在处理公路雨水方面也可得到应用,把路缘坎线和路边洼地连接起来,这样可将街面水流首先导向植草洼地,由于路面径流与其他大多数表面的径流相比,其含有更多的污染物,对路面径流实施洼地预处理可以降低流向区域水塘的污染负荷,提高BMP处理系统的整体效率.

1.6 进水口水质处理系统

这类系统通常有一个沉淀箱,该沉淀箱后接一过滤器.砂石是最常用的过滤媒介,有些使用滤布、吸附材料和其它市场上易得的混合物作为过滤媒介.这种处理手段可以使沉积物、重金属、油脂和飘浮物显著减少并且能部分地减少营养物、有毒物质、需氧物质、细菌及病毒.保持系统在非暴雨期间处于无水状态很重要,这样污染物可以被氧化.

1.7 油水分离系统

安装使用油水分离器,一般在卡车、小车、设备的维修和清洗行业,以及对本身的设备和交通工具实行维修的行业周围布置.还有需要安装分离器的公用设施包括海港、机场、车辆维修和清洗场所以及大型停车换乘场.

1.8 多重系统

上述系统的组合,根据不同的用途,分别设计各系统进行组合,通过串、并联共同组成多重系统.

2 流域暴雨径流的治理

应用BMP系统对流域的综合治理,主要解决两个方面的问题,一是技术,二是管理,对河流治理必须进行统一的规划和管理.要建立一套小流域的综合治理集成技术和管理文件,使得集成技术具有一定的可操作性,同时采用配套的管理方法来使集成技术得以实施.最终建立一条集景观、生态和行洪于一体的具有自净能力的河流,同时维持流域生态环境的可持续性发展.研究治理技术路线如图1所示,具体实施方案如下.

图1 流域治理技术路线流程图

2.1 流域降雨径流特征研究和流域内城镇径流污染物调查与分析

对流域地形和降雨径流引起的污染问题进行全面的勘查.对流域的降雨径流规律进行分析,并对径流污染物负荷与流量关系进行研究,同时对汇流面积,非渗透面大小,径流系数等进行调查和计算,从而确定径流处理量,并设计出规模适当的污雨水处理设施.对流域进行暴雨径流的取样,分析污染物的特征,并对有代表性的出水口进行数值模拟,从而保证径流污染物的分析成果能满足设计要求.

2.2 城镇小区暴雨引起面源污染控制技术

选择一个城镇小区进行示范研究,收集、排泄和处理系统进行方案选择及技术设计,对小区屋面雨水污染进行取样分析,根据合适的地形条件,结合小区绿化带,建立相应的处理措施,主要是对绿化带进行技术改造,使屋面雨水在进入城镇排水系统之前,先经过绿化带的过滤处理.对城镇道路绿化带进行治理,使绿化带的高程低于路面高程,并对绿化带进行透水设计.并通过实验,选择不同的基质和植被,形成一个完整的集生态与景观于一体的示范小区.

2.3 农业、农村面源污染控制技术

结合流域的经济特点,应用循环经济技术,选择合适的农业生产结构,研究生态施肥技术、节水灌溉技术等,并对不同地势的农田设置截留措施,对禽畜养殖,采用系统工程的方法,从生态学、经济学和社会学角度,构建集养殖、种植、污染防治与治理为一体的生态型禽畜养殖业,实现畜禽养殖业的可持续发展,保护和改善生态环境质量.建立多套类似“养猪-沼气-湿地-鱼塘”的生态经济型模式.对农村生活用水的处理考虑单户型或分散小区的应用,重点对人工湿地和沟塘构建技术进行处理.

2.4 生态护岸的构建技术

生态护岸在考虑建筑物具有一定的强度、安全性和耐久性的同时,充分考虑稳定性与景观性、生态性、自然性和亲水性的完美结合.要结合各种护岸材料的优点、不同的护岸型式,建立复合型生态护岸[5-6].对流域的不同地段,设置不同的护岸型式.针对坡度较缓的岸坡的护岸方式,采用复式断面,也就是将直立式护岸和斜坡式护岸有效结合,布置成二级亲水平台,局部地段进行台阶式护岸,增强其亲水性.沿岸进行立体绿化,局部地段扩大绿化范围,增加景观节点.在两岸亲水平台以上斜坡种植草皮,即保护河岸不受冲刷,又绿化河道,保护生态,滨水行人道两侧种植观赏性花木,适当布置休息平台、花架花廊,从而达到排涝防洪、绿化、景观、休闲、旅游等多功能为一体的复合生态系统.针对坡度较陡的岸坡的护岸方式,重点进行护脚与护坡两部分的设计.护脚工程的结构型式最好应能适应一定的变形,对于河宽较宽河段采用散抛石护脚;对于河宽较窄河段采用沉管护脚等型式.对于护坡可采用生态混凝土进行治理.总之,对护岸技术的构建,在满足防洪的要求下,要重点考虑护岸对污染物的截留效果.

2.5 应用BMP系统具有良好的社会效益和环境效益

把上述8大系统综合运用于小流域的综合治理中,可以有效地解决流域内的环境污染问题,有着良好的社会效益,它可以有效地减少农村面源污染带来的一系列环境问题,如水质恶化、水土流失严重等.结合小流域内城镇、农业、河岸的治理技术,融入BMPs方法,对小流域的综合治理提供有效的治理方法.

3 结 语

(1)应用BMP系统,治理小流域水环境在技术路线和具体方案实施上是可行的,该系统可以截留暴雨冲刷地表污染物和水土流失,延长水力下泄的时间,是综合治理小流域行之有效的方法,它是一个综合系统,需要根据流域的特点、采取相应的措施.

(2)流域新农村、新城镇建设急需新的研究思路,本文提出的思想对我国目前的流域城镇规划和设计将产生较为广泛的影响.

[1] 林积泉,王伯铎.小流域治理环境质量综合评价指标体系研究[J].水土保持研究,2005(2):69-71.

[2] 格莱格里◦赫斯特,汪可薇.区域建设中的湿地和暴雨径流管理方法[J].中国园林,2005,10:1-4.

[3] Centner T J,Houston J E,Keeler A G,et al.The A-doption of Best M anagement Practices to Reduce Agricultural Water Contamination[J].Limnologica-Ecology and Management of Inland Waters,1999,29(3):366-373.

[4] Nalini S Rao,Zachary M Easton.M odeling Watershed-Scale Effectiveness of Agricultural Best Management Practices to Reduce Phosphorus Loading[J].Journal of Environmental Management,2009,90(3):1385-1395.

[5] 尚宏琦,鲁小新.国内外典型江河治理经验及利用发展理论研究[M].郑州:黄河水利出版社,2003:80-85.

[6] 王新军,罗继润.城市河道综合整治中生态护岸建设初探[J].复旦学报:自然科学版,2006,45(1):120-126.