水库入库滩涂梯级生态治理技术研究

刘 征，李守蛟，张晓东

（1.山东省水利科学研究院，山东 济南250014；2.章丘区城乡水务局，山东 章丘250200）

水库入库滩涂是河道和库区相互联系，进行物质、能量和信息交换的重要纽带和缓冲带，具有陆地和水域的双重属性，是一种较为特殊的季节性湿地。山东省的水库入库滩涂在枯水期普遍存在河床裸露、垃圾遍地、杂草丛生、卵砾石遍布等现象，这不但影响美观，也造成土地资源的浪费。同时随着社会经济的发展、人口的增加、工农业的发展、城市化进程的加快，水库上游入库河道正面临着日益加剧的水质污染和水生态环境问题，入库滩涂也就成为入库河道水质净化和环境治理的最后一道重要防线。该研究结合水库入库滩涂原地形地貌，优化水生植物配置，在入库河道及滩涂上建设复合型梯级湿地系统，较大程度的增加工程生态系统的多样性和稳定性，从而使整个系统具有较强的抗污染负荷冲击能力，起到减少水库淤积，加固岸坡、净化入库水质、美化环境的作用，为山东省入库滩涂治理提供参考。

1 研究思路和方法

目前常见的河流水质净化技术繁多，由于河流本身的流动性，导致其污染物在时间及空间上的分布不均，因而河道水质净化不同于城市污水处理多采用水质原位净化技术，常见的河道水质净化方法如下：

一是物理法。主要包括：截污分流；引水冲污和换水稀释；底泥疏浚；曝气复氧。二是化学法。主要是向污染河流中投加化学药剂，使其与水中的污染物或有害物质产生反应。三是生物、生态法。包括：生物膜法；人工湿地；滞留塘；人工生态浮岛；多自然型河流。

从入库河道水质特性、技术可行性、净化效果、投资、用地等多方面考虑，对水库入库水质净化治理技术中，人工湿地和滞留塘等生物、生态技术具有成本低、运行管理简单、能持续发挥作用等特点，因此是河道水质处理的优选技术。研究把这两项技术进行优化组合，取长补短，梯级治理，在入库滩涂及河道上建设兼顾水质净化功能和景观功能的复合型梯级湿地系统。系统的组合方式采用小型湿地+砂石过滤坝+梯级滞留池+跌水曝气坝+滩涂湿地的模式，对入库水质实现物理过滤、沉降、曝气增氧、生物和基质净化吸收的有机结合。

2 入库滩涂地形改造方案

根据水库入库滩涂和上游河道工程实际情况，提出具体改造方案如下：

2.1 修建砂砾石坝

根据地形地貌和规划要求在上游河道距离库区一段距离处建筑1～2 道砂砾石坝，按反滤层结构设计建造，坝高根据枯水季来水量确定。枯水季流量较小时河水通过砂砾石坝渗流，可拦截大量漂浮物、泥沙。洪水季节可以渗流和溢流，拦截上游大量河道垃圾，也便于清淤，形成水质净化的第一道防线。

2．2 修建溢流坝

根据河道水头差，在入库河口滩涂至砂砾石坝修建多个溢流坝，坝高约2 m，形成多级滞留塘，水深不宜过大，以适宜水生植物生长和清淤。形成梯级滞留净化区，通过重力沉降、植物吸收和微生物降解等作用对水质进行净化。根据需要，滞留塘底应进行防渗处理，防渗层下设排水排气盲沟。防渗层上设砂砾石基质及种植土，根据水质配置净化能力较强的水生植物群落。梯级滞留塘串联延长了水利的停留时间，起到缓冲和促进颗粒沉降作用，可充分发挥物理沉降和厌氧消化、生物净化的功能，拦截大部分漂浮杂质和悬浮物，防止湿地堵塞。在坝下设消能防冲块石，多级溢流坝的跌水和消能，形成自然富氧，可增加水体的溶氧量，提高水体自我净化能力。

2．3 设立取水口和泵房

在入库前的最后一级滚水坝前设取水口和泵房，可根据上游来水流量和水质要求将部分来水沿岸边埋管泵送到第一级滞留净化区，进行二次净化，效果更好。

2．4 建设复合型人工湿地净化区

根据水位和蓄水要求，在入库河口滩涂或整个库区水位较浅区域建设复合型人工湿地净化区，补源型水库库底可根据渗漏量进行防渗处理，防渗材料可采用黏土、土工布等。渗透系数应合理设计，应有利于下渗补源，并使水体具有足够的滞留时间，以充分发挥人工湿地的净化作用。从库底自下而上铺设大小不一的碎石和中细砂，可作为反滤层和湿地基质使用。基质上铺设种植土，配置净化能力较强的水生植物群落。

2．5 配置水生植物，建设生态护坡

可在入库滩涂内利用清淤弃土筑成多个岛屿，并配置水生植物。岛屿在滩涂湿地建设中可以为鸟类提供栖息地，也是划分水面空间的重要手段，可丰富水面空间的色彩。

生态护坡应在满足工程功能需求的前提下，对生态系统冲击最小，亦即对水流的流量、流速、冲淤平衡、环境外观等影响最小，同时大量创造动物栖息及植物生长所需耍的多样性生活空间。

3 水生植物配置

3.1 水生植物的筛选和配置模式

水生植物是指生长在水中、沼泽或岸边潮湿地带的植物，按其生活方式、适宜水深和形态特征通常分为湿生、挺水型、浮叶型、漂浮型、沉水型植物五种类型。经调研山东省境内生长的水生植物近百种，其中，常见品种40 种左右，研究根据植物的水质净化性能和适宜水深进行筛选。

相关研究表明不同水生植物对污染物净化能力不同，不同水生植物组合比单种植物的净化效果更好。在湿地系统中, 物种和群落是该生态系统的主体，合理优化物种选择与群落配置是提高处理效率、增强系统的稳定性和景观效果的关键因素,所以选择水生植物时一定要重视合理搭配、科学配置、既有利于群体的快速形成,也具有较高的污染物净化能力和观赏价值。应根据需要进行合理配置水生植物的群落，群落模式有以下几种：

1）物种多样化模式。陆生、湿生、挺水、浮水、沉水植物依序构成生态水景的组成部分，并逐步形成一个有机和谐统一的组合体。

2）优势种主导模式。优势种在水中起主导作用，其他物种为伴生物种。

3）水质净化型模式。以大量的沉水植物和浮水植物为主，水域内点缀少量其它水生植物，主要以保持水质良好，水体透明为主。

3.2 水生植物的配置

水生植物在滩涂生态治理技术研究中的应用可按照不同的水深状况和种植位置的不同分为水边岸带的植物配置、水体的植物配置及上游河道梯级区的植物配置等。配置时要考虑到物种搭配和生态功能，做到水质净化功能和观赏功能统一协调。物种搭配应主次分明，高低错落，符合各水生植物对生态位的要求，并注意增加常绿植物。

1）水边岸带的植物配置。水岸与水面交接3 m范围内均属岸带的范畴，处于水陆交界处，土壤湿润。水边岸带的植物配植，既要考虑植物的护坡功能，还要考虑植物在水位变动时的生存能力。可以选用一些深根性物种，分层次结合种植稳固岸带，提高物种的丰富度。岸带植物配置可采用陆生灌木+湿生草本+挺水植物的模式。可配置棣棠、迎春、连翘等灌木，并点缀以柳、槐等乔木；配置蔍草、莎草、问荆、水花生等湿生草本于岸边；配置千屈菜、菖蒲、香蒲、芦苇等挺水植物于水边。即使水位变幅，这些湿生草本和挺水植物也有很强的生存能力。

岛屿区的植物配置可采用高大挺水植物+沉水植物的模式，并可点缀乔灌木。挺水植物如芦竹、芦苇、菖蒲、香蒲等单一植物丛植，利用植物姿态吸引视线，并为鸟类提供一个安静的栖息地；沉水植物如金鱼藻、狐尾藻等，不但可以净化水质也为鱼类提供食物，提高生物丰富度。

2）水体植物的配置。水体的植物配置以水生植物为主，是水质净化的主体，多种水生植物在水生生态系统中的组合使得植物间优势互补，能更有效的发挥生态功能，更好的净化水质。配置时注重水中、水面、水下合理搭配，根据水生植物的生态位按潜水、深水不同梯度，遵循自然界植物群落特点进行配置，同时兼顾净化和景观功能。

（1）浅水区的植物配置：浅水区的水深适合多种植物生长，主要可采用湿生植物+挺水植物+沉水植物的模式，并点缀以睡莲、两栖蓼、凤眼莲等浮水植物。湿生植物主要可配置千屈菜、芦苇、芦竹、慈姑、美人蕉等，挺水植物可配置黄菖蒲、香蒲、梭鱼草、再力花等，沉水植物可配置金鱼藻、菹草、苦草等。

（2）深水区的植物配置：此水域配置除应考虑植物的水深要求，还要结合水面宽度合理选择，一般以片植和群植为主。可采用浮水植物+沉水植物的模式。浮水植物可配置荷花、睡莲、睡莲、芡实等，沉水植物可配置金鱼藻、菹草等。

（3）上游河道梯级滞留区的植物配置：经过工程措施形成的梯级区过流断面增大，水体流速明显放缓，水深加大，是水质净化的重点区域。水生植物配置以净化水质为主。由于该区具有一定的河道属性，并且雨季行洪。因此该区水生植物的配置种类不宜过多，群落形状以长条状为主，同时考虑护岸和护坡的要求，栽种湿生灌木和芦苇、香蒲、芦苇、千屈菜、再力花等适应流水环境的水生植物。河道内主要配置净化功能强的浮水植物如凤眼莲、水鳖、浮萍、眼子菜等和沉水植物，如伊乐藻、金鱼藻、菹草、苦草、黑藻等。这类植物吸取营养能力强，生物生长量大，能降低水体N、P 含量，使水质好转。同时考虑利用多种植物搭配,以相互取长补短,达到最佳的净化效果。

4 典型工程治理效果

2012 年章丘区绣源河综合治理工程和大站水库工程除险加固工程的建设，在大站水库入库滩涂上游形成多个梯级库区。在工程建设过程中，按照本文技术思路在梯级区上游增设两道砂砾石坝，在滩涂增设小岛区，并合理优化配置水生植物，形成复合型梯级湿地系统。自2012—2017 年对水库及梯级区水质进行抽样监测，结果显示2013 年后植物群落稳定后，由于入库河道水质、水量等因素随月份、季节有较大变化，水库水质监测中主要指标虽有所浮动，但整体呈改善趋势。并且随着净化梯级的增加，水质主要指标呈明显改善趋势。库区生态环境和景观得到极大提高，符合当今建设景观水利、生态水利的发展趋势。

5 结 语

由于水库入库滩涂自身的多样性、复杂性、动态变化等特征,目前国内外对水库入库滩涂治理研究方面的研究较少，多为水产养殖和植树造林方面的内容。本文所述技术研究思路可兼顾入库滩涂的净水功能和景观功能，实现二者的有效结合，不仅可以缓解水质污染问题，还可以美化环境，已获得国家实用新型专利，具有广泛的推广应用前景。