水生态系统在周口市水系治理工程中的构建分析

□曹　伟　□陈飞野　□胡丽香　□撖鹏飞（黄河勘测规划设计有限公司）



水生态系统在周口市水系治理工程中的构建分析

□曹伟□陈飞野□胡丽香□撖鹏飞（黄河勘测规划设计有限公司）

摘要:城市水系的水生态系统的构建应在完善现有水系的基础上，遵循“水网+绿带”的空间组织方式，对散落的湖泊、河流进行连通，且需水系上游发展适当限制传统农业，提倡生态农业，减少农药、化肥使用量，减轻面源污染。通过人工湿地进一步净化水质，使城市水系达到水清、水净、岸绿、岸美的效果。

关键词:水生态系统；人工湿地；人工浮岛

1　工程概况

周口市河流水系属于淮河流域，有沙颍河、涡河、西肥河、汝河四大水系。中心城区范围内的水系包括流沙河、幸福河、贾东干渠、洼冲沟、运粮河、杨脑干渠等六条河流。随着周口市社会经济的发展，流动人口的增加，沿河林业生态植被、公共服务设施和市政服务设施建设相对滞后，沿线村庄内垃圾、秸秆乱堆、污水乱排乱流，致使河流污染严重，臭水横流，生态环境急剧恶化，亟需进行水生态综合治理。

2　设计目标

水生态系统的构建应以流域为基本单位，充分考虑水动力学、水系和水资源规划、同时结合景观设计思路，融合河道整治、防洪工程、水利工程等各方面因素，形成综合一体化的河道水生态治理思路和实施方案，旨在：河道沿岸生态环境明显改善，原生动植物（水生动植物）得以保护；治理河段水质力争提高至Ⅲ类水；治理河段两岸提防保护区防洪能力达到预定目标；河流文化得以传承，促进经济涉水可持续发展。

3　水生态系统构建技术分析

周口市中心城区的六条河道面临的问题总体来说，是包括：①河道淤塞、水体断流；②形成现状水面的河段水体浑浊、藻类失控，污染直排，水体环境恶劣。

针对上述现状问题，我们整体的技术策略是从水动力学分析到水生态系统构建的一体化解决方案，即是:①进行水系的疏通和激活，外部规划调水来源和途径，内部增加雨水调蓄能力，能够在降雨过程中存蓄水量，适当补充河道水流，确保水体流通和循环；②营建人工湿地和自然湿地，并有机整合河滨景观的打造，净化微污染水和初期雨水面源污染的同时，优化景观效应，促进生态系统的构建；③针对景观大水面或者水面较为开阔的河段，在充分分析了其水动力学特性以后，在流速较缓慢以及死水区，根据净化效率，布置人工浮岛，兼顾景观效果的同时，通过水体复氧、碳纤维填料的设置，为微生物提供附着载体，改善河道污染物降解条件，去除河道水体中大部分的氮磷等污染物，改善水体环境；④进行水生植物（沉水、挺水和浮叶植物）的种植和调控，构建可持续的水体生态系统。具体示意见图1。

图1　水生态系统构建流程图

4　水生态系统构建设计方案

4.1调水和水体联通规划与验证

周口市水资源紧张，可利用的水资源有限。因此，合理分配水资源就显得至关重要，水资源的分配调度要结合整个规划区统一调配使用。拟采取的措施是：以跨河调水为主、雨水调蓄为辅，保证河流实现自流，并且常流量不低于生态基流流量。

在具体设计工作中应对水资源论证和水动力学进行深入分析，除了确保相应的水工构筑物设计和布置合理，水资源调配量适宜以外，还要建立数学模型对调水量和城区六条河流的河道流量、流速、常水位和洪水位进行计算和验证。这样的计算不仅仅指导调水工程的运营规则，还能为滨水景观带植物的布置地点和植物配置提供可靠的依据。

4.2人工湿地的设计

湿地是复杂的聚合体，由水，基质，植物（根、茎的导管和藻类），垃圾（主要是植物分解产物），无脊椎动物（主要是昆虫幼虫和蠕虫）和一系列的微生物（最重要的是细菌）组成。湿地处理系统多采用耐水植物种和浅的饱水性土壤来满足不同污水处理的情况。湿地处理系统的两大基本种类：表面流人工湿地或地表流人工湿地、和潜流人工湿地。

根据调查结果可知，洼冲沟每天接纳2.50万t生活污水直排，运粮河每日接纳4.20万t污水直排。根据周边城区规划用地情况以及未来生活污水量的预测，人工湿地规模应在60 hm2左右。

湿地类型是潜流湿地和表流湿地相结合的形式，既能保证水质净化效果，又能兼顾景观功能。当截污系统建设完成后，人工湿地在旱季流条件下主要处理污水排放，雨季流条件下同时可以为初期雨水的净化服务。

4.3人工浮岛和曝气复氧的设计

人工浮岛和曝气复氧设施，是采用高效原位净化技术，通过水体复氧、碳纤维填料的设置，为微生物提供附着载体，改善河道污染物降解条件，去除河道水体中大部分的氮磷等污染物，为河道水质保持和藻类预控工程提供良好的前提条件。同时人工浮岛兼具水质净化和景观效果的双重功能，特别适用于城区河道的生态修复。

人工浮岛利用漂浮栽培的技术在被污染的水体中种植挺水植物和陆生植物，利用植物的吸收和微生物的分解、合成代谢，去除水中的有机污染物和其他营养元素。浮岛基本不受水深限制，可以吸收富余营养物质，还可以营造水上景观。

曝气复氧能够有效提高水体溶解氧量，使得好氧细菌能够有氧呼吸，将河水的有机物分解，消除黑臭，使得河水清澈，同时促进水体流动，消除死水区。

人工浮岛的设计原则一般是布置到河道较为宽阔的水面、雨水排放口附近、或者死水区，净化水质并通过曝气促进水体流动和溶氧。根据现场踏勘情况分析，城区的六条河道中，除杨脑干渠较为狭窄，不适合布置人工浮岛以外，另外河道的部分河段具备布置人工浮岛的条件。人工浮岛的布置数量和具体布置位置应视河道宽度和水动力学特性进行深化设计。

4.4水生植物种植和调控设计

针对周口市水系现状，在水生植物调控方面采取近期、中期、远期分期实施，具体措施如下。

近期针对河道补水资源匮乏、水质差等问题，水生植物以周口乡土挺水植物芦苇、香蒲等为先锋物种，主要布置在河道两侧的浅水区。河道的上游和河道沿线的排污口周围水生植物种植比例（植物面积/水面积）介于60%～80%，河道下游及其他河段水生植物种植比例介于10%～40%之间；

中期针对河道补水压力有所缓解，河道沿线排污基本截流，水生植物生态系统初具规模等情况，逐渐丰富河道中下游植物多样性，引入千屈菜、梭鱼草、美人蕉、灯心草等植株较小但耐污、治污能力强的挺水植物，引入苦草、金鱼藻等先锋沉水植物，河道植物种植比例（包含沉水植物）预计介于20%～40%之间；远期针对河道整体环境已有了质的改善后，水生植物种植主要考虑其观赏性和互动性，逐渐引入荷花、鸢尾、睡莲、荇菜等色彩鲜艳，具有很强的互动性植物。整个水生植物生态系统，尤其是在河道的起始段依然以芦苇、香蒲、水葱等同时兼有净化和观赏性植物为骨架；在河道的中下游人流较大河段大面积种植荷花、睡莲等植物；整条河流均有沉水植物的生境存在。河道植物种植比例，挺水植物10%～15%，浮叶植物5%～10%，沉水植物60%以上，河道生境趋于自然状态。

5　结论

水生态系统构建是一项公益性工程，其经济效益主要表现为间接效益。规划建设应坚持节约资源、节约能源、节约资金的理念。除上述设计方案外，针对周口市中心城区水系的水生态系统构建的管理措施提出如下建议：一是水系上游适当限制传统农业，提倡生态农业，减少农药、化肥使用量，农田边界和河道绿线之间划定适当宽度的缓冲或隔离带，消减农业面源污染对河流的影响；二是建设郊区生活垃圾集中收集和处理设施，严禁生活垃圾随意倾倒，甚至入河，防止淤积河道和污染水体；三是建议设置沿周商高速生态涵养带，周商高速是本次流沙河、洼冲沟治理起点，对保证下游河道水质有重要作用。

（责任编辑：刘长垠韦诗佳）

收稿日期：2016-01-07

作者简介：曹伟（1974-），男，河南平顶山市人，高级工程师，从事水工结构及河道治理设计工作。

中图分类号：X321

文献标识码：A

文章编号：1673-8853(2016)03-0016-02