农田排灌水人工湿地处理工程的设计_卢少勇

设计经验农田排灌水人工湿地处理工程的设计卢少勇,张彭义,余刚,祝万鹏,向长生(清华大学环境科学与工程系,北京100084)摘要:结合云南呈贡县新村农田排灌水人工湿地处理工程,详细介绍了湖滨带湿地进水堰、出水堰和植物床的设计,并对工程投资作了分析。关键词:农田排灌水;湖滨带;人工湿地中图分类号:X703.1文献标识码:C文章编号:1000-4602(2003)11-0075-03基金项目:国家科技部重大专项资助项目(2000-03)湖滨带是指相邻的陆地生态系统与水域生态系统之间的过渡带,它是污染物入湖的最后屏障,是人类活动与湖区直接发生关系的地区,是保持湖泊生态平衡的核心地带。过去为扩大种植面积而使湖滨带受到了破坏,湖周污水、农田排水等直接入湖,对湖泊构成严重威胁。因此,谋求合适的技术来恢复湖滨带的生态功能对减轻滇池的富营养化尤为必要。1工程背景呈贡县新村位于滇池东岸边,是典型的大棚种植区(农田中大棚覆盖率>85%)。新村湖滨带(见图1)位于该村办事处下游,与滇池仅相隔一条沟渠(宽为2.5m)和一条马路(宽为4m)。图1新村湿地设计平面图来水沟渠(简称中间沟)从东向西,平均截面面积为0.49m2,长为870m,入流小沟约120条。在湖滨带东边界上游85m处有另一条平行的大沟(其集水从北向南汇入中间沟),其平均截面面积为0.574m2,长为920m,入流小沟达290条。中间沟将湖滨带分为南、北两部分。·75·中国给水排水2003Vol.19CHINAWATER&WASTEWATERNo.11农田中的地表径流主要通过穿田而出的明渠入滇池(这些明渠是灌溉来水和排水的主渠)。当地的主要灌溉方式是泵站抽水,抽水日数∶非抽水日数=(2∶3)～(3∶2),两种情况下的排水量相差很大。由监测结果还知,抽水日内的排水量随时间变化较大,水量高峰期为11:30—13:30和18:00—20:00。另外,在雨季初期雨水中携带有大量田间沟渠中的灌溉存水和富含氮磷的土壤颗粒,经灌溉主渠也进入滇池。因此,雨季的农田面源污染负荷高于旱季。2工程设计2.1设计原则①将来水合理分配到人工湿地中。②沟渠来水以重力流进入湿地,不得妨碍沟渠泄洪,不改变沟渠原有功能。③湿地建成后具有较好的景观效果,并方便农民出入农田。2.2设计依据湿地地形:湿地上游50m内农田的地面平均标高为1886.76m,入湿地明渠的平均沟底标高为1886.52m,平均水面标高为1886.87m(2001年11月的测定结果)。湿地平均标高为1886.66m。湿地边界高程:滇池外湖(外海)控制运行的正常高水位为1887.40m,20年一遇的最高洪水位为1887.50m。2.3设计参数水量与水质:湿地来水以农田排灌水和暴雨径流为主,含少量生活污水。2001年湿地的水量、水质监测结果分别如表1、2所示。表1不同季节湿地的入流量m3/d入流量旱季雨季南湿地135800北湿地2001200表2来水水质项目总氮(mg/L)氨氮(mg/L)总磷(mg/L)COD(mg/L)SS(mg/L)pH旱季5.011.880.438<306.1雨季12.424.681.18891256来水负荷:按日平均流量计算得到的负荷值(见表3)表明,雨季污染负荷比旱季污染负荷高10倍以上。表3污染负荷kg/d项目总氮氨氮总磷CODSS旱季1.680.630.1313<10雨季24.849.362.36179251水力停留时间:文献表明,湿地中成熟植物的茎叶应占湿地容积的比例约为25%。鉴于此湿地所在地区四季如春,湿地植物生长茂密,估计此比例约为30%。水力停留时间见表4。表4水力参数表项目面积(m2)最高运行水位(m)平均水力停留时间(d)旱季雨季流态流程(m)南湿地28000.244.230.71漫流45北湿地42000.162.860.48推流178沉淀池2001.001.000.17推流20处理要求:削减总氮、总磷负荷的50%。2.4工艺流程鉴于地下水位和年平均气温均较高的情况,采用了自由表面型人工湿地工艺,流程见图2。图2新村湿地工艺流程①湿地内部设计鉴于来水量变化大,且存在一定的蒸发量和下渗量,在南、北湿地的进水处均安设流量计,在出水堰墙上均安设水表,以便掌握水量平衡规律。②进、出水堰a.中间沟改造将来水土沟整修为规整的石砌沟(沟上沿标高为1887.40m,进水口处的沟底标高为1886.40m)。由于中间沟来水要经直角弯进入湿地,为防止流向突变而壅水淹田,将该处下游的10.5m沟段挖宽作缓冲区。b.进水口南、北湿地的进水口均位于中间沟的沟帮与湿地东边界的交汇处。鉴于来水中携带的垃圾较多,因此在两块湿地的进水口处均设粗、细两道格栅(两者之间留有一定空间以便于清理)。旱季时闸门1(为螺杆闸)常闭;在雨季,为防止排水不畅造成壅水而