生态净化原理在桐乡市应急水源地工程中的应用

于龙娟

(上海勘测设计研究院,上海 200434)

浙江省桐乡市位于长江三角洲2个最大城市上海与杭州之间,水陆交通十分便捷。近年来,随着经济社会和城市化的快速发展,为保障桐乡市城乡居民用水安全、改善区域水环境、提升城市品位、增强防洪排涝和调蓄功能,浙江省发改委于2009年12月批准《关于桐乡应急备用水源工程项目建议书的请示》,又于2010年10月批复了 《关于桐乡应急备用水源工程可行性研究报告》(浙发改农经[2010]956号),同意建设桐乡应急备用水源工程。

1 工程任务和规模

桐乡应急备用水源工程位于桐乡市城区东部,总占地面积约80.07 hm2。工程湖区主要功能定位为有应急备用水源、兼有城市景观、区域水环境改善、城市防洪排涝调蓄等综合功能。根据桐乡市城市总体规划以及相关规划,湖区建成后,近期的取水水源为本地河网;远期取水水源为太湖优质水源,作为水厂引水调节池,提高桐乡市饮用水供水保障能力。

工程设计水平年:工程设计水平年为2020年,工程供水范围为桐乡市市域范围内的所有居民。考虑到工程所在位置的河网特性,确定该工程应满足应急供水天数为6 d,应急供水备用水量不少于173万m3。蓄水保证率及供水期保证率达到97%以上。

人工湖规模:人工湖总库容为258.6万m3,其中用于应急供水蓄水库容为175.9万m3,蓄涝库容为29.2万m3。工程正常蓄水位2.40 m,死水位-2.30 m;最高蓄水位采用2.86 m。工程防洪设计洪水位采用水位频率分析结果,即50 a一遇最高设计洪水位为3.05m,100 a一遇最高洪水位为3.21 m。

水工建筑物规模:火烧桥港湖区水泵站流量为4 m3/s,生态引水泵站流量为0.1m3/s;新开河生态引水泵站流量为0.25 m3/s;费家埭港排水闸、莲花桥港东排水闸闸门净宽均为6 m,水闸底槛高程均为-0.8 m;莲花桥港西排水闸闸门净宽为10m,水闸底槛高程为-0.8 m,便于清淤船通过。

2 水质净化工程设计

2.1 生态净化原理[1]

根据湖区的功能要求,湖区水质主要指标近期达到Ⅳ类水标准,远期达到Ⅲ类水标准。湖区水体水质的净化与维持应以水生态系统基本原理和生态工程的基本原则为指导,通过拦截外部入湖污染物,建立湖区内部水循环系统,并构建较为完整的水生生态系统,利用水生态系统的净化和自我维持能力,改善及维持湖区水体的水质,从而为桐乡提供应急备用水源。

水生植物是水生态系统构建的基础,沉水植物在湖区里进行水下光合作用,释放出大量的溶解氧,吸收水体中的氮、磷等营养盐,形成水域生态自净,并产生他感作用进一步抑制蓝藻。水生植被恢复后,促进有益微生物向底泥扩散,促进底泥氧化还原电位升高,有利于水生昆虫和水生底栖生物的大量滋生,在水生植被共生作用下,形成底泥营养物质的封存和生态链自净 (物质能量的逐步吸收转化)。沉水植物初步稳定后,再逐步向水体中引入螺、贝、鱼、虾类等高级水生动物,通过食物链把水体中的氮、磷营养物质转移出去,彻底降低水体中的营养化程度,长期维持湖区水体水质。生物链构建示意图见图1。

图1 生物链构建示意图

2.2 工程总体布置

桐乡应急备用水源地以水安全为前提,为保障湖区优良水质,突出景观效应,水体的生态净化系统构建及水质维持是工程建设的核心问题。在生态完整性的基础上,根据湖区的形状及来水等情况,把入湖河道及湖区分为生态强化净化和深度净化2个主体功能区。生态强化净化区主要位于“湖区”东侧的入湖河道,面积为10.5万m2,主要功能是对南永兴港的水源进行强化净化,水质达到要求后再进入主湖区,改善主湖区水质,降低营养盐水平,减少主湖区发生 “水华”的可能性;深度净化区为主湖区,面积约为50万m2,主要功能是维持及净化水质,对于已经过生态强化净化区净化后的入湖水质进行深度净化,进一步降低湖区的营养盐水平,同时通过高等水生生物间的他感作用,抑制藻类的生长及爆发,使水质保持在Ⅳ类水标准。湖区各分区的设计总体思路见表1。

表1 湖区功能分区统计表

2.3 生态工程布置[2-3]

根据工程设计原则,结合湖区的形态及功能分区,生态净化工艺流程见图2。对于生态强化净化区采用预处理区、复合湿地区及沉水植物区3级处理净化工艺,通过活性生物填料及复合湿地的共同作用,降低入湖营养盐负荷。环湖设置雨水截污系统,对于初期雨水进行截污,减少入湖污染物。湖区设置水质预警系统,通过2个水质固定监测站及3个水质浮动站对水质进行实时监测,掌握水质变化趋势,提高应急预警能力。

图2 生态净化工艺流程图

2.3.1 预处理区

预处理区是生态净化工艺的重要前置单元,具有以下功能:

(1)沉降大颗粒泥沙,通过水流的减缓、创造有利于泥沙沉积的缓解,吸附水体中营养物质,初步净化水质,拦截细小悬浮物,提高水体透明度;

(2)加大水中的溶解氧,增加强化预处理系统的氧化还原能力,净化水质;

(3)对后续的生态湿地起缓冲调节作用,起到均匀给水的作用。

2.3.2 复合湿地区

(1)主要以挺水植物为主,适当配置浮叶及沉水植物,通过局部的基底处理,吸附拦截水中的悬浮物,进一步提高水体透明度,吸收水中营养盐,降低水体污染物浓度。

(2)能较好解决年内植物生长茬口问题,保障生态系统净化功能的有效性与稳定性。

(3)能为微生物的生长创造良好的载体环境,为微生物吸收分解水中污染物质提供保障。

(4)湿地生物的生长具有一定的景观美化作用。

2.3.3 沉水植物区

沉水植物净化系统是生态净化工艺的保障单元,主要利用经筛选的沉水植物,快速构建稳定的生态系统,发挥生态系统净化功能。其主要功能如下:

(1)利用水生植物及微生物的吸收、吸附及降解作用,进一步降低水中营养盐浓度;

(2)经此单元处理后,会使水体pH值略微升高,呈现弱碱性,增强水体的氧化能力,促进酸碱平衡;

(3)此单元光合作用释放的氧分子不但可以提升水体溶解氧,且对细菌具有较强的杀灭作用。

2.3.4 深度净化区

深度净化区是为主湖区,包括湖滨绿带、深度净化带、湖心岛湿地及生态湖心,具有储水及深度净化的功能,通过水生态系统的构建,通过植物净化、生物操纵、水力调度等技术的应用,强化净化功能,维持水质稳定,防止富营养化,改善区域生态景观。

3 结 语

该工程采用的生态水质净化工艺,有效地保护和改善了入湖水质,为桐乡市供水安全提供了基础和保障,并降低水厂的水处理成本及技术难度,适应桐乡市经济社会可持续发展的需要。因此,为打造生态桐乡、水绿桐乡,建设桐乡市区饮用水源生态净化工程是十分必要和紧迫的。为了保证更好地发挥工程的经济和社会效益,建议应做好以下几点:

(1)开展地区水源地保护区划定和水源地保护办法或条例的制定工作,以法规的形式保障水源地水质安全;

(2)加强区域工业、生活、农业等污染源治理,控源减污,抑制取水口水质恶化趋势;

(3)建议进一步研究此工程与浙江省嘉兴市太湖取水(西片)工程的衔接,研究与太湖取水工程的相关调度。

[1]李刚,李斌,刘丽,等.深圳市龙岗区应急备用水源地水质监测与分析 [J].现代预防医学,2008,35(23):4 706-4 710.

[2]胡伟,左倬,魏清福,等.太湖东部地区利用太湖规划建设备用水库实践Ⅰ—以东太湖吴江应急备用水库建设为例[J].安徽农业科学,2011,39(12):7 354-7 355,7 424.

[3]胡伟.太湖东部地区利用太湖建设备用水源地的研究[J].安徽农业科学,2011,39(9):5 221-5 222.