壩頭溪安全生態水系二期工程水質改善設計方案分析

劉毅韜

(泉港區水利建設管理站，福建泉州362801)

1 項目區基本情況

泉港區位于福建省沿海中部的湄洲灣南岸。泉港區地處閩南沿海，境內河流多為單獨入海河流。全區境內溪流縱橫，水系發達，主要有壩頭溪、菱溪和龍馬溪三大水系。集雨面積在20 km2～200 km2之間。其中壩頭溪為泉港區境內最大水系被譽為泉港區的“母親河”。壩頭溪流域發源于涂嶺鎮吊船山，流域總面積97.785 km2，流經涂嶺、南埔、前黃、山腰及山腰鹽場，沿途保護12個行政村，22.2萬人，4.6萬畝耕地，主干流長23.32 km，中下游主河道平均比降8.2‰～3.6‰，流域地勢呈西北向海面傾斜，地形以盆地、丘陵為主。

項目區現狀排水體制總體上為雨污合流制，尚無統一的排水系統。普安片區已沿驛峰西路鋪設雙排DN300～DN500污水干管及少量配套污水支管，污水經普安1#、普安2#兩個泵站提升，進入山腰片區污水管網。山腰片區污水干管較完善，在驛峰中路、東西二路、鹽田路和祥云路均有DN300～DN1400污水管，即南部截污管道，該管道將整個區域的污水收集后經山腰2#污水提升泵站提升后用DN800壓力污水管送入峰尾污水處理廠。壩頭溪上游區域污水管網系統建設正在逐步推進。涂嶺片區已設計沿324國道敷設的DN500污水干管，收集的污水經涂嶺1#、涂嶺2#兩個污水提升泵站提升，進入普安片區驛峰西路現狀污水管網。水質與水生態狀況見表1。

表1 項目區現狀總體評價表

2 河水改善方案與措施

2.1 白石港水系河道水體修復工程

結合壩頭溪水質情況，設計原位治理措施包括活水循環、水質凈化和生態修復，其中水質凈化、生態修復即通過生態系統的恢復與水生態系統構建，持續去除水體污染物，改善生態環境和景觀。

(1)污染源調查和污染成因分析

白石港水系片區位處城鄉結合部，通過對白水港水系現狀的分析及周邊基本情況進行調查發現，造成現有白石港水系河水污染來源有以下幾種。

1)生活污水排放

白石港水系流域面積約160 hm2，總人口約4000人。由于片區市政污水管網建設不完善，該地區未建設完善的污水收集系統，生活污水經過原建雨污合流管、溝匯集，最終排放至周邊的河流。生活污水主要組成有化糞池出水、廚余廢水以及洗漱廢水等，其主要特點是有機物、氮、磷濃度高，在厭氧細菌的作用下，容易產生黑臭。隨著近年來白石港水系片區人口數量不斷增加，生活污水排放量逐年增加，給河道水體造成了污染。

2)畜禽養殖廢水排放

調研發現，白石港水系周邊畜禽養殖以農戶散養為主，污染物排放較少，對現有河道污染較少。

3)農業面源污染

4)內源性污染物釋放

本次設計水利工程將考慮對白石港水系進行清淤疏浚，緩解現有河道內源性污染物的釋放，在河水改善方案不再考慮。故現階段對白石港水系造成的污染來源主要為流域內居民生活污水入河污染和農業面源造成徑流污染。

(2)污染量分析

1)居民生活污水入河污染量計算

參考國家環保局確定的污染源調查數據，根據平原河網地區人口數、人均用水量及人均產污系數，測算生活污水及其污染物的排放量，結果見表2。

表2 人均生活污水及其污染物排放量

2)農業面源污染入河污染量計算

白石港水系片區流域總面積約160 hm2，農田總面積約120 hm2。參考第一次全國污染源普查數據——農田徑流污染物流失源強系數，給出標準農田源強系數COD為10 kg/(畝·a)，氨氮為2 kg/(畝·a)。故：

由計算可知，流域內污染是由農業面源造成的。

3)入河污染物總量計算

入河污染物總量≈(居民生活污水入河污染量+農業面源污染入河污染量)×1.3

式中：1.3為不可預見系數。

故：入河COD總量≈(42.64+49.32)×1.3=91.96×1.3=119.54 kg/d；氨氮總量≈(10.4+9.86)×1.3=20.26×1.3=26.34 kg/d；居民生活污水入河污染占污染總量的比例COD為46.37%，氨氮為51.33%；農田面源污染入河污染占污染總量的比例COD為53.63%，氨氮為48.67%。

4)河道污染物消減量計算

河道中污染物削減量采用以下公式計算：

ΔX=S×γ=n×S0×γ

式中：ΔX為氨氮削減量，kg/d；S為河道生物膜表面積，m2；S0為河道過流表面積，m2；γ為氨氮削減系數，0.4 kg/(10000 m2·d)～1.0 kg/(10000 m2·d)；n為河床比表面積，1.5 m2/m2～4.0 m2/m2，視河床情況取值。

5)需生態治理削減污染量計算

需生態治理削減污染量(氨氮)=入河污染物總量-河道污染物消減量=26.34 kg/d-3.44 kg/d=22.90 kg/d

故:需生態治理污染削減量占入河總污染量的比例=26.34/22.90×100%=86.94%。

(3)工程布置

本工程原位措施包括河道復氧、微生物修復——生物載體、推流設備以及水生植物群落構建。

①微生物修復段：白石港水系污染物量遠大于現有河道污染物消減能力，設計在污染物入河處及污染嚴重河段布置總體積約4000 m3微生物載體，增強河道水體自凈能力[1]。同時針對現有河道內溶解氧過低，無法滿足水體污染物消減需氧量要求，設計在微生物修復段布置總長約2000 m河道復氧裝置，為水體提供充足的氧氣，滿足污染物消解要求，改善水質。

②水生植物群落構建段：在白石港水系與壩頭溪交匯處附近以及農田段河道，構建水生植物植物群落帶。

③推流復氧設備：白石港水系地處平原河網，水體整體流動性差，在河道死水區域設置推流復氧設備。

(4)分項設計

1)微生物修復段

本措施設置在白石港水系截污納管未實施前作為水質恢復的保障措施，可有針對性的去除由于周邊生活污水進入河水中的氨氮、COD等主要污染物，全面提升白石港水系整體水質。

本方案擬在人口集中區域(村莊附近)等污染集中處，設置三處微生物修復區，總體積約4000 m2，并配套曝氣系統，通過自然富集的作用在填料表面形成一層生物膜，生物膜通過其微生物的生命活動對水中有機污染物和氮、磷等污染物質進行降解，同時它對水中懸浮物也有一定的去除效果。

2)水生植物群落構建段

本方案擬在白石港水系進出水口附近及農田段布置總面積約5000 m2的水生植物群落，緩解由于河道來水及周邊農業面源污染對河道的污染。

3)推流曝氣設備

白石港水系地處平原河網，水體整體流動性差，導致水體復氧能力差，河道自凈能力不足，通過在河道死水區域設置推流復氧設備，推流曝氣設備設置間距為50 m，共計46套。

2.2 攔砂坎設計

根據現場踏勘，昆山溪驛峰西路上游因場地平整，散土受雨水沖擊進入河道，現狀驛峰西路橋涵段已淤積堵塞嚴重，而上游場地還在不斷平整中，為了減輕上游河道水土流失淤積下游河道，擬在驛峰西路上游設3座攔砂坎，見表3。后期應經常清淤。

表3 攔砂坎工程一覽表

攔砂坎布置于現狀河道主槽，采用M10漿砌條石結構，上游按1∶5利于人工清淤，兩岸與設計岸坡順接。

攔砂坎為M10漿砌條石結構，堰高均為0.60 m；攔砂坎上、下游均采用M10漿砌條石護底，厚度0.50 m；本次結合景觀，堰壩頂設置鵝卵石貼面、機切條石汀步或河卵石汀步。

3 結語

經濟建設大發展，城市化進程加快，對河流水環境具有很大影響，如河流水質嚴重污染，大面積水體被覆蓋，河道被硬化，河流原有生態系統被破壞，河流自凈能力喪失，導致城市居民生活環境質量下降[2]。通過分析，針對壩頭溪安全水生態二期工程區的水質問題，可通過采用河道復氧、微生物修復、推流設備以及水生植物群落構建、現狀河道主槽布置攔砂坎等措施加以緩解，以便為當地人民提供良好的生活環境條件。