植草溝在生態河道治理工程中的應用

【摘要】為有效控制河流面源污染，將海綿城市建設中的植草溝技術引入到生態河道治理中，根據河道水質控制目標，堅持問題導向、因地制宜的基本原則，對植草溝的結構和填料進行優化，制定相應方案，形成“一河一方案”，實現河道面源污染的有效控制。

【關鍵詞】植草溝；生態河道；面源污染；水質凈化

隨著社會經濟的快速發展，河流生態退化、水資源短缺、水質污染等問題也日益突出，河流生態環境惡化對人類社會的可持續發展構成了嚴重威脅，探索解決河道生態治理問題是十分必要的。在生態河道治理中，控源截污是河道生態修復的重要內容，河道的外源污染源可分為點源污染源和面源污染源兩大類，點源污染源可通過截污納管等措施有效控制，面源污染往往因缺乏有效措施而不能良好控制。

在海綿城市建設中，應用較為廣泛的植草溝技術，不僅可以輸送、滲透、蓄滯雨水徑流，消減峰值流量，還可凈化雨水，減少水體中固體顆粒、重金屬及氮磷等的含量。鑒于植草溝設施截污凈水的可行性及建設、維護成本較低，且宜與景觀相結合，將植草溝技術應用于生態河道治理工程中，根據水質控制目標對植草溝的結構及填料進行優化，因地制宜，以實現河道雨水徑流面源污染的有效控制。

1、植草溝設計

1.1 斷面設計

植草溝斷面形式可采用倒拋物線形、三角形或梯形[1]，植草溝的設計規模，應在給定設計進出水質的基礎上，根據各污染物目標去除率，確定植草溝與集水區面積比。

植草溝設計時應合理選擇縱向坡度，當植草溝縱向坡度偏小時，水流流速較慢，利于植草溝對水質的凈化，但存在洪澇風險；當縱向坡度偏大時，利于雨水的輸送，但水質凈化效果差，且會造成沖蝕。植草溝邊坡坡度不宜大于1：3，縱坡坡度不應大于4 %，縱坡較大時宜設置為階梯型植草溝或在中途設置消能臺坎[1]。植草溝最大流速應小于0.8 m/s ，曼寧系數宜為0.2-0.3[1]。對于縱坡較小的植草溝，為避免洪澇風險，可以在植草溝蓄水層設置溢流管，水量過大時可直接通過溢流管排放入河。植草溝寬度應因地制宜并結合水質凈化目標綜合確定，在保證水質凈化效果的同時，也要滿足空間和景觀要求。

1.2 結構設計

植草溝通常由蓄水層、覆蓋層、種植土層、過濾層和排水層組成，在垂向上呈反濾層結構。植草溝下凹深度及蓄水層深度可根據土壤滲透性確定，并應考慮植物的耐水性。種植土層類型及深度除滿足水質凈化目標外，還應符合種植植物生長需求，以及養護技術要求。過濾層填料可以采用砂層（細沙和粗砂），過濾層濾料須水平，以防沖刷破壞。排水層填料可采用礫石，底部可布設穿孔排水管，礫石應洗凈且粒徑不小于穿孔管的開孔孔徑[1]。當排水層與過濾層填料粒徑相差一個數量級以上時，濾料易進入排水層，隨水流進入排水管阻塞排水系統，此時應在排水層和過濾層之間設置過渡層[1]。

1.3 植被選擇

生態河道植草溝植被的選擇應當遵循以下原則：

（1）采用本土植物

本土植物不僅對當地環境具有很強的適應能力，并且不會對河道生態系統穩定造成威脅，在植草溝植物選擇時要優先選擇本土植物，對于外來物種要慎用，若必須采用外來物種，應先進行相應的生態安全性論證。

（2）采用根系發達、凈化力強且易養護管理的品種

根系發達的植物有利于水質凈化：一方面，植物根系對重金屬、顆粒態氮、磷具有攔截、吸附和促進沉降的作用；另一方面，發達的根系可以為微生物的附著、棲生、繁殖提供場所，微生物可以將水體中非溶解性氮、磷降解成溶解性小分子供植物吸收利用，而植物根系周圍的富氧區和缺氧區為微生物脫氮提供了良好的環境條件；此外，植物自身可以通過光合作用，吸收利用氮、磷等物質[3]。如香蒲、蘆葦、細葉沙草等。

（3）兼具耐澇性和抗旱能力

植草溝植物選擇時應綜合考慮雨水的淹沒時間、深度及頻率，科學選擇植物。植草溝中的植物多處于淹沒、出露交替狀態，要綜合考慮植物的耐澇性和抗旱能力，既要適應降雨期的水生環境，又要適用非降雨期的干旱環境。如蒲葦、馬蹄金、斑葉芒等。

（4）要滿足河道生態系統需求

植草溝作為河道生態系統的一部分，其植物選擇搭配也要滿足整個河道生態系統的需求，根據生態功能科學搭配植物，以提高生態系統的穩定性和群落的多樣性。

2、生態河道治理工程中植草溝技術應用案例

在上海崇明廟鎮小星河河道整治工程中，經調查小星河北岸緊鄰小星公路，小星公路車流量較大，且路面雨水未接市政雨水管道，雨水徑流直排入河，公路雨水徑流是小星河的主要面源污染源之一。

因小星河公路兩側暫無條件布設雨水管道，且小星公路與河道之間空間有限，為有效控制面源污染，對于北岸面源污染控制采用生態植草溝的措施，在小星公路路邊現有兩排水杉行道樹中間、順河方向因地制宜布置生態植草滲濾溝，如圖1所示。

該工程植草溝布置巧妙地利用了現有兩排水杉樹之間的空間結構，同時也提高了現有植物群落空間上的層次感。植草溝是公路雨水匯流入河前的第一道防線，雨水經過蓄滯、滲濾后，可有效去除水體中TSS、TP、TN含量；經凈化的水體由排水管排至河岸護坡，護坡植被對雨水進行二次攔截、吸附和過濾，進一步實現水質凈化。

在實際工程中，對于有條件接入市政雨水管線的植草溝，可將過濾凈化后的雨水排入市政雨水管線。

3、生態河道治理工程中植草溝技術應用存在的問題

1）以水文指標控制為主，而忽略水質控制

在海綿城市建設中，為了實現年徑流總量控制目標，往往會陷入水量控制為先導的誤區，因缺乏水質控制目標的考慮，常導致植草溝不能有效的凈化水質[3]。在生態河道治理過程中，在滿足防洪除澇的前提下，應充分考慮植草溝的生態性，以水質控制為先導，對雨水徑流進行有效凈化。

2）盲目照搬，不能因地制宜

在植草溝設計應用過程中，因對生態河道治理及河道周圍環境不了解，盲目照搬海綿城市建設植草溝設計應用案例，導致植草溝與生態河道治理不能有機結合，雨水凈化效果差。在生態河道治理工程中，應根據自然地理條件、水文地質特點，結合河道護岸形態，因地制宜，科學設計布置植草溝設施。

3）植被、填料選材隨意，未按水質控制目標設計

植草溝的植被、覆蓋層、種植土層、過濾層和排水層，應根據水質控制目標進行選材，根據不同的污染物控制目標，合理搭配植被、填料種類， 優化結構。如在過濾砂層中摻入適當比例吸附能力較強的沸石，不僅加強了對氮磷的吸附能力，也加大了基質的孔隙率，減少堵塞，利于氧氣的擴散及微生物掛膜，可強化氮磷凈化效果[4]。對于徑流雨水中磷、重金屬去除要求較高時，也可添加含鐵、鈣等元素較多的填料等[3]。

4、結論

在生態河道治理工程中，為有效控制面源污染，可以引入海綿城市建設中的植草溝技術，但要在原植草溝結構和填料的基礎上進行優化，使之與河道護岸結構及河道生態系統相適應。

不同河道的生態治理因存在問題不同、規劃不同、周邊環境不同，無法用統一的設計方案去解決所有河道的面源污染問題，應堅持問題導向、因地制宜的基本原則，根據河道現狀問題及水質控制目標要求，制定相應的解決方案，形成“一河一方案”，實現河道面源污染的有效控制。

參考文獻：

[1] 海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行），住建城鄉建設部，2014.

[2] 朱強，任匯東，任良志，楊玉姣，何志平. 景觀水體治理技術的研究[J]. 環境科學與管理，2009，34（05）：88-92.

[3]杜曉麗，韓強，于振亞，李俊奇. 海綿城市建設中生物滯留設施應用的若干問題分析[J]. 給水排水，2017，53（01）：54-58.

[4] 方升華. 不同生態河道基質材料對氮磷的吸附對比研究[J].北京水務， 2006，（04）：27-30.

作者簡介：邢超鋒（1990-），男，助理工程師，主要從事水利工程設計方面研究。