人工湿地在珊溪水库水源保护中的应用研究

林晓霖,张锦娟,王 冠

(1.温州市珊溪水利枢纽管理局,浙江 温州 325000;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

珊溪水利枢纽位于温州市飞云江干流中游河段,坝址以上控制流域面积1 529 km2,总库容18.24亿m3,可向温州市提供每年13.4亿m3清水,可供温瑞平原及飞云江以南沿海地区的平阳、龙港镇等地区,供水区内受益人口280万,将满足温州近期、远期用水之需。

黄坦坑是入库河流之一,流域内的黄坦镇以农业和畜禽养殖业为主导产业,生猪饲养规模大,沿河村、镇缺乏污水处理设施,生产、生活污水直接排入黄坦坑,导致水体污染,现状水质为劣Ⅴ类水,有机污染最为严重,氨氮、总磷超标倍数可达20倍,直接影响珊溪水库水质。为了改善珊溪水库水质,确保饮用水安全,在黄坦坑小流域开展了水土保持生态清洁型小流域建设工程。

人工湿地是水土保持生态清洁型小流域建设工程的主要措施之一,当大量的氮、磷等生物营养元素流入水库时,将引起水质富营养化。这些物质同样为大型水生植物生长所必需,因此可采用流域内建设湿地的方法将较高污染物(植物营养盐)通过湿地植物处理脱除大部分污染负荷[1-8]。

2 人工湿地设计[9]

2.1 黄坦坑湿地选址与总体布置

黄坦坑湿地位于黄坦坑河流入珊溪水库库区上游4 km处,面积合计1.60 hm2(24亩),为原有农田改造而成。黄坦坑湿地处理系统由上游拦砂坝、挡水闸、拦污栅、引水渠、进出口砂卵石滤池、湿地及下游挡水坝组成,总体布置见图1。

图1 黄坦坑湿地总体布置图

2.2 水流控制

河道来水通过上游拦砂坝后,经拦污栅拦截漂浮物后进入引水渠,水流经引水渠引流至湿地内。为增加水流在湿地内的停留时间,在湿地内开挖导流引水土沟,使水流实现绕流,增加水力滞留时间,提高湿地的去污效果。

为避免洪水期水流冲刷湿地植物,渠首设简易节水闸。渠水引至湿地处后自由漫流,各田块内水位通过修建拦水坎控制。考虑到湿地内植物的多样性、植物种类的合理空间搭配和季节交替搭配,拦水坎高度结合植物配置进行设计。当水位超过拦水坎顶高程后,溢流至下一区块,最后汇流至河道内。

2.3 植物配置

植物在湿地中不但可以去除污染物质,维持湿地环境,同时也有构筑景观生态的价值,关键在于选择和搭配适宜的植物。选择湿地植物应考虑植物的适应性,根系生长特性、分布范围、枯枝落叶层、耐水湿能力、净化和耐污能力,在兼顾观赏价值和经济价值的同时,还应考虑植物生长过程管理成本的问题。

为了便于把握,将湿地划分为2种类型,再分别选择植物。

(1)垄区。垄上种植耐水湿陆生植物,按高程从高到低及植物耐水湿强度依次种植池杉、水紫树、沼地紫树、落羽杉、纳塔栎等乔木,同时配置栀子花、南天竺、金镶玉等灌木及麦冬、香根草等草本植物。

(2)沟区。土沟内镶嵌耐阴常绿水生植物,石菖蒲、水葱等。

乔木栽植的规格,行距2 m(每垄种 1行),株距3 m,株行距为3 m×2 m,每667 m2种植110株。灌木栽植的规格,每2株乔木之间种2株 (丛),每667 m2种植220株(丛)。草本植物在沟内种植。

3 湿地运行效果

相关研究结果表明,有植物湿地系统春夏平均磷的去除率在60%以上,即使在冬季也能达到40%以上。湿地系统的去污效果与所种植的植物存在紧密联系,湿地系统种植芦苇、水葱、茭白、草蒲、灯芯草等,去除氮磷为40%～60%,慈姑对总磷的去除为65%～68%,且对藻毒素有一定的去除作用,美人蕉、菖蒲等植物能吸收富集水体中30%的铜和锰,对锌、镉、铅的富集也在5%～15%以上。水生花卉如再力花、黄菖蒲、梭鱼草、千屈菜等植物,因它们的生物量比较大,资料表明对BOD和COD的去除率分别为50%～60%以上,对TN的去除率可达60%以上,去污能力是芦苇的2倍。

黄坦坑湿地自2009年5月份开始通水运行以来,分别在湿地进水段、湿地区域、湿地出水段设立了水质采样点,监测结果详见表1。

表1 黄坦坑人工湿地进出口水质监测结果表mg/L

监测结果表明,黄坦坑湿地处理污水的效果十分理想,对高锰酸盐指数的平均去除率为2.35%、氨氮去除率为80.70%、总磷去除率为33.30%、总氮去除率29.20%。

4 结 语

实践证明,黄坦坑人工湿地具有良好的去污作用和景观效果,其运行1 a来,已开始发挥其综合效益。

随着经济社会的快速发展,水库在浙江省城乡供水中的地位日益突出,而农业及农村生活面源污染对库区水质造成的威胁逐步加大,调查资料显示,目前全省主要供水水库中,绝大部分已经进入中、富营养化状态,考虑到面源污染分散、不易收集等特点,人工湿地投资少,建设、运营成本低,处理效果理想以及其独有的绿化环境功能等优点使其成为一个非常理想的选择,在浙江具有广阔的发展应用前景,黄坦坑人工湿地的实践经验可为下一步全省水源地保护和小流域治理提供参考。

[1]叶碎高,王帅.水源地农业面源污染防治研究进展 [J].中国水利,2008(5):18-20.

[2]韩玉玲,岳春雷,李贺鹏,等.河道生态建设—河道植物资源[M].北京:中国水利水电出版社,2009.

[3]韩玉玲,岳春雷,叶碎高,等.河道生态建设—植物措施应用技术 [M].北京:中国水利水电出版社,2009.

[4]汤显强,黄岁 .人工湿地去污机理及其国内外应用现状[J].水处理技术,2007,33(2):9-13.

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[7]项学敏,宋晨,周集体,等.人工湿地水处理技术研究进展存在问题与改进 [J].环境科学与技术,2006,29(10):101-104.

[8]于少鹏,王海霞.人工湿地污水处理技术及其在我国发展的现状与前景 [J].地理科学进展,2004,23(1):22-26.

[9]张锦娟,裘涛,崔丹.温州市珊溪水库黄坦坑水土保持生态清洁型小流域建设工程初步设计报告[R].杭州:浙江广川工程咨询有限公司,2007.