尚文 史筆函

［1.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092；2.上海市浦東新區(qū)廢棄物管理事務(wù)中心，上海 200125］

1 引言

環(huán)境污染主要分為點源污染和面源污染，21 世紀(jì)以來，隨著全國點源污染治理工作成效日益顯現(xiàn)，面源污染逐步成為影響水環(huán)境質(zhì)量的主要因素［1-2］。農(nóng)業(yè)面源污染作為面源污染的主要組成部分，在水污染負(fù)荷輸入量中占比超過50%［2-3］，農(nóng)業(yè)面源污染治理已成為環(huán)保領(lǐng)域的重點工作之一［4］。

農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中，溶解的或固體的污染物，如氮、磷、農(nóng)藥及其他有機(jī)或無機(jī)污染物質(zhì)，從非特定的地域通過地表徑流、農(nóng)田排水、地下滲漏等進(jìn)入水體引起水質(zhì)污染的過程［5］。農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)入水體后容易引起江河湖庫的有機(jī)污染、水體富營養(yǎng)化或有毒有害污染等，并表征出水體富營養(yǎng)化、水生態(tài)系統(tǒng)破壞、自凈能力下降、透明度降低及黑臭等特征［6］，農(nóng)業(yè)面源污染治理工作亟待進(jìn)一步開展。

人工濕地是一種綠色、經(jīng)濟(jì)、低碳、生態(tài)的污水處理工藝，在我國被廣泛應(yīng)用于污水廠尾水處理、自來水廠原水處理、黑臭水體治理、水生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域［7-8］。針對污染來源分散、水量大但濃度低、徑流過程不確定性和隨機(jī)性、產(chǎn)匯流空間異質(zhì)性的農(nóng)業(yè)面源污染［2］，人工濕地是一種環(huán)境整治與生態(tài)修復(fù)技術(shù)手段，通常與生態(tài)緩沖帶、水生態(tài)修復(fù)、生態(tài)浮島、曝氣充氧等共同作為農(nóng)業(yè)面源污染的“4R”（源頭減量—過程阻斷—養(yǎng)分再利用—生態(tài)修復(fù)）控制技術(shù)［5］。

本工程為亞洲開發(fā)銀行貸款支持巢湖流域水環(huán)境綜合治理的子項目之一，通過對巢湖流域一條受農(nóng)業(yè)面源污染的河道進(jìn)行濕地生態(tài)修復(fù)，利用分級階梯式攔水土壩形成分段蓄水區(qū)，構(gòu)建水域表面流濕地和陸域生態(tài)緩沖帶，削減周邊隨地表徑流匯入的農(nóng)業(yè)面源污染，恢復(fù)并重建河道生態(tài)系統(tǒng)，凈化達(dá)標(biāo)后的河水再被回用于周邊農(nóng)田灌溉。

2 工程概況

2.1 河道概況

旭光十八澗是巢湖流域上游一條受農(nóng)業(yè)面源污染的典型河道，治理段河道長4 745 m，河口寬40～80 m，河道縱坡2‰～2.5‰。因農(nóng)業(yè)灌溉取水需要，河道被分段設(shè)置的20 多座土壩隔斷形成一個個溝塘，水系流通不暢。

2.2 工程地質(zhì)

旭光十八澗屬于巢湖流域，周邊地形為半崗半圩的濱湖平原區(qū)，位于巢湖碟形洼地的北緣，地勢較為平坦。河道所處位置的微地貌單元為坳溝、河漫灘及河床，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，河道受大氣降水和地表徑流影響較為顯著，年平均降水量879.9 mm，年平均蒸發(fā)量1 484.3 mm。

2.3 水污染現(xiàn)狀

旭光十八澗周邊為大面積農(nóng)田和分散村莊，村莊生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集后進(jìn)入污水處理站集中處理，農(nóng)業(yè)面源污染（化肥、農(nóng)藥、固廢等）隨地表徑流匯集入河，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，藻類大量生長，水體富營養(yǎng)化較重。河道兩側(cè)裸露土坡的水土流失嚴(yán)重，沖積物流入導(dǎo)致河床上抬，局部淤塞嚴(yán)重，過水?dāng)嗝婵s小，水位雍高，排澇隱患加劇。

根據(jù)位于小賈村監(jiān)測斷面的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，旭光十八澗水質(zhì)為GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，主要超標(biāo)因子為化學(xué)需氧量（CODCr）、氨氮（NH3－N）和總磷（TP），見表1。根據(jù)巢湖流域水功能區(qū)劃和該河道匯入南淝河水質(zhì)考核標(biāo)準(zhǔn)，旭光十八澗治理后主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

表1 旭光十八澗河道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) mg/L

3 河道治理工藝

3.1 河道水利計算

旭光十八澗設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，設(shè)計排澇重現(xiàn)期（P）為1.5 年，綜合徑流系數(shù)（φ）取0.6。河道主要水利設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 河道主要水利設(shè)計參數(shù)

旭光十八澗河道設(shè)計平面見圖1。

圖1 旭光十八澗河道設(shè)計平面示意

3.2 河道治理工藝

河道生態(tài)修復(fù)定義為通過人工干預(yù)促進(jìn)河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)至自然狀態(tài)，在該狀態(tài)下河道生態(tài)系統(tǒng)具有可持續(xù)性，并提高生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)完整性［9］。旭光十八澗河道不通航，旱季流量較小，坡度平緩，河道斷面較寬，具有良好的環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)條件。其河道治理工藝包括底泥清淤、生態(tài)護(hù)坡、筑壩攔水、生態(tài)緩沖帶、表面流濕地等，其中表面流濕地工藝是河道治理的核心。旭光十八澗河道治理工藝參數(shù)見表3。

表3 旭光十八澗河道治理工藝參數(shù)

4 工程設(shè)計

4.1 底泥清淤

河道設(shè)計藍(lán)線（設(shè)計河口線）寬度為60～85 m，紅線（保護(hù)范圍線）位于藍(lán)線外10～20 m。對河道藍(lán)線內(nèi)污染底泥進(jìn)行環(huán)保清淤，主要清理上層污染層和中間過渡層的沉積底泥，根據(jù)底泥探測確定平均清淤深度0.3～0.5 m，總清淤量28 464 m3，清淤方式采用非汛期分段圍堰排水后的陸地環(huán)保清淤法。

根據(jù)河道底泥取樣化驗分析，底泥中重金屬含量低于GB 4284—2018《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中標(biāo)準(zhǔn)要求，清淤底泥就近回填池塘對土壤環(huán)境風(fēng)險低。故清淤后淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)至經(jīng)過復(fù)合土工防滲膜物理防滲后的淤泥堆場進(jìn)行自然干化，將淤泥含水率從約93%降低至約65%，然后淤泥堆場上部覆蓋種植土，并撒播高羊茅、狗牙根草籽后恢復(fù)為綠地。

4.2 生態(tài)護(hù)坡

旭光十八澗河道生態(tài)護(hù)坡分為植草護(hù)坡和濕地生態(tài)護(hù)坡兩種類型。

4.2.1 植草護(hù)坡

當(dāng)河道斷面寬度小于等于設(shè)計寬度時，采用植草護(hù)坡形式。將河底拓寬至15～20 m，兩側(cè)修整為梯形斷面土坡，內(nèi)側(cè)坡比≈1 ∶3，外側(cè)坡比≈1 ∶2，河底至設(shè)計常水位以上約50 cm 范圍的坡腳采用拋塊石護(hù)砌，防止水力沖刷。護(hù)岸邊坡上種植常綠喬木、灌木和地被植物，構(gòu)建喬灌草生態(tài)緩沖帶以削減徑流帶來的面源污染，護(hù)岸兩側(cè)預(yù)留DN500 進(jìn)水管涵將沿線灌溉排水引入河道中。植草護(hù)坡橫斷面示意見圖2。

圖2 植草護(hù)坡橫斷面示意

4.2.2 濕地生態(tài)護(hù)坡

當(dāng)河道斷面寬度大于設(shè)計寬度時，采用濕地生態(tài)護(hù)坡形式。保留河道中間15～20 m 主河槽作為行洪通道，然后拓寬主河槽以外的近岸淺水區(qū)（水深0～2.0 m）作為表面流濕地，兩側(cè)邊坡坡比緩于1 ∶3，利用分段攔水土壩控制壩前水深≤2.0 m。在水陸交界面的坡腳采用拋塊石護(hù)砌以防止水力沖刷，陸域生態(tài)緩沖帶構(gòu)建同植草護(hù)坡斷面。濕地生態(tài)護(hù)坡橫斷面示意見圖3。

圖3 濕地生態(tài)護(hù)坡橫斷面示意

4.3 筑壩攔水

河道經(jīng)清淤修整后，設(shè)計河底縱坡2‰～2.5‰，每隔200～300 m 設(shè)置一道梯形攔水土壩，壩高1.0～1.5 m，迎水面和背水面坡比1 ∶2 并用條狀毛石分皮臥砌，將河道分成15 個逐級跌水的蓄水池塘串聯(lián)，每個池塘水位在沿縱坡方向由淺及深。每個攔水土壩上設(shè)置3 根DN 1 000 過水管涵將上下游連通，前端閘門調(diào)節(jié)蓄水深度及水量。洪水時，水流漫過壩頂不影響防洪排澇。

4.4 表面流濕地

4.4.1 濕地構(gòu)建

通過拓寬河道水陸交錯帶斷面寬度，并利用分段攔水土壩構(gòu)建表面流濕地區(qū)。植物群落由陸域向淺水區(qū)、深水區(qū)逐漸過渡，構(gòu)建完整的河道濕地生態(tài)修復(fù)帶：喬灌草植物帶—濕生植物帶—挺水植物帶—浮葉/漂浮植物帶—沉水植物帶［9］。其中，在水深0～0.30 m 構(gòu)建挺水植物區(qū)，水深0.30～1.00 m 構(gòu)建浮葉/漂浮植物區(qū)，水深1.00～2.00 m 構(gòu)建沉水植物區(qū)。河道表面流濕地單元縱斷面示意見圖4。

圖4 河道表面流濕地單元縱斷面示意

4.4.2 植物配置

河道兩側(cè)陸域構(gòu)建喬灌草生態(tài)緩沖帶，喬木以耐水濕喬木垂柳、池杉、烏桕為主，并適當(dāng)點綴桂花、欒樹、紅葉李等觀花觀葉植物。灌木以紅葉石楠、大葉黃楊球叢生種植。地被植物以高羊茅、狗牙根為主，起固土護(hù)坡防沖刷的作用。水位波動區(qū)種植鳶尾、美人蕉、再力花等濕生植物。

水生植物分為挺水、浮葉/漂浮和沉水植物，挺水植物選擇蘆葦、茭白、香蒲、水蔥、黃菖蒲、紙莎草等，對氮、磷污染物去除效果較好［10］。浮葉/漂浮植物選擇睡蓮、四角菱、荇菜、萍逢草等，分塊種植阻止其無序蔓延。沉水植物選擇黑藻、苦草、竹葉眼子菜、穗狀狐尾藻，起到強(qiáng)化去除污染物的目的。整個河道表面流濕地植物分塊或組團(tuán)種植，種植區(qū)分布在河道主河槽兩側(cè)，植物種植區(qū)占水面面積約20%，養(yǎng)護(hù)后植物覆蓋度將逐步增大。

4.4.3 生物操控

為豐富水體中底棲動物、魚類、貝類等食物鏈，按食物鏈比例適量放養(yǎng)本地生長的螺螄、螃蟹、水蚯蚓、河蚌和魚蝦，通過生物操控提升河道濕地的生態(tài)系統(tǒng)完整性。

5 工程效益

旭光十八澗河道治理工程效益主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)面源污染削減上，建成后河道濕地修復(fù)區(qū)削減CODCr，NH3－N，TP 分別可達(dá)419.43，20.97，4.19 t/a，河道水質(zhì)將逐漸提升至地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

工程建成后同時將構(gòu)建河道生態(tài)緩沖帶56 940 m2，表面流濕地42 105 m2，恢復(fù)和重建的河道生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)巢湖流域環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)具有重要作用，并且能實現(xiàn)節(jié)能降碳，估算碳匯量為20.58 tCO2/a。

6 結(jié)論

將濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于受農(nóng)業(yè)面源污染的河道治理是一種有效的技術(shù)手段，“底泥清淤、生態(tài)護(hù)坡、筑壩攔水、生態(tài)緩沖帶、表面流濕地”技術(shù)組合被證明是一套切實可行的河道治理工藝。修復(fù)后旭光十八澗河道在兼顧防洪排澇和農(nóng)田灌溉等原有功能的同時，提升河道水環(huán)境質(zhì)量，恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自凈能力。但該工藝組合的應(yīng)用范圍還需要進(jìn)一步拓展，相應(yīng)的污染削減機(jī)理和有機(jī)物去除效果仍需要進(jìn)行微觀化、定量化研究［2］。