浅析水生态保护与修复施工技术

浅析水生态保护与修复施工技术

段利国,庄沁祥,林君伟,丁彧

中国一冶集团有限公司福州公司 湖北 武汉 430080

摘要：为解决区域水污染严重、水资源短缺、水生态退化、洪涝灾害等问题，本文以南安市两溪一湾安全生态水系综合整治（一期）市政工程为例，提出了一种水生态保护与修复施工技术。防洪堤护岸加固系统：可将堤防硬质护坡的生态复绿，提升堤防抗冲刷能力，巩固堤防安全；湿地净化系统：通过湿地自净循环，从而起到消除污染、净化水质、恢复水体生态功能的作用。

关键词：水生态保护；防洪堤护岸加固系统；湿地净化系统

近年来，我国采取了许多不同的治理方案应用到河流方面，但仍面临严峻的区域水污染、水资源短缺、水生态退化、洪水灾害等考验。存在管理主体多元化、责任不明确、公众参与不足等现象。虽然河道治理工程建设取得了长足的进步，但也加剧了原有河流生态系统功能的衰减。主要表现在河流枯竭，水生态环境消失，河流功能减少，加剧了地表水和地下水的污染。因此，基于环境改变和社会发展的要求，探索河流治理策略，修复河流生态已迫在眉睫[1]。

一、工艺特点

1、为了实现生态恢复，采用生态护岸。首先对河岸边坡进行修复整形，然后采用格宾网护岸，即用金属丝编织的六角形网眼网笼，填充块石，具有耐腐蚀、耐侵蚀、适应性强、透水性强、可种植植物等特点[2]。通过种植植物，利用植物、岩石和土壤之间的相互作用，对坡面进行保护和加固，使其既能满足坡面稳定性的要求，又能恢复受损的自然生态环境。它是边坡防护和加固的有效手段。

2、根据地形本工程湿地设置 3 个分区（单元），采用串并联结合处理单元，采用立体分层布局，把污水引入湿地，通过湿地自净循环，达到降解和过滤的作用，改善水体质量，能有效解决河道水质污染及湖泊水体富营养化问题。

长期以来，河道护岸受到水流的侵蚀，受携带枯木树叶的水流及腐殖质损坏。混凝土硬质护岸结构普遍存在风化、蜂窝麻点、结构破坏等问题。其中一些还存在土壤沉降、风浪侵蚀、涨潮和落潮顶部冲击等问题。在外力的作用下，海堤的坡脚经常被破坏或掏空，这直接影响到堤防结构的安全稳定。可参考本施工技术。

二、工艺原理

一种防洪堤护岸加固系统，用于河岸边水工建筑防洪堤及护岸加护。其体系构造分为：常水位以下加固结构、护脚加固结构、护坡加固结构形成防洪堤护岸加固体系。所述常水位以下加固采用常水位加固结构，防洪堤及护岸的护脚及堤脚采用护脚加固结构，护坡采用护脚加固结构，工艺原理简单，使用简单、方便，通过一种防洪堤护岸加固系统，可将堤防硬质护坡的生态复绿，避免降低堤防防渗能力的风险，提升堤防抗冲刷能力，巩固堤防安全 。

图1 一种防洪堤护岸加固体系断面图

生态水资源净化系统上提供了一个湿地净化系统，分为三阶段的生态湿地区，利用不同动植物的特性，不同的水位深度选择不同的植物类型及植物品种配置栽植。湿地水生植物能吸收环境中的二氧化碳、放出氧气，进行光合作用；水生植物还会吸收水体中的氮、磷等有害元素，有机污染物和重金属，从而起到消除污染、净化水质、恢复水体生态功能的作用[3]。通过湿地自净循环，达到降解和过滤的作用。解决了河道水质污染严重、湖泊水体富营养化，赤潮的出现愈加频繁，造成鱼类大量死亡等问题，保证了良好的生态环境。

图2 一种生态水资源净化系统

图3 湿地区断面图

三、工艺流程及操作要点

1、工艺流程

图4 水生态护岸修复工艺流程

图5 水生态护岸修复工艺流程

2、常水位以下加固结构

将石块抛填至所需标高，外侧采用网兜块石抛填，防止块石被河水冲刷，上部采用网兜块石加固河岸边结构稳定，通过生态格网绿滨护垫增加结构整体性，达到常水位以下加固并种植水生植物。

图6 生态格网绿滨护垫施工图

3、护脚加固结构

护脚采用埋石混凝土结构，结构包含：素砼垫层、埋石混凝土基础、埋石混凝土挡墙，面层采用浆砌条石面层，每隔500mm设置一道泄水孔。

挖土过程中要随时检查挖土标高，截面尺寸、排水结构的变形情况，在接近槽底标高以上剩余200mm~300mm土体，要求采用人工开挖和修整以保证不扰动槽底原状土和槽底标高符合设计要求。

挡土墙基础模板采用钢模板，表面光滑平整，接缝严密，无漏浆现象，混凝土表面质量符合设计及规范要求[4]。模板安装应根据设计图纸进行测量放线，设置控制点，并标出标高，以便进行检查校正。模板面板处理需刷脱模剂，对钢筋和混凝土无污染。

埋石混凝土中使用的块石必须湿润、饱和，强度大于MU40。挡土墙砌块石的最小尺寸应大于150mm。应选择新鲜、完整的岩石块，无风化剥落层或裂缝。石材表面应清洗干净，不得留有树根、杂草和其他污垢。施工期间，注意抛石的放置。先铺一层混凝土，再铺一层块石，然后振捣密实，直至块石沉入混凝土中。不允许先放置石块，然后浇筑混凝土。块石需要进行均匀分布，石块间距大于等于10cm，离开模板距离应不小于15cm[5]。浇筑过程中注意基础与墙身结合处块石的摆放，保证基础与墙身连接强度。浇筑完毕后需预埋模板连接钢筋，以便于后续上层墙身浇筑。

面层采用挤浆法分层分段进行砌筑。在沉降缝处设置分段位置，砌缝大致水平、分层也应水平。各砌块的砌缝应错开不小于8cm的距离，不能出现通缝，砌缝应完全充满砂浆，不能存在空洞，且应待砂浆强度达70%后方可砌筑上部砌石墙身。

4、护坡加固结构

护坡加固采用联锁式生态砌块护坡，下部用粘土回填，中间铺设土工布，上部铺设联锁式生态砌块（生态砌块中间孔洞可种植植物），生态砌块通过预留孔洞采用钢绞线连成整体。

5、污水厂废水引流

本工程湿地处理污水厂出水，污水厂出水中各类污染物浓度均较低，可不考虑预处理，其废水引流至人工湿地进行处理。

图7 引流管道施工图

6、水位调控工程

考虑湖中存在大量垃圾、部分水域几乎没有植物、湖泊淤泥较重，造成湖面景观较差。我方边抽水至一定水位后采用人工打捞和挖开淤泥引流的方法对湖面上存在的围网、漂浮的垃圾、水草等杂草进行清除，并适当清挖平整湖底，为生态系统恢复创造条件。

7、汀步人行步道

用于解决三阶段湿地区分隔及连通问题，通过人行步道的隔绝使生态湿地区变为三块不同生态环境且有独立生态圈的湿地，经过人行步道的过滤及渗透，使三块湿地水流连通，保证了连通性，形成一个整体的生态过滤系统。

图8 汀步人行步道施工图

8、三阶段净化施工

生态水资源净化系统上提供了一个湿地净化系统，分为三阶段的生态湿地区，利用不同动植物的特性，不同的水位深度选择不同的植物类型及植物品种配置栽植[6]。

初级湿地区水深0.5—1米，种植植物主要以沉水植物为主，常见的有金鱼藻、菹草、狐尾藻、苦草等。

生态塘区水深0.4—0.7米，种植植物包括挺水植物、浮叶植物、沉水植物，常见的有睡莲、慈姑、金银莲花、芡实、金鱼藻、菹草等。

深度净化湿地区水深0.1—0.3米，种植植物主要以挺水植物为主，常见的有黄花鸢尾、菖蒲、香蒲、芦苇等。

图9 水生植物种植图

四、材料与设备

工艺的选取和对植物的挑选、应用配置是人工湿地系统水质净化的关键[7]，污染物可以被植物进行转化与降解，适宜的植物种植对提高人工湿地的污染物处理效率具有重大作用。

1、主要材料

根据本工程环境制约条件及对应的植物筛选原则，本工程需采用耐污性能好、水质净化能力强、抗冲刷、耐瘠薄、耐干旱又耐水淹、土壤要求不严、易栽植、易成活、抗逆性强的乡土低矮草本植物，包括水烛、黄菖蒲、芦苇、花叶芦竹、芦竹、狗牙根等，其中水烛、黄菖蒲、芦苇、花叶芦竹、芦竹应用于湿地单元种植池，黄花水龙应用于生物塘浅水区，狗牙根应用于田埂边坡护坡。本工程选用植物特性：

结构施工材料包含：土工布、卵石、块石、生态砌块、钢绞线、条石等

2、主要设备

（1）砼灌注系统：泵车一台，以及有关配套的输送硬管、软管（相同功能的其他型号砼泵车也可）

（2）挖掘机、铲车等。

五、效益分析

1、技术效益：

（1）采用常水位以下加固结构，解决了堤防工程建设破坏水生植物生存空间的问题。

（2）护坡加固结构采用土工布铺设及联锁生态砌块护坡，解决了水流冲刷护坡土体问题。

（3）护脚加固结构采用浆砌调试面层，解决了长期受水流冲刷、水流携带的枯木树叶及腐殖质破坏对混凝土结构造成风化、蜂窝麻面、结构破损。

（4）湿地水生植物能吸收环境中的二氧化碳、放出氧气，进行光合作用。通过湿地自净循环，达到降解和过滤的作用。解决了河道水质污染严重、湖泊水体富营养化，赤潮的出现愈加频繁，造成鱼类大量死亡等问题，保证了良好的生态环境。

（5）通过人行步道的隔绝使生态湿地区变为三块不同生态环境且有独立生态圈的湿地，经过人行步道的过滤及渗透，使三块湿地水流连通，保证了连通性，形成一个整体的生态过滤系统。

2经济效益分析：

工程依照本施工技术后综合成本约23452940元，其中生态护岸成本约为15459235元，生态水资源净化系统综合成本7993705元，人工湿地造价低与常用的污水治理相比，缩短工期,尽量减少人工费、机械使用费，运行成本低，总造价约减少20%~40%，本施工技术比传统污水治理施工节约成本约2398111元，节约比率约30%，且本工程修复后后，其经济效益主要体现在节省的加固维护费用，减少的日常运行维护费，年运行费用会相应减少。

3社会效益分析：

1、多方面考虑不同人工湿地的特点及工程用地、资金投入等环境条件，选用表面流人工湿地为主，同时考虑到现场的池塘充分利用，结合生物塘工艺进行湿地设计，促进废水中污染物质的良性循环，充分发挥生态资源的自我修复能力，防止环境的再次污染，使污水处理与生态资源的效益最大化。

2、生态湿地的建设为南安市增加滨河绿地，同时保护晋江西溪水质，进一步保障金鸡闸水库来水水质，该生态湿地的建设还可以改善拟建防洪堤外河滩地的生态系统结构及功能。

六、应用实例

本工艺实例应用于南安市两溪一湾安全生态水系综合整治（一期）市政工程，该湿地采用生态湿地和生物塘结合的方式，占地面积 6.11hm²。根据湿地功能，本工程湿地功能分区为初级湿地区、生物塘区、深度净化湿地区，其中初级湿地区位于三年一遇洪水位以上，为相对可控区域，种植经济效益高、去污能力强、观赏性好、具有较好生存能力的湿生植物；深度净化湿地区位于两年一遇洪水位以上，为易控区域，种植挺水植物。生物塘区位于两年一遇洪水位以下，为难控区域，种植少量挺水植物。

本湿地设置 3 个分区（A 区、B 区、C 区），其中 A 区为初级湿地系统，污水厂 50000 m³/d尾水通过管道布水进入初级湿地，其中 40000 m³/d 净化出水再汇入 B 区（生物塘）进一步净化，最后排入西溪。另外 10000m³/d 净化出水经连接管进入 C 区——深度净化区，经深度净化湿地处理后排入西溪。

参考文献

[1]李富荣.河道治理及生态修复之浅议[J].农民致富之友,2018(13):90.

[2]孙彦芳.中小河流河道治理及生态修复措施分析[J].东北水利水电,2019,37(02):47-49.2019.02.020.

[3]唐敏. 成都平原古镇水体景观更新生态化设计研究[D].西南交通大学,2016.

[4]邓次兵.水库砌石重力坝坝基开挖与基础处理研究[J].工程建设与设计,2020(18):103-104.2020.09.245.

[5]王江涛.浅谈埋石混凝土在龙背湾水电站工程中的应用[J].四川水泥,2018(09):338-339+292.

[6]张嫣,周素梅.嘉善水生植物的配置应用及发展前景[J].黑龙江科技信息,2012(23):242.

[7]王帮高.“乡村土专家”王洪绪与农机研发创新的不解情缘[J].农业知识,2021(04):40-42.