基于人工湿地在北方山区河道生态修复中的应用

王 萌，陈艳芳，王黎明

(淄博市水利勘测设计院，山东淄博255020)

人工湿地系统是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。具有投资低、出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、恢复生态、改善和美化生态环境、视觉景观优异、操作简单、维护和运行费用低廉等优点，在污染河水的治理方面具有良好的适应性。经过人工湿地系统处理后的出水水质因进水水质或停留时间的不同，可达到不同的标准。适用于水源和景观用水保护，处理后的水可以直接排入湖泊、水库或河流中。

1 工程概况

本工程位于山东省淄博市沂源县，工程治理段为沂河沂源县城区段，近年来，随着沂源县经济的快速发展，基础设施建设逐年增加，当地居民环境保护意识逐渐加强，沂河污水横流，垃圾成堆，河道行洪能力不足的现状无法保障沂河两岸人民群众生命财产的安全，已不能满足城市发展的需要，群众要求治理生态环境的呼声很高。

2 水文

本工程属于沂河流域，属山溪性河流，降雨后水位暴涨、暴落，洪水夹带泥沙较多，河床多为砂质，冲淤作用明显。河床渗漏，干旱少雨时，河道出现干枯断流现象。地势沿沂河流向自西北向东南倾斜。

工程区属暖温带季风区域大陆性半湿润气候，其四季特征分明。常年平均气温11.9℃，霜冻期自11月中旬至翌年2月底止，历时约120 d，降雨主要集中7、8月份，多年平均降水量718.1 mm，年平均风速3.3 m/s，最大冻土深度<0.5 m。

工程区属山间河谷地貌，第四系冲积地层厚度较厚，无泥石流、滑坡、崩塌、地震、液化等不良地质现象，地层岩性以中粗砂为主，另有砂卵砾石层。

根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001)，地震基本烈度为7°。

3 河道现状

1)河道平面形态:本次治理河段，河道左岸为沂源县城区段，部分河道建有河堤，大部分完好可利用个，仅有局部存在毁坏现象。右岸紧靠山丘，滩地较宽，单侧滩地最宽处可达150 m。该段河道岸线自然弯曲幅度较大，平面凹凸有型，呈葫芦状较多。

2)河道坡降:该段河道综合坡比在1.2‰，有天然深潭和浅滩，汛期水量充沛时形成水域。近年来，无序过度采砂和非法侵占河道等现象屡禁不止，致使该段河道千疮百孔，局部河床下切、河堤坍塌、行洪断面逐步缩窄，河床沟壑纵横。

3)水质:由于缺乏统一规划治理，沿河生活污水直接排入河道，河水现状呈褐色，气味刺鼻。

4 河道修复对策

河流生态修复的定义:河流的生态修复是指通过适度人工干预，促进河流生态系统恢复到较为自然状态的过程，在这种状态下河流生态系统具有可持续性，并可提高生态系统价值和生物多样性。

该段河道的治理定位为绿色生态河道，以突出“水清、岸绿、景美”为重点，恢复河道原有的生态面貌，为沂源县打造一条“水清、岸绿、景美”的绿色生态长廊。

针对该段河道一侧靠山，河道滩地较大的实际情况，想要恢复河道两岸的植物，必须采用人工干预的方式。而人工湿地应用时的平面形态应尽量保持自然弯曲的形态，满足该段河道的天然平面。该段河道的自然形态，河道坡比等均满足要求，具备建设人工湿地的条件。

5 人工湿地设计

结合该段河道的实际情况，本次工程共建设人工湿地面积17.21万m2。

5.1 位置选择

为做到水体和生物的多样性，创造宜的生存环境，本次工程首先对该段河道进行清淤疏浚，清除河道内的违章建筑垃圾，恢复河道的天然面貌，在此基础上依托现状河势，保护河道内现有的沙洲、深潭等，选择河道滩地较大的位置建设人工湿地，随地形变化，做到有凸有凹，深浅结合，底部设置格宾石笼，利用河道原有卵石达到湿地底部多孔质化，保证曲流。

5.2 水源补充

山区河道为雨源性河道，河道水量受气候变化影响较大，为保证植物的存活，选择河道断面狭窄段修建溢流堰，为人工湿地提供水源。在河道较窄的位置修建溢流堰，共修建4座溢流堰，利用自然地形和溢流堰回水为各种生物创造适宜的生存环境，同时可以降低水流速度、蓄洪涵水、削弱洪水的破坏力等。溢流堰在满足补充人工湿地水源的同时，其断面形式上采用多样化，坝顶采用天然石块砌筑、园林汀步等样式，营造曲径通幽的天然的河道景观，为沂源县城区居民提供休闲娱乐，放松性情的好去处。

5.3 物种选择

作为长期运行的河流治理工程，人工湿地系统中的植物和水生动物群落结构应当既与淄博当地的自然环境相适应，又能最大限度提高对水质的净化效果，适应北方河道水量变化大的特点，并保持系统运行的长久稳定性。同时，经济可行性也是选择生物时所必须要考虑到的。目前人工湿地植物的应用普遍存在着枯死衰退、杂草丛生和根系扩展较浅等问题。

芦苇、菖蒲和美人蕉是人工湿地系统中经常采用的3种植物。除了对污染物去除效果较好之外，3种植物还有其自身的特点:芦苇在我国的分布较为广泛，适应性较强，而且有关文献表明根系有强烈的泌氧作用，在根系周围可以形成许多好氧～兼氧～厌氧小环境，有助于不同种类微生物的生长，从而提高系统对污染物的去除效果;菖蒲的返青期较早，有利于填补早春系统植物的空白;美人蕉枝干比较粗壮，可以从水中吸取固定较多的污染物质。

结合沂河沿岸主要的植物群落以芦苇和菖蒲居多，考虑本地物种优势，以及后期运行管理，本人工湿地中试系统采用芦苇、菖蒲作为主要物种。

5.4 河道横断面设计

按照因地制宜、就地取材的原则，确定该段河道采用梯形和梯形复式断面。保证枯水期流量小，水流归槽主河道，洪水期水流漫滩，利于行洪滞洪。治理中充分开发利用河滩，设置人工湿地、进行绿化。河道横断设计图见图1。

图1 河道横断设计图

5.5 人工湿地的典型模式

1#人工湿地的主要参数:湿地面积:3.06万m2;水深:0.3～0.8 m;湿地植物:主要种植芦苇、菖蒲等;组合层:主要采用的是卵石，直径1～10 cm不等。卵石造价低廉，孔隙率高，利于植物生长。人工湿地结构见图2。

图2 人工湿地结构示意图

6 结语

总得来说，人工湿地系统在改善北方山区河道水质，修复河道自净能力，河道生态环境方面是有潜力的，它具有4个优点:①建造和运行费用便宜;②易于维护，技术含量低;③可进行有效可靠的废水处理;④可缓冲对水力和污染负荷的冲击等优点，但是修建人工湿地在淄博市的河道生态修复中起步不长，还处于初步试验和摸索阶段，重建轻管现象严重，往往很多人工湿地建设由于后期疏于管理或管理不到位，难以发挥作用。为了更好的发挥人工湿地在河道的净水能力和景观需求，建议沂源县水利局有关部门加强对人工湿地的后期管理和维护工作，收集人工湿地运行过程中的相关数据，提高工程的可持续性。

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