万阳湖湿地工程生态系统恢复设计

程建中

(济源市布袋沟供水站，河南 济源 459000)

0 引言

河湖是生物群落的栖息、觅食场所，也是生命共同体中重要组成部分。治理范围内现状大部分为农田和村落，区域现状防洪排涝主河道内为生产生活污水，地表常年无水，垃圾乱倾倒，水系生态功能退化等问题不断凸显。湿地工程对恢复河道生态功能、改善主中心区整体生态环境、保障城市健康和谐发展，具有重要的作用。

河道中湿地具有湿地一般特征，也有其独特性，其生态系统自然维持与周围生态系统的平衡状态，是一个自然的开放系统。湿地生态系统恢复设计是应用生态工程的原理和方法对湿地进行构建、恢复和调整，以利于湿地正常功能的运作和生态系统服务的可持续性。田湖草生态保护修复工程济源市人工湿地项目属于太行山区水源涵养和土壤保持重要生态功能区，因此人工湿地项目的建设决定水源涵养功能能否持续健康发挥作用，将直接影响到太行山区生态系统的稳定。

1 济源市人工湿地项目

在国家生态文明建设、治水新思路、“一路一带”战略的大背景下，结合中原经济区规划，按照中国优秀旅游城市和省级历史文化名城的城市职能定位。济源市确定以“水畅、水丰、水清、水活、水美、水利”为水系建设目标，将济源市打造成美丽的北方水城，实现“九水共济，城水共荣”的规划愿景。

河南省南太行地区山水林田湖草生态保护修复工程济源市人工湿地项目的主要任务是立足于济源市市区周边乡镇环境，结合城市与郊野过渡带的区位特征，创造以自然野趣为主体，以滨河生态修复为主，景观游憩为辅，通过丰富的水形态设计和生态修复工程，让绿色添染两岸，让鱼虾重游水中，让水鸟回归河流。拓展河道湿地发展空间，发掘湿地体验、湿地观光等景观功能。

河南省南太行地区山水林田湖草生态保护修复工程济源市人工湿地项目主要包括万阳湖湿地工程、玉阳湖湿地工程、曲阳湖湿地工程、蟒河(济源大道-南官庄段)湿地、城市水系生态修复工程和小沙河湿地工程。

万阳湖湿地工程为万阳湖提升改造工程，主要是对万阳湖南岸进行提升改造。

2 万阳湖及万阳湖湿地工程现状

2.1 万阳湖

万阳湖位于济源市区以西6 km的塌七河上，空置面积48.70 km2，是一座以防洪为主、兼顾养殖及旅游综合利用的小(1)型水库，原有设计灌溉效益已丧失。根据三湖治理工程，万阳湖扩容工程是在水库除险加固完成的基础上，对水库水面面积的扩大和库容的扩大，参与防洪调节。扩容的原则是保持水库的正常蓄水位178.58 m。

万阳湖现状水面较小，根据地形地势条件，通过开挖将万阳湖库面向北向东延伸，水面扩大到以思礼村为边界的区域，原地形187 m高程的高地形成半岛，洪涧河在该段直接入库。扩容部分的水库底高程为177.08 m，正常蓄水位时水深1.50 m，相应水面面积46.02万m2。

万阳湖(原名三河水库)坝址以上控制流域面积48.70 km2。总库容181.40万m3，兴利水位179.36 m，兴利库容71.40万m3，死库容18.80万m3，设计灌溉面积0.05万hm2。

万阳湖库区河谷宽一般150～300 m，岸坡顶高程一般180.50～187.50 m，库区扩容施工开挖前原河床高程一般170.00～176.50 m，开挖后现状河床起伏不平，最低处高程约168.50 m，湖水深1～4 m。见图1。

图1 万阳湖现状图

2.2 万阳湖湿地工程现状

目前万阳湖正在实施济源市万阳湖省级湿地公园工程，项目主要建设内容包括：湿地保护工程、科普宣教工程、科研监测工程、合理利用工程、防御灾害工程、社区共建共管工程、保护管理基础能力建设工程、基础设施工程等。形成由公园内广场、亲水平台、健身步道、生态浮岛、花廊、水边景亭、景桥、亲水木栈道、游园、观景塔、下沉广场、健身广场、滨湖广场、科普长廊、综合管理中心、生态停车场等组成的万阳湖湿地生态保护系统。形成了水中有岛、步道通幽的旖旎景观。但由于资金限制，万阳湖南岸提升工程尚未开展。

根据《防洪标准》《水利水电工程等级划分》，按照堤防保护区内耕地、人口等因素综合确定各工程规模。万阳湖湿地工程等别为IV等，防洪标准采用50年一遇。治理段主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时建筑物5级。

万阳湖湿地主要为万阳湖，万阳湖流域面积按48.70 km2考虑，依据《水利水电工程设计洪水计算规范》规定：流域面积<50 m2，可用推理公式计算。据此，工程设计洪水采用小流域推理公式进行计算。

3 万阳湖湿地工程区气候、地质条件

3.1 气候特征

湿地工程项目区所处位置属于暖温带大陆性季风型气候,季风进退与四季替换比较明显。年平均气温14.30℃，一月最冷，平均气温0℃，七月最热，平均27.30℃。降雨年际间变化也较大，最大年降水量与最小年降水量相差3.23倍，而且有连续干旱和连续丰水的特点。多年平均水面蒸发量1 700 mm，干旱指数1.72。

由于降水年际变幅大，流域内年降雨量、暴雨量、年径流量、洪水等资料年际变幅相应较大。暴雨主要发生在6-9月，较大暴雨发生时间多在七月中旬至八月下旬，暴雨中心主要集中在上游山区。

3.2 地下水类型

工程场区河漫滩上部第四系全新统级配不良砂(砾)层中分布丰富的地下水，属孔隙型潜水，地下水埋深略低于地表水位，埋藏浅，地下水位埋深0.90～4.10 m，主要含水层为河槽中的第③层混合土卵石及两岸阶地下部的第⑤层混合土卵石，隔水层为河床及两岸阶地底部的第⑥层粉质黏土。地下水受大气降水及地下径流补给为主，主要以地下径流方式排泄。地下水位受大气降水影响较大，据区域资料，枯水期—丰水期地下潜水位升降变幅为1.50～2.50 m。

3.3 地质条件及评价

工程区地层主要为第四系全新统(Q4)、上更新统(Q3)冲洪积形成的松散沉积物。

①人工填土(Q4ml)：杂色，主要由粉质黏土组成，厚度一般1～4 m，分布于万阳湖区北岸阶地上部。

②2含砾粉质黏土(Q42al+pl)：灰黄色、灰褐色，夹砾石，可塑～软塑状。主要分布在河槽表层，分布不均，厚度一般0.60～1.00 m，此层上部局部有卵砾石堆积。

③混合土卵石(Q42al+pl)：杂色，母岩成分主要为石英岩、砂岩，磨圆度较好，粒径一般2～10 cm，个别达15 cm，含量60%～70%，砂质及少量泥质填充，呈松散～稍密状。该层主要分布在河床地层的中上部，层厚一般4.00～5.50 m。

④粉质黏土(Q41al+pl)：褐黄色，虫孔发育，偶见钙质结核，硬塑～可塑状，主要分布在河道左右岸上部及河床上部，形成来水河道岸坡及台地。

⑤混合土卵石(Q41al+pl)：杂色，母岩成分主要为石英岩、砂岩，磨圆度较好，粒径一般2～10 cm，个别达15 cm，含量50%～70%，砂质及少量泥质填充，呈松散～稍密状，局部夹透镜体状级配不良砂夹层。主要分布在两岸河谷阶地下部，厚度一般0.90～2.50 m。

⑤1级配不良砂(Q41al+pl)：青灰色，湿～饱和，稍密状，主要成分为长石、石英等，颗粒均匀，级配不良，该层呈透镜体状分布于⑤层混合土卵石中。

⑥粉质黏土(Q3al+pl)：棕黄色，针状空隙发育，含有少量的黑色斑点，偶见铁质侵染，坚硬～硬塑状，局部夹透镜体状含细粒土砂夹层。主要分布在河谷两岸阶地的底部及河床的底部。

⑥1含砾黏性土(Q3al+pl)：砾石物质成分主要为白云岩，粒径一般10～20 mm，大者60～90 mm，磨圆度一般，充填黏性土，呈透镜体状分布于⑥粉质黏土层之中，厚度一般0.90～2.50 m。

⑥2含细粒土砂(Q3al+pl)：褐灰色，稍湿，稍密状，主要成分为长石、石英等，级配不良，该层呈透镜体状分布于⑥层中。

4 万阳湖湿地工程生态系统修复设计

万阳湖湿地工程治理范围为万阳湖南岸。河南济源万阳湖省级湿地公园目前已基本完成建设，由于原设计方案资金限制，万阳湖南岸生态修复工程、其他配套工程和景观工程未实施，此次对其进行完善。

4.1 生态修复工程设计

万阳湖南侧堤顶农村农业生产中农药、化肥使用不合理，污水排放、垃圾处理基础设施不足；附近农村生活污水和垃圾随降雨和径流冲刷进入湖内，面源污染问题严重。为防止面源污染直接进入湖内造成水质污染，采用植物缓冲带和透水铺装防止面源污染问题。

4.1.1 植被缓冲带设计

植物缓冲带为坡度较缓的植被区，经植被拦截及土壤下渗作用减缓地表径流流速，并去除径流中的部分污染物，植被缓冲带对地表径流的防污去污作用主要通过乔、灌、草立体防污功能区实现，其防污去污过程为：来自农田、道路的污染物首先通过河岸带的乔、灌、草 缓冲带，其中的固体悬浮物被下层密集的草本层拦截，并且部分污染物被草本植物直接吸收，上层的乔木、灌木通过反硝化作用实现深层次土壤的氮、磷污染物截留，然后利用河道现状护坡可进一步过滤、吸收污染物。同时，在整个过程中，大型土壤动物和土壤微生物也可以降解、转化一部分污染物。经过植物、动物、微生物等多个生物类群的层层吸收、沉积、转化，可最大限度地控制进入河流污染物的种类与含量，保障河流水环境质量。万阳湖南岸植被缓冲带主要南侧库岸构建，草本缓冲带选用成卷草皮；乔木选用木槿、紫叶李等，种植于万阳湖岸边。

4.1.2 透水铺装设计

透水铺装是指将孔隙率较高、透水性较好的材料应用于道路路面。可以使雨水进入透水铺装的内部，储存适量的雨水，减少洪峰流量，消减径流系数。

养护步道透水铺装的主要结构布局如图2。

图2 透水砖铺装断面图

根据结构断面显示，透水铺装的构成主要有土基、垫层、基层、过滤层和面层组成。土基：位于透水铺装结构最底层，土基对透水性的好坏及整个结构都具有重要影响。垫层：位于基层和土基中间的结构层。主要作用是防止雨水等渗透入基层，减少对土基结构的破坏。基层：是透水铺装最重要的环节，是储存雨水的关键部分。基层作为汇集雨水或短历时储存，必须具有较大的孔隙率。过滤层：过滤层位于基层的上部。面层：应坚实平整并有一定透水特性。

万阳湖南岸透水铺装主要设置在库岸养护步道上，铺装材料选用彩色透水砖。

径流污染控制主要工程量见表1。

表1 主要工程量表

4.2 水系生态修复工程设计

万阳湖湿地水系生态修复工程是在思礼镇万阳湖湿地公园的基础进行提升，主要内容是对万阳湖南岸进行绿化，绿化面积2.18 hm2新修栈道183 m，园路铺装1.73 km，景观平台3 处。

4.3 景观工程设计

为搭配已建成的河南济源万阳湖省级湿地公园项目，此次在万阳湖南岸设置挡墙长84 m，地面铺装约3 134 m2，防腐木座凳约21个，2 m宽木铺装约15 m，2 m宽亲水木栈道约183 m，钢栏杆约52 m，木栏杆约365 m，亲水木平台3处。

4.4 其他配套工程设计

根据万阳湖布置植被缓冲带区域范围，结合现场实际情况，布置灌溉设施一处，主要包括灌溉水源工程及灌溉管道工程。

4.4.1 灌溉水源工程

根据现状情况，灌溉水源选择市政供水管网进行供水。市政管网水源为天坛山供水工程管线，管线沿着济邵路铺设，干管管径DN400，支管管径DN300，水压 0.90 MPa。

4.4.2 灌溉管网工程

给水管线采用 1.60 MPa 给水 PE 管，管径90 mm，PE管总长147 m，配套快速取水阀 51 套，支撑管安装取水阀采用DN25 镀锌钢管连接采用专用管件，系统管道埋深≥1.00 m(管底)，管道沟槽底部应平整无杂物，管底至管顶以上 10 cm 处采用细土回填。

绿化灌溉工程主要工程量见表2。

表2 绿化灌溉工程主要工程量表

5 总结

河南省南太行地区山水林田湖草生态保护修复工程济源市人工湿地项目可以改善河道水质污染的问题，促进水资源的永续利用，提升城市形象，而且有利于保持经济发展、社会进步、生态保护三者之间的高度和谐，促使济源成为人与自然互惠共生的宜居宜业、宜游城市。