河道综合治理技术研究.docx

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河道综合治理技术研究

河道综合治理技术研究

1.河道治理原则

开展河道综合整治是恢复提高河道基本功能的根本措施，是提高水资源承载能力，改善生态环境的有效途径，是打造绿色生态河道的客观需要。

在整治过程中，应遵循以下基本原则。

（1）安全性:

河道整治的目的不仅仅是为了防洪排涝安全,更重要是为了供水安全、生态用水安全和水环境的质量安全。

水安全体系是构成河道生态系统的基础条件。

（2）生态性:

生态性是指河道整治应满足生物的生存需要,保证河道生态的健康发展为基础。

河道整治应以生态性为基本原则，尽量保留原有的生物群落及其栖息地，促使水体自然循环与净化，实现河道生态系统可持续发展。

（3）自然性:

蜿蜒曲折是河道的天然属性，因此在河道整治中,应尽量保持河流的自然地貌特征，维持自然的水文过程，为水体自然流势创造条件。

（4）地域性:

不同区域具有不同的特点，这种地域的差异性和特殊性要求人们在进行河道综合整治过程中不能照搬照抄,要因地制宜选择适应的整治措施。

如流经城镇居民区的河段在整治过程中宜注重景观功能，满足人们回归、亲近自然的要求，把水利工程和城镇景观结合起来,造当地浓郁的人文气息。

2.河道治理策略与方法

2.1护岸工程

河道护岸工程是防止城市河道崩岸的有效措施,在抗洪和维护河势稳定中发挥了重要作用。

传统的河道水下护坡工程,诸如丁坝、抛石、沉排、沉笼等,水上护坡结构主要采用浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡、或现在比较流行的土工模袋混凝土护坡等,都在一定程度上具有保护岸坡、维持河道稳定的作用;然而,一些传统的护岸结构严重破坏了河道自身的生态系统平衡,忽视了河道的其他功能。

（1）.植物护岸

植物护岸是采用发达根系植物进行护坡固土的护岸工程,其在水土保持方面有很好的效果,国内外对此研究也较多。

植物护岸的目的就是形成以植被为重要组成的保护河坡的生态系统,即生态河堤。

国内多条河道的治理都使用了这一技术,如在吉林省西部嫩江流域治理工程中,吉林省水土保持科学研究所许晓鸿等人提出了以当地的牛毛草、草地早熟禾、翦股颖等多种草本植物为护坡植物,河柳等灌木为迎水坡脚防浪林的植物护岸技术。

国外加拿大、德国、日本北海道都曾采用草芦苇护坡,通过在堤坡上钉一排排桩，桩间栓夹带草芦苇种子的棕榈绳,草芦苇在棕榈绳中发芽,土堤上生根,逐步繁殖,对岸坡起到了较好的防护作用;瑞士苏黎世州米勒河采用了编柴施工法进行植栽护岸,即将柳条扎成捆,制成编柴,将一捆或数捆编柴横放在岸边,并以木桩固定,最后将沙土覆盖其上,待柳条生根以加固河岸。

（2）.绿化混凝土植被护岸

绿化混凝土植被护岸技术起源于日本,广泛使用于堤防的迎水面和背水面,高水位或低水位。

绿化混凝土主要由多孔混凝土、保水材料和表层土组成。

多孔混凝土是绿化混凝土的骨架,其原材料是一般的粗骨料、细骨料、粘结剂、减水剂和水,其

中,粗骨料通常是碎石子,石子粒径控制在13～20mm之间,细骨料通常为增强粗骨料之间的黏性而采用水泥胶浆和高炉矿渣微末,水泥为一般的硅酸盐水泥及矿渣水泥;保水材料常用无机人工土壤、吸水性高分子材料、苔泥炭及其混合物;表层土铺设在多孔混凝土表面,形成植被发芽空间,同时提供植被发芽初期的养分。

绿化混凝土与普通混凝土相比有以下特点:

1）具有良好的透气性和通水性;2）具有大孔隙,无论水上和水中均能生长植物,甚至有动物的生存空间;3）可以降低护坡造价,根据佐藤道路株式会社的介绍,可以节省10%～30%的工程造价;4）机械化作业可缩短工期，同时可保证工程质量。

绿化混凝土植被护岸技术在日本早已大量使用,在我国的应用才刚刚起步,如江苏省水利厅以生态理论为基础,研发了生态型混凝土护砌材料,在江苏吴江东开发区的庞山中心河、治太重点工程太浦河蚂蚁漾段堤防的护岸工程中都得到了应用,也取得了明显的社会效益和生态效益。

此外,近年在我国江苏省南水北调（东线一期）阳河Ⅳ标段、上海市嘉定区虬江河道等河道生态治理中也得到了应用。

（3）.土工合成材料护岸

土工合成材料产品主要由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、高密度聚乙烯和聚氯乙烯等原材料组成。

在我国城市河道护岸工程中,应用较为广泛的土工合成材料种植基可分为铁丝网与碎石复合种植基、土工材料固土种植基等。

铁丝网与碎石复合种植基主要由镀锌或喷塑铁丝网笼装碎石、肥料及种植土组成,比较适合于流速大的河道,抗冲刷能力强,整体性能好,适应地基变形能力强,同时能满足生态型护坡的要求,即使进行全断面护砌,生物与微生物都能照样生存,铁丝网笼可以做成不同形状,既可以用作护坡,又可以做成砌体挡土墙。

土工材料固土种植基可分为土工网垫固土种植基、土工格栅固土种植基等形式。

土工网垫固土种植基主要由聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制成的网垫和种植土、草籽等组成,固土网垫是由多层非拉伸网和双向拉伸平面网组成,多层网的交接点经热熔后粘接,形成稳定的空间网垫,该网垫质地疏松、柔韧,有合适的高度和空间,可充填并存储土壤和沙粒,植物的根系可以穿过网孔均衡生长,长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合在一起,这种护坡结构现在运用较广,如上海浦东国际机场围海大堤工程、上海化学工业区围海造地工程的护坡均采用了土工网垫固土种植基形式。

土工格栅固土种植基主要是通过土工格栅进行土体加固,并在边坡上植草固土,土工格栅是以聚丙烯、高密度聚乙烯为原料,经挤压、拉伸而成。

设置土工格栅,增加了土体摩阻力,同时土体中的孔隙水压力也迅速消散,增加了土体整体的稳定性和承载力,而且,由于格栅的锚固作用,抗滑力矩增加,草皮生根后,草、土、格栅形成一体,更加提高了边坡的稳定性,如我国吉林省舒兰市金马镇拉林河新发护岸工程就采用了土工格栅固土种植基技术。

（4）.土壤生物工程护岸

目前,在美国以及欧洲一些国家较为常用的是土壤生物工程护岸技术。

该技术从最原始的柴捆防护措施发展而来,经过多年的研究,现已形成一套完整的设计和施工方法,并得到了广泛应用。

土壤生物工程护岸技术的原理,是利用植物对气候、水文、土壤等的作用来保持岸坡稳定的,其主要作用包括降雨截留、径流延滞、土壤增渗、土层固结、根系的土壤增强、土壤湿度调节、土体支撑、负重和风力传递作用等。

常用的土壤生物护岸技术主要包含土壤保持技术、地表加固技术和生物—工程综合保护技术。

这些技术在欧美国家已得到了广泛运用,如美国伊利诺斯州的鸦河流域（CrowCreekWes）的保护、加勒比地区的圣拉西亚岛西海岸公路（WestCoastRoad）的建设项目,英国约克郡戴尔斯三峰地区（ThreePeaks）的国家公园自然环境恢复项目,美国新泽西州雷里坦河的保护工程等。

我国于90年代引进土壤生物护岸的高新技术产品——高性能土壤固化剂,并在北京市城市水系治理工程中的昆玉段河道改造工程河底固化、钓鱼台国宾馆湖底固化、永定河堤防加固等工程中采用了土壤生物工程护岸技术。

2.2水质修复治理工程

水污染治理是一个综合的系统工程，其主要措施包括污染水源的拦截、河床的清淤处理、有源活水和污水处理等方面,并辅以必要的植物措施，恢复河流的自净能力。

河道污水治理关键要从污染源治理与截污入手，加强截污工程建设力度。

同时，必须提倡清洁生产,大力控制污水的排放和处理。

在保证一定水质的基础上，采用河流生态技术，进一步提高水质，美化环境。

将环境工程中的生物修复技术应用到水利工程的河道综合整治中，是城镇河流特别是受污染河流整治的重要方向。

生物修复技术因具有处理效果好，工程造价相对较低,运行成本低廉，还可以结合景观改善河道及其周边休闲场所的建设等优点，故该技术在实际操作中具有很高的应用价值，其发展前景十分广阔。

目前水环境生物修复技术的主要类型有:

土壤渗滤技术、人工湿地技术、稳定塘技术、人工浮岛技术等。

（1）.外源性污染物质的控制方法

Ⅰ.流域内污废水的集中处理

实现流域内污废水的达标排放。

从根本上截断外部输入源。

使水体失去营养物质富集的可能性。

相对于点源来讲。

非点源污染不仅量大而且较难控制。

可以通过控制氮肥施用量。

平

衡氮、磷、钾的比例，有机肥还田，发展“微生物菌肥”和农业农田灌溉节水等方式加以控制。

Ⅱ.恢复和重建滨岸带生态系统

一是建立环湖湿地保护带。

这是从迁移、转化途径上控制陆域地表径流营养物入湖的最后一道防线。

二是恢复和重建湖泊滨岸水生植被。

通过物理阻滞作用促使污染物沉积并大量吸收营养盐。

三是改造入湖河口生态与环境。

充分发挥入湖河口自然净化作用。

（2）.内源性污染物质的控制方法

Ⅰ.水生植物修复技术

在适宜的生长条件下与水中微生物、藻类等生物共同作用的水生植物，根据其自身特点。

将水中的富营养化物质，如N、P、重金属污染物等吸收在根、茎、叶等不同部位。

从而既提供自身的营养需求。

又达到净化水质的作用。

而且通过促进根际微生物的活动可加速有机污染物的生物降解。

目前国内外研究并广泛应用的技术有以下几种：

人工湿地技术

湿地土壤是固相和液相组成的疏松多孔体系。

含有大量的胶体颗粒。

它们具有很大的表面积和表面能。

对去除有机物和重金属具有重要作用。

在湿地处理系统中物理作用只要是沉淀、过滤和吸附。

可去除固体悬浮颗粒：

化学作用主要是对重金属与填料反应得以去除：

生物作用比较复杂，主要是水生植物和各种微生物的协同作用。

人工湿地技术的不足在于当进水悬浮性污染物及有机物浓度过高时易产生堵塞和严重厌氧化而造成植物根系腐烂最终死亡。

前置库技术

受保护的湖泊水体上游支流利用天然或人工库（塘）拦截暴雨径流。

工艺流程如下：

径流污水——沉砂池——配水系统——植物塘——湖泊。

水生植物是前置库中不可缺少的主要组成部分。

从水体和底质中吸收大量氮、磷满足生长需要。

成熟后从前置库中去除被利用。

水生植被恢复技术

所谓“水生植被恢复技术”并非要再造原有植被。

而是根据现实的湖泊生态与环境需求。

并结合残存的水生植被基础。

在已经被破坏的湖泊环境基础上重新设计和构造良性湖泊生态。

该技术必须以削减水体的营养负荷为前提。

否则人工恢复的水生植被无法维持稳定状态。

水培技术

利用富营养化水在种植槽中无土栽培经济作物。

借助植物发达的根系。

对流入浅水中的悬浮物进行过滤。

这些悬浮物中的有机物和营养盐类、微生物、原生动物和后生动物构筑起一个生物相对丰富的生态系统。

该技术在美国、日本等国家进行了大量研究，可以生产出具有经济价值的食用植物或观赏植物。

并通过堆肥达到资源的循环利用。

该技术的优点是在一定程度上隔绝土壤病原菌和害虫对作物的侵染。

故无连作障碍。

同时节省劳动力。

生态浮岛技术

植物净水工程的一种。

是绿化技术与漂浮技术的结合体。

植物生长的浮体一般是由发泡聚苯乙烯制成的。

质轻耐用。

岛上植物可供鸟类休息。

下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境。

同时能吸收引起富营养化的氮和磷。

与人工湿地技术相比生态浮岛技术最大优点在于不另外占地。

较适合我国大多数河流无滩涂空间利用的特点。

综上所述。

植物修复技术主要有以下优点：

低投资、低能耗：

处理过程与自然生态系统有着更大的相融性：

无二次污染：

能实现水体营养平衡。

改善水体的自净能力：

对水体的各种主要污染物均有良好的处理效果。

其中处理有机污染的最大优势在于植物能同化大多数的化合物为CO，或作为细胞骨架。

即使一些环境污染物在植物内大量积累也能通过转移植物而清除。

Ⅱ.生物调控技术

生物调控技术修复水生生态系统是利用营养级链状效应。

在水库中投入选择鱼类。

吞食另一类小型鱼类。

借以保护某些浮游动物不被小型鱼类吞食。

而这些浮游动物的食物正

是人们所讨厌的藻类。

该技术具有以下优点：

处理效果好，工程造价低，运行成本低。

不会形成二次污染。

还可适当提高水库的经济效益。

Ⅲ.生物膜