城市河道修復生態(tài)水系建設工程方案

城市河道修復生態(tài)水系建設工程方案河流、湖體為城市提供了泄洪、生物保護與景觀等多種生態(tài)服務功能,以其自然、社會、經(jīng)濟與環(huán)境價值推動了城市的發(fā)展。但隨著城市規(guī)模擴大,對河流的干擾日漸增加，筑壩、取水、分流、裁彎取直、堵塞汊流及河岸(道)的固化、河岸植被帶破壞等擾亂了河流流態(tài)與水文循環(huán)過程,與水質(zhì)污染、水生物過度利用等協(xié)同作用,引起河流生態(tài)系統(tǒng)的退化。生態(tài)河道建設本項目主要對峽溪河進行生態(tài)河道恢復建設。峽溪河因位于流經(jīng)XX市城區(qū)，工程設計時除考慮安全泄洪要求及近自然恢復原有河流生態(tài)環(huán)境外，還應兼顧鄰近社區(qū)休閑游憩的河流環(huán)境需求。1、生態(tài)河道治理措施（1）總體方案針對XX市實際情況，分段進行生態(tài)改造的方案制定，以構建城市街區(qū)的濱水空間，改善各分段區(qū)域的城市生態(tài)環(huán)境及植物、昆蟲、鳥類、魚類及兩棲類生物等生存的水邊環(huán)境。通過現(xiàn)場調(diào)查，并結合XX市的實際特點，其生態(tài)改造方案可分為整體改造（簡稱“大改”）和局部改造（簡稱“小改”）兩個方案，以下就此兩方案進行分析比較。大改方案（方案一）：對全河段河岸及河床進行斷面形式及生態(tài)結構改造。小改方案（方案二）：常水位以下河岸基本維持現(xiàn)狀不變，常水位以上按現(xiàn)狀岸坡形式進行生態(tài)軟化改造?？紤]到現(xiàn)狀施工條件比較有限，而且從水流沖刷以及防洪安全角度考慮，湘江和淥水河道生態(tài)改造宜采用方案二即小改方案。（2）方案措施1）生態(tài)駁岸建設峽溪河生態(tài)駁岸建設主要集中在城區(qū)，峽溪河處于露天的河道的長度為750m左右。本次方案著重對生態(tài)駁岸建設進行分析。生態(tài)駁岸是指恢復后的自然河岸或具有自然河岸“可滲透性”的人工護岸，目前日本、荷蘭等國家在生態(tài)護岸方面做了大量實踐。主要通過擴大水面和綠地、設置生物的生長區(qū)域、設置水邊景觀設施、采用天然材料的多孔性構造等措施來實現(xiàn)河道生態(tài)駁岸建設。生態(tài)型的駁岸結構型式，如植物護岸，利用植物根系達到固定河岸邊坡及水土保持的目的，同時利用斜坡式的綠化管理范圍作為河道的行洪灘地；如金屬網(wǎng)墊塊石護岸，即利用金屬網(wǎng)墊封裝塊石，達到穩(wěn)定岸坡及水土交換的目的，同時滿足親水要求；如混凝土多孔塊體護坡，利用混凝土多孔塊體孔隙植草，達到護岸、綠化、水土交換的有機結合。生態(tài)駁岸的設計將分段使用不同的處理手法，意圖創(chuàng)造多元的水岸環(huán)境與親水體驗。設計重點在于要充分體現(xiàn)江濱岸線的親水性特點，以生態(tài)駁岸為主，并對硬質(zhì)駁岸進行生態(tài)化處理。適當?shù)亟档蜑I水步行道的標高，設置休息坐椅，善用天然水文地理環(huán)境，布置跌落式親水平臺等設施，增加伸入水面的親水平臺，使游人真正融入水體。駁岸的設計大致可分為剛性和柔性邊緣兩種，按照岸線功能的要求與區(qū)段的設計意圖而決定。剛性：直立式駁岸和臺階式駁岸（含親水平臺）。一般而言，位于市區(qū)或公共區(qū)域，人流聚集和活動強度大的位置，如游船碼頭、集中場地、濱水建筑等。柔性：土石砌塊駁岸（含石籠）和自然生態(tài)駁岸（草坡或水生濕生植物群落）。一般適用于對生態(tài)保護要求較高，能充分體現(xiàn)人的親水愿望，且有效柔化陸地與水體的關系，如城市濱水草坡、河岔溪流、生態(tài)涵養(yǎng)林等。圖6.8柔性駁岸圖6.9剛性駁岸生態(tài)駁岸帶是河水自凈以及沿岸邊坡散排雨水凈化的主要區(qū)域，生態(tài)駁岸邊坡可采用1：2放坡或根據(jù)現(xiàn)狀地形采取自然放坡的形式，岸坡植物配置，標高0.5m水深以下的岸坡區(qū)域種植金魚藻、苦草、穗花狐尾藻；0.5m水深到最高水面0.5m之間的岸坡區(qū)域種植西伯利亞鳶尾、高桿燈心草、再力花、梭魚草、風車草；最高水面0.5m以上的岸坡區(qū)域種植狗牙根延伸過渡；其中挺水植物和濕地植物的種植密度3～5株/m2，漂浮植物的種植密度為0.5～2株/m2，挺水植物和濕地植物的種植面積為0.2km2，漂浮植物的種植面積為0.05km2。以上植物對氮、磷及COD都有一定的去除率。岸坡及水面上種植這些植物可形成環(huán)河的過濾帶，對地表徑流流入湖中的水起過濾作用，吸收、轉(zhuǎn)化、積累輸入的部分有機質(zhì)及營養(yǎng)鹽，在通過收割利用，移出水體，有利水體自凈，營養(yǎng)鹽收支平衡，防止水體富營養(yǎng)化。表6.10峽溪河駁岸建設長度（m）建設方案峽溪河750=1\*GB3①護岸形式：保持現(xiàn)狀坡度=2\*GB3②護岸材料：直立結構維持不變，斜坡結構改透水材料護岸2）水系植物配置①植物分類傳統(tǒng)的廢水處理工藝中的大部分過程依賴好氧和厭氧微生物的作用，尤其對于氮的去除，需要硝化和反硝化的共同作用。濕地植物也能夠做到好氧和厭氧型細菌的共生，主要是因為濕地植物的根部有一個厭氧區(qū)，同時根系周圍有一個好氧區(qū)，根系能將水生植物莖、葉輸送來的氧氣固定，維持氧化還原的狀態(tài)。河道濕地植物可歸為三種基本類型：完全生長在水下的沉水植物（如伊樂藻等）；扎根在水下土壤中但葉和莖露出水面的挺水植物（如蘆葦、香蒲、藨草等）；整個植物體都完全漂浮在水面上的浮葉植物（如睡蓮、浮萍、水葫蘆等）。不同類型的濕地植物的特性如下表所示。表6.11不同生長型濕地植物特點序號濕地植物種類特點1浮水大型植物系統(tǒng)以浮水植物為主，植物繁殖能力強,可通過光合作用由根系向水體放氧,可通過植物吸收有效去除N、P及重金屬等污染物，浮水植物目前主要用于N和P的去除和提高穩(wěn)定塘的效率。2挺水大型植物系統(tǒng)以挺水植物為主，植物根系發(fā)達，可通過根系向基質(zhì)送氧，使基質(zhì)中形成多個好氧、兼性厭氧、厭氧小區(qū)，利于多種微生物繁殖,便于污染物的多途徑降解，目前人工濕地主要指挺水植物系統(tǒng)。3沉水植物系統(tǒng)以沉水植物為主，該系統(tǒng)還處于試驗階段，主要用于初級處理與二級處理后的精處理。一般以水處理為目的時，宜選擇挺水植物，因其具有較強的適應能力，根系深，并且容易就地取材，許多挺水植物具有根莖，向外延伸呈叢束狀，分裂后的部分可再繁殖。漂浮植物如水葫蘆能快速去除水中的污染物質(zhì)，但同時也具備其極強的生存能力，極易大量繁殖，造成生態(tài)入侵，因此在野外一般不予采用。有些沉水植物比如伊樂藻等能充分利用植物體的表面吸收所需養(yǎng)分，雖然扎根泥土，但并不完全依賴于泥土，能自由蔓延和飄浮，有時能夠向上生長和伸枝。②選種原則天然濕地恢復植物的選擇應依據(jù)如下原則：能夠適應0.5~2.0m水深范圍內(nèi)的挺水植物；選擇根系發(fā)達，向水平和垂直方向伸展的植物類型；選擇易于采購的本地濕地物種。③選擇種類挺水植物：蓮、千屈菜、蘆葦、菰、香蒲（多種）、菖蒲（多種）、藨草（多種）、澤瀉（多種）、慈姑（多種）等；蘆葦：一年生挺水植物，高6~12英尺，多年生根莖深入地下約18英寸，蘆葦廣泛應用于“根系”廢水處理法，因為蘆葦根系滲入的輸氧作用能有效的促進深層有機物質(zhì)的氧化分解。香蒲：易于栽培，根莖厚實，易于收集，根在地下不足1英尺深，因此深層氧化作用不強。藨草：生長在內(nèi)陸河岸的廣大水域中，不如香蒲有那樣強的生命力，分布也不很廣泛，但除氮效果較好，能忍受較寬范圍的pH值環(huán)境，根系能夠深入地下2.5~3英尺，深層氧化作用很好，更適合生長在深水中，在洪水泛濫的環(huán)境也能夠生存。浮葉植物：睡蓮（多種）、荇菜、菱（多種）等；沉水植物：眼子菜（多種）、黑藻、伊樂藻、狐尾藻、金魚藻、苦草等；濕地周邊陸生植物：鳶尾、芒、香根草等。④植物種植量統(tǒng)計在重建和恢復河道時，首要重視是所恢復物種的多樣性和適應性，基于生態(tài)學原理不提倡單一植物種類的栽培，各物種的混合栽培能夠讓自然選擇過程來決定優(yōu)勝劣汰，也最終會決定濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物鐘類結構。引種植物時必須注意各個植物種類的比例，如果比例失調(diào)可能會引起某單一植物種類過分生長，而抑制了其他植物的生存。植物配置數(shù)量見下表所示。表6.12天然濕地植物數(shù)量表序號名稱單位數(shù)量1挺水植物hm25.982浮葉植物hm20.443沉水植物hm20.514岸邊植物hm21.035合計hm27.96⑤其他措施包括：A)根據(jù)目前峽溪河現(xiàn)狀，在清淤后，建立生態(tài)植物凈化區(qū)，實施池底清障，水下濕地部分的清除深度為0.5m，壓實池底（密實度為93％），做池底保護層，生土層平均厚度為60cm；同時對底部進行適當平整，改善底部的平整度及池底水流條件，挖除洼地內(nèi)的入侵植物及其生長土床；B)在凈化區(qū)溢流堰處設置水面漂浮物收集措施以及池底淤泥清理裝置，防止水面垃圾以及池底富營養(yǎng)底泥對下游受納水體水質(zhì)的污染。C)池底植物配置，池底為土質(zhì)，其上種植苦草、菹草、金魚藻等沉水植物和蓮花等浮葉植物，防止底泥再懸浮而降低透明度，有利保持水體清澈，吸收、轉(zhuǎn)化、積累底泥及水中的有機質(zhì)與營養(yǎng)鹽，降低水中營養(yǎng)鹽的濃度，抑制浮游藻類的生長，從而防止水體富營養(yǎng)化。這些水生植物通過光合作用釋放氧，起到增氧作用，有利于防止水體黑臭。苦草菹草圖6.10池底植物D)岸坡植物配置，可在0.5m水深以下的岸坡區(qū)種植挺水植物香蒲、蘆葦、荷花、水蔥，0.5m以上岸坡種植濕地植物香根草和風車草。它們在淺水濕地、水中或者陸地上均可生長，其根系發(fā)達且深，有固岸護坡、防浪擊、防岸坡坍塌的作用。風車草對氮、磷及COD都有一定的去除率。岸坡上種植這些植物可形成環(huán)湖的過濾帶，對地表徑流起過濾作用，阻攔并吸收、轉(zhuǎn)化、積累輸入的部分有機質(zhì)及營養(yǎng)鹽，在通過收割利用，移出水體，有利水體自凈，營養(yǎng)鹽收支平衡，防止水體富營養(yǎng)化。岸坡采用自然河岸或具有自然河岸“可滲透性”的人工駁岸，它可充分保證池岸與水體之間的水分交換和調(diào)節(jié)，同時也具有一定的抗洪強度。以上造景植物的配置在兼顧形式美的同時，更注重其生態(tài)效應，遵循自然水岸植被群落的組成、結構等規(guī)律，在水平結構上，采用多樹種混交林的形式，在垂直結構上，采用林冠層、下目層、灌木層和地被層多層次組合的形式，以發(fā)揮其群落的最佳生態(tài)效益。香蒲蘆葦圖6.11挺水植物香根草風車草圖6.12濕地植物池杉垂柳圖6.13沿岸植物F)水面植物配置，水面可分散地放置鳳眼蓮、睡蓮、萍蓬草等飄浮植物，不僅可以綠化、美化水體，而且可以通過它們吸收、轉(zhuǎn)化和輸出水中的營養(yǎng)鹽，減少入池水體的光通量，從而抑制浮游藻類的生長，增加水體的透明度。睡蓮人工浮島圖6.14水面植物表6.13峽溪河植物配置表序號植物名稱種植密度種植面積（m2）挺水植物1荷花（子蓮型）4兜/m23株/兜2002水蔥4兜/m23株/兜2003水生美人蕉4兜/m23株/兜2004澤瀉4兜/m23株/兜150小計750浮葉植物1睡蓮2株/m2-3002荇草4兜/m22株/兜350小計750沉水植物1苦草6兜/m24株/兜3002伊樂藻6兜/m24株/兜350小計750合計22503）水生微生物配置水中微生物的配置：由于微生物易于繁殖的特點，使得微生物控藻是生物控藻里最有前途的一種控藻方式。這些殺藻微生物主要是包括細菌（溶藻細菌）、病毒（噬菌體）、原生動物、真菌和放線菌等五類，并可投加適量的生物制劑，對水體景觀進行修復；本工程采用固定化微生物培養(yǎng)器，固定化微生物培養(yǎng)器實質(zhì)是對特定高效微生物進行培養(yǎng)并擴散到水中的方法。相比于傳統(tǒng)的直接向水中投微生物的方法，固定化微生物培養(yǎng)器不需要經(jīng)常向水中投加微生物，這樣就克服了水中微生物濃度不穩(wěn)定以及和水體混合不好而造成效果不佳、人工投加工作量大、費用高昂的缺點。此外為增加水中有機質(zhì)的分解、礦化，適時向水中投灑有益微生物，將有益微生物施于漂浮植物及水培植物懸浮于水中的根系上，使他們互利共生，這些植物為微生物提供并擴大了供附著的基質(zhì)和表面，有些植物還可通過根系釋放其光合作用所產(chǎn)生的氧，供微生物氧化分解有機污染物。另外，微生物分解后的有機質(zhì)，可作為植物的養(yǎng)料，植物與微生物兩者協(xié)同作用，有效地促進并完善水中有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽的遷移、轉(zhuǎn)化、輸出過程。圖6.15固定化微生物本工程在峽溪河中端進行微生物投放實驗，共1處。生態(tài)湖體建設1、設計目標湖體生態(tài)系統(tǒng)修復和構建需要達到以下目標：（1）建設濕地型湖體，防止初期雨水污染；（2）豐富湖區(qū)生物相，優(yōu)化生物群落結構；（3）構建健康的水體生態(tài)系統(tǒng)，將湖區(qū)水質(zhì)穩(wěn)定在良好水平；（4）抑制藍藻爆發(fā)，透明度和感官效果滿足水體功能要求。2、方案措施本項目主要對XX水庫進行湖體生態(tài)恢復建設建設。（1）湖體生態(tài)駁岸建設生態(tài)駁岸邊坡可采用1：2放坡或根據(jù)現(xiàn)狀地形采取自然放坡的形式，岸坡植物配置，標高0.5m水深以下的岸坡區(qū)域種植金魚藻、苦草、穗花狐尾藻；0.5m水深到最高水面0.5m之間的岸坡區(qū)域種植西伯利亞鳶尾、高桿燈心草、再力花、梭魚草、風車草；最高水面0.5m以上的岸坡區(qū)域種植狗牙根延伸過渡；其中挺水植物和濕地植物的種植密度3～5株/m2，漂浮植物的種植密度為0.5～2株/m2，挺水植物和濕地植物的種植面積為0.2km2，漂浮植物的種植面積為0.05km2。本工程XX水庫生態(tài)駁岸的長度為4500m。（2）湖體內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)建設XX水庫內(nèi)源污染的控制主要是防止湖體富營養(yǎng)化，尤其是對湖體氮磷等富營養(yǎng)物質(zhì)濃度的控制。湖體內(nèi)源污染控制技術主要是通過生態(tài)性措施，建立水生生態(tài)系統(tǒng)，控制污染物的富集和釋放，使水體中各種營養(yǎng)物實現(xiàn)動態(tài)平衡，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，有效抑制內(nèi)源污染，使湖體水質(zhì)長期穩(wěn)定達標。具體措施包括：a人工放養(yǎng)以藻類等浮游植物為食的濾食性魚類，實施不投餌料的魚類養(yǎng)殖方式以控制湖泊水體中藻類的過渡繁殖，防治水體“水華”的發(fā)生。同時可適當放養(yǎng)蚌類、螺螄等動物，延長生物鏈，通過食物鏈的作用，調(diào)控底棲動物和其他魚類數(shù)量的增長。b湖底植物配置：湖底為土質(zhì)，其上種植苦草、菹草、金魚藻等沉水植物和荷花等浮葉植物，防止底泥再懸浮而降低透明度，有利保持湖水清澈，吸收、轉(zhuǎn)化、積累底泥及湖中的有機質(zhì)與營養(yǎng)鹽，降低水中營養(yǎng)鹽的濃度，抑制浮游藻類的生長，從而防止水體富營養(yǎng)化。這些水生植物通過光合作用釋放氧，起到增氧作用，有利于防止湖水黑臭。并為螺類等附著生物擴大附著基，改善一些動物的生活條件，增加動物的種類和數(shù)量，及遷移、轉(zhuǎn)化和輸出的途徑和輸出的數(shù)量，增強其對水體的凈化能力。圖6.16苦草圖6.17菹草c岸坡植物配置：岸坡區(qū)種植挺水植物荷花、水蔥、黃菖蒲、風車草等。它們在淺水濕地、水中或者陸地上均可生長，其根系發(fā)達且深，有固岸護坡、防浪擊、防岸坡坍塌的作用。風車草對氮、磷及COD都有一定的去除率。岸坡上種植這些植物可形成環(huán)湖的過濾帶，對地表徑流流入湖中的水起過濾作用，阻攔并吸收、轉(zhuǎn)化、積累輸入的部分有機質(zhì)及營養(yǎng)鹽，在通過收割利用，移出水體，有利水體自凈，營養(yǎng)鹽收支平衡，防止水體富營養(yǎng)化。以上造景植物的配置在兼顧形式美的同時，更注重其生態(tài)效應，遵循自然水岸植被群落的組成、結構等規(guī)律，在水平結構上，采用多樹種混交林的形式，在垂直結構上，采用林冠層、下目層、灌木層和地被層多層次組合的形式，以發(fā)揮其群落的最佳生態(tài)效益。圖6.18荷花圖6.19水蔥d湖面植物配置，水面可分散地放置睡蓮、荇草等飄浮植物，不僅可以綠化、美化水體，而且可以通過它們吸收、轉(zhuǎn)化和輸出水中的營養(yǎng)鹽，減少入湖水體的光通量，從而抑制浮游藻類的生長，增加水體的透明度。圖6.20睡蓮圖6.21人工浮島e組合式生態(tài)浮島生態(tài)浮島技術就是人工把水生植物或改良馴化的濕生植物移栽到水面浮島上，植物在浮島上生長，通過根系吸收水體中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，從而達到凈化水質(zhì)的目的，本項目只在XX水庫布置生態(tài)浮島。浮島技術的凈化機理主要有以下6個方面：=1\*GB3①浮島植物吸收和吸附水體中氮磷物質(zhì)：浮島植物通過根系吸附并吸收水體中氮磷等營養(yǎng)鹽供給自身生長,從而改善水質(zhì)。=2\*GB3②植物根系增大水體接觸氧化的表面積，并能分泌大量的酶，加速污染物質(zhì)的分解。=3\*GB3③浮島植物的克藻效用：一些植物能針對性地抑制相應藻類的生長，如蘆葦對形成水華的銅綠微囊藻、小球藻都有克制效應。=4\*GB3④浮島植物與微生物的形成互生協(xié)同效應：浮島植物輸送氧氣至根區(qū)，在根區(qū)形成好氧，兼性和厭氧的不同小生境，為多種微生物的生存提供適宜的環(huán)境，同時微生物可以把一些植物不能直接吸收的有機物降解成植物能吸收的營養(yǎng)鹽類。=5\*GB3⑤浮島的日光遮蔽作用：浮島在水面要占據(jù)一定的水面，在富營養(yǎng)化的水體中能減弱藻類的光合作用，延緩水華的爆發(fā)。=6\*GB3⑥組合浮島底部的碳素纖維富集微生物，強化對水質(zhì)的處理。圖6.22組合式生態(tài)浮島示意圖一個完整的浮島主要包括3個部分：浮島載體、浮島固定裝置和浮島植物。浮島設計包括浮島載體材料的選擇、制作；浮島植物的選擇、移栽，浮島在水面的擺放方式及固定方式等。因湖體蜿蜒曲折，地形復雜，湖體充水后在地勢較高的凸點能夠形成自然的生態(tài)浮島載體，無需固定。浮島植物選擇是浮島技術中至關重要的一個環(huán)節(jié)。作為浮島技術的核心，浮島植物必須適應當?shù)氐臍夂颦h(huán)境，能在水環(huán)境中健康成長，耐受病蟲害，并較少依賴人工維護。f曝氣增氧措施為了防止湖內(nèi)產(chǎn)生死水區(qū)，需在局部增加推流曝氣復氧設備，增加水體的流動性，改善底部水體的溶解氧條件（溶解氧濃度≥4.5mg/L），同時由于表層水體的往復流動，加強了復氧設備保護范圍內(nèi)水體的局部流動，提高了水體的自凈能力。本項目在XX水庫布置2個曝氣設備。圖6.23曝氣增氧設備示意圖3）水生植物配置水生植物配置根據(jù)XX水庫進行布置。XX水庫可種植水生植物面積約為20000m2。表6.14XX水庫植物種植表序號植物名稱種植密度種植面積（m2）挺水植物1荷花（子蓮型）4兜/m23株/兜15002黃花鳶尾4兜/m23株/兜5003水蔥4兜/m23株/兜5004花葉蘆竹4兜/m23株/兜10005風車草4兜/m23株/兜10006水生美人蕉4兜/m23株/兜10007雨久花4兜/m23株/兜5008千屈菜4兜/m23株/兜10009慈姑4兜/m23株/兜100010澤瀉4兜/m23株/兜1000小計9000浮葉植物1睡蓮2株/m2-5002荇草4兜/m22株/兜500小計1