利用水库工程弃渣建设库尾湿地的探讨

2014-02-04朱春波杨伟俊

中国水土保持 2014年7期

朱春波，杨伟俊

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州310002)

(责任编辑孙占锋)

新建水库将开挖大量的土石方，除综合利用外，大部分土石方需设弃渣场弃置。受地形条件限制，部分水库弃渣场需选择在水库淹没区内布置，当地形、径流、弃渣材质条件满足时，可将此类弃渣场进一步规划，改造为人工湿地，这样一方面可减免弃渣场的占地，减少扰动面积，另一方面能增加库区湿地面积，改善库区水质和库周的生态环境。

1 库区利用弃渣建设人工湿地的可行性及条件

水库淹没区的弃渣场也称作水库型弃渣场，按弃渣堆积高程与水库正常蓄水位和水库冲沙泄洪的最低水位或死水位的相对关系，可分为库面型(弃渣堆放在水库淹没区，顶部正常蓄水位附近)、库中型和库底型3 种类型［1］。按照人工湿地标准建设的水库型弃渣场一般为库面型弃渣场，其主要是利用弃渣将库尾地面抬高，从而增加浅水区面积，为建设人工湿地创造条件。

人工湿地的突出优点是改善水质，当水库工程具备设置库面型弃渣场条件时，可结合库区地形和弃渣材质分析其改造为人工湿地的可行性。地形是利用弃渣场建设人工湿地的首要条件，通常讲，在库尾开阔平坦的地块建人工湿地较为合适，一方面该区域径流流速小、湿地建成后水力停留时间长，另一方面降低了堆渣高度，也降低了水库蓄水后弃渣场的滑塌风险。弃渣类型是否适合建设人工湿地是另一个主要条件。土壤、砂和砾石是传统的人工湿地基质［2］。一般情况下，水库工程的弃渣主要来自基础开挖、隧洞开挖、库区清表、石料场无用层等，其材质较为复杂。这些弃渣中除覆盖层中含有腐殖质较高的土方不宜弃于库区外，一般土、石方均可作为库尾人工湿地的基质回填料。

2 利用弃渣建设人工湿地的技术要点

利用弃渣建造人工湿地时，弃渣中的少部分是作为表层湿地基质回填料，大部分是作为底层土石方回填于库尾形成浅水区。利用弃渣建设人工湿地的技术要点如下:

(1)基质回填料应结合湿地类型。根据水流方式，人工湿地可分为表面流、水平潜流和垂直流三类。若来水中特征污染物为易去除的污染物(氮、磷等)，或污染物浓度较低，则可以考虑表面流或单一的水流方式;水平潜流和垂直流占地面积相对较小，净化效果好［2］。对于表面流人工湿地，可选择土壤作为基质，而水平潜流和垂直流人工湿地对基质的渗透系数要求比较高，应选用砂子、炉渣或它们与土壤的混合物等作为基质为宜［3］，也可利用弃渣中的砂砾石作为回填料。确定湿地类型后，就可按照要求对弃渣中的材质进行分选。除基质回填料外，其余弃渣作为一般土石方回填在湿地区底层。

(2)合理确定基质回填厚度及顶面高程。人工湿地基质的厚度一般根据所栽种的植物种类及根系的生长深度来确定，以保证湿地床中必要的好氧条件［4］。一般情况，乔灌种植区的基质回填厚度要大、草本植物(包括挺水植物、浮水植物及沉水植物)回填厚度相对较小。基质回填后的顶高程一般选在水库正常蓄水位附近较为适宜，这样不仅可减少湿地在高水位的运行时间，还可以在水库水位较低时将库尾来水部分或全部引入湿地，以保证湿地的正常运行。

(3)合理选择湿地中的植物种类。湿地中的植物种类应遵守一般的筛选原则，如适应性、生长能力、多样性等［2］。此外，由于湿地是建在水库库尾，所以不能选择过多的乔灌木，尤其是在主河道附近，以防止形成过大的阻水范围，抬高上游回水水位。水库水位变化较大，尤其是汛期有可能长时间保持在正常蓄水位以上，因此湿地中的植物一定要耐水淹。华东地区推荐耐淹植物种类如垂柳、榔榆、落羽杉、枫香、枫杨等。

3 实例分析

某新建水库位于低山丘陵和平原的交接地带，为某城市备用水源地，坝址以上集雨面积17 km2，多年平均流量0．4 m3/s。设有拦河坝、引水隧洞等建筑物，另外为改善水库水质，设有水泵、输水渠道等库区水循环系统。工程建设过程中，通过坝后回填、外运利用于其他工程等减少了弃方量，但仍有近35 万m3的弃渣需设弃渣场堆置。

从项目区周边地形来看，水库淹没区外地块多为经济效益较高的茶园，且居民点相对密集，不适宜作为弃渣场，而适宜堆渣的地块可容纳的弃渣数量又比较有限。结合工程本身来看，水库上游来水氮、磷水平较高，除库区水循环系统外，仍需其他措施来改善水质，而库尾库区淹没范围内不仅地势平坦，而且面积较大。因此，考虑在库尾淹没范围内设置人工湿地，消纳部分弃渣的同时可改善库区的水质。经平衡分析，除库区清表土方外，其余料场无用层、基础开挖方等共计14万m3弃方可用于库区人工湿地的建设，湿地平均堆渣高度2．5 m 左右。由于工程在库尾设石料场开挖近40万m3的石方，且开采高程在正常水位以下，因此在库尾设置弃渣场对水库的兴利库容影响不大。湿地位置如图1 所示。

湿地选址在库尾地势较开阔和库区水循环系统出水口处。由于库尾地势平坦开阔，河道坡降小，因此湿地修建后，上游的回水位增加幅度不大。

设计时，首先在地势较低处修建一座约2 m 高的拦渣墙，挡墙以上弃渣以1 ∶4 边坡放坡，并利用弃渣中的块石护坡。弃渣面抬高至正常蓄水位附近，并保持渣顶0．5% ～1．0%的坡度，弃渣表面覆基质填料。湿地上游以表面流为主，主要填筑弃渣中的土方作为基质，下游以潜流为主，填筑弃渣中的碎石土作为基质，基质厚度0．5 ～1．0 m，其中近岸部分地块考虑种植少量乔灌木，按照潜流湿地的铺设方法，基质厚度增加到2．0 m。表面流湿地面高程控制在正常蓄水位以下0 ～0．5 m，潜流湿地面高程控制在正常蓄水位以下0．5 ～1．6 m。另外，库区水循环系统出水口附近的湿地，结合出水口高程，设多级跌水，达到曝气效果。