章丘大站水庫入庫灘涂梯級生態(tài)治理措施

楊海梅，劉 征，曾桂華

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

大站水庫位于山東省濟(jì)南市章丘西巴漏河下游，控制流域面積440 km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼有供水、養(yǎng)殖等多用途的中型水庫。章丘市委、市政府根據(jù)地理位置重要性，提出利用“水庫風(fēng)景區(qū)”改善水庫水環(huán)境，擬形成333.33 hm2的水面相連。除通過上游河道來水進(jìn)行水庫蓄水外，另通過凈化周邊兩個煤礦礦坑排水后調(diào)水補(bǔ)源1 000 萬m3。西巴漏河貫穿市區(qū)南北，河流發(fā)源于南部山區(qū)，全長87.7 km，流域總面積667 km2。流域水質(zhì)污染源有煤礦礦坑水、生活污水、中小企業(yè)的生產(chǎn)廢水。沿途各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的個體私營企業(yè)廢水對河流也造成一定的影響。

1 研究方法

結(jié)合大站水庫入庫灘涂整治和上游河流綜合治理工程實際，作為典型案例進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計改造，在入庫河道灘涂及河道上增加工程生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)物理過濾、沉降、生物凈化吸收有機(jī)結(jié)合，凈化入庫水質(zhì)、美化環(huán)境，建立較強(qiáng)的抗污染負(fù)荷沖擊能力的復(fù)合型梯級濕地系統(tǒng)。

同時明確水庫入庫灘涂生態(tài)治理的相關(guān)概念，規(guī)劃建設(shè)多級攔河壩形成多個庫區(qū)，利用水庫除險加固工程中開挖土方在灘涂庫區(qū)內(nèi)形成多級小島和小型濕地庫區(qū)。根據(jù)水庫入庫灘涂水位的變化情況，分析研究多種水生植物的生長習(xí)性并進(jìn)行優(yōu)化、優(yōu)選，群落配置，采用合理的工程措施分梯級對水庫灘涂進(jìn)行綜合規(guī)劃設(shè)計、治理、總結(jié)。

2 入庫灘涂改造方案

1）根據(jù)地形地貌和規(guī)劃要求，在河流綜合治理工程項目南入口上游河道按反濾層結(jié)構(gòu)設(shè)計建造1～2 道砂礫石攔河壩，壩高根據(jù)枯水季來水量確定。

2）在入庫河口灘涂至砂礫石壩，根據(jù)河道水頭差修建多個壩高1～2 m 的滾水壩，形成多級滯留塘，水深需適宜水生植物生長和清淤，多級層設(shè)形成梯級滯留凈化區(qū)，通過層層重力沉降、多種植物吸收和微生物降解等作用進(jìn)行水質(zhì)凈化。

3）根據(jù)上游來水流量和水質(zhì)，在入庫前的最后一級滾水壩前建泵房和取水口，沿岸邊埋管泵，將部分來水送回第一級滯留凈化區(qū)，對水質(zhì)進(jìn)行二次滯留、凈化和富氧。

4）滯留塘底根據(jù)滲漏量對補(bǔ)源型水庫庫底進(jìn)行防滲處理，防滲材料可采用黏土、土工布等。防滲層上設(shè)砂礫石基質(zhì)及層厚20～40 cm 的種植土種植凈化能力較強(qiáng)的水生植物群落，基質(zhì)厚度應(yīng)大于植物根系所能達(dá)到最大深度，滲層下設(shè)排水排氣盲溝。通過梯級滯留塘串聯(lián)，可延長水力停留時間，緩沖和促進(jìn)顆粒沉降，充分發(fā)揮物理沉降和厭氧消化、生物凈化的功能，可攔截大部分漂浮雜質(zhì)和懸浮物，能有效防止?jié)竦囟氯Ｔ趬蜗略O(shè)防沖塊石消能，通過多級滾水壩的跌水和消能提高水體自我凈化能力，形成自然富氧，增加水體的溶氧量。

5）根據(jù)水位和蓄水要求，在入庫河口灘涂水位較淺區(qū)域或整個水庫，從庫底自下而上鋪設(shè)反濾層，由大小不一的碎石和中細(xì)砂組成，總厚度30～40 cm，亦作為濕地基質(zhì)使用。

6）在入庫灘涂內(nèi)利用清淤棄土堆積形成多個島嶼，島嶼與水形成水地相連的濕地環(huán)境，空間上富有層次。在島上選擇種植本地濕地植物，美化凈化水質(zhì)與環(huán)境，為鳥類提供棲息地，豐富生物的多樣性。

7）建設(shè)生態(tài)護(hù)坡，工程與植物形成綜合護(hù)坡系統(tǒng)，對生態(tài)系統(tǒng)沖擊最小，亦對水流的流量、流速、沖淤平衡、環(huán)境外觀等影響最小，創(chuàng)造動物棲息及植物生長的多樣化生活空間。

8）在設(shè)計水庫南端兩道砂礫石壩上游，人工引種香蒲為主的水生植物群落，不影響行洪需要又能形成小面積的濕地環(huán)境；在河流砂石壩上游、河道梯級區(qū)域及水庫入庫灘涂種植水生植物，梯級河道采用金魚藻為主的水生植物群落，灘涂區(qū)采用香蒲+蘆葦+金魚藻為主的水生植物群落。

9）濕地植物通過根、莖、葉的阻擋作用，達(dá)到沉降泥沙、減緩水流速度的目的；濕地植物可以吸收利用、吸附、富集水中的營養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。另外，濕地植物根部附著大量細(xì)菌，可以加快水中污染物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化和循環(huán)。

3 影響分析

1）對水庫水質(zhì)的影響。自2012 年至2016 年對水庫水質(zhì)進(jìn)行抽樣監(jiān)測，以數(shù)據(jù)可以看出，工程完工、2013 年后植物群落穩(wěn)定后，水庫水質(zhì)監(jiān)測中溶解氧、總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指、生化需氧量、葉綠素a 等主要指標(biāo)整體呈下降趨勢，水庫水質(zhì)得到有效改善。2017 年汛前對灘涂上游梯級區(qū)域水質(zhì)分梯級抽樣，試驗結(jié)果見表1。從表中可以看出，隨著梯級生態(tài)治理區(qū)長度的增加河道內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測中總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量、等主要指標(biāo)呈下降趨勢，入庫河道水質(zhì)得到有效改善。

表1 分級抽樣試驗結(jié)果

2）對水庫淤積的影響。水庫淤積，會減少有效庫容，降低水庫功能效益，淤積影響水庫調(diào)節(jié)性能和建筑物的正常運用。水庫淤積的主要來源是上游河道，淤積抬高河床，使河道水位升高，坡降和流速減小，河槽過水能力降低。項目區(qū)南入口上游河道，建筑1～2 道砂礫石攔河壩，建成砂礫石攔河壩，組成水質(zhì)凈化和濾沙的第一道防線。河水通過砂礫石壩滲流和溢流，上游大量河道垃圾，大量漂浮物、泥沙可被攔截，也便于清淤。入庫灘涂上游建設(shè)梯級滯留塘形成串聯(lián)，給水力緩沖和顆粒沉降作用延長了足夠的停留時間，充分利用物理沉降、厭氧消化和生物凈化的功能，攔截漂浮雜質(zhì)和懸浮物，使水庫實現(xiàn)零淤積。同時發(fā)生淤積的地方為橋前壅水區(qū)域和壩壩前區(qū)域，便于清淤。

3）改造治理價值。調(diào)節(jié)氣候，改善環(huán)境；調(diào)節(jié)徑流，補(bǔ)給地下水；保護(hù)并維持生物多樣性；凈化和降解污染物；美化環(huán)境、提供休閑娛樂的場所；提供豐富的動植物產(chǎn)品提供水源。

4 結(jié) 論

1）通過滯留塘、人工濕地生物生態(tài)技術(shù)凈化水庫入庫水質(zhì)，運行管理簡單、成本低、能持續(xù)發(fā)揮作用。這兩項技術(shù)結(jié)合形成多層次復(fù)合型梯級治理方法，可廣泛應(yīng)用于保護(hù)水源地水庫水質(zhì)。

2）入庫灘涂上游梯級滯留塘串聯(lián)，延長水力停留時間，發(fā)揮物理沉降作用，緩沖、促進(jìn)顆粒沉降，攔截懸浮物和漂浮雜質(zhì)，使水庫實現(xiàn)多年零淤積，還發(fā)揮厭氧消化、生物凈化的功能。

3）結(jié)合水庫入庫灘涂原地形地貌及河流綜合治理工程形成的河道梯級區(qū)域，采用小型濕地+砂石過濾壩+梯級滯留池+跌水曝氣壩+灘涂濕地的治理模式，并在入庫河道灘涂及河道上建設(shè)復(fù)合型梯級濕地系統(tǒng)，通過工程生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，實現(xiàn)沉降、物理過濾、生物凈化吸收，使整個梯級濕地系統(tǒng)發(fā)揮抗污染負(fù)荷沖擊能力，減少水庫淤積，加固岸坡、凈化入庫水質(zhì)、美化環(huán)境。

4）由多年水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)資料可知，工程完工植物群落穩(wěn)定后，水庫水質(zhì)監(jiān)測中溶解氧、總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指、生化需氧量、葉綠素a 等主要指標(biāo)整體呈下降趨勢，水庫水質(zhì)得到有效改善。隨著水流經(jīng)過河道梯級生態(tài)治理區(qū)長度的增加，河道內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測中總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量等主要指標(biāo)呈下降趨勢，入庫河道水質(zhì)得到逐漸改善。