安图县长兴河生态水利工程探索和研究

刘树峰　亚红　杨松禹　马玉芹

摘要：随着近年来生态保护意识的增强，传统的水利工程项目已经不能满足绿色可持续发展的生态要求。生态水利工程作为水利工程发展的新方向，融入了许多新学科，不仅在工程技术上有所创新，对于建设稳定的生态系统也有新的理解。安图县是全国重点生态功能区和国家生态文明先行示范区的核心区，因此生态文明建设显得格外重要，在工程模式和生态环保新技术上都有所创新。安图县生态水利工程具有东北地区生态水利工程示范性意义，有利于新技术的推广和研发，有利于建设可持续发展的生态体系。

关键词：生态水利;可持续发展;节约环保;生物修复

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2019.06.038

中图分类号：TV1

文献标识码：A

文章编号：1671-1580（ 2019） 06-0186-04

一、生态水利工程建设理念

（一）生態水利工程建设内涵及意义

水生态文明建设的内涵和意义。水生态文明建设要做到：首先，“尊重自然、顺应自然、保护自然”的生态理念，其内涵的实质是可持续发展;其次，多维良性发展;最后，仝效益最优。[1]水生态文明建设是一个系统工程，坚持保护和节约优先的理念，构建人一水一社会和谐可持续发展的资源节约型和环境友好型社会。必须坚持人与自然和谐共生的基本方略，牢同树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，大力发展水生态文明建设，推动形成人水和谐美丽中国现代化建设新格局。[2]

（二）生态水利工程与传统水利工程的区别

传统的水利工程措施不利于恢复自然植被、不利于生态平衡，对天然生态系统具有一定的破坏性，传统的水利工程对天然河流生态系统的破坏性表现在以下的两个方面。

1.将自然河流几何化。天然弯曲的河流经过人工设计改造变成了直线的渠道，在一定程度上人为地增加了河流流速增加了洪水的风险，将天然河流非几何断面改造成简单的梯形弧形等规则的断面，并且使用混凝土、砌石等硬质材料将河床和河道边坡硬质化，改变河岸原貌对河流周围的爬行类、两栖类动物造成了巨大的影响，破坏了生态系统的稳定性。

2.将自然河流片段化。河坝建设导致河流在水流方向上不连续，原本流动的河流生态系统成为了一个相对静止的人工湖。流速，水深，水温和水流边界条件都因此发生了显著变化。水库形成后，也改变了原河流养分迁移规律。当温度较高时，水库会拦截河流的养分，引起藻类大量繁殖，对河流生态系统和人类生活产生一定的影响。水位线上移导致原始森林、草地或农田被洪水淹没，陆地动物被迫迁移。生态水利的研究就是解决水利与生态系统之间的关系。[3]

生态水利在宏观上是研究水资源的开发利用以及对生态环境的影响、水利工程建设与生态系统演变之间的关系。生态水利工程在提高水资源的有效利用水平、节约用水方面弥补了传统水利工程的不足，确保了生态系统的自我恢复和良性发展的途径和措施。随着城市规划建设越来越重视景观效应，强调生态环保的重要性，生态水利工程治理与施工技术将是水利工程设计的主要方向，防洪与水污染治理相融合的生态水利工程施工技术有利于现代社会的可持续发展，开展生态治理、快速节能施工技术的研究势在必行。[4]

（三）生态水利工程的任务

1.维护水源地和降低水体污染程度

我国虽然在预防和治理水污染上投入了很大的资金，但是对于河流的自身恢复建设并没有采取有效的方法，城市周边河流、湖泊、地下水还是遭到不同程度的污染。同时，水资源浪费现象极其严重，其中以农业灌溉为主的效率仅有40%，没有处理的城市管网排污使许多水体受到污染，更加剧了水资源的短缺局面。而生态水利工程可以在一定程度上降解农业灌溉和生活污水所生产的污染物，通过种植植被和人工设计跌水用物理、化学、生物相结合的于段恢复河流原有水质。

2.恢复生态稳定性

切实保障饮用水源的安仝，加强河湖水环境的改善和长期治理。将自然恢复与人工恢复相结合，适应当地条件保护水源，实现退耕还湖的长效机制，稳定恢复江河湖泊的自然连通性，稳定河流生态系统及周边环境生态系统。[5]通过生态水利工程建设来提高河流自身净化能力，增强环境恢复力，稳定区域生态系统循环。

二、安图县生态水利工程概况

（一）安图县自然概况

安图县是延边朝鲜族自治州的一个下辖县，位于吉林省东部，延边朝鲜族自治州西南部，南部与朝鲜民主主义人民共和国接壤，北部与“东北亚”相邻，是东北地区重要的经济合作圈的腹地。安图县被称为“长白山下的第一县”。它是中国矿泉水之乡，吉林省“长白山大型天然矿泉水基地”，“绿色”中药出口基地县，国家生态示范区。

二）长兴河概况

长兴河发源于安图县长兴乡，由北向南，流经安图县明月镇东侧，于安图县城区南侧，福兴河汇人口下游600m处汇人布尔哈通河。长兴河上拟建有中型水库长兴水库，水库坝址在长兴河上游，距二青水库下游约2.Okm、庆农村3队北200m处，距安图县城22km，坝址以上控制流域面积89.59km2，河道长度为18.19km，河道平均比降为13.2‰。长兴河河道内形成若干个生态绿岛，风景优美，适合设置城市滨水景观广场，但近些年洪水过后，河道生态绿岛破坏严重，河床改道，沿山体一侧生态良好区植被损坏严重，沿堤防一侧新建滨水广场新开辟的河道淤堵严重.沿河滩涂植被破坏严重。近几年来，我国各个地方都加大了对城市河道整治的力度，并取得较好的成效，不仅使河道的防洪、排水和排污能力有了较大的提高，同时也美化了城市的环境。

河道治理是一项长期的系统工程，不仅要使河道的功能得到快速的恢复，同时还要使河道满足人类生存的要求，使其成为城市发展的载体，所以加强河道治理，寻找更快速、更有效、更切实可行的治理方法具有非常重要的意义。下图为安图县城区水系连通及生态水利治理工程施工现场。

（三）存在的主要问题及现有污染状况

1.河道植被破坏严重，水利设施陈旧

近年来，虽然安图城市建设和社会经济得到长足发展，但城区河道的治理相对滞后，缺乏综合治理，加之汛期水体含沙量大，汛期造成河道淤积，部分河床已露出水面，河道两岸植被除布尔哈通河外，福兴河和长兴河两岸植被破坏严重。另外，城区内原部分拦河坝因年久失修，已经失去原设计功能，对河道行洪也造成一定的影响。

2.河道缺乏景观性，与城市发展不符

随着城市建设步伐的加快，这三条河流部分成为城区内河道，城市河道除应满足防洪排涝的基本功能之外，还应成为城市中靓丽的风景线，发挥其景观功能及生态效益。现在河道两岸均无治理，杂草丛生，两岸树木以杨树、柳树为主，缺少供群众近水的步道、自行车慢道等设施，缺乏开敞空间及生态绿道空间，使河道整体现状与周边已建城市道路及城市建设缺乏有机的衔接。

3.河道排污现象及水体污染

实验数据分析：表1为长兴河实验段排污口及其附近水域的水质指标，取样时间为9月中旬。从数据中可以看出3个排污口排出的污水都在不同程度上對长兴河水质有所影响：1号排污口主要污染物是有机污染物，2号排污口的主要污染物是磷和氮，除此之外还排放了浊度较高的水，降低了水体的透明度，3号排污口由于汇集了少部分的农田水导致了粪大肠杆菌群超标。并且检测在试验段下游混合了主河道水体后污染物浓度并没有下降。由河道的地质剖面图可以看出，长兴河实验段的河床是由卵砾石和砂岩组成的，因此河流流速快，河床底部的淤泥量很少，降解污染物的厌氧菌群难以在河床底部存活，导致了河流自身净化能力并不是很强，受到污染物的影响程度较大。

增强长兴河试验段的自净能力方案：建立透水坝，增加试验段水深和降低流速;人为增加底泥量，投人工程细菌形成河流自身净化条件;在排污口处建立格栅，絮凝药物投加装置和曝气装置，降低进入实验段的污染物浓度;建设浮岛等绿植措施，从水体中吸收过量的氮磷。

从表1中不难看出，部分数据超出国家三类水标准，鉴于选取的长兴河实验段位于当地的景观水体上游，考虑到当地居民的用水需求，对试验段水体进行生态修复，降低粪大肠杆菌群指标意义重大。

（四）生态治理方案

除基本的工程方案外，生态治理方案是生态水利中必不可缺的重要环节，需要因地制宜配合当地原有河流体系、水质情况、气候变化等影响因素来建设人工生态体系。生态治理方案要考虑到各项学科之间的配合，才能拿出较为仝面的治理措施。

在河道治理上，应当采取局部控制和整体控制相结合的方式。局部控制点污染源，整体控制线或面污染源，既要对污染源（排污口）施加工程措施又要对河道整体提供自身净化的能力。

例如：安图县长兴河生态水利工程，该研究项目位于长兴河段，目标区域含有三个污水排放口。该研究拟计划于目标区域设置三组净化措施。

1.预处理

设置格栅，拦截目标区域大块物质，降低对后段其他设施的影响;投加絮凝剂，根据水体流速、悬浮物浓度设置絮凝投加装置，降低水体浊度。

2.生物修复

设置两段生物膜反应器：一段设置至河道较窄位置，前段设置跌水设施，保证一段溶氧浓度;二段设置至河道较宽位置，降低河道流速，同时设置曝气装置对河水进行供氧。

岸边设置生物膜反应器池体对复合菌群进行培养，原水为河水，3～7天培养至挂膜状态，方可放置于河道中;生物菌选择工程用复合微生物菌群，强化生物效果。

3.植物吸附

选用植物浮床进行种植、同定;植物选择：千屈菜、睡莲、黄菖蒲、香根草等水生植物;可选择投加藻类、鱼类及其他浮生、光合细菌及动物。

（五）技术突破

氮和磷在水体中过多时，会造成水体的富营养化，蓝细菌和绿藻等微生物大量繁殖，它们产生的毒素不仅会导致鱼和虾的大量死亡，也会威胁到人的健康安全，由于死亡的鱼虾实体在水中不能够有效地分解利用，会造成水体缺氧从而加大水体污染，不但影响人类生活，情况严重还会影响工业和农业生产。因此，在生态水利工程设计中应当考虑适当增加设计元素以提升河流水质，去除破坏生态因子，维护生态系统稳定。

总体上讲，生态水利河道修复技术就是利用植被、工程细菌，生物膜处理技术、造流，有效控制、提升水质指标。在设计和施工过程中，最经济化的措施就是利用物理设计来达到化学效果，例如跌水曝气，在涵盖排污口的河道中利用跌水曝气，高效充氧，形成强氧化环境，有利于污染物分解及水中微生物繁殖，增加河流整体的含氧量对恢复生态结构的稳定有着重要的意义;对于缓流水体，人工湖，观赏水体景区，采用工程细菌生物膜技术，激活、强化土著微生物种群，有效降解有机淤泥，还能为种植的绿色植被提供养料，进行物质循环;逐步恢复自净能力、水体活性。但是由于工程细菌不是单一菌种，都是复合菌群，不同的菌种对于水体环境的要求也是不同的，受东北寒冷气候的影响，市面上大部分的工程菌群都难以抵抗极寒气候，因此，培养耐寒的工程菌有着重要的意义。此项工程技术在东北地区天然河道中首次得到运用，对吉林省其他地区的河道提升水质的方法具有重要的参考价值。

四、总结

生态水利工程是传统水利工程和环境工程等学科有机结合的产物，保证了生态系统的稳定和可持续。[6]生态水利工程必须符合水利工程和生态环保的原则。生态水利工程将成为河流生态建设的新方向，与传统的污染控制技术、清洁生产（生态产业），环境立法和资源管理相结合打造绿色工程新模式。安图县长兴河生态水利工程在东北高寒地区具有一定的创新性和示范性，对于在东北地区推广生态水利工程具有很重要的影响，受到环境气候因素影响，许多生态治理技术和施工方法都属于研究阶段。在推行河长制和发展生态水利工程的工程中，仍需各部门贯彻落实生态理念，相互配合，共同为吉林发展添砖加瓦。

[参考文献]

[1]段瑛.浅论水生态文明建设[J].陕西水利，2013（zl）.

[2]蒋翠红，张惠峰，刘永波.发展水生态文明建设，全面推行河长制——吉林省长春市水利部门一直在行动[J].南方农机，2018（06）.

[2]董哲仁.水利T程对生态系统的胁迫[J].水利水电技术，2003（07）.

[3] ASCE River Restoration Subcommittee on Urban Stream Resto-ration. Urban stream Restoration [J]. Journal of Hydraulic EngineeringASCE，2003（ 07）.

[4]董哲仁.生态水工学的理论框架[J].水利学报，2003 （01）.

[5]陈雷.坚持生态优先绿色发展以河长制促进河长治——写在2017年世界水日和中国水周之际[J].水利发展研究，2017（ 03）.

[6]董哲仁.河流生态恢复的目标[J].中国水利，2004 （10）.