安圖縣長興河生態水利工程探索和研究

劉樹峰　亞紅　楊松禹　馬玉芹

摘要：隨著近年來生態保護意識的增強，傳統的水利工程項目已經不能滿足綠色可持續發展的生態要求。生態水利工程作為水利工程發展的新方向，融入了許多新學科，不僅在工程技術上有所創新，對于建設穩定的生態系統也有新的理解。安圖縣是全國重點生態功能區和國家生態文明先行示范區的核心區，因此生態文明建設顯得格外重要，在工程模式和生態環保新技術上都有所創新。安圖縣生態水利工程具有東北地區生態水利工程示范性意義，有利于新技術的推廣和研發，有利于建設可持續發展的生態體系。

關鍵詞：生態水利;可持續發展;節約環保;生物修復

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2019.06.038

中圖分類號：TV1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1580（ 2019） 06-0186-04

一、生態水利工程建設理念

（一）生態水利工程建設內涵及意義

水生態文明建設的內涵和意義。水生態文明建設要做到：首先，“尊重自然、順應自然、保護自然”的生態理念，其內涵的實質是可持續發展;其次，多維良性發展;最后，仝效益最優。[1]水生態文明建設是一個系統工程，堅持保護和節約優先的理念，構建人一水一社會和諧可持續發展的資源節約型和環境友好型社會。必須堅持人與自然和諧共生的基本方略，牢同樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，大力發展水生態文明建設，推動形成人水和諧美麗中國現代化建設新格局。[2]

（二）生態水利工程與傳統水利工程的區別

傳統的水利工程措施不利于恢復自然植被、不利于生態平衡，對天然生態系統具有一定的破壞性，傳統的水利工程對天然河流生態系統的破壞性表現在以下的兩個方面。

1.將自然河流幾何化。天然彎曲的河流經過人工設計改造變成了直線的渠道，在一定程度上人為地增加了河流流速增加了洪水的風險，將天然河流非幾何斷面改造成簡單的梯形弧形等規則的斷面，并且使用混凝土、砌石等硬質材料將河床和河道邊坡硬質化，改變河岸原貌對河流周圍的爬行類、兩棲類動物造成了巨大的影響，破壞了生態系統的穩定性。

2.將自然河流片段化。河壩建設導致河流在水流方向上不連續，原本流動的河流生態系統成為了一個相對靜止的人工湖。流速，水深，水溫和水流邊界條件都因此發生了顯著變化。水庫形成后，也改變了原河流養分遷移規律。當溫度較高時，水庫會攔截河流的養分，引起藻類大量繁殖，對河流生態系統和人類生活產生一定的影響。水位線上移導致原始森林、草地或農田被洪水淹沒，陸地動物被迫遷移。生態水利的研究就是解決水利與生態系統之間的關系。[3]

生態水利在宏觀上是研究水資源的開發利用以及對生態環境的影響、水利工程建設與生態系統演變之間的關系。生態水利工程在提高水資源的有效利用水平、節約用水方面彌補了傳統水利工程的不足，確保了生態系統的自我恢復和良性發展的途徑和措施。隨著城市規劃建設越來越重視景觀效應，強調生態環保的重要性，生態水利工程治理與施工技術將是水利工程設計的主要方向，防洪與水污染治理相融合的生態水利工程施工技術有利于現代社會的可持續發展，開展生態治理、快速節能施工技術的研究勢在必行。[4]

（三）生態水利工程的任務

1.維護水源地和降低水體污染程度

我國雖然在預防和治理水污染上投入了很大的資金，但是對于河流的自身恢復建設并沒有采取有效的方法，城市周邊河流、湖泊、地下水還是遭到不同程度的污染。同時，水資源浪費現象極其嚴重，其中以農業灌溉為主的效率僅有40%，沒有處理的城市管網排污使許多水體受到污染，更加劇了水資源的短缺局面。而生態水利工程可以在一定程度上降解農業灌溉和生活污水所生產的污染物，通過種植植被和人工設計跌水用物理、化學、生物相結合的于段恢復河流原有水質。

2.恢復生態穩定性

切實保障飲用水源的安仝，加強河湖水環境的改善和長期治理。將自然恢復與人工恢復相結合，適應當地條件保護水源，實現退耕還湖的長效機制，穩定恢復江河湖泊的自然連通性，穩定河流生態系統及周邊環境生態系統。[5]通過生態水利工程建設來提高河流自身凈化能力，增強環境恢復力，穩定區域生態系統循環。

二、安圖縣生態水利工程概況

（一）安圖縣自然概況

安圖縣是延邊朝鮮族自治州的一個下轄縣，位于吉林省東部，延邊朝鮮族自治州西南部，南部與朝鮮民主主義人民共和國接壤，北部與“東北亞”相鄰，是東北地區重要的經濟合作圈的腹地。安圖縣被稱為“長白山下的第一縣”。它是中國礦泉水之鄉，吉林省“長白山大型天然礦泉水基地”，“綠色”中藥出口基地縣，國家生態示范區。

二）長興河概況

長興河發源于安圖縣長興鄉，由北向南，流經安圖縣明月鎮東側，于安圖縣城區南側，福興河匯人口下游600m處匯人布爾哈通河。長興河上擬建有中型水庫長興水庫，水庫壩址在長興河上游，距二青水庫下游約2.Okm、慶農村3隊北200m處，距安圖縣城22km，壩址以上控制流域面積89.59km2，河道長度為18.19km，河道平均比降為13.2‰。長興河河道內形成若干個生態綠島，風景優美，適合設置城市濱水景觀廣場，但近些年洪水過后，河道生態綠島破壞嚴重，河床改道，沿山體一側生態良好區植被損壞嚴重，沿堤防一側新建濱水廣場新開辟的河道淤堵嚴重.沿河灘涂植被破壞嚴重。近幾年來，我國各個地方都加大了對城市河道整治的力度，并取得較好的成效，不僅使河道的防洪、排水和排污能力有了較大的提高，同時也美化了城市的環境。

河道治理是一項長期的系統工程，不僅要使河道的功能得到快速的恢復，同時還要使河道滿足人類生存的要求，使其成為城市發展的載體，所以加強河道治理，尋找更快速、更有效、更切實可行的治理方法具有非常重要的意義。下圖為安圖縣城區水系連通及生態水利治理工程施工現場。

（三）存在的主要問題及現有污染狀況

1.河道植被破壞嚴重，水利設施陳舊

近年來，雖然安圖城市建設和社會經濟得到長足發展，但城區河道的治理相對滯后，缺乏綜合治理，加之汛期水體含沙量大，汛期造成河道淤積，部分河床已露出水面，河道兩岸植被除布爾哈通河外，福興河和長興河兩岸植被破壞嚴重。另外，城區內原部分攔河壩因年久失修，已經失去原設計功能，對河道行洪也造成一定的影響。

2.河道缺乏景觀性，與城市發展不符

隨著城市建設步伐的加快，這三條河流部分成為城區內河道，城市河道除應滿足防洪排澇的基本功能之外，還應成為城市中靚麗的風景線，發揮其景觀功能及生態效益。現在河道兩岸均無治理，雜草叢生，兩岸樹木以楊樹、柳樹為主，缺少供群眾近水的步道、自行車慢道等設施，缺乏開敞空間及生態綠道空間，使河道整體現狀與周邊已建城市道路及城市建設缺乏有機的銜接。

3.河道排污現象及水體污染

實驗數據分析：表1為長興河實驗段排污口及其附近水域的水質指標，取樣時間為9月中旬。從數據中可以看出3個排污口排出的污水都在不同程度上對長興河水質有所影響：1號排污口主要污染物是有機污染物，2號排污口的主要污染物是磷和氮，除此之外還排放了濁度較高的水，降低了水體的透明度，3號排污口由于匯集了少部分的農田水導致了糞大腸桿菌群超標。并且檢測在試驗段下游混合了主河道水體后污染物濃度并沒有下降。由河道的地質剖面圖可以看出，長興河實驗段的河床是由卵礫石和砂巖組成的，因此河流流速快，河床底部的淤泥量很少，降解污染物的厭氧菌群難以在河床底部存活，導致了河流自身凈化能力并不是很強，受到污染物的影響程度較大。

增強長興河試驗段的自凈能力方案：建立透水壩，增加試驗段水深和降低流速;人為增加底泥量，投人工程細菌形成河流自身凈化條件;在排污口處建立格柵，絮凝藥物投加裝置和曝氣裝置，降低進入實驗段的污染物濃度;建設浮島等綠植措施，從水體中吸收過量的氮磷。

從表1中不難看出，部分數據超出國家三類水標準，鑒于選取的長興河實驗段位于當地的景觀水體上游，考慮到當地居民的用水需求，對試驗段水體進行生態修復，降低糞大腸桿菌群指標意義重大。

（四）生態治理方案

除基本的工程方案外，生態治理方案是生態水利中必不可缺的重要環節，需要因地制宜配合當地原有河流體系、水質情況、氣候變化等影響因素來建設人工生態體系。生態治理方案要考慮到各項學科之間的配合，才能拿出較為仝面的治理措施。

在河道治理上，應當采取局部控制和整體控制相結合的方式。局部控制點污染源，整體控制線或面污染源，既要對污染源（排污口）施加工程措施又要對河道整體提供自身凈化的能力。

例如：安圖縣長興河生態水利工程，該研究項目位于長興河段，目標區域含有三個污水排放口。該研究擬計劃于目標區域設置三組凈化措施。

1.預處理

設置格柵，攔截目標區域大塊物質，降低對后段其他設施的影響;投加絮凝劑，根據水體流速、懸浮物濃度設置絮凝投加裝置，降低水體濁度。

2.生物修復

設置兩段生物膜反應器：一段設置至河道較窄位置，前段設置跌水設施，保證一段溶氧濃度;二段設置至河道較寬位置，降低河道流速，同時設置曝氣裝置對河水進行供氧。

岸邊設置生物膜反應器池體對復合菌群進行培養，原水為河水，3～7天培養至掛膜狀態，方可放置于河道中;生物菌選擇工程用復合微生物菌群，強化生物效果。

3.植物吸附

選用植物浮床進行種植、同定;植物選擇：千屈菜、睡蓮、黃菖蒲、香根草等水生植物;可選擇投加藻類、魚類及其他浮生、光合細菌及動物。

（五）技術突破

氮和磷在水體中過多時，會造成水體的富營養化，藍細菌和綠藻等微生物大量繁殖，它們產生的毒素不僅會導致魚和蝦的大量死亡，也會威脅到人的健康安全，由于死亡的魚蝦實體在水中不能夠有效地分解利用，會造成水體缺氧從而加大水體污染，不但影響人類生活，情況嚴重還會影響工業和農業生產。因此，在生態水利工程設計中應當考慮適當增加設計元素以提升河流水質，去除破壞生態因子，維護生態系統穩定。

總體上講，生態水利河道修復技術就是利用植被、工程細菌，生物膜處理技術、造流，有效控制、提升水質指標。在設計和施工過程中，最經濟化的措施就是利用物理設計來達到化學效果，例如跌水曝氣，在涵蓋排污口的河道中利用跌水曝氣，高效充氧，形成強氧化環境，有利于污染物分解及水中微生物繁殖，增加河流整體的含氧量對恢復生態結構的穩定有著重要的意義;對于緩流水體，人工湖，觀賞水體景區，采用工程細菌生物膜技術，激活、強化土著微生物種群，有效降解有機淤泥，還能為種植的綠色植被提供養料，進行物質循環;逐步恢復自凈能力、水體活性。但是由于工程細菌不是單一菌種，都是復合菌群，不同的菌種對于水體環境的要求也是不同的，受東北寒冷氣候的影響，市面上大部分的工程菌群都難以抵抗極寒氣候，因此，培養耐寒的工程菌有著重要的意義。此項工程技術在東北地區天然河道中首次得到運用，對吉林省其他地區的河道提升水質的方法具有重要的參考價值。

四、總結

生態水利工程是傳統水利工程和環境工程等學科有機結合的產物，保證了生態系統的穩定和可持續。[6]生態水利工程必須符合水利工程和生態環保的原則。生態水利工程將成為河流生態建設的新方向，與傳統的污染控制技術、清潔生產（生態產業），環境立法和資源管理相結合打造綠色工程新模式。安圖縣長興河生態水利工程在東北高寒地區具有一定的創新性和示范性，對于在東北地區推廣生態水利工程具有很重要的影響，受到環境氣候因素影響，許多生態治理技術和施工方法都屬于研究階段。在推行河長制和發展生態水利工程的工程中，仍需各部門貫徹落實生態理念，相互配合，共同為吉林發展添磚加瓦。

[參考文獻]

[1]段瑛.淺論水生態文明建設[J].陜西水利，2013（zl）.

[2]蔣翠紅，張惠峰，劉永波.發展水生態文明建設，全面推行河長制——吉林省長春市水利部門一直在行動[J].南方農機，2018（06）.

[2]董哲仁.水利T程對生態系統的脅迫[J].水利水電技術，2003（07）.

[3] ASCE River Restoration Subcommittee on Urban Stream Resto-ration. Urban stream Restoration [J]. Journal of Hydraulic EngineeringASCE，2003（ 07）.

[4]董哲仁.生態水工學的理論框架[J].水利學報，2003 （01）.

[5]陳雷.堅持生態優先綠色發展以河長制促進河長治——寫在2017年世界水日和中國水周之際[J].水利發展研究，2017（ 03）.

[6]董哲仁.河流生態恢復的目標[J].中國水利，2004 （10）.