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摘要:黎河高各庄支流口工程的建设运行,解决了黎河河道上游的水质污染问题,改善了黎河输水的水环境，还为治理于桥水库日趋严重的水质污染现象提供了坚实保障，保护了天津城市水源，确保了供水安全。
关键词:支流口,人工湿地,工程建设
1、工程建设的必要性
引滦入津工程是将滦河水通过潘家口水库经大黑汀水库调蓄，穿引滦隧洞，循黎河入于桥水库，经暗渠入输水明渠，注尔王庄水库，再沿暗渠向天津市区及周边供水的一项跨流域调水工程，全长234km。引滦入津工程借用黎河天然河道输水，输水设计流量为60m3/s，校核流量为75m3/s。非汛期除输水外流量较小，主要是各支流自然径流的汇流；汛期河道可用于行洪。
自从1983年以来，黎河一直担负着向天津输水的重要任务，在输水的同时沿岸的经济也得到了迅猛发展，人民的生活水平得到了逐步提高。但是随着工矿企业鳞次栉比地坐落在黎河沿岸的同时,人类活动对引滦输水水质的负面影响越来越突出。流域范围内的生活污水、农田排水和选矿尾水不断向支流河道排放,造成支流河道中积累大量的生活垃圾，工业废渣等污染物,致使占引滦全线长度1/4的黎河段已成为引滦水质污染的重要来源之一，形势不容乐观。
高各庄支流主要进水来自当地排水沟(包含生活、农业、工业废水)和上游沿岸工矿企业所排放的尾水。一些主要水质指标(如总磷TP、总氮(TN)和悬浮固体(SS)浓度大大超过了黎河的水质标准。由于工业废水和生活污水的排放，长期以来，高各庄支流的污染物含量(如SS、TP和TN)一直居高不下，其中总氮浓度相当于地表水III类标准7.24倍至10.0倍,悬浮物高达1480mg/L,相当于《环境质量报告书编制规范》推荐值的9.87倍。此外，硝酸盐氮和高锰酸盐指数也略高于地表水III类标准的限值。为此，合理利用河水作为饮用水源，在技术和管理方面已面临一个新的挑战。
高各庄支流流量主要受支流上游沿岸工矿企业排放尾水及年度降雨影响,流量浮动较大。2009年和2010年对该支流流量进行了监测,结果见表1。
2、工程基本情况
高各庄支流口治理工程采用的是当今全球范围内普遍采用的污水处理系统——人工湿地，该项技术属于天然处理系统，已被认为是一种符合环保要求的控制或处理废水的生态或绿色科技(green—technology)。依据水流设计模式，人工湿地分为水面式人工湿地(FWS)与水流侧向穿过底层填料(如沙子、砾石)的潜流式人工湿地(SFS)。自2000年以来，因为天然处理系统运行简单，成本效率低，故将利用人工湿地作为改善或净化河流水质和处理废水的一项办法。此项工程位于黎河流域上游的高各庄支流口。为了改善流经高各庄支流的水质，2011年，天津引滦工程于桥管理处、黎河管理处联合倡议提出了修建人工湿地计划。建成的人工湿地靠近遵化市建明镇高各庄桥，因此取名为高各庄人工湿地。
3、高各庄支流口治理工程规划布置
3．1工程规划的总体思路与目标
为保证引滦入津工程的顺利实施．上级结合于桥水库周边水污染源的特点．按照市水务局提出的目标、总量、项目、投资四位一体的小流域控制思路实施“治、用、保”并重的策略基于黎河支流口的自然环境．按照因地制宜、经济可行的原则．
黎河高各庄支流口治理工程综合利用人工湿地技术对支流内污染物进行截留、氧化、吸收，最大限度地减少支流口污染物进入黎河对引滦输水水质的污染，确保引滦输水水质安全。高各庄支流口人工湿地的建设模式采用河道走廊湿地恢复工程模式。即利用支流左岸的采矿塌陷地、尾矿堆积地进行湿地修复，以提高河流自净能力．强化河流水质净化作用。高各庄支流口人工湿地水质净化工程的工艺核心为潜流式人工湿地系统，利用湿地系统中物理、化学和生物的三重协同作用对河水中的污染物做深度降解和净化，处理出水基本达到地表水Ⅲ～Ⅳ类标准．并通过湿地建设实现于桥水库周边湖滨带部分的生态修复．达到增加生物多样性、防止水土流失、改善气候和涵养水源的目的。
3.2主要工程内容
高各庄支流口治理工程布置于高各庄支流口以上约1km的河段，由拦污控制堰、表流湿地、沉砂池、人工湿地、支流护砌五部分组成。高各庄支流口的总处理规模按3251m3/d设计。
（1）拦污控制堰
拦污控制堰设在支流口上游0+300的断面处，主要作用是拦截上游选矿厂排放的尾水及初期雨水，防止高悬浮物的选矿尾水直接进入黎河。汛期行洪水量较大时，雨洪水从坝顶漫流进入黎河。
坝体采用浆砌石坝，坝顶高程68.14m，坝顶宽0.5m，挡水面为直墙，背水面坡度为1:1.5，坝长依河宽设计。坝底部设浆砌石基础，基础厚度为0.4m，宽度5.0m，基础下游连接5.0m土工网石笼，坝体长度依河宽（26m）设计，河底设计高程为67.14m。
（2）表流湿地
表流湿地位于高各庄支流河道内，主要是模拟自然湿地的水质净化原理，在现状河床和两岸护砌后的河底上种植水质净化能力强的水生植物，形成一段河道自然湿地，通过水生植物的根区效应、植物的吸收与吸附作用，实现对污染物的去除。植物种类以芦苇、黄花鸢尾、黑三棱和香蒲为主，面积各为1250m2。表流湿地总面积5000m2，占用河道200m，自拦污控制堰断面起分别至上、下游100m处断面的区域。
（3）沉砂池
沉砂池位于高各庄支流口上游0+300m断面左岸，该支流左岸地块内，该地块现状为铁选场尾矿库。
沉砂池形式采用折流式重力沉砂池。根据对该支流现场取样试验，水体静置时间为3h，水体中泥砂沉降率可达到90%，水样基本变清。为安全考虑，本设计中沉砂池水力停留时间按10小时设计，水处理规模为3251m3/d，沉砂池有效容积为2200m3，有效水深按2.6m设计，池内尺寸为15m×50m×3m（宽×长×深），内部设4道隔墙，隔墙中心线间距为10m。边墙及中间隔墙均采用M10浆砌石墙，浆砌石墙顶高程为68.14m，顶宽0.40m，浆砌石顶上设置铁艺围栏，池底铺设0.2m厚粘土，池底高程65.14m，边坡1:0.5。
沉砂池进水设一根DN500的PVC管自流进入。正常运行水面线为67.74m，清水自流进入湿地。浆砌石墙顶至地表边坡1:2。
（4）人工湿地
人工湿地位于高各庄支流口上游0+120m～0+230m断面左岸地块内，紧临沉砂池，该地块现状为铁选场尾矿库。湿地结构采用波式流潜流湿地，共设4组独立的人工湿地处理池，每组湿地处理池面积为1219m2，共4876m2。总体平面布置见附图一。
湿地在原状土上开挖至高程71.0m，湿地表面高程为67.94m，底部高程66.44m，每个湿地处理池顶部长59.2m，宽29.2m。处理池底部粘土压实后回填0.2m粘土，粘土表面铺一层土工膜，土工膜上覆盖0.1m粗砂，，然后再回填1.2m滤料层。每个湿地单元内部设3道阻水墙分为4个串联的小池，通过阻水墙改变水流方向，使水流呈现波式反复通过湿地表层和底层，湿地表层由于植物根系释氧和大气复氧形成好氧区，湿地底部由于微生物消耗形成缺氧区，使水流在流经湿地的过程中反复经过厌氧—好氧的过程，增强对污染物的去除。湿地边墙及阻水墙坡比为1:1，为粘土压实，粘土表面铺一层土工膜，隔墙顶宽0.6m。填料表面以上至地表边坡1:1。
湿地填料从第一个小池开始按水流方向依次填充碎石、陶粒、页岩和碎石。湿地表面种植黄花鸢尾、芦苇和香蒲等水生植物。
湿地进水由沉砂池处通过DN500管道引入，正常运行水位67.74m，经过3道粘土隔墙后，由湿地的另一端进入湿地出水管，湿地出水管于高程67.64m处穿墙出湿地，经湿地出水主干管（DN500）排入支流拦污控制堰下游的河道表流湿地内。
为防止运行多年，湿地堵塞，湿地底部布置反冲洗管道，间距1.0m。反冲洗管干支两级，干管Φ50mmPE管，支管Φ10mm橡胶微孔透气管，干管引出地面预留接口。每个小池底部设一根排空管（便于排空湿地中的水），在湿地的出水管及排空管处设阀门井。
湿地进出水管及主干管裸露管外裹岩棉，其它部分埋深不低于0.8m，满足防冻要求。
（5）支流护砌工程
对高各庄支流河道自支流口向上至0+400清淤扩宽，并对堤岸进行防护，防护标准与遵化市河道规划标准一致，按20年一遇洪水位加0.5m超高设计。洪峰流量340.2m3/s，纵坡为1/500，底宽26m、两岸坡比均为1:2.5，试算水深3.3m，防护高3.8m。防护结构为：混凝土联锁板厚12cm，抗压标号C25、抗冻标号F150其下铺设10cm厚碎石垫层和300g/m2无纺土工织物反滤层。坡脚基础为1.0m×0.8m浆砌石，砌筑砂浆标号为M10。为使工程稳定安全和便于施工维修，坡面每50m做一道隔断墙。隔断墙与坡顶封口平台均采用现浇C25砼，隔断墙截面尺寸为0.5m×0.5m。
3.3工程运行方式
工程运行方式采用串联与并联相结合的方式。其中表流湿地、沉砂池和人工湿地采用串联方式运行，选矿厂尾水自流进入拦污控制堰上游侧的河道表流湿地内，经水生植物初步净化、沉淀后经管道自流进入沉砂池，沉砂池内清水自流进入人工湿地，人工湿地出水自流返回拦污控制堰下游河道表流湿地，下游表流湿地主要起维持和进一步净化水质的作用，出水自流进入黎河干流。4组人工处理池采用并联方式运行。表流湿地、沉砂池和人工湿地均为每天24小时连续运行。
根据高各庄桥下右岸支流口污染物以悬浮物和总氮为主的特点，工程进水水质指标主要采用悬浮物和总氮两项指标进行控制，控制指标值参照现状水质监测结果确定，并适当考虑水质的波动情况，确定工程进水水质指标如表2：
高各庄支流口治理综合利用多种生态治理措施对支流内污染物进行截留、氧化、吸收，最大限度地减少这支流口污染物进入黎河对引滦输水水质的污染，设计停留时间1～5d。处理结果:平均去除率,CODCr去除率达到40%，TN去除率达到80%，TP去除率达到50%。运行时,仅需要一般性管理,运行费极少。
总之，通过此项工程治理，黎河上游水质的质量有比较显著的提高，环境效益明显；同时工程将对天津饮水工程水质改善起到良好的作用，保障天津城市供水安全。
4工程带来的效益
4．1环境效益
高各庄支流口治理工程的建成和运行．可以实现黎河上游河水中有机污染物、氨氮和磷的有效去除，处理出水水质基本达到地表水Ⅲ～Ⅳ类水质要求．从而保证调水水质安全保障目标的顺利实现。人工湿地建成后．将起到涵蓄水源、调节水量的作用．还可以补充地下水资源。经过湿地处理的达到标准的水，可以作为灌溉用水、工业或城市生活用水的水源．同时也为当地人民生产生活带来了方便，起到了共建共享的作用。
4．2生态效益
为各种湿地生物的生存提供最大的生息空间．营造适宜生物多样性发展的环境空间．提高生物物种的多样性并防止外来物种的入侵造成灾害：能够保持湿地与周边自然环境的连续性；保证湿地生物生态廊道的畅通．确保动物的避难场所：确保湿地的透水性，寻求有机物的良性循环能够保持湿地水体、生物、矿物等各种资源的平衡与稳定，避免各种资源的贫瘠化。能将工农业生产和人类其它活动以及径流等自然过程带来的农药、工业污染物、有毒物质降解和转化．使当地和下游区域受益。
参考文献
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