新型标准河道

新型标准河道 篇1

近年来,国内外利用植物修复技术净化水体的研究很多[1],取得了很好的效果。多数水生植物虽有较好的处理效果,但易过度繁殖,且管理不善也会造成不良后果[2,3]。目前很多学者[4,5,6]寻求新型植物,利用浮床技术净化水质且促使水体形成自身的植物系统,使水体产生良性循环,最终达到恢复植被的目的。

本文选择几种常见的陆生喜水植物,利用植物生长所需营养来达到降解水体中N、P的目的,探索其净化能力,寻找合理的季节和水位搭配的植物组合,达到较好的水体净化效果。

1 试验材料与方法

1.1 试验植物

试验植物采用4种常见的陆生植物铜钱草、水竹、茅草和灯芯草,它们生长于湿润的土壤中,性喜湿润,适应性强,生长期较长。其中,铜钱草为草本植物,植株较矮,春夏生长茂盛,可以用于水面漂浮种植;水竹植株较高,并且枝叶茂盛,生长季节较长,春、夏、秋季都可生长,可用于较深的水域;茅草生有匍匐跟,易于生根繁殖,多生长于春、夏以及初秋;灯芯草枝叶较长,但比较柔软,植株仍较矮生长期较长,这样的搭配可以实现植物四季以及不同水深对水体的降解功能。

取具有大容量的相同容器,分别置入某学院人工湖湖水做实验用水,将植物栽种于漂浮载体上进行水培,在自然光照下生长,载体为聚乙烯泡沫塑料。

栽种3天后,植物开始生长。试验期间,各种植物均长势良好,每株植物都有新叶长出,并发出大量新的根系,尤其以水竹、灯芯草最为突出,生出大量根系。这表明, 4种陆生植物均可以在水体中生长,并且生长状况良好。

1.2 试验设计

1.2.1 水质净化实验

测定植物栽培前初始水质指标,每隔6天定期取样测试。

为了测试植物对N、P的吸收效果,当水中的营养物质浓度不再降低时,投加一定浓度的KH2PO4和KNO3,调节水体的TP、TN的浓度。

1.2.2 测试指标与方法

4种植物对水体中的CODMn的去除效果不明显,因此选择以下指标进行研究。

测试指标有叶绿素a、TN、TP、浊度。叶绿素a:WET Labs叶绿素荧光仪;TN:紫外分光光度法;TP:钼锑抗分光光度法;浊度:TDT-1型浊度仪。

2 结果与分析

2.1 植物对TP、TN的去除效果

当植物种植入水体后,水体中的TP浓度开始快速下降,在短时间内下降到一定的平衡浓度,浓度不再下降。这时向水体中加入KH2PO4,TP的浓度约在0.6 mg/L左右。植物对TP的去除效率逐步变大,TP的浓度又开始下降,当下降到一定浓度时,达到平衡不再下降。第二次向水中加入KH2PO4调节水体的TP浓度,植物开始快速吸收,短时间内水体达到平衡浓度。TP提供了植物生长所需要的元素,从而达到水体中TP(图1)。而且由图1可以看出去除是非常有效而快速,在两次添加磷元素的过程中,水体最后TP的平衡浓度变化不大,不受水质变化的影响。同时植物长出大量的根须,特别是铜钱草、水竹。铜钱草各个叶子下面都长出数根短而细的根,而水竹则发出较长的根,长约20 cm,长势旺盛,并且当去除部分根系后,植物仍能重新发出大量新根。

从实验中可以看出,4种植物都可以去除水体中的磷元素。4种植物对水体中的TP的去除效果十分明显。当水体中有外来磷元素加入时,4种植物仍然可以很好的去除。4种植物对TP有持续的去除效果,保持在一定的水平。铜钱草、水竹、茅草和灯芯草对水中TP的去除效果分别为81.7%、70%、74.7%和67.9%。可以看出,4种植物对水中的TP去除效率均达到67%以上。处理效果按照由好到次的顺序为铜钱草>茅草>水竹>灯芯草。

当植物种植进水体的开始几天,水体中TN吸收很快,使水体中的TN浓度快速下降,经过几天吸收,TN的浓度不再下降,水体中的TN基本吸收殆尽。在水体中加入KNO3,植物又开始继续吸收水体中的TN,当浓度下降到一定量时,不再下降,维持在一定的平衡浓度。再向水中加入KNO3调节水体的TN浓度,植物仍然可以快速吸收,达到平衡浓度。在种植期间,植物中植入水体后,迅速长出大量新根,其中铜钱草和水竹比较明显。说明KNO3提供了植物生长所需要的营养物质,从而达到水体中TN的降解(图2)。在图2中可以看出,茅草和灯芯草受水质影响较大,当水体TN浓度增大时,平衡浓度亦会增大,特别是灯芯草。

实验说明,4种植物对TN都有一定的吸收能力,可以有效地去除水体中的TN,降低水体中TN的浓度。并且4种植物对TN具有持续的吸收能力,当水体中有外来氮元素加入时,植物仍然可以去除水体中的TN。铜钱草、水竹、茅草和灯芯草对水中TN的去除效率分别为63%、63.6%、68.9%和68.3%。当初始TN浓度增加时,铜钱草、水竹、茅草和灯芯草对TN的去除效率变为87.8%、85.1%、59.5%和59%。四种植物中,铜钱草、水竹对TN的吸收能力较好。

2.2 对水中叶绿素a的去除

表1为不同时期水体中叶绿素a的浓度变化。从表中可以看出,4种植物可以有效地去除水体中的叶绿素a,并且可以维持水体中的叶绿素a在一个较低的水平,控制藻类的生长。植物在生长过程中,可以抑制水体中藻类的爆发性生长。

在植物种植过程中,水体颜色有浑浊逐渐清澈,并且藻绿色逐渐变浅,转为透明。当水体中有少量藻类出现时,水体叶绿素a的浓度有所升高。在未种植植物的空白水样中,长出大量的藻类,叶绿素a的浓度已达3.46 μg/L,但种植植物的水样中未出现此类现象。铜钱草、水竹、茅草和灯芯草对叶绿素a的去除效率均达到70%以上,其中,铜钱草效果最好,其次为茅草。

2.3 植物对水体浊度的去除效果

随着时间的推移,容器中水体的浊度均有明显改善,去除效率可以达85%以上,植物可以快速提高水体透明度(图3)。在种植一段时间后,铜钱草在水中长出根须、茎和叶;水竹在水体中发出大量的须状根系,并在根系上附着大量微生物;茅草长出若干细长的根须,并且长出匍匐块茎;灯芯草长出许多绿色新根。植物种植在水体后,均长出了大量的新根,并在植物根系上附着着一定的微生物,有利于植物对水体中悬浮物物质的吸附和截留,有效降低水体的浊度。

3 结 语

(1)铜钱草、水竹、茅草和灯芯草4种植物的选用适合水体对季节、水体深度处理的需要。

(2)铜钱草、水竹、茅草和灯芯草对水体中的TP、TN均有较好的去除效果,均可在短时间内吸收水体中的TP、TN,其中,对TP的去除效率分别为81.7%、70%、74.7%和67.9%,而且铜钱草去除效果最好;对TN的去除效率分别为87.8%、85.1%、59.5%和59%,其中铜钱草和水竹对TN的去除效果最好。

(3)4种植物对TP吸收的平衡浓度不受初始浓度影响。而对TN吸收的平衡浓度会受初始浓度的影响,其中灯芯草和茅草较为明显。

(4)4种植物可以很好的去除水体中叶绿素a。植物的种植可以明显的抑制水体中藻类的生长,防止藻类的泛滥,可以作为水体景观设计的植物。

(5)4种植物可以明显地降低水体浊度,大量的根系可以有效吸附和截留水体中的悬浮物。植物种植后,均有大量根系长出,特别是铜钱草和水竹。铜钱草的水生叶片下均长出新根,而水竹则长出月20 cm长的大量根系。

(6)对于劣Ⅴ类的水体,铜钱草、水竹、茅草和灯芯草的种植量分别为100、40、50和60棵/m3,这样在短时间内就可以将水体恢复到Ⅲ类水体的水质。

参考文献

[1]付贵萍,朱闻博,李朝方,等.深圳观澜河清湖段生态修复工程研究[J].中国农村水利水电,2008,(5):58-61.

[2]金相灿.湖泊富营养化控制和管理技术[M].北京:化学工业出版社,2001.

[3]张运林.太湖水体富营养化的演变及研究进展[J].上海环境科学,2001,20(6):263-265.

[4]司友斌,包军杰.香根草对富营养化水体净化效果研究[J].应用生态学报,2003,14(2):10-13.

[5]谢建华,杨华.不同植物对富营养化水体净化的静态试验研究[J].工业安全与环保,2006,32(6):23-26.

[6]刘淑媛.利用人工基质无土栽培经济植物富营养化水体的研究[J].北京大学学报自然科学版,1999,35(4):518-521.

河道治理标准与方案优化分析 篇2

摘要：河道治理应在满足防洪、排涝要求下，为当地社会经济发展提供最好的服务。但河道治理必然涉及到治理标准和方案优化问题，只有符合技术可靠、经济合理才能充分满足服务要求。本文针对目前我省多地开展河道治理工程的实际，对这部分内容进行了分析。

关键词：河道治理；标准；方案优化

河道在演化过程中，主要受到人为的干扰破坏，造成河道排洪能力降低，生态环境恶化。例如乱排污水和倾倒垃圾，造成河水污染，水质下降，生物生存环境恶化，生物减少；河岸植被破坏，导致水土流失，泥沙淤积，河床抬高；开展大规模采砂活动，致使河堤失稳；占用河道滩地，影响河道行洪；水源植被破坏，河道上游截水，造成水量减少，河道干涸，影响下游人民生产生活用水；早期建造的河堤等防护工程标准偏低，防洪能力不足；等等。凡此种种表明，河道迫切需要治理。但河道问题多种多样，引发的原因也各不相同，这就需要制定河道治理的目标，明确河道治理的标准。还有，从技术经济角度来选择最佳治理方案，就需对方案进行优化。为了更有效地开展河道治理，本文对这部分内容进行了分析探讨。

1 河道治理的目标和标准

1.1 河道治理目标

当地河道治理目标应根据水利部、省市的河流规划总目标与总要求，按照科学发展观和中央关于河流治理工作的总体要求来确定[1]。如果没有专项治理规划，则应根据业主单位、管理单位、当地群众的要求、当前河道存在的问题以及产业发展规划、区域河流治理规划、区域防洪规划、土地利用规划等文件精神，综合分析后确定[2]。实际上，每一个河道都有特定的任务要求，例如供水、航运、灌溉、水力发电、防洪排涝、文化景观等，从中确定主要治理任务，再根据各项任务之间的关系，明确治理范围和具体目标。

1.2 河道治理标准

根据《河道整治设计规范》（GB 50707-2011）第4.1.3条规定，河道治理的防洪标准应以防御洪水或潮水的重现期表示，排涝标准以排涝洪水的重现期表示，灌溉标准以灌溉设计保证率表示等。而根据《城市防洪工程设计规范》（GB/T 50805-2012）第2.1.1及2.1.2条，河道防洪设计标准以防洪保护对象的重要程度及防洪保护区人口数量来确定的，大于20万而不足50万人口属比较重要的工程，防洪等级为Ⅲ级，洪水设计标准50～100年（洪水重现期），排涝标准为10～20年（暴雨重现期）；20万及以内人口属一般重要工程，防洪等级为Ⅳ级，洪水设计标准为20～50年（洪水重现期），排涝标准为5～10年（暴雨重现期）。随着各地对生态环境要求的提高，在兼顾防洪排涝、供水灌溉以外，还应注重生態环境功能，例如河道各季节流量应满足生态需水量要求。对于同一河道来说，河道治理标准应统一，有利于堤防等建筑物协调设计，避免各河段标高发生突变。

2 河道治理方案的制定与优化

2.1 方案依据

河道治理方案主要依据治理目标、任务和标准，再结合河道现状、工程地质条件、水文条件、气象条件、交通条件、施工条件以及占地拆迁、交叉管线迁移等各种情况，按照有利于当地社会经济发展为原则制定。

2.2 资料收集

河道自然形态是水流与河床相互作用的结果，所以河道治理也要顺应河势发展，遵循河床演变规律，采用适宜的处理方案。由于治理目标、任务和标准的差异，每一条河流的治理方案也是不尽相同。与大江大河及主要支流相比，中小河流的基础资料往往不够全面，例如水文等基础资料缺乏，内容粗略，仅限于局部河段等，这样必然影响设计工作的开展，再加上设计周期短，于是就会容易出现设计标准、防抗洪级别等误差问题，造成项目难以审批通过，需要经过反复修改和勘测，导致资源浪费和重复劳动，所以在设计前期应投入足够的力量做好现场调查和勘测工作。

2.3 方案制定

2.3.1 河道设计

确定河道方案主要以不侵占行洪通道、少占用耕地和控制投资为原则来确定河道中心线。河道中心线基本上应该按照河床演变规律进行布置，但也需要结合实际情况进行处理。一是对于过分弯曲的河段裁弯疏浚，主要做法是通过开挖引河进行适度裁弯，引河进出口应符合进出口顺畅的原则。在上游弯道顶点下方选择进口，使其与原河道轴线交角尽量小些，以方便水流进入。在下游弯道顶点上方选择出口，并且与原河道轴线反角也不能大，以便将水流顺利引入下游河道。河道适度裁弯后长度缩短，水位下降，流速增加，易引起下游泥沙淤积，所以要配合河势控制措施。二是涉及其他工程和环境问题需要改线。例如某河段穿过垃圾填埋场，有污染河道的可能，而且该填埋场暗涵底部高程较高，会形成阻力坎而难以满足防洪、排涝标准，所以需要绕行分流解决。河道中心线确定以后，就要确定河道纵、横断面，也就是设计水面线。根据河道防洪能力、排水能力，确定河道纵、横断面，当河道断面不满足行洪要求时，就需要加宽河道并结合清淤疏浚与加固堤防等措施，而这些要在综合考虑流域特点、工程占地、环境影响、工程投资等因素，通过技术经济的论证比较，选择合理的方案。

2.3.2 建筑物设计

河道建筑物包括堤防、穿堤建筑物、跨河建筑物等。堤防工程堤距要合理，一般应根据河道地形、河床演变特点和社会经济发展要求确定，复核过流能力和防洪能力，对壅水卡口段进行改造[3]。再根据堤防现状和洪水险情，确定箱涵等穿堤建筑物是否需要加固、改造、拆除、合并或重建。闸、坝、桥梁等跨河建筑物要复核过流能力，对影响堤防安全和过流能力不足的跨河建筑物要结合河道治理进行改造、拆除或重建。当遇到资金和拆迁等问题时，应根据河道防洪、排涝、灌溉、供水等问题的轻重缓急分期解决，还应为今后实施预留必要条件。

2.4 方案优化

在制定方案时，要根据治理目标和任务提出多个不同方案，这样才能根据技术经济比较选出最佳方案。以前述经过垃圾填埋场的河道治理方案为例，提出3个方案，两个绕行改线方案，一个采用改建河道穿过垃圾填埋场暗涵的方案。这3个方案技术均可行，绕行改线方案可以解决暗涵受污染问题，但存在占地拆迁问题，经济上暂难实现，所以决定分期实施，先不进行绕行改线。再如某河道横断面采用梯形断面，并提出2个方案，第1个方案是对现有河道岸坡进行削坡、修整及培土加高再结合清淤疏浚，设计岸坡坡比为1：2；第2个方案针对现有河道地形坡比，采取部分河段加宽结合疏浚，设计主河槽边坡坡比为1：5。经过比较，第2方案占地多、征地难、投资大，所以选择第1方案。

3 结语

河道治理兴利除弊、惠泽民生，但河道治理常常会受到投资规模、征地拆迁等因素的制约，因此要以科学发展观为指导，结合实际，科学规划和合理设计，这样才能充分发挥河道在防洪减灾、改善民生中的作用，实现造福人民、综合效益最大化的目标。

参考文献：

[1] 段丽知. 徐州市中小河流治理工程设计思路及看法[J]. 治淮，2015（8）：46-47.

[2] 娄运平，王伟，韩蕊. 结合孟祖河治理谈郊区中小河道治理标准和方案优化[J]. 北京水务，2014（z2）：37-40.