河湖基底修復(fù)要點(diǎn)解析

河湖基底修復(fù)要點(diǎn)解析湖濱帶是水生和陸地系統(tǒng)間的過(guò)渡帶或生態(tài)交錯(cuò)區(qū)，具有四維結(jié)構(gòu)特征，即縱向(上游～下游)、橫向(河床～泛濫平原)、垂直方向(河川徑流～地下水)和時(shí)間變化(如湖濱帶形態(tài)變化及湖濱帶生物群落演替)4個(gè)方向的結(jié)構(gòu)。湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)不僅對(duì)水陸生態(tài)系統(tǒng)間物流、能流、生物流及信息流發(fā)揮著重要作用，而且對(duì)提高區(qū)域內(nèi)的生物多樣性、凈化水體、消浪護(hù)岸、調(diào)節(jié)微氣候、美化環(huán)境等方面具有重要的潛在價(jià)值［1－4］。目前我國(guó)許多湖泊的湖濱帶受人類活動(dòng)如圍湖造田、圍湖養(yǎng)殖、不合理水利設(shè)施建設(shè)、旅游業(yè)的過(guò)度發(fā)展等的影響較大，造成了湖濱帶水位變幅增大、生境惡化、局部水域富營(yíng)養(yǎng)化等生態(tài)環(huán)境問題［5］。因此，湖濱帶濕地恢復(fù)成為改善湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的必然選擇。適宜的湖濱帶基底條件是湖濱帶濕地恢復(fù)的前提條件，因地制宜地進(jìn)行物理基底的適當(dāng)修復(fù)是湖濱濕地修復(fù)的關(guān)鍵。由于湖濱帶建設(shè)中對(duì)基地的處理存在較大的隨意性，導(dǎo)致工程量及投資大而生態(tài)恢復(fù)效果不佳。筆者在湖濱濕地自然生態(tài)特征的基礎(chǔ)上，注重基底的多樣性和人工的適當(dāng)干預(yù)，從吹填造灘技術(shù)、生態(tài)護(hù)岸技術(shù)以及生態(tài)清淤技術(shù)3個(gè)方面開展適宜的基底修復(fù)相關(guān)技術(shù)研究，旨在為湖濱帶基底修復(fù)工程提供技術(shù)依據(jù)。1吹填造灘技術(shù)目前應(yīng)用于湖濱帶濕地基底改造技術(shù)主要有吹填造灘技術(shù)、將魚塘等改造為生物塘技術(shù)以及簡(jiǎn)單的人工作業(yè)處理陡坎地形技術(shù)，該文主要探討吹填造灘技術(shù)。由于我國(guó)許多湖泊的湖濱帶存在很多不合理的水利設(shè)施建設(shè)，使得湖濱帶形成水桶式的跌坎地形，湖泊沿岸原有的天然灘地大量消失，水深增大及消浪作用下降，湖濱帶生境條件急劇惡化。采取底泥吹填技術(shù)進(jìn)行人工造灘，使在湖濱帶濕地基底修復(fù)區(qū)形成緩坡淺灘，改善湖泊沿岸的自然條件，為湖濱帶生態(tài)修復(fù)創(chuàng)造良好條件。該研究采取的吹填造灘技術(shù)工藝步驟主要包括基底修復(fù)工程區(qū)的確定、底泥源的確定、底泥疏浚工程量和疏挖范圍的確定、檔泥圍埝建設(shè)、底泥疏浚及吹填等過(guò)程［6－7］，見圖1。1．1工程區(qū)及其疏挖工程量1．1．1工程區(qū)的確定?；仔迯?fù)工程區(qū)主要是指示范區(qū)基底修復(fù)設(shè)計(jì)中確定需要進(jìn)行湖泊生態(tài)修復(fù)的湖濱沿岸的水域。1．1．2疏挖工程量的確定。根據(jù)生態(tài)恢復(fù)的要求，對(duì)吹填工程區(qū)基底高程進(jìn)行設(shè)計(jì)。疏挖工程量可按照疏浚工程技術(shù)規(guī)范中吹填工程施工土方量計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算后確定。1．2泥源及疏挖設(shè)備的選取1．2．1泥源選取。由于基底修復(fù)后底泥性狀直接影響水生植物的定植，因而選取用于基底修復(fù)的泥源應(yīng)綜合考慮5個(gè)方面：①位于湖區(qū)內(nèi)且距離基底恢復(fù)區(qū)較近;②營(yíng)養(yǎng)鹽含量低;③無(wú)有毒有害物質(zhì);④富含水生植物種子及營(yíng)養(yǎng)繁殖體;⑤底泥吹填后能快速沉降并形成一定的致密度且為利于植物扎根生長(zhǎng)的黏土質(zhì)底泥。實(shí)際工程應(yīng)根據(jù)用于基底修復(fù)的泥源的選取要求，結(jié)合工程修復(fù)區(qū)周圍湖區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行用于基底修復(fù)工程區(qū)的泥源選擇。1．2．2設(shè)備選取。利用底泥吹填技術(shù)進(jìn)行人工造灘以恢復(fù)湖濱帶濕地基底時(shí)，其選取的設(shè)備應(yīng)滿足費(fèi)用低、施工簡(jiǎn)便、對(duì)泥源區(qū)和吹填區(qū)水環(huán)境的污染小。目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的疏挖設(shè)備為環(huán)保絞吸式挖泥船，該設(shè)備具有制作工藝簡(jiǎn)單，對(duì)土質(zhì)的適應(yīng)性較好，在生產(chǎn)率及排距的選擇上較為靈活，工作效率較高，能耗和成本較低，污染程度較低等優(yōu)點(diǎn)。1．3擋泥圍埝建設(shè)擋泥圍埝的作用是使吹填的泥漿在圍埝與岸堤之間空間沉降，減少吹填泥漿的流失，促進(jìn)泥漿的沉降和基底的穩(wěn)定。考慮到經(jīng)濟(jì)性和生態(tài)環(huán)保要求，擋泥圍埝應(yīng)以木樁或竹樁為骨架，以竹排為墻體置于骨架內(nèi)側(cè)，竹排上鋪設(shè)固定土工織物;在圍埝迎風(fēng)側(cè)設(shè)立加固鐵錨，加強(qiáng)擋泥圍埝的穩(wěn)定性。由于高風(fēng)浪湖區(qū)風(fēng)浪對(duì)泥面淘蝕與泥漿的流失，設(shè)計(jì)擋泥圍埝頂高程一般高于吹填灘面設(shè)計(jì)標(biāo)高0．4～0．7m，在完成生態(tài)修復(fù)工程后應(yīng)將圍埝頂削除［6，8］。1．4基底設(shè)計(jì)及吹填方式一般在風(fēng)浪較大的低透明度湖區(qū)，1m左右的水深比較適合水生植物恢復(fù)。因此，工程實(shí)施后，基底的高程應(yīng)滿足平均水深為1m左右?？紤]到吹填后新形成基底的脫水壓實(shí)作用和風(fēng)浪侵蝕的影響，設(shè)計(jì)吹填后驗(yàn)收的泥面高程應(yīng)使平均水深在0．6～0．8m［7］。由于吹填后新形成的基底松軟，易形成平坦的泥面，很難控制吹填后的地形。為了創(chuàng)造多生境條件，采用輸泥管沿湖岸鋪設(shè)，管口布設(shè)與圍埝垂直，邊吹填、邊延伸移動(dòng)管口的方式進(jìn)行基底修復(fù)區(qū)分片吹填作業(yè)。根據(jù)底泥沉降情況隨時(shí)調(diào)整吹填口確保灘面吹填均勻，經(jīng)余水外排湖泥自然沉降固液分離過(guò)程后，形成近岸側(cè)稍高、遠(yuǎn)岸側(cè)稍低、沿湖岸交錯(cuò)起伏的湖濱自然淺灘。2生態(tài)護(hù)岸技術(shù)傳統(tǒng)的湖濱帶堤岸護(hù)坡工程隔絕了土壤與水體之間的物質(zhì)交換，使整個(gè)湖濱水帶生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈斷開，原先在湖濱水帶生長(zhǎng)的濕生植物及水生植物難以在硬化的堤岸上繼續(xù)生存;湖濱帶的一體化使水生動(dòng)物喪失棲息場(chǎng)所;城市生活污水(通過(guò)下水道進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)的除外)沒有經(jīng)過(guò)任何消減作用沿堤岸坡面直接進(jìn)入湖泊，造成水質(zhì)污染、富營(yíng)養(yǎng)化［9］。生態(tài)護(hù)岸是指湖濱帶基底改造形成邊坡以后，通過(guò)種植植物，利用植物與土壤的相互作用(根系錨固作用)對(duì)邊坡表層進(jìn)行防護(hù)、加固，使之既能滿足對(duì)邊坡表層穩(wěn)定的要求，又能恢復(fù)被破壞的自然生態(tài)環(huán)境的護(hù)坡方式，是一種有效的護(hù)坡、固坡手段［10］。通過(guò)生態(tài)護(hù)岸技術(shù)可以防止湖濱帶邊坡的水土流失，而選擇合適的護(hù)岸材料是生態(tài)護(hù)岸技術(shù)的關(guān)鍵。目前應(yīng)用于生態(tài)護(hù)岸材料主要有生態(tài)混凝土材料及綠色植物，可根據(jù)護(hù)岸區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。2．1生態(tài)混凝土材料［11］該類生態(tài)材料為一種多孔型無(wú)砂混凝土磚，由粗砂礫料或碎石、水泥加混合劑壓制而成，具有透水、透氣的特點(diǎn)。生態(tài)混凝土材料主要包括透水磚、魚巢磚、生態(tài)墻磚、植物磚。2．2綠色植物綠色植物的護(hù)坡功能是通過(guò)它的水文效應(yīng)與根系力學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。植物的根系對(duì)邊坡基質(zhì)起加筋、固錨及支撐作用，同時(shí)提高基質(zhì)的抗拉及抗剪能力，增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。選取的綠色植物主要包括野牛草、結(jié)縷草、早熟禾、黑麥草、扁穗冰草、近岸挺水植物(如蘆葦、菖蒲等)以及耐濕陸生植物(如楊柳等)［11］。該類生態(tài)護(hù)岸材料主要特點(diǎn)為植物適應(yīng)性廣、對(duì)土壤要求不嚴(yán)、根系發(fā)達(dá)。3生態(tài)清淤技術(shù)生態(tài)清淤技術(shù)主要是利用環(huán)保清淤設(shè)備在除去湖泊中富含污染物的底泥和浮淤的同時(shí)盡可能保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)生境條件。生態(tài)清淤技術(shù)的關(guān)鍵是清淤設(shè)備的選取及施工設(shè)備定位、生態(tài)疏挖、管道輸送及淤泥固化。3．1設(shè)備的選取生態(tài)清淤設(shè)備應(yīng)具備：①疏浚精度高，挖深精度要控制在10以內(nèi);②對(duì)底泥擾動(dòng)要小，吸入濃度高;③疏浚底泥輸送過(guò)程中不泄漏［12－13］。目前，國(guó)內(nèi)外采用的環(huán)保清淤設(shè)備廣泛應(yīng)用的是環(huán)保絞吸式挖泥船。3．2施工設(shè)備定位將施工圖電子文檔輸入環(huán)保清淤監(jiān)測(cè)軟件，根據(jù)GPS衛(wèi)星信號(hào)的指示，將環(huán)保絞吸式挖泥船在疏挖施工區(qū)內(nèi)定位。3．3生態(tài)疏挖施工設(shè)備定位完成后，開始進(jìn)行挖掘淤泥工作，根據(jù)施工實(shí)際調(diào)節(jié)環(huán)保絞刀頭的擋泥導(dǎo)板及水平調(diào)節(jié)器，使密封罩處于挖掘作業(yè)區(qū)的合理位置，同時(shí)控制挖掘施工時(shí)，絞刀對(duì)周圍水體的擾動(dòng)范圍最小。開挖采用扇形橫挖法作業(yè)，即底挖泥船將定位樁打設(shè)在湖泥層中，實(shí)現(xiàn)對(duì)船體中心定位，并通過(guò)定位樁臺(tái)車的液壓軸臂的伸縮，實(shí)現(xiàn)定位樁臺(tái)車在船尾滑道內(nèi)相對(duì)船體的位移，使船體在反作用力下短線推進(jìn)，每次推進(jìn)距離1．0～1．5m，最大推進(jìn)距離3．5m，并依靠挖泥船前端左右絞車收放錨纜，使船身以船尾定位樁為中心，船長(zhǎng)為半徑，絞刀頭呈左右扇形移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)挖泥船扇形橫挖法作業(yè)［14］。3．4管道輸送挖掘的淤泥通過(guò)挖泥船上離心泵的作用，抽吸并提升、加壓，泥漿通過(guò)排泥管線(浮管、潛管、岸管)全封閉輸送，吹填入堆泥場(chǎng)。如排距超過(guò)單船核定排距，需加設(shè)接力泵船。3．5淤泥固化淤泥固化技術(shù)是將環(huán)保清淤后含水量較高的湖底淤泥通過(guò)一系列處理加工，使之成為固化處理土的技術(shù)。目前處理淤泥的方法主要有物理脫水固化、加熱燒結(jié)和化學(xué)固化3種。實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)工程情況選擇合