基于人工濕地在北方山區河道生態修復中的應用

王 萌，陳艷芳，王黎明

(淄博市水利勘測設計院，山東淄博255020)

人工濕地系統是一個綜合的生態系統，它應用生態系統中物種共生、物質循環再生原理，結構與功能協調原則，在促進廢水中污染物質良性循環的前提下，充分發揮資源的生產潛力，防止環境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益。具有投資低、出水水質好、抗沖擊力強、增加綠地面積、恢復生態、改善和美化生態環境、視覺景觀優異、操作簡單、維護和運行費用低廉等優點，在污染河水的治理方面具有良好的適應性。經過人工濕地系統處理后的出水水質因進水水質或停留時間的不同，可達到不同的標準。適用于水源和景觀用水保護，處理后的水可以直接排入湖泊、水庫或河流中。

1 工程概況

本工程位于山東省淄博市沂源縣，工程治理段為沂河沂源縣城區段，近年來，隨著沂源縣經濟的快速發展，基礎設施建設逐年增加，當地居民環境保護意識逐漸加強，沂河污水橫流，垃圾成堆，河道行洪能力不足的現狀無法保障沂河兩岸人民群眾生命財產的安全，已不能滿足城市發展的需要，群眾要求治理生態環境的呼聲很高。

2 水文

本工程屬于沂河流域，屬山溪性河流，降雨后水位暴漲、暴落，洪水夾帶泥沙較多，河床多為砂質，沖淤作用明顯。河床滲漏，干旱少雨時，河道出現干枯斷流現象。地勢沿沂河流向自西北向東南傾斜。

工程區屬暖溫帶季風區域大陸性半濕潤氣候，其四季特征分明。常年平均氣溫11.9℃，霜凍期自11月中旬至翌年2月底止，歷時約120 d，降雨主要集中7、8月份，多年平均降水量718.1 mm，年平均風速3.3 m/s，最大凍土深度<0.5 m。

工程區屬山間河谷地貌，第四系沖積地層厚度較厚，無泥石流、滑坡、崩塌、地震、液化等不良地質現象，地層巖性以中粗砂為主，另有砂卵礫石層。

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2001)，地震基本烈度為7°。

3 河道現狀

1)河道平面形態:本次治理河段，河道左岸為沂源縣城區段，部分河道建有河堤，大部分完好可利用個，僅有局部存在毀壞現象。右岸緊靠山丘，灘地較寬，單側灘地最寬處可達150 m。該段河道岸線自然彎曲幅度較大，平面凹凸有型，呈葫蘆狀較多。

2)河道坡降:該段河道綜合坡比在1.2‰，有天然深潭和淺灘，汛期水量充沛時形成水域。近年來，無序過度采砂和非法侵占河道等現象屢禁不止，致使該段河道千瘡百孔，局部河床下切、河堤坍塌、行洪斷面逐步縮窄，河床溝壑縱橫。

3)水質:由于缺乏統一規劃治理，沿河生活污水直接排入河道，河水現狀呈褐色，氣味刺鼻。

4 河道修復對策

河流生態修復的定義:河流的生態修復是指通過適度人工干預，促進河流生態系統恢復到較為自然狀態的過程，在這種狀態下河流生態系統具有可持續性，并可提高生態系統價值和生物多樣性。

該段河道的治理定位為綠色生態河道，以突出“水清、岸綠、景美”為重點，恢復河道原有的生態面貌，為沂源縣打造一條“水清、岸綠、景美”的綠色生態長廊。

針對該段河道一側靠山，河道灘地較大的實際情況，想要恢復河道兩岸的植物，必須采用人工干預的方式。而人工濕地應用時的平面形態應盡量保持自然彎曲的形態，滿足該段河道的天然平面。該段河道的自然形態，河道坡比等均滿足要求，具備建設人工濕地的條件。

5 人工濕地設計

結合該段河道的實際情況，本次工程共建設人工濕地面積17.21萬m2。

5.1 位置選擇

為做到水體和生物的多樣性，創造宜的生存環境，本次工程首先對該段河道進行清淤疏浚，清除河道內的違章建筑垃圾，恢復河道的天然面貌，在此基礎上依托現狀河勢，保護河道內現有的沙洲、深潭等，選擇河道灘地較大的位置建設人工濕地，隨地形變化，做到有凸有凹，深淺結合，底部設置格賓石籠，利用河道原有卵石達到濕地底部多孔質化，保證曲流。

5.2 水源補充

山區河道為雨源性河道，河道水量受氣候變化影響較大，為保證植物的存活，選擇河道斷面狹窄段修建溢流堰，為人工濕地提供水源。在河道較窄的位置修建溢流堰，共修建4座溢流堰，利用自然地形和溢流堰回水為各種生物創造適宜的生存環境，同時可以降低水流速度、蓄洪涵水、削弱洪水的破壞力等。溢流堰在滿足補充人工濕地水源的同時，其斷面形式上采用多樣化，壩頂采用天然石塊砌筑、園林汀步等樣式，營造曲徑通幽的天然的河道景觀，為沂源縣城區居民提供休閑娛樂，放松性情的好去處。

5.3 物種選擇

作為長期運行的河流治理工程，人工濕地系統中的植物和水生動物群落結構應當既與淄博當地的自然環境相適應，又能最大限度提高對水質的凈化效果，適應北方河道水量變化大的特點，并保持系統運行的長久穩定性。同時，經濟可行性也是選擇生物時所必須要考慮到的。目前人工濕地植物的應用普遍存在著枯死衰退、雜草叢生和根系擴展較淺等問題。

蘆葦、菖蒲和美人蕉是人工濕地系統中經常采用的3種植物。除了對污染物去除效果較好之外，3種植物還有其自身的特點:蘆葦在我國的分布較為廣泛，適應性較強，而且有關文獻表明根系有強烈的泌氧作用，在根系周圍可以形成許多好氧～兼氧～厭氧小環境，有助于不同種類微生物的生長，從而提高系統對污染物的去除效果;菖蒲的返青期較早，有利于填補早春系統植物的空白;美人蕉枝干比較粗壯，可以從水中吸取固定較多的污染物質。

結合沂河沿岸主要的植物群落以蘆葦和菖蒲居多，考慮本地物種優勢，以及后期運行管理，本人工濕地中試系統采用蘆葦、菖蒲作為主要物種。

5.4 河道橫斷面設計

按照因地制宜、就地取材的原則，確定該段河道采用梯形和梯形復式斷面。保證枯水期流量小，水流歸槽主河道，洪水期水流漫灘，利于行洪滯洪。治理中充分開發利用河灘，設置人工濕地、進行綠化。河道橫斷設計圖見圖1。

圖1 河道橫斷設計圖

5.5 人工濕地的典型模式

1#人工濕地的主要參數:濕地面積:3.06萬m2;水深:0.3～0.8 m;濕地植物:主要種植蘆葦、菖蒲等;組合層:主要采用的是卵石，直徑1～10 cm不等。卵石造價低廉，孔隙率高，利于植物生長。人工濕地結構見圖2。

圖2 人工濕地結構示意圖

6 結語

總得來說，人工濕地系統在改善北方山區河道水質，修復河道自凈能力，河道生態環境方面是有潛力的，它具有4個優點:①建造和運行費用便宜;②易于維護，技術含量低;③可進行有效可靠的廢水處理;④可緩沖對水力和污染負荷的沖擊等優點，但是修建人工濕地在淄博市的河道生態修復中起步不長，還處于初步試驗和摸索階段，重建輕管現象嚴重，往往很多人工濕地建設由于后期疏于管理或管理不到位，難以發揮作用。為了更好的發揮人工濕地在河道的凈水能力和景觀需求，建議沂源縣水利局有關部門加強對人工濕地的后期管理和維護工作，收集人工濕地運行過程中的相關數據，提高工程的可持續性。

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