寇河人工湿地构建与应用

艾 亮

(辽宁省柴河水库管理局， 辽宁 铁岭 112000)

寇河人工湿地构建与应用

艾 亮

(辽宁省柴河水库管理局， 辽宁 铁岭 112000)

人工湿地是由天然湿地发展而来的。基于人工湿地净化水质的诸多优点和成熟的人工湿地建设技术，本研究将这项新型的水质净化技术应用于寇河的水污染治理中，在寇河建立可行的湿地水域。通过种植湿地植物构建人工湿地，处理寇河的水污染问题，一方面可以很好地解决寇河的水质富营养化问题，缓解辽河的水体净化压力，另一方面可通过人工湿地构建实习水环境生态的建设和恢复，利于河道景观的建设，并通过实际的技术实施，形成一套可在小支流推广应用的河道人工湿地构建技术。

人工湿地； 构建； 水质净化

人工湿地是一种高效的生态污水处理工程，这种湿地系统是在一定长宽比及地面坡度的洼地中，由土壤和基质填料(如砾石等)混合组成填料床，污水在床体的填料缝隙或床体表面流动，并在床的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物，形成一个具有污水处理功能的独特生态系统。

1 湿地水面实现

有效水域面积的形成是构建人工湿地的第一步，通常的人工湿地建设以自然和人工形成的水面为主，主要位于河口、湖泊、水库等。本研究通过在河道上人工建立水工建筑物的形式，拦蓄河水形成水面。

本研究通过了对寇河实际地形的考察、实际水文资料的演算分析、可支配的资金投入及专家论证，最终选择橡胶坝作为拦水建筑物，实现湿地水面条件。

通过本橡胶坝的建设可蓄水58万m3，形成有效水面面积0.86km2，可建设人工湿地面积约1.05km2。

2 人工湿地构建

本研究人工湿地的构建，以橡胶坝形成的水域为主要的湿地布设区域，根据汇水区的水深条件、景观需求等选择合适的水生植物和人工湿地类型进行寇河人工湿地的构建。

2.1 湿地类型的选择

关于人工湿地的分类有多种方法，可以根据植物类型、建造用途和水体流动方式来划分。根据湿地中主要植物形式，一般可分为：浮生植物湿地、沉水植物湿地和挺水植物湿地，大多湿地都是挺水植物类型；根据建造目的的不同，一般可分为：人工抗洪湿地、人工生境湿地、人工水产湿地和人工处理湿地，大多数人工湿地都适用于污染治理，即为人工处理湿地；按污水在人工湿地中的运行方式，人工湿地一般可分为：表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。这三种分类方法中，按水流运行方式划分的方法是最常用的，为大家普遍所认同。

本研究根据实际的地形条件、水面条件及河道行洪的需求，最终选择表面流湿地作为寇河人工湿地构建的湿地类型。

2.2 表面流湿地构建

表面流人工湿地的英文全称是Surface Flow Wetlnad，SFW。表面流人工湿地湿地系统中，污水在湿地表面流动，水位较浅，多在0.1～0.6m之间，如图1所示。

图1 表面流人工湿地示意图

本研究设计的湿地范围，左岸从黄河子提水站至上游的寇河“1050”管理路桥，右岸从寇河口至上游管理路桥。橡胶坝上游的湿地带宽215～245m，长约1.5km；坝下游湿地宽450～700m，长约1km。最终形成的河口湿地(水质净化工程)面积约1.05km2，湿地水生的、净化水质的植物主要有香蒲、菖蒲、茭白、千屈菜、泽泻、水葱、红蓼等。

为确保拦河建筑物自身安全，稳定河势，拟对每座建筑物上游100m、下游200m河道两侧河槽进行必要的工程防护。此外，坝址上游辽河管理路跨寇河桥处河道右岸陡坎发育严重，不加防护会进一步冲刷桥基，威胁桥梁的安全，此段需修建护岸270m。

2.3 表面流湿地设计

2.3.1 单元功能

河水从表面流人工湿地系统表面流过，土壤表层水中的微生物充分降解污水中的有机物质。表层土壤中的植物根系在与河水接触，充分吸收污水中营养物质的同时，也起到了交换、吸附和截留污染物质的作用，达到最终设计出水水质。水生植物对污染物的去除起着重要作用，除了自身吸收一部分营养物质外，还为湿地系统提供大量的DO，为微生物提供栖息地。

生态堰起到跌水坡的作用，当水流经过时能自然跌水，让河水曝气，提高水中DO的质量浓度，结合植物的作用对污染物进行厌氧与好氧降解，促进污染物的去除。

2.3.2 设计参数

湿地处理规模为420000m3/d；湿地设计负荷选用12kg BOD5/(hm2·d)；需湿地面积105hm2；湿地每日降解1260kg BOD5。

2.3.3 湿地布置

河水从寇河橡胶坝两侧生态堰流向处理区，根据不同植物品种对水深的要求进行合理有序的栽植。湿地面积为105hm2，长宽比约为3∶1。在寇河河道两侧100m范围内，由于寇河左岸现状地面较设计水位低，不能形成有效水深，因此，左岸近河槽边需修筑生物埂，拦蓄河水。右岸现状地面高程满足拦蓄功能，设计采用1∶10的缓坡与现状地面相结合。寇河入辽河口北侧形成的区域内形成湿地，根据现状地面高程设计，对1号、2号、3号区域进行适当开挖，4号、5号区域地势较低，无需开挖，橡胶坝蓄水后可在现有树丛环绕区域内自行蓄水，并在51.00～50.50m的常水位区间内栽植水生植物，根据不同植物品种对水深的要求进行合理有序的栽植。形成集水生植物与陆生植物结合的湿地生态系统。此次设计的湿地面积为1.05km2。水生植物以菖蒲、香蒲、茭白、泽泻、红廖、千屈菜、水葱等为主，主要优点为净化水质效果好、对水流阻力小。

在表现形式上，采用大片组团式栽植方式，如：香蒲、菖蒲、茭白、千屈菜等都是各成一片，形状上仿佛“叶子”的造型漂浮在河面上。清风微拂，蒲苇随风摇摆，形成一片片“碧波绿浪”的动态景观。

结合生态堰、橡胶坝等节点位置，设计上更加丰富水生植物品种，突出开花品种，如：千屈菜、泽泻、红蓼等，用以烘托硬质景观，同时更加完美地展示生态自然景观。

在湿地范围内，除水面部分的水生植物外，原有陆生植被如垂柳等生长良好，是湿地的主要组成部分，本研究在设计时予以保留，不予破坏。湿地景观构建设计示意图如图2所示。

图2 湿地景观设计示意图

2.4 蓄满分析

寇河橡胶坝蓄水量约为58万m3，湿地蓄水量为16万m3，形成水面面积0.86km2，总蓄水量为74万m3。供给此水量的为榛子岭水库水库放流及区间来水量。

查水面蒸发量等值线图(20cm口径)资料，折算成大水体后得到该橡胶坝多年平均蒸发损失深度为387.8mm，渗漏损失根据当地地质情况，按中等地质条件考虑，年渗漏深度为500mm，总损失深度为887.8mm，按0.86km2的水面面积计算出总损失水量为76万m3。因此，橡胶坝年总需水量应至少为150万m3。

2.5 水生植物选择

2.5.1 植物选择原则

本研究在进行人工湿地植物的选择中，主要遵循以下原则：

a. 适应能力强，或为本土优势品种。

b. 根系发达，生物量大，营养生长与生殖生长并存。

c. 具有较强的抗病虫害及耐寒能力。

d. 植物在生长过程中根系能从污水中吸收营养物质加以利用，同时吸附和富集重金属和一些有毒有害物质。

e. 植物要具有将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区，在植物根区的还原态介质中形成氧化态微环境的能力，为根区的好氧、兼性和厌氧微生物提供各自适宜的小生境。

2.5.2 主选水生植物类型

a. 香蒲(TyphalatifoliaL.)。香蒲为香蒲科香蒲属，别名蒲草、蒲菜。为多年生宿根性沼泽草本植物，植株高1.4～2m，有的高达3m以上，广泛分布于全国各地。生于池塘、河滩、渠旁、潮湿多水处，常成丛、成片生长。香蒲对土壤要求不严，以含丰富有机质的塘泥最好，较耐寒。

b. 泽泻(Echinodorusbleheri)。泽泻为泽泻科泽泻属，别名水泻、水泽。为多年生沼生或水生草本植物，株高60～90cm。泽泻喜光喜温，耐寒耐湿，常自然分布在池塘、稻田、水沟、河边浅水区。

c. 菖蒲(AcoruscalamusLinn.)。菖蒲为天南星科菖蒲属，别名臭菖蒲、水菖蒲、泥菖蒲、大叶菖蒲、白菖蒲。为多年挺水草本植物，有香气，根状茎横走，粗状，稍扁，直径0.5～2cm，有多数不定根(须根)。菖蒲分布与我国南北各地，广布世界温带、亚热带；生于池塘、湖泊岸边浅水涂，沼泽地或泡子中；最适宜生长的温度为20～25℃，10℃以下停止生长，冬季以地下茎潜入泥中越冬。

d. 红蓼(PolygonumorientaleLinn.)。红蓼属蓼科，别名东方蓼，为多年生宿根草本。红蓼原为野生，因其生产迅速、高大茂盛、叶绿且花密红艳，适于观赏，故培养成为栽培植物；对土壤要求不严，喜水又耐干旱，适应性很强；没有病虫害，粗放管理即可。

e. 千屈菜(Halopeplisbungeexung.-sternb.)。千屈菜为千屈菜科千屈菜属，别名水柳、水枝柳、水枝锦。千屈菜为多年生挺水宿根草本植物。株高40～120cm。千屈菜原产欧洲和亚洲暖温带，因此喜温暖及光照充足、通风好的环境，喜水湿，我国南北各地均有野生。千屈菜多生长在沼泽地、水旁湿地和河边、沟边，现各地广泛栽培；比较耐寒，在我国南北各地均可露地越冬；在浅水中栽培长势最好，也可旱地栽培；对土壤要求不严，在土质肥沃的塘泥基质中花艳，长势强壮。

f. 茭白[Zizanialatifolia(Griseb)Stapf]。茭白为禾本科菰属，别名出隧、绿节、菰菜。其为多年生草本，常有根茎；秆直立，高90～180cm；分布于我国南北各地。为湖沼水塘内的栽培作物。

g. 水葱(Typhaangustifolia)。水葱为莎草科藨草属，别名莞、莞蒲、莞草、水丈葱、冲天草。水葱为多年生宿根挺水草本植物。产于我国东北、内蒙古、山西、陕西、甘肃、新疆、河北、江苏、贵州、四川、云南，生长在湖边、水边、浅水塘、沼泽地或湿地草丛中。

本研究构建的人工湿地所需植物类型和规格见下表。

植物种植种类及数量表

2.5.3 洪水对湿地植物的影响

本研究设计的表面流湿地水深在0.3～0.5m之间，选择的水生植物最适宜水深为30cm，如：淹水深度超过60cm，对水生植物的正常生长均有抑制作用，淹水深度60cm以上超过一周，水生植物容易死亡。洪水造成的泥沙淤积对表面流湿地系统的影响较小，不会出现堵塞现象，只需行洪过后对系统表面稍作清理、平整，整个系统就能够恢复正常运行。因此：如水生植物长时间受淹，应进行排涝措施，并在行洪过后及时修复湿地系统，清除死亡植株并重新进行栽植。

3 人工湿地的应用

本研究按照试验设计，在寇河人工湿地建设完成后对湿地进水口和出水口的水质按照预定的采样监测时间进行定期观测，定量分析人工湿地建设后对寇河污染水体的净化效果。

对寇河人工湿地构建后运行一年监测数据的综合分析表明，人工湿地对于污染水体营养物质的净化是很显著的。人工湿地对于污染水体中TN、NH3-N、TP、CODCr、BOD5、SS的去除率也是很显著的，是净化污染水体营养物质的良好途径。根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，出水水质达到Ⅲ类水标准，证明人工湿地对于污染水体中污染物质的净化效果很显著。

4 结 语

本研究通过对寇河实际水文、地质、气象等资料的综合分析，利用橡胶坝进行拦河蓄水，实现湿地水面条件。根据实际的勘测设计结果，在寇河2+000处修建水橡胶坝，可蓄水58万m3，形成有效水面面积0.86km2，可建设人工湿地面积约1.05km2。选择表面流湿地作为本文人工湿地建设类型，像胶坝上游的湿地带宽215～245m，长约1.5km；坝下游湿地宽450～700m，长约1km。为充分发挥原有河道树木的景观效果，本研究保留了河道原有柳树等乔木，结合水葱、茭白、千屈菜、红蓼、菖蒲、泽泻、香蒲水生植物的搭配形成立体的人湿地水质净化体系。

从本研究成果来看，橡胶坝与人工湿地的结合是污染河流水质净化的优良组合，在净化水体的同时，可营造良好的河道景观，可作为区域的旅游开发和生态建设示范基地。本研究设计的人工湿地和选择的水生植物类型，可很好地起到水质净化的作用，对污染水体中主要污染物的去除效果明显。

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Structure and application of constructed wetland in Kouhe River

AI Liang

(LiaoningChaiheReservoirAuthority,Tieling112000,China)

The constructed wetland is developed from natural one. Based on the advantages of constructed wetland in purified water quality and mature construction technology, this new-type water quality purification technology is applied in water pollution control in the Kouhe River in this study, and the feasible wetland is built up in the basin of the Kouhe River. The constructed wetland is built by planting hygrophilous vegetation to handle water pollution in the Kouhe River. Moreover, the water quality eutrophication is well available to ease water purifying pressure in the Liao River. On the other hand, construction and recovery of water eco-environment can be practiced well by building constructed wetland, which is to the benefit of construction of riverway landscapes. A set of riverway wetland construction technology applied and popularized in small tributaries comes into being with a practical technology implementation.

constructed wetland; structuring; water quality purification

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.017

TV213

B

1005-4774(2015)03-0063-05