利用水庫工程棄渣建設庫尾濕地的探討

朱春波，楊偉俊

(浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州310002)

(責任編輯 孫占鋒)

新建水庫將開挖大量的土石方，除綜合利用外，大部分土石方需設棄渣場棄置。受地形條件限制，部分水庫棄渣場需選擇在水庫淹沒區內布置，當地形、徑流、棄渣材質條件滿足時，可將此類棄渣場進一步規劃，改造為人工濕地，這樣一方面可減免棄渣場的占地，減少擾動面積，另一方面能增加庫區濕地面積，改善庫區水質和庫周的生態環境。

1 庫區利用棄渣建設人工濕地的可行性及條件

水庫淹沒區的棄渣場也稱作水庫型棄渣場，按棄渣堆積高程與水庫正常蓄水位和水庫沖沙泄洪的最低水位或死水位的相對關系，可分為庫面型(棄渣堆放在水庫淹沒區，頂部正常蓄水位附近)、庫中型和庫底型3 種類型［1］。按照人工濕地標準建設的水庫型棄渣場一般為庫面型棄渣場，其主要是利用棄渣將庫尾地面抬高，從而增加淺水區面積，為建設人工濕地創造條件。

人工濕地的突出優點是改善水質，當水庫工程具備設置庫面型棄渣場條件時，可結合庫區地形和棄渣材質分析其改造為人工濕地的可行性。地形是利用棄渣場建設人工濕地的首要條件，通常講，在庫尾開闊平坦的地塊建人工濕地較為合適，一方面該區域徑流流速小、濕地建成后水力停留時間長，另一方面降低了堆渣高度，也降低了水庫蓄水后棄渣場的滑塌風險。棄渣類型是否適合建設人工濕地是另一個主要條件。土壤、砂和礫石是傳統的人工濕地基質［2］。一般情況下，水庫工程的棄渣主要來自基礎開挖、隧洞開挖、庫區清表、石料場無用層等，其材質較為復雜。這些棄渣中除覆蓋層中含有腐殖質較高的土方不宜棄于庫區外，一般土、石方均可作為庫尾人工濕地的基質回填料。

2 利用棄渣建設人工濕地的技術要點

利用棄渣建造人工濕地時，棄渣中的少部分是作為表層濕地基質回填料，大部分是作為底層土石方回填于庫尾形成淺水區。利用棄渣建設人工濕地的技術要點如下:

(1)基質回填料應結合濕地類型。根據水流方式，人工濕地可分為表面流、水平潛流和垂直流三類。若來水中特征污染物為易去除的污染物(氮、磷等)，或污染物濃度較低，則可以考慮表面流或單一的水流方式;水平潛流和垂直流占地面積相對較小，凈化效果好［2］。對于表面流人工濕地，可選擇土壤作為基質，而水平潛流和垂直流人工濕地對基質的滲透系數要求比較高，應選用砂子、爐渣或它們與土壤的混合物等作為基質為宜［3］，也可利用棄渣中的砂礫石作為回填料。確定濕地類型后，就可按照要求對棄渣中的材質進行分選。除基質回填料外，其余棄渣作為一般土石方回填在濕地區底層。

(2)合理確定基質回填厚度及頂面高程。人工濕地基質的厚度一般根據所栽種的植物種類及根系的生長深度來確定，以保證濕地床中必要的好氧條件［4］。一般情況，喬灌種植區的基質回填厚度要大、草本植物(包括挺水植物、浮水植物及沉水植物)回填厚度相對較小。基質回填后的頂高程一般選在水庫正常蓄水位附近較為適宜，這樣不僅可減少濕地在高水位的運行時間，還可以在水庫水位較低時將庫尾來水部分或全部引入濕地，以保證濕地的正常運行。

(3)合理選擇濕地中的植物種類。濕地中的植物種類應遵守一般的篩選原則，如適應性、生長能力、多樣性等［2］。此外，由于濕地是建在水庫庫尾，所以不能選擇過多的喬灌木，尤其是在主河道附近，以防止形成過大的阻水范圍，抬高上游回水水位。水庫水位變化較大，尤其是汛期有可能長時間保持在正常蓄水位以上，因此濕地中的植物一定要耐水淹。華東地區推薦耐淹植物種類如垂柳、榔榆、落羽杉、楓香、楓楊等。

3 實例分析

某新建水庫位于低山丘陵和平原的交接地帶，為某城市備用水源地，壩址以上集雨面積17 km2，多年平均流量0．4 m3/s。設有攔河壩、引水隧洞等建筑物，另外為改善水庫水質，設有水泵、輸水渠道等庫區水循環系統。工程建設過程中，通過壩后回填、外運利用于其他工程等減少了棄方量，但仍有近35 萬m3的棄渣需設棄渣場堆置。

從項目區周邊地形來看，水庫淹沒區外地塊多為經濟效益較高的茶園，且居民點相對密集，不適宜作為棄渣場，而適宜堆渣的地塊可容納的棄渣數量又比較有限。結合工程本身來看，水庫上游來水氮、磷水平較高，除庫區水循環系統外，仍需其他措施來改善水質，而庫尾庫區淹沒范圍內不僅地勢平坦，而且面積較大。因此，考慮在庫尾淹沒范圍內設置人工濕地，消納部分棄渣的同時可改善庫區的水質。經平衡分析，除庫區清表土方外，其余料場無用層、基礎開挖方等共計14萬m3棄方可用于庫區人工濕地的建設，濕地平均堆渣高度2．5 m 左右。由于工程在庫尾設石料場開挖近40萬m3的石方，且開采高程在正常水位以下，因此在庫尾設置棄渣場對水庫的興利庫容影響不大。濕地位置如圖1 所示。

濕地選址在庫尾地勢較開闊和庫區水循環系統出水口處。由于庫尾地勢平坦開闊，河道坡降小，因此濕地修建后，上游的回水位增加幅度不大。

設計時，首先在地勢較低處修建一座約2 m 高的攔渣墻，擋墻以上棄渣以1 ∶4 邊坡放坡，并利用棄渣中的塊石護坡。棄渣面抬高至正常蓄水位附近，并保持渣頂0．5% ～1．0%的坡度，棄渣表面覆基質填料。濕地上游以表面流為主，主要填筑棄渣中的土方作為基質，下游以潛流為主，填筑棄渣中的碎石土作為基質，基質厚度0．5 ～1．0 m，其中近岸部分地塊考慮種植少量喬灌木，按照潛流濕地的鋪設方法，基質厚度增加到2．0 m。表面流濕地面高程控制在正常蓄水位以下0 ～0．5 m，潛流濕地面高程控制在正常蓄水位以下0．5 ～1．6 m。另外，庫區水循環系統出水口附近的濕地，結合出水口高程，設多級跌水，達到曝氣效果。

圖1 工程區地形示意

由于該水庫為城市的備用水源，其水位多保持在正常蓄水位附近，所以濕地中的植物應以蘆葦、香蒲、美人蕉、千屈菜、蘆竹等挺水植物為主，同時在近岸地塊種植少量水杉、木槿、火棘等耐水喬灌木，濕地下游種植苦草等沉水植物。

4 應注意的問題

目前，針對人工濕地的研究和設計主要是圍繞其在滿足污水處理效果的前提下進行的。利用棄渣在水庫內新增人工濕地具有一定的特殊性，同常規設計方法不同。因此，設計時應注意以下問題:

(1)庫尾回填棄渣、種植植物后將抬高水位，增加庫尾的回水范圍，需復核新增的土地征用。

(2)無論是棄渣堆置的人工濕地還是庫區棄渣場，水庫水位升降對棄渣的穩定性均有影響，因此建議渣體不要堆得過高，優先采用分級擋墻，并在擋墻內設置排水設施。擋墻應坐落于堅實基礎之上。

(3)濕地內植物配置，應考慮水庫的高水位和低水位對植物的影響，采用易于管理及自我更新能力強的植物種類。

［1］操昌碧．水庫型棄渣場水土保持工程措施的設計［J］．水電站設計，2009，25(3):46－51．

［2］曹笑笑，呂憲國，張仲勝，等．人工濕地設計研究進展［J］．濕地科學，2013，11(1):121－127．

［3］徐德福，李映雪．用于污水處理的人工濕地的基質、植物及其配置［J］．濕地科學，2007，5(1):32－38．

［4］蘇錦明．人工濕地設計相關規范的研究與探討［J］．給水排水，2011，37(z):174－176．