馮耀鵬

(深圳市光明區環境水務有限公司,廣東 深圳 518107)

0 引 言

景觀河是生態修復常用的手段之一,但由于地質及地下水位的影響,其內部的河水會發生滲漏現象,導致其后期的補水成本增加。近年來,許多學者針對景觀河的滲漏情況開展了相關研究。張靜等[1]以某地區景觀河區為研究對象,開展了現場試驗,對比分析不同防滲措施的實施效果,結果表明采用防水毯的經濟效益和生態效益較為明顯。郭銘[2]開展了滲漏試驗,分析防水毯對景觀河滲漏情況的抑制效果,結果表明該方案施工簡便,且防滲效果較優,在實際工程中應用廣泛。任夢非[3]以西北地區景觀河為研究對象,分析了該項目防滲方案的實施效果,結果表明該方案的儲水及防滲效果良好。樊立群等[4]結合工程實例,分析了不同防滲方案的優缺點,并根據項目的實際情況,選擇合適的防滲方案。傅題善等[5]以濟南市景觀河為研究對象,分析了復合土工膜對景觀河的防滲效果,結果表明復合土工膜的防滲效果較好,且具有一定的經濟效益。

本文以木墩河流域為研究對象,采用Visual MODFLOW模型,對景觀河的滲漏規律進行分析,并結合其產生的經濟效益和生態修復效果,分析不同防滲方式的實施效果。

1 工程概況

本研究以木墩河流域為研究對象,木墩河是茅洲河上游左岸的一級支流,河道發源于碧眼水庫,自東向西流經光僑路、光明大道,在東明大道改道后穿過龍大高速,匯入茅洲河,河長6.36km(光明街道轄區內長度約5.2 km),流域面積5.58 km2。該地區啟動木墩河暗渠復明整治工程,以治水有清流、源頭有活水、暗渠得復明為目標,將治水、治城、治產相融合,通過河道拓寬、濕地凈化、管線遷改、景觀營造、綠化提升、交通改善等措施,一體化解決木墩河暗渠段隱患,為居民營造一個安全的生活環境。木墩河建設沿河初雨截流管3.5km;完成清淤量1.5×104m3。完成岸線修復和生態凈化,開展生態補水工程,規模約2.0×104m3/天(目前實際日補水量約1×104m3/天)。

2 景觀河防滲方式模擬

由于該地區的地下水位較高,會導致滲漏現象,需在景觀河進行防滲處理。為了分析不同防滲方式(不防滲、復合土工膜、防水毯、黏土壓實)的效果,采用Visual MODFLOW模型,對景觀河的滲漏規律進行分析。景觀河模型的參數設置見表1。

表1 出水概況

景觀河不同防滲方式的防滲方案見表2;采用Visual MODFLOW模型,對不同防滲方式模擬的相關參數見表3。

表2 防滲方案

表3 相關參數

3 結果分析

為了分析不同防滲方式的防滲效果,采用潛水位下降率(P,%)和滲漏量(Q,m3/d),對景觀河的滲漏情況進行表征,其計算公式如下:

(1)

式中:H1、H2分別為防滲方案實施前后的潛水位,m;H為景觀河水位與潛水位之差,m。

Q=KAJ

(2)

式中:K為滲透系數,m/d;A為橫截面積,m2;J為水力坡度。

根據式(1)、式(2),計算出景觀河的滲漏量與潛水位下降率,見表4。由表4可知,采用防滲措施可顯著抑制景觀河的滲漏情況。對比不采用防滲措施的景觀河可知,采用防滲措施后,其潛水位下降率最大可達35.00%。對比分析不同防滲措施的防滲效果可知,采用復合土工膜的防滲效果最好,其潛水位下降率為35.00%,滲漏量為1.547 ×10-4m3/d;其次為防水毯;采用黏土壓實的防滲效果最差。復合土工膜的滲透系數遠小于采用防水毯和黏土壓實防滲方式的滲透系數,表明采用復合土工膜可有效減小景觀河的滲透性能,達到一定的抗滲效果。

表4 景觀河滲漏情況

為了分析防滲方式的經濟性及對生態環境的影響,4種防滲方案的成本和水資源消耗情況見表5。由表5可知,不采用防滲措施,雖然不會產生建設成本,但由于景觀河存在滲漏現象,其后期補水成本較大,其值為1 196 元/d;對比采用防滲措施的成本可知,采用復合土工膜、防水毯、黏土壓實均存在一定的建設成本,但以上措施可降低景觀河的滲漏量,從而減少其補水成本。相較于不采取防滲措施的補水成本,其補水成本最高可降低466%,表明采用防滲措施后,不僅可控制景觀河的滲漏情況,還具有一定的經濟性。

表5 防滲方案的成本和水資源消耗情況

分析防滲措施對環境的影響可知,復合土工膜雖然在經濟效益方面具有一定的優勢,但鋪設土工膜會影響地下水的流動與回補,影響景觀河的水質;防滲毯的透氣性較好,且對地下水和土壤無污染,生態效益較優;采用黏土壓實的方式可改善景觀河的富營養化現象,優化景觀河的水質,其生態效益顯著。

綜合以上分析可知,采用復合土工膜雖然具有一定的經濟優勢,但使用該方式生態效果較差,難以保障景觀河水質,同時還需要增設人工濕地處理設施。膨潤土防水毯防滲雖然有利于凈化水質,且對地下水和土壤無污染,但其建設成本和補水成本較高。

為了同時保證景觀河的生態效益和經濟效益,將以上兩種防滲措施相結合,分析復合防滲措施的防滲效果。復合防滲措施的防滲效果見表6。由表6可知,采用復合防滲措施的防滲效果優于單一防滲措施。其中,采用復合土工膜+防水毯的復合防滲措施的防滲效果最好,其滲漏量僅為9.22×10-3m3/d,且其經濟成本較單一防滲方案可減少25.77%。防水毯+黏土壓實的防滲措施的防滲效果次之,對生態環境的影響較小,滲漏量為9.96m3/d,但其經濟成本相較于單一防滲方案有所增大,相較于單一坡岸成本,該方案的成本增加9.82%,不具有經濟優勢。復合土工膜+黏土壓實的防滲措施的防滲效果最差,其滲漏量為10.27m3/d,相較于復合土工膜+防水毯方案,其在經濟效益方面優勢并不明顯,但相較于防水毯+黏土壓實方案,二者間的滲漏量差距較小,且復合土工膜+黏土壓實方案的成本顯著下降。

表6 復合防滲措施的防滲效果

綜合以上分析可得,采用復合土工膜+防水毯的復合防滲措施,在經濟、防滲效果及生態效益方面均具有一定的優勢,可選擇該方案作為景觀河的防滲措施。

為了分析水位高度變化對景觀河滲漏情況的影響,以不防滲景觀河為研究對象,不同常水位下的景觀河滲漏情況見表7。由表7可知,不同景觀河水位高度間的滲漏情況具有一定的差異性,景觀河的常水位與其滲漏量間呈正相關關系。當景觀河常水位為8.5m時,景觀河有最大滲漏量,其值為328.37m3/d;當常水位為5m時,河邊緣的潛水位高程大于景觀河常水位,此時的景觀河滲漏量為負值。當景觀河常水位較大時,河邊緣30m處與河邊緣100m處的潛水位高程差異較為明顯,且河邊緣30m處潛水位高程較大,隨著景觀河常水位的減小,二者間的差值較不明顯。

表7 不同常水位下的景觀河滲漏情況

綜合以上分析可知,景觀河水位高度對其滲漏情況存在一定的影響。在實際工程中,可采用調整景觀河常水位的方式減少其滲漏量。

4 結 論

本文以木墩河流域為研究對象,采用Visual MODFLOW模型,對景觀河的滲漏規律進行了分析,同時分析了不同防滲方式的實施效果。結論如下:

1)采用防滲措施可顯著抑制景觀河的滲漏情況。對比不采用防滲措施的景觀河可知,采用防滲措施后,其潛水位下降率最大可達35.00%。其中,采用復合土工膜的防滲效果最好;其次為防水毯;采用黏土壓實的防滲效果最差。

2)不采用防滲措施,雖然不會產生建設成本,但由于景觀河存在滲漏現象,其后期補水成本較大。對比采用防滲措施的成本可知,采用復合土工膜、防水毯、黏土壓實均存在一定的建設成本,但以上措施可降低景觀河的滲漏量,減少補水成本,其補水成本最高可降低466%。表明采用防滲措施后,不僅可控制景觀河的滲漏情況,還具有一定的經濟性。

3)采用復合土工膜+防水毯的復合防滲措施的防滲效果最好;復合土工膜+黏土壓實的防滲措施的防滲效果最差,且其在經濟效益方面優勢并不明顯。