单县嘉单河和东沟河人工湿地施工方法探讨

周瑞华

(山东省单县水务局，山东 单县 274300)

近几十年来，随着工农业的迅猛发展，人口的大量增加和城市化不断加快的进程中，对近自然湿地不合理的开发利用(如过度开垦、围湖造田等)使湿地发生严重的退化，最终导致了湿地生态环境破坏、自然景观消失、生物多样性减少、生态系统结构和功能丧失等多种生态灾难。综合考虑环境、经济和景观等要素，遵循生态学原理和因地制宜的原则，建设具有水质净化与生态多样性功能的湿地生态系统，更好的发挥湿地调节气候、美化环境、保护生物多样性以及涵养水源、净化水质等有益于自然生态平衡的各种效益等；在满足湿地出水水质要求的条件下，尽量兼顾良好的景观效益，力争打造湿地生态公园，力求达到环境效益、经济效益和社会效益的统一，实现湿地系统的可持续发展。将本工程建设成国内人工湿地领域的精品示范工程。

1 工程概况

单县嘉单河、东沟河人工湿地提升改造工程，(设计、施工)项目分两个子项目区段: 单县嘉单河人工湿地提升改造工程位于单县国道105东侧，前老家以东的单县嘉单河人工湿地内，占地面积182亩，工程处理规模为40 000 m3/d，处理单县第一污水处理厂外排水。设计流量4.0万 m3/d。单县东沟河人工湿地提升改造工程位于单县东沟河人工湿地工程植物滤床区域及其东侧2 km的东沟河河道内，工程占地面积为82.65亩。设计流量Q=4 950 m3/d=206.25 m3/h。

本项目提升改造工程遵循工艺先进、技术稳定、经济可行、管理简便和因地制宜的设计原则，兼顾水质净化、生态修复和景观等功能，确保工程方案实用经济，并具有可操作性。结合已建单县嘉单河、东沟河人工湿地现状和目标要求，本项目子项目一的主要工程措施包括杂草清除、水系贯通、水生植物种植、生物岛栅及太阳能曝气机等；子项目二的主要工程包括植物滤床清除、潜流湿地主体工程、出水口区域河道边坡整治工程及水生植物种植等。

2 理论基础

2.1 人工湿地系统原理

人工湿地处理系统是将污水有控制的投配到土壤经常处于饱和状态、生长有像芦苇、香蒲等水生植物的土地上，污水在沿一定方向流动过程中在耐水植物和土壤联合作用下得到净化的一种土地处理系统。根据污水的流经方式不同，人工湿地可分为表面流人工湿地和潜流式人工湿地，其构造形式见图1。

图1 人工湿地的构造分类

2.2 湿地生态修复工程理论基础

湿地生态恢复的理论基础是恢复生态学。恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复和重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。所谓生态恢复是指根据生态学原理，通过一定的生物、生态以及工程的技术与方法，人为地改变和切断生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内部及其外界的物质、能量和信息的流动过程和时空次序，使生态系统的结构、功能和生态潜力尽快成功地恢复到一定的或原有乃至更高的水平。

3 人工湿地工程施工技术措施

3.1 总体思路

单县嘉单河人工湿地提升改造工程的总体思路为：充分结合嘉单河人工湿地现有地形和已种植芦苇群现状，进行河道清淤和杂草清除等措施，贯通嘉单河人工湿地各级表面流湿地单元，使嘉单河人工湿地流态顺畅，同时提高嘉单河人工湿地整体景观效益。基于工程区内现有地形，根据不同水深配置具有较强净化能力的挺水植物和浮叶植物，恢复塘内的水生植被，提高湿地系统的生态多样性。基于工程区现有地形，在各级表面流湿地单元中心较深区域布置生物岛栅和曝气增氧强化处理设施，提高生物反应量，增强人工湿地污水处理效果。单县嘉单河人工湿地提升改造工程确定采取“原位强化措施修复+水生植物修复”组合工艺，具体工程措施包括：(1)对现有表流植物进行植物补植；(2)增加生物岛栅；(3)增加曝气增氧设施；(4)杂草清除、水系贯通等，对单县嘉单河人工湿地内现有水体及单县第一污水处理厂外排水进行提升处理，改善嘉单河下游水质，提升湿地整体净化能力。

单县东沟河人工湿地提升改造工程的总体思路为：新建潜流湿地。潜流湿地区位于原项目植物滤床处，植物滤床共8格并联运行，将原有植物滤床移除、充分利用植物滤床构筑物建设潜流人工湿地，进一步处理原工程潜流湿地出水，削减污水处理厂外排水污染负荷。表面流湿地水生植物种植工程。表面流湿地位于改造潜流湿地工程东南侧至邢庄东南侧之间的东沟河河道，长约2 km，占地面积约75亩。目前湿地沿水边分布少量芦苇、河底存有少量沉水植物。为提升东沟河生态功能及水体净化能力，在保持河道原有水生植物的基础上，补充种植水生植物，进一步改善东沟河下游水质，提高东沟河生态环境。单县东沟河人工湿地提升改造工程，结合已建湿地现状和目标要求，确定在原人工湿地基础上进行改造提升工程，改造工程内容包括：(1)新建潜流湿地，即将植物滤床改造为潜流湿地；(2)表面流湿地植物补植。

3.2 技术创新点

主要技术及措施有：

3.2.1 潜流湿地防堵塞技术

主要体现在布水方式、填料级配、导流排空设计、可调的出水水位控制等方面，通过优化设计，保证潜流湿地的稳定运行，同时通过不同植物优化布置，提高潜流湿地净化效果。

3.2.2 适合北方气候的潜流湿地技术

潜流湿地冬季低水位运行，可以在湿地水位与种植土之间形成一层空气隔离层，防止水流冻冰，湿地表层将收割后的植物覆盖地表，起到保温作用。

3.2.3 湿地植物水质净化技术

通过湿地植物水质净化能力和典型污染物耐受能力评价研究，筛选确定了适用于湿地水质净化技术的植物种群库；通过水深和布水方式对水质净化技术的影响效果研究，优化确定了水深、布水方式等湿地植物水质净化技术的关键工艺参数。

3.2.4 湿地水力流态优化技术

通过优化分级布水、水力导流、流速控制等措施，优化水力布局，减少死区和短流，提高湿地系统处理效果。

3.3 重点区域设计

单县嘉单河人工湿地提升改造工程：基于工程区现有地形、嘉单河水质水量状况，单县嘉单河工程优先选择具有较强净化效果、对环境要求比较低的挺水植物作为水生植物的先锋物种。在常水位1.2 m高差范围内，种植香蒲、千屈菜、水葱三种挺水植物，香蒲和水葱的种植密度为16 株/m2，千屈菜的种植密度为12 株/m2；在较开阔水面上，于常水位1.5 m高程范围内，种植睡莲浮叶植物，种植密度为2 株/m2。本工程在水生植物选择上，根据耐污性、耐盐性、生长适宜能力、根系发达程度、经济价值和美观价值等多方面考虑。本工程设计，湿地水生植物种植面积总覆盖率达到18.3%，约33.2亩。本工程在各级表面流湿地单元中心较深水区域布置生物岛栅和曝气增氧强化处理设施，提高生物反应量，增强污水去除效果。根据表面流湿地现有地形及水质水量状况，本设计增设5 963 m2的生物岛栅。综合考虑湿地周边情况，本工程采用太阳能曝气机进行曝气增氧，促进水体循环，增强原位修复措施处理效果。太阳能曝气机总计10台。考虑到原表面流湿地存在局部堵塞、淤积，杂草丛生现象，本设计暂定10 000 m2的杂草清除、水系贯通工程，结算时以实际工程量为准。

单县东沟河人工湿地提升改造工程：单县东沟河潜流湿地区位于原项目植物滤床处，植物滤床共8格并联运行，总面积为5 103 m2，有效面积4 950 m2。将原有植物滤床移除、充分利用植物滤床构筑物建设潜流人工湿地，对污水处理厂外排水进行强化处理。经计算，可新增0.495 万t/d中水的处理能力。 湿地的填料设计，湿地床主要由砾石层组成，清除原有植物滤床、新建导流隔墙后，在保持原有地形基础上，布设砾石层。砾石层由两部分组成：上层采用粒径1～3 cm的细砾石，厚度50 cm；下层为粒径3～5 cm的粗砾石，厚度20 cm；填料总铺设厚度为70 cm。在床体前端和导流隔墙前段2 m处、末端出水隔墙处，分别设置配水区、导流过水区和集水区，配水区顺水长度4 m，导流过水区顺水长度为2 m，集水区位于导流隔墙与出水隔墙之间，顺水长度4 m；进水配水区、导流过水区、出水集水区的填料常采用粒径为5～8 cm的生态填料，分布于整个床宽。底部保持原有30 cm厚夯实粘土压实，四周为原有混凝土隔墙，内部为原有砖砌隔墙，导流墙(配水花墙)为砖砌墙。

3.4 湿地细节设计

单县嘉单河人工湿地提升改造工程共有2种造型的生物岛栅，生物岛栅造型1单体面积为28.2 m2，总计135个；生物岛栅造型2单体面积为38.5 m2，总计56个。两种生物岛栅造型，内圈为高密度聚乙烯材质的浮岛单体，内设种植孔，种植菖蒲和黄菖蒲两种挺水植物，外圈为围网，种植粉绿狐尾藻浮叶植物。

为增强水质净化效果，单县嘉单河人工湿地提升改造项目主体净化区生物岛栅的高密度聚乙烯浮岛单体下方增设具有高效亲水性和亲微生物性的微生物仿生生物绳填料。该生物绳填料为环状纤维结构，蛇行辫带式编织，适合各种微生物生长繁殖，在同等强化措施布置水面面积上，增加了生物反应面积，增强了水质净化效果。

4 结语

新建湿地系统各个部分在地质结构和建造结构上存在不稳定性，加上人为的外界干扰，系统的结构容易遭到破坏，因此必须在系统结构上采用一定的检查与维护措施。为积累湿地工程规划设计、维护、运行和管理的经验，获取科学的运行管理资料，应当对湿地进出水进行水质河水量的监测和分析。单县嘉单河、东沟河人工湿地提升改造工程总承包(设计、施工)是一项具有显著社会效益、经济效益和环境效益的基础生态工程。人工湿地建设和城市规划协调统一，充分考虑与城区的建设及相关的市政、水利、园林绿化等各部门的项目建设的有机结合，促进经济、社会和环境协调发展。