娄烦县涧河人工湿地生态系统设计及效益分析

刘 芳

（娄烦县环境保护局，山西 娄烦 030300）

引 言

汾河是山西的母亲河，汾河水质安全直接关系到山西经济建设和社会稳定，关系到山西的生态安全。涧河作为汾河一级支流，它的生态安全对汾河流域湿地生态安全具有很大影响，涧河人工湿地的建设，可以达到减少水土流失、涵养水源、保护区域生物多样性等目的，可有效促进区域内水源涵养的生态功能恢复，从而为促进汾河流域湿地生态功能的恢复奠定良好基础。本文简单介绍了该人工湿地生态系统设计，并对有关问题进行了探讨。

1 涧河水系概况及水质情况

1.1 涧河水系概况

涧河为汾河的一级支流，由娄烦县区域的南川河和西川河汇合而成，全长12km，河床宽60m，水面宽2.5m，流量1.36m3/s，系常流河。历年最大流量210m3/s。年注入汾河水库4 289万m3水源，汾河水库多年平均水量为4.52亿m3，涧河水源占总来水量的1/10。

1.2 涧河水质情况

根据太原市环境监测站连续监测数据，涧河水质为Ⅳ类地表水，具体指标如下：

CODCr≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，ρ（NH3-N）≤1.5mg/L，TN≤1.5mg/L，TP≤0.2mg/L，pH＝6～9。

2 涧河人工湿地生态系统设计

针对涧河流域可利用土地范围大的特点，涧河人工湿地采用潜流湿地和表流湿地的组合工艺。

2.1 涧河人工湿地工艺流程

涧河河水—提升泵站—潜流湿地—表流湿地—涧河—汾河水库。

2.2 潜流人工湿地

2.2.1 潜流湿地填料选择

河卵石为最佳填料，其质量坚硬、抗机械撞击性能强、表面光滑，生物膜宜着床，也宜排除死亡生物膜，且不易堵塞。

2.2.2 工程防堵

对于填料层防堵的问题，主要采取2项措施：第一、通过选择合适的基质粒径及级配，控制孔隙率；第二、导淤层设置倒膜管，定期排放湿地内脱落的生物膜，防止填料层淤堵。

2.2.3 潜流湿地内容

涧河潜流人工湿地工程总占地为6.369hm2，湿地有效面积6hm2，共分为115个单元。潜流湿地内种植茭白、芦苇等具有污水处理功能的植物，种植密度16株/m2，株距250mm。种植驯化后的具有吸污纳污能力的芦苇、茭白作为潜流人工湿地植物。其中，种植茭白48万株，芦苇48万株。冬季收割后，覆盖在潜流湿地表面，第2年春天运走，用作造纸材料。冬季运行时，潜流湿地低水位运行，湿地表层将收割后的植物覆盖地表，起到保温作用。

2.3 表流人工湿地

2.3.1 表流湿地功能

潜流湿地处理后的污水进一步通过景观表流人工湿地通过植物根系吸收去除污染物，同时形成水面景观。

2.3.2 设计参数

CODCr去除负荷：30kg/（ha·d）

NH3-N去除负荷：5kg/（ha·d）

停留时间：1.5d

2.3.3 表流人工湿地设计

涧河表流人工湿地设置于河道内及潜流湿地以外的滩地上。涧河1号桥上游表流湿地面积为4.56hm2；1号桥下游表流湿地面积约为3.44hm2，设计水深0.2m～0.3m，充分利用现有河道的地形和地貌特征及浅滩、缓坡等自然条件，促使河道水生植物的恢复，提高河道的生态自净能力，使出水到达水库前达标。

3 效益分析

3.1 生态效益

3.1.1 净化水体

通过涧河人工湿地水质改善工程的实施，有效地解决了区域地表面源污染，确保了涧河地表水入汾河水库前由Ⅳ类水体净化达到Ⅲ类水体水质，保护太原人民饮水安全。

人工湿地是保护生物多样性与维持野生物种种群存续的重要生态系统。涧河人工湿地水质改善工程通过筛选和改良适宜的湿地植物以及采取相应工程措施建成的湿地缓冲带，不仅使涧河整体生态得以改善，而且将带动涧河水体中微生物和其他物种的逐步恢复，为鸟类、鱼类提供丰富的食物和良好的生存繁衍空间，对物种保存和保护物种多样性发挥重要的作用。

3.1.2 净化空气

1）改善二氧化碳和氧气的平衡

涧河人工湿地工程安排69 500m2的绿地建设面积，年可吸收二氧化碳约900t，有效改善项目区二氧化碳和氧气的平衡，使空气新鲜。

2）吸收有害气体

涧河人工湿地的绿地建设项目中栽植的杨树、柳树、油松等均对空气中的二氧化碳、氮氧化物有很好的吸收功能，使空气得到净化。

3）吸滞粉尘

绿地对粉尘有明显的阻滞、过滤和吸附作用，因而能减轻大气污染。保守估计，项目区的绿地可吸尘200t/a。

4）降低噪声

噪声会对人体产生不良影响，研究表明，城市中的树木可降低总噪声强度6.0dB～13.2dB。因此，项目区建设的绿地对周围噪声有一定的消弱作用。

5）保持水土

树木和草地对保持水土有非常显著的功能。树木的枝叶茂密，当雨水下落时首先冲击树冠，然后穿透树叶，不会直接冲击土壤表面，减少表层土壤的流失。树冠本身还积蓄着一定数量的雨水，不时降落地面；同时，树木和草本植物的根系在土壤中蔓延，能够紧紧地“拉着”土壤而不让其冲走；加上树木下往往有大量落叶、枯枝、苔藓等覆盖物，能吸收数倍于本身的水分，也有防止水土流失的作用。这样，能减少地表径流，降低流速，增加渗入土地中的水量，起到保持水土、涵养水源的作用。

6）调节气候

涧河人工湿地对局部区域小气候的影响，一是温度影响，二是湿度影响。

在炎热的夏季，一部分太阳辐射热被稠密的树冠所吸收，树冠吸收的辐射热用于光合作用及水分蒸发，绿地气温则比非绿化地带低3℃～5℃，较有建筑物的地区要低10℃左右。寒冷季节，树木使风速降低，气温不致降得过低。

树木的根系从土壤中吸取水分，通过树叶不断地蒸发到空气中，而使空气湿度增加。一般来说，绿地的湿度比非绿地大10%～20%。

7）生物多样性的营建

湿地是重要的遗传基因库，对维持野生物种种群的存续、筛选和改良具有重要意义。湿地在蓄水、调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用，是蓄水防洪的天然“海绵”。

3.2 社会效益

1）培养群众的生态文明观念，促进人与自然的和谐统一。涧河人工湿地的建设，使区域内广大群众充分认识到建立生态文明、生态和谐社会对社会经济持续发展的重要性，使生态建设、保护绿地成为广大群众的自觉行为。

2）提升城市竞争力，促进经济建设又好又快发展。项目建设必将使整个娄烦县城的生态环境得到良好的改善，极大地提高项目区社会环境竞争力，创造良好的投资环境，使社会经济建设又好又快发展，达到人民安居乐业的理想境界。

3）促进太原人民饮水安全。项目建设，可以改善涧河流域的生态环境，强化城市绿地与流域湿地的生态服务功能，涵养水源、净化水质，使汇入省城太原饮用水源汾河水库的水质得到改善，促进太原人民饮水安全。

4）提升居民生活质量。涧河湿地建设可以调节城市生态平衡，拓宽居民户外休憩空间，提高居民生活质量，满足城市居民回归自然的物质文化需求，创造良好生态，有益群众健康。