景观河复合防渗及生态优化研究

冯耀鹏

(深圳市光明区环境水务有限公司,广东 深圳 518107)

0 引 言

景观河是生态修复常用的手段之一,但由于地质及地下水位的影响,其内部的河水会发生渗漏现象,导致其后期的补水成本增加。近年来,许多学者针对景观河的渗漏情况开展了相关研究。张静等[1]以某地区景观河区为研究对象,开展了现场试验,对比分析不同防渗措施的实施效果,结果表明采用防水毯的经济效益和生态效益较为明显。郭铭[2]开展了渗漏试验,分析防水毯对景观河渗漏情况的抑制效果,结果表明该方案施工简便,且防渗效果较优,在实际工程中应用广泛。任梦非[3]以西北地区景观河为研究对象,分析了该项目防渗方案的实施效果,结果表明该方案的储水及防渗效果良好。樊立群等[4]结合工程实例,分析了不同防渗方案的优缺点,并根据项目的实际情况,选择合适的防渗方案。傅题善等[5]以济南市景观河为研究对象,分析了复合土工膜对景观河的防渗效果,结果表明复合土工膜的防渗效果较好,且具有一定的经济效益。

本文以木墩河流域为研究对象,采用Visual MODFLOW模型,对景观河的渗漏规律进行分析,并结合其产生的经济效益和生态修复效果,分析不同防渗方式的实施效果。

1 工程概况

本研究以木墩河流域为研究对象,木墩河是茅洲河上游左岸的一级支流,河道发源于碧眼水库,自东向西流经光侨路、光明大道,在东明大道改道后穿过龙大高速,汇入茅洲河,河长6.36km(光明街道辖区内长度约5.2 km),流域面积5.58 km2。该地区启动木墩河暗渠复明整治工程,以治水有清流、源头有活水、暗渠得复明为目标,将治水、治城、治产相融合,通过河道拓宽、湿地净化、管线迁改、景观营造、绿化提升、交通改善等措施,一体化解决木墩河暗渠段隐患,为居民营造一个安全的生活环境。木墩河建设沿河初雨截流管3.5km;完成清淤量1.5×104m3。完成岸线修复和生态净化,开展生态补水工程,规模约2.0×104m3/天(目前实际日补水量约1×104m3/天)。

2 景观河防渗方式模拟

由于该地区的地下水位较高,会导致渗漏现象,需在景观河进行防渗处理。为了分析不同防渗方式(不防渗、复合土工膜、防水毯、黏土压实)的效果,采用Visual MODFLOW模型,对景观河的渗漏规律进行分析。景观河模型的参数设置见表1。

表1 出水概况

景观河不同防渗方式的防渗方案见表2;采用Visual MODFLOW模型,对不同防渗方式模拟的相关参数见表3。

表2 防渗方案

表3 相关参数

3 结果分析

为了分析不同防渗方式的防渗效果,采用潜水位下降率(P,%)和渗漏量(Q,m3/d),对景观河的渗漏情况进行表征,其计算公式如下:

(1)

式中:H1、H2分别为防渗方案实施前后的潜水位,m;H为景观河水位与潜水位之差,m。

Q=KAJ

(2)

式中:K为渗透系数,m/d;A为横截面积,m2;J为水力坡度。

根据式(1)、式(2),计算出景观河的渗漏量与潜水位下降率,见表4。由表4可知,采用防渗措施可显著抑制景观河的渗漏情况。对比不采用防渗措施的景观河可知,采用防渗措施后,其潜水位下降率最大可达35.00%。对比分析不同防渗措施的防渗效果可知,采用复合土工膜的防渗效果最好,其潜水位下降率为35.00%,渗漏量为1.547 ×10-4m3/d;其次为防水毯;采用黏土压实的防渗效果最差。复合土工膜的渗透系数远小于采用防水毯和黏土压实防渗方式的渗透系数,表明采用复合土工膜可有效减小景观河的渗透性能,达到一定的抗渗效果。

表4 景观河渗漏情况

为了分析防渗方式的经济性及对生态环境的影响,4种防渗方案的成本和水资源消耗情况见表5。由表5可知,不采用防渗措施,虽然不会产生建设成本,但由于景观河存在渗漏现象,其后期补水成本较大,其值为1 196 元/d;对比采用防渗措施的成本可知,采用复合土工膜、防水毯、黏土压实均存在一定的建设成本,但以上措施可降低景观河的渗漏量,从而减少其补水成本。相较于不采取防渗措施的补水成本,其补水成本最高可降低466%,表明采用防渗措施后,不仅可控制景观河的渗漏情况,还具有一定的经济性。

表5 防渗方案的成本和水资源消耗情况

分析防渗措施对环境的影响可知,复合土工膜虽然在经济效益方面具有一定的优势,但铺设土工膜会影响地下水的流动与回补,影响景观河的水质;防渗毯的透气性较好,且对地下水和土壤无污染,生态效益较优;采用黏土压实的方式可改善景观河的富营养化现象,优化景观河的水质,其生态效益显著。

综合以上分析可知,采用复合土工膜虽然具有一定的经济优势,但使用该方式生态效果较差,难以保障景观河水质,同时还需要增设人工湿地处理设施。膨润土防水毯防渗虽然有利于净化水质,且对地下水和土壤无污染,但其建设成本和补水成本较高。

为了同时保证景观河的生态效益和经济效益,将以上两种防渗措施相结合,分析复合防渗措施的防渗效果。复合防渗措施的防渗效果见表6。由表6可知,采用复合防渗措施的防渗效果优于单一防渗措施。其中,采用复合土工膜+防水毯的复合防渗措施的防渗效果最好,其渗漏量仅为9.22×10-3m3/d,且其经济成本较单一防渗方案可减少25.77%。防水毯+黏土压实的防渗措施的防渗效果次之,对生态环境的影响较小,渗漏量为9.96m3/d,但其经济成本相较于单一防渗方案有所增大,相较于单一坡岸成本,该方案的成本增加9.82%,不具有经济优势。复合土工膜+黏土压实的防渗措施的防渗效果最差,其渗漏量为10.27m3/d,相较于复合土工膜+防水毯方案,其在经济效益方面优势并不明显,但相较于防水毯+黏土压实方案,二者间的渗漏量差距较小,且复合土工膜+黏土压实方案的成本显著下降。

表6 复合防渗措施的防渗效果

综合以上分析可得,采用复合土工膜+防水毯的复合防渗措施,在经济、防渗效果及生态效益方面均具有一定的优势,可选择该方案作为景观河的防渗措施。

为了分析水位高度变化对景观河渗漏情况的影响,以不防渗景观河为研究对象,不同常水位下的景观河渗漏情况见表7。由表7可知,不同景观河水位高度间的渗漏情况具有一定的差异性,景观河的常水位与其渗漏量间呈正相关关系。当景观河常水位为8.5m时,景观河有最大渗漏量,其值为328.37m3/d;当常水位为5m时,河边缘的潜水位高程大于景观河常水位,此时的景观河渗漏量为负值。当景观河常水位较大时,河边缘30m处与河边缘100m处的潜水位高程差异较为明显,且河边缘30m处潜水位高程较大,随着景观河常水位的减小,二者间的差值较不明显。

表7 不同常水位下的景观河渗漏情况

综合以上分析可知,景观河水位高度对其渗漏情况存在一定的影响。在实际工程中,可采用调整景观河常水位的方式减少其渗漏量。

4 结 论

本文以木墩河流域为研究对象,采用Visual MODFLOW模型,对景观河的渗漏规律进行了分析,同时分析了不同防渗方式的实施效果。结论如下:

1)采用防渗措施可显著抑制景观河的渗漏情况。对比不采用防渗措施的景观河可知,采用防渗措施后,其潜水位下降率最大可达35.00%。其中,采用复合土工膜的防渗效果最好;其次为防水毯;采用黏土压实的防渗效果最差。

2)不采用防渗措施,虽然不会产生建设成本,但由于景观河存在渗漏现象,其后期补水成本较大。对比采用防渗措施的成本可知,采用复合土工膜、防水毯、黏土压实均存在一定的建设成本,但以上措施可降低景观河的渗漏量,减少补水成本,其补水成本最高可降低466%。表明采用防渗措施后,不仅可控制景观河的渗漏情况,还具有一定的经济性。

3)采用复合土工膜+防水毯的复合防渗措施的防渗效果最好;复合土工膜+黏土压实的防渗措施的防渗效果最差,且其在经济效益方面优势并不明显。