摘要:黎河高各莊支流口工程的建設運行,解決了黎河河道上游的水質(zhì)污染問題,改善了黎河輸水的水環(huán)境，還為治理于橋水庫日趨嚴重的水質(zhì)污染現(xiàn)象提供了堅實保障，保護了天津城市水源，確保了供水安全。

　　關鍵詞:支流口,人工濕地,工程建設 農(nóng)業(yè)職稱論文

　　1、工程建設的必要性

　　引灤入津工程是將灤河水通過潘家口水庫經(jīng)大黑汀水庫調(diào)蓄，穿引灤隧洞，循黎河入于橋水庫，經(jīng)暗渠入輸水明渠，注爾王莊水庫，再沿暗渠向天津市區(qū)及周邊供水的一項跨流域調(diào)水工程，全長234km。引灤入津工程借用黎河天然河道輸水，輸水設計流量為60m3/s，校核流量為75m3/s。非汛期除輸水外流量較小，主要是各支流自然徑流的匯流;汛期河道可用于行洪。

　　自從1983年以來，黎河一直擔負著向天津輸水的重要任務，在輸水的同時沿岸的經(jīng)濟也得到了迅猛發(fā)展，人民的生活水平得到了逐步提高。但是隨著工礦企業(yè)鱗次櫛比地坐落在黎河沿岸的同時,人類活動對引灤輸水水質(zhì)的負面影響越來越突出。流域范圍內(nèi)的生活污水、農(nóng)田排水和選礦尾水不斷向支流河道排放,造成支流河道中積累大量的生活垃圾，工業(yè)廢渣等污染物,致使占引灤全線長度1/4的黎河段已成為引灤水質(zhì)污染的重要來源之一，形勢不容樂觀。

　　高各莊支流主要進水來自當?shù)嘏潘疁?包含生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)廢水)和上游沿岸工礦企業(yè)所排放的尾水。一些主要水質(zhì)指標(如總磷TP、總氮(TN)和懸浮固體(SS)濃度大大超過了黎河的水質(zhì)標準。由于工業(yè)廢水和生活污水的排放，長期以來，高各莊支流的污染物含量(如SS、TP和TN)一直居高不下，其中總氮濃度相當于地表水III類標準7.24倍至10.0倍,懸浮物高達1480mg/L,相當于《環(huán)境質(zhì)量報告書編制規(guī)范》推薦值的9.87倍。此外，硝酸鹽氮和高錳酸鹽指數(shù)也略高于地表水III類標準的限值。為此，合理利用河水作為飲用水源，在技術和管理方面已面臨一個新的挑戰(zhàn)。

　　高各莊支流流量主要受支流上游沿岸工礦企業(yè)排放尾水及年度降雨影響,流量浮動較大。2009年和2010年對該支流流量進行了監(jiān)測,結果見表1。

　　2、工程基本情況

　　高各莊支流口治理工程采用的是當今全球范圍內(nèi)普遍采用的污水處理系統(tǒng)——人工濕地，該項技術屬于天然處理系統(tǒng)，已被認為是一種符合環(huán)保要求的控制或處理廢水的生態(tài)或綠色科技(green—technology)。依據(jù)水流設計模式，人工濕地分為水面式人工濕地(FWS)與水流側向穿過底層填料(如沙子、礫石)的潛流式人工濕地(SFS)。自2000年以來，因為天然處理系統(tǒng)運行簡單，成本效率低，故將利用人工濕地作為改善或凈化河流水質(zhì)和處理廢水的一項辦法。此項工程位于黎河流域上游的高各莊支流口。為了改善流經(jīng)高各莊支流的水質(zhì)，2011年，天津引灤工程于橋管理處、黎河管理處聯(lián)合倡議提出了修建人工濕地計劃。建成的人工濕地靠近遵化市建明鎮(zhèn)高各莊橋，因此取名為高各莊人工濕地。

　　3、高各莊支流口治理工程規(guī)劃布置

　　3.1工程規(guī)劃的總體思路與目標

　　為保證引灤入津工程的順利實施.上級結合于橋水庫周邊水污染源的特點.按照市水務局提出的目標、總量、項目、投資四位一體的小流域控制思路實施“治、用、保”并重的策略基于黎河支流口的自然環(huán)境.按照因地制宜、經(jīng)濟可行的原則.

　　黎河高各莊支流口治理工程綜合利用人工濕地技術對支流內(nèi)污染物進行截留、氧化、吸收，最大限度地減少支流口污染物進入黎河對引灤輸水水質(zhì)的污染，確保引灤輸水水質(zhì)安全。高各莊支流口人工濕地的建設模式采用河道走廊濕地恢復工程模式。即利用支流左岸的采礦塌陷地、尾礦堆積地進行濕地修復，以提高河流自凈能力.強化河流水質(zhì)凈化作用。高各莊支流口人工濕地水質(zhì)凈化工程的工藝核心為潛流式人工濕地系統(tǒng)，利用濕地系統(tǒng)中物理、化學和生物的三重協(xié)同作用對河水中的污染物做深度降解和凈化，處理出水基本達到地表水Ⅲ～Ⅳ類標準.并通過濕地建設實現(xiàn)于橋水庫周邊湖濱帶部分的生態(tài)修復.達到增加生物多樣性、防止水土流失、改善氣候和涵養(yǎng)水源的目的。

　　3.2主要工程內(nèi)容

　　高各莊支流口治理工程布置于高各莊支流口以上約1km的河段，由攔污控制堰、表流濕地、沉砂池、人工濕地、支流護砌五部分組成。高各莊支流口的總處理規(guī)模按3251m3/d設計。

　　(1)攔污控制堰

　　攔污控制堰設在支流口上游0+300的斷面處，主要作用是攔截上游選礦廠排放的尾水及初期雨水，防止高懸浮物的選礦尾水直接進入黎河。汛期行洪水量較大時，雨洪水從壩頂漫流進入黎河。

　　壩體采用漿砌石壩，壩頂高程68.14m，壩頂寬0.5m，擋水面為直墻，背水面坡度為1:1.5，壩長依河寬設計。壩底部設漿砌石基礎，基礎厚度為0.4m，寬度5.0m，基礎下游連接5.0m土工網(wǎng)石籠，壩體長度依河寬(26m)設計，河底設計高程為67.14m。

　　(2)表流濕地

　　表流濕地位于高各莊支流河道內(nèi)，主要是模擬自然濕地的水質(zhì)凈化原理，在現(xiàn)狀河床和兩岸護砌后的河底上種植水質(zhì)凈化能力強的水生植物，形成一段河道自然濕地，通過水生植物的根區(qū)效應、植物的吸收與吸附作用，實現(xiàn)對污染物的去除。植物種類以蘆葦、黃花鳶尾、黑三棱和香蒲為主，面積各為1250m2。表流濕地總面積5000m2，占用河道200m，自攔污控制堰斷面起分別至上、下游100m處斷面的區(qū)域。

　　(3)沉砂池

　　沉砂池位于高各莊支流口上游0+300m斷面左岸，該支流左岸地塊內(nèi)，該地塊現(xiàn)狀為鐵選場尾礦庫。

　　沉砂池形式采用折流式重力沉砂池。根據(jù)對該支流現(xiàn)場取樣試驗，水體靜置時間為3h，水體中泥砂沉降率可達到90%，水樣基本變清。為安全考慮，本設計中沉砂池水力停留時間按10小時設計，水處理規(guī)模為3251m3/d，沉砂池有效容積為2200m3，有效水深按2.6m設計，池內(nèi)尺寸為15m×50m×3m(寬×長×深)，內(nèi)部設4道隔墻，隔墻中心線間距為10m。邊墻及中間隔墻均采用M10漿砌石墻，漿砌石墻頂高程為68.14m，頂寬0.40m，漿砌石頂上設置鐵藝圍欄，池底鋪設0.2m厚粘土，池底高程65.14m，邊坡1:0.5。

　　沉砂池進水設一根DN500的PVC管自流進入。正常運行水面線為67.74m，清水自流進入濕地。漿砌石墻頂至地表邊坡1:2。

　　(4)人工濕地

　　人工濕地位于高各莊支流口上游0+120m～0+230m斷面左岸地塊內(nèi)，緊臨沉砂池，該地塊現(xiàn)狀為鐵選場尾礦庫。濕地結構采用波式流潛流濕地，共設4組獨立的人工濕地處理池，每組濕地處理池面積為1219m2，共4876m2?？傮w平面布置見附圖一。

　　濕地在原狀土上開挖至高程71.0m，濕地表面高程為67.94m，底部高程66.44m，每個濕地處理池頂部長59.2m，寬29.2m。處理池底部粘土壓實后回填0.2m粘土，粘土表面鋪一層土工膜，土工膜上覆蓋0.1m粗砂，，然后再回填1.2m濾料層。每個濕地單元內(nèi)部設3道阻水墻分為4個串聯(lián)的小池，通過阻水墻改變水流方向，使水流呈現(xiàn)波式反復通過濕地表層和底層，濕地表層由于植物根系釋氧和大氣復氧形成好氧區(qū)，濕地底部由于微生物消耗形成缺氧區(qū)，使水流在流經(jīng)濕地的過程中反復經(jīng)過厭氧—好氧的過程，增強對污染物的去除。濕地邊墻及阻水墻坡比為1:1，為粘土壓實，粘土表面鋪一層土工膜，隔墻頂寬0.6m。填料表面以上至地表邊坡1:1。

　　濕地填料從第一個小池開始按水流方向依次填充碎石、陶粒、頁巖和碎石。濕地表面種植黃花鳶尾、蘆葦和香蒲等水生植物。

　　濕地進水由沉砂池處通過DN500管道引入，正常運行水位67.74m，經(jīng)過3道粘土隔墻后，由濕地的另一端進入濕地出水管，濕地出水管于高程67.64m處穿墻出濕地，經(jīng)濕地出水主干管(DN500)排入支流攔污控制堰下游的河道表流濕地內(nèi)。

　　為防止運行多年，濕地堵塞，濕地底部布置反沖洗管道，間距1.0m。反沖洗管干支兩級，干管Φ50mmPE管，支管Φ10mm橡膠微孔透氣管，干管引出地面預留接口。每個小池底部設一根排空管(便于排空濕地中的水)，在濕地的出水管及排空管處設閥門井。

　　濕地進出水管及主干管裸露管外裹巖棉，其它部分埋深不低于0.8m，滿足防凍要求。

　　(5)支流護砌工程

　　對高各莊支流河道自支流口向上至0+400清淤擴寬，并對堤岸進行防護，防護標準與遵化市河道規(guī)劃標準一致，按20年一遇洪水位加0.5m超高設計。洪峰流量340.2m3/s，縱坡為1/500，底寬26m、兩岸坡比均為1:2.5，試算水深3.3m，防護高3.8m。防護結構為：混凝土聯(lián)鎖板厚12cm，抗壓標號C25、抗凍標號F150其下鋪設10cm厚碎石墊層和300g/m2無紡土工織物反濾層。坡腳基礎為1.0m×0.8m漿砌石，砌筑砂漿標號為M10。為使工程穩(wěn)定安全和便于施工維修，坡面每50m做一道隔斷墻。隔斷墻與坡頂封口平臺均采用現(xiàn)澆C25砼，隔斷墻截面尺寸為0.5m×0.5m。

　　3.3工程運行方式

　　工程運行方式采用串聯(lián)與并聯(lián)相結合的方式。其中表流濕地、沉砂池和人工濕地采用串聯(lián)方式運行，選礦廠尾水自流進入攔污控制堰上游側的河道表流濕地內(nèi)，經(jīng)水生植物初步凈化、沉淀后經(jīng)管道自流進入沉砂池，沉砂池內(nèi)清水自流進入人工濕地，人工濕地出水自流返回攔污控制堰下游河道表流濕地，下游表流濕地主要起維持和進一步凈化水質(zhì)的作用，出水自流進入黎河干流。4組人工處理池采用并聯(lián)方式運行。表流濕地、沉砂池和人工濕地均為每天24小時連續(xù)運行。

　　根據(jù)高各莊橋下右岸支流口污染物以懸浮物和總氮為主的特點，工程進水水質(zhì)指標主要采用懸浮物和總氮兩項指標進行控制，控制指標值參照現(xiàn)狀水質(zhì)監(jiān)測結果確定，并適當考慮水質(zhì)的波動情況，確定工程進水水質(zhì)指標如表2：

　　高各莊支流口治理綜合利用多種生態(tài)治理措施對支流內(nèi)污染物進行截留、氧化、吸收，最大限度地減少這支流口污染物進入黎河對引灤輸水水質(zhì)的污染，設計停留時間1～5d。處理結果:平均去除率,CODCr去除率達到40%，TN去除率達到80%，TP去除率達到50%。運行時,僅需要一般性管理,運行費極少。

　　總之，通過此項工程治理，黎河上游水質(zhì)的質(zhì)量有比較顯著的提高，環(huán)境效益明顯;同時工程將對天津飲水工程水質(zhì)改善起到良好的作用，保障天津城市供水安全。