费县许家崖水库垂直潜流人工湿地设计分析

王子琪

（临沂市水利勘测设计院，山东 临沂 276000）

许家崖水库位于淮河流域沂河水系祊河支流温凉河中游，横卧官山—鳖子山之间，是一座以防洪、灌溉、发电、供水、水产养殖为主的大型水库。许家崖水库为费县饮用水水源保护区，2010年被临沂市政府划为临沂市备用饮用水水源地，每年向费县县城供水750万m3。保障水源地水环境质量、确保供水安全是关系到临沂市国计民生的重要举措，也是保障费县供水安全的必然要求。为保障许家崖水库饮用水水源地水质达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类以上，农村污水先经过生态排水沟汇集到人工湿地进行污水处理，确保有效地去除污水中的氮、磷、有机物、悬浮物等后集中进入水库。

1 人工湿地类型及影响因素

1.1 人工湿地的分类

1）表流型人工湿地。污水在表流型人工湿地表面呈推流式前进，在前进过程中与填料、植物及生物膜接触，通过系列反应来净化污水。表流型人工湿地不仅占地面积较大、难以充分发挥植物根系以及填料的作用，而且较易滋生蚊蝇、产生刺鼻气体。

2）潜流型人工湿地。潜流型人工湿地中的污水在湿地床内部流动，流经填料、植物及生物膜后得以净化。潜流型人工湿地不易受到气候环境影响且较为卫生，所以被广泛应用。潜流型人工湿地又可分为水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。

3）本项目人工湿地类型的选择。许家崖水库位于我国北方地区，冬季气候较为寒冷，而且附近村庄密集、游客流动性强。考虑到垂直潜流人工湿地受气候影响较小，冬季不易结冰、占地面积小、较为卫生以及净水效果好等因素，最后选择其来对入库水进行进一步的净化。

1.2 影响因素

湿地的植物种类、填料类型、塘床体结构、温度、水力负荷、停留时间等都是影响垂直潜流人工湿地水体净化效果的因素,其中主要的影响因素分别是植物、填料和微生物。

1）水生植物。湿地系统中，水生植物在降解有害物质和净化水质方面发挥着至关重要的作用，而且他还具有独特的景观效果和一定的经济价值。（1）吸收、集富作用。水中的磷、氨等可作为营养物质被植物吸收同化用于自身生长。重金属、磷酸盐、硝酸盐以及铵盐等都可以通过植物根、茎、叶的富集作用被吸收，然后经过被收割而从水中去除。（2）沉降、过滤作用。水生植物可以通过减缓下层水体中营养物的溶出速度来进行截污。挺水植物可以通过有效降低水体表面风速来控制水速，这样不仅可以降低水体浑浊度，还能沉积水中飘浮物。（3）生化作用。氧气可以由水生植物被输送到植物各处，并通过植物根系被释放出来以促进水底基层土壤好氧区和厌氧区的形成。这一区域活跃的微生物促进了对污水中磷、氮的吸收，最终通过定期收割植物和更换填料将污染物从湿地系统中去除[1]。（4）抑制藻类生长。在光照和养分的需求上，浮游藻类和水生植物是竞争关系。但是，水生植物可以通过遮挡射入水中的光线来抑制藻类的生长。

2）填料。常用的人工湿地填料有砾石、陶粒、活性炭、土壤、钢渣、煤渣、沸石等。近些年随着技术的不断成熟，海绵铁、果壳、聚丙烯材料、陶瓷球等新型材料也逐渐投入使用。填料是微生物附着的载体，其表面通过微生物形成的生物膜可以吸附以及同化、异化有机质。填料中的放线菌、真菌、细菌等微生物还可以对污染物进行降解、转化[2]。

3）微生物。污水中的大部分有机污染物都能通过微生物的系列作用得到降解同化而变成其细胞的一部分。例如，好氧微生物通过呼吸作用可以将废水中的大部分有机物分解成二氧化碳和水、厌氧微生物可以将有机物质分解成甲烷、硝化细菌将铵盐硝化、反硝化细菌将硝态氮还原成氮气等[3]。

2 垂直潜流人工湿地设计分析

许家崖水库垂直潜流人工湿地主要由五部分组成，自上而下依次是：蓄水层、植物、树皮覆盖层、种植土层、人工填料层，如图1所示。

图1 许家崖水库垂直潜流人工湿地剖面图

2.1 蓄水层

蓄水层为污水提供暂时沉淀悬浮物的空间。根据当地降雨特性、水生植物生长条件和周边地形等因素确定蓄水层高度约为100～300 mm厚。

2.2 植物

挺水植物是水生植物中生物量大、生长快、根系较发达且便于收割的植物。通过现场考察发现项目区内有长势良好的芦苇、香蒲和千屈菜这三种挺水植物，将他们作为本次植物配置的主要部分，不仅能够确保植物对环境有良好的适应性、维护原有的生态平衡，还能节约成本。在确保人工湿地污水净化效果的同时，还要兼顾生态景观的美学要求。综合考虑植物的色彩、花期、体量等，通过巧妙搭配来营造丰富的立面层次。

芦苇的分解净化能力和输氧能力较强,可高效处理水中的硫化物和酚等,还能有效抑制藻类生长[4]。香蒲可以吸收污水中的氮、磷用于自身生长,也可以有效解决水体富营养化、重金属污染等问题。千屈菜有粗壮的根茎，长势受环境影响小，种植一次可多年收获。

2.3 树皮覆盖层

树皮覆盖层不仅可以抵抗雨水的侵蚀、避免表层土壤板结，还能营造微生物环境以促进有机物的降解，树皮覆盖层的厚度约为50 mm。

2.4 种植土层

种植土层发挥着较好的吸附和过滤作用，为植物根系吸附以及微生物降解金属离子、碳营养物和其他污染物营造了一个优良场所。

2.5 人工填料层

根据经济条件和填料特性的要求，选择直径小于50 mm的砾石作为本次人工湿地的填料。人工填料层的厚度约为300 mm。为了防止土壤颗粒进入填料层，在填料层与种植土层之间铺设土工布。在砾石层中埋有直径200 mm的钢筋混凝土管，经过渗滤的污水由钢筋混凝土管统一汇集后进入入库水系统。

2.6 格宾网石笼边界

利用废旧石材作为内部填充物的格宾网石笼既经济又环保，而且石笼的缝隙还能初步过滤进入湿地的污水。此外，土壤杂质堆积在石缝里可自然生长植物，呈现良好的景观效果。为了促进功能与美观的结合，故将石笼的剖面设计为梯形，以呈现平滑自然的湿地边界效果。石笼的坡度设计为40°来平缓连接湿地底部的微地形。在每个垂直潜流人工湿地入水口底部铺设卵石，以削弱雨水冲击力，预防水土流失。

3 结语

通过建设垂直潜流人工湿地来进一步净化入库水，许家崖水库的入库水质得到了大幅度的提升。在环保部门的水质检测中，许家崖水库水质基本达到《地表水环境质量标准》Ⅱ类标准，日供水量达5万t。湖光山色，游客络绎不绝，垂直潜流人工湿地也成为许家崖水库最具特色的景点之一，游客们在欢乐畅游的同时潜移默化地增长了相关的环保知识。

湿地工程运行后创造了巨大的社会效益，不仅确保了居民的饮水安全、提高了农副产品的质量，同时也美化了村庄环境，使整体生态环境步入良性循环的轨道。最后，本项目的顺利实施将也为我国北方地区类似水库水环境治理提供相关参照模式。