大型高原湖泊富营养化湖水生态净化工程设计与分析
摘要： 针对云南省星云湖湖水排放对下游饮用水源地抚仙湖水质的污染日趋严重的问题， 采取湖水出流改道措施，改变湖水流向，隔断上游污染，出流改道后的富营养化湖水经生态净化后 排放备用水源地。生态净化工程处理规模为20 X 10 m ／d，主要采用稳定塘／碎石床湿地组合工 艺，星云湖原劣V类水经生态净化后达到Ⅲ类水质标准。该工程一年多的运行表明，出水水质基本 达到设计要求，对保护水源地水质起到巨大作用，也为我国高原湖泊富营养化湖水的治理提供了示 范和参考。
关键词： 高原湖泊； 富营养化； 生态净化； 人工湿地
1 工程概况
星云湖和抚仙湖毗邻，位于云南省玉溪市境内， 是云南省九大高原湖泊中的两个湖泊，属珠江上游 南盘江水系。星云湖地势略高，是抚仙湖的上游湖， 其湖水通过隔河连通流人抚仙湖。近年来，随着工 农业和旅游业的发展及湖区人口的增加，星云湖的 湖水已受到了严重污染，富营养化程度日益加剧，星 云湖的水质仅为Ⅳ ～劣V类，且有进一步恶化的危 险。另外，由于星云湖处于抚仙湖的上游，每年有约 4 000 X 10 m 的劣质湖水通过隔河直接流人抚仙 湖，成为抚仙湖最大的污染源。
为遏止富营养化的湖水对抚仙湖目前的I类水 质造成的污染，拟将星云湖原有出流进行改道，改道 后的星云湖出流不再流向抚仙湖，而是经人工湿地 进行处理，处理出水达到Ⅲ类水质后再流入玉溪市 东风水库。目前该生态净化湿地是全国规模最大的 高原人工湿地，工程处理规模为20 X 10 m。／d，总投 资约6．0亿元。
1．1 工程方案
本工程自星云湖西岸向九溪方向开挖引水隧 道，将星云湖水引到九溪后分人生态净化处理场和 旁通道。湖水经生态净化场处理后达到不低于东风 水库水质，随后泄人东风水库；超过生态净化工程处 理能力或东风水库蓄水不需要的水量经旁通道汇入 玉溪州大河，之后绕道排人南盘江。具体见图1。
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| 图1 出流改道工程布置 |
出流改道工程建成后，星云湖只有在特定条件 下才向抚仙湖泄水，正常情况下随着出流改道的实 施，星云湖的运行水位将降低，从而抚仙湖水可倒流 向星云湖，星云湖湖水得到优质抚仙湖水的稀释和 置换，并达到改善星云湖水质的目的。
1．2 设计处理规模与进、出水水质
① 设计处理规模
首期建设规模：1．16 111 ／s(10 X 10 rn ／d)，中 远期建设规模：2．32 m ／s(20 X 10 m ／d)。
② 设计进水水质 COD：35 mg／L；Chl—a：0．010 2 mg／L；NH 一N： 0．40 mg／L；TN：0．88 mg／L；TP：O．04 mg／L。
③ 出水水质要求
根据出水排放地——东风水库及其下游的水质 要求，出水水质需达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的Ⅲ类水质要求，具体见表1。
| 表1 出水水质指标 |
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2 工程设计
2．1 工艺流程 星云湖出流生态净化工程选择稳定塘／植物碎 石床湿地工艺，具体工艺流程如
图2所示。
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| 图2 生态净化工程工艺流程 |
2．2 总平面布置
工程从上到下分为三个片区(见图3)：出流口 与高速公路间为一个片区，包括应急池和一级植物 稳定塘，处理规模按中远期20×10 m ／d设计；高 速公路与进镇公路间为第二个片区，一区出水经输 水涵洞到二区进行处理，设置4大处理系统，包括一 级植物碎石床湿地、二级植物碎石床湿地、二级生物 稳定塘、三级植物碎石床湿地和砂滤池；进镇公路与 九溪河之间为第三个片区，作为中远期处理用地，布 置与二区相近。
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| 图3 工程平面布置 |
2．3 主要单元设计参数
首期设计流量为10 X 10 1TI ／d。
① 格栅
分粗、细格栅各1道；栅宽为50．0 m；安装倾角 为6O°。粗格栅间隙为50 mm；细格栅间隙为20 mm；栅前水深为0．5～2．2 1TI。
② 应急处理池
应急处理池主要对两种异常情况进行处理，一 是星云湖水华暴发，藻类数目上升到几千万个／L； 一是出流水为暴雨混浊水。这两种水都不能直接进 入生态净化处理系统，常规应急处理方法为化学方 法，费用高且影响饮用水水质。本工艺采用生物吸 滤法，可有效处理上述水质。设计为4个并联矩形 水池，共4 200 in ，设计底坡为0．1％ ，池中种植吸附 性能较好的水生植物。
③ 一级植物稳定塘
设计水力负荷为6．64 m³ ／(㎡ ·d)，稳定塘的 面积为3．01×10 m ，分成4组并联系统，每组系统 分5格，平均有效水深为2．0 m，进水采用穿孑L管布 水。
④ 一级植物碎石床湿地
设计水力负荷为3．19 m³ ／(㎡ ·d)，总占地面 积为3．14 X 10 m ，分成4个并联处理系统，每个系 统根据地形设4～5格，平均有效水深为1．20 1TI，碎 石床湿地设计坡度为0．3％ ～0．5％ ，进出水采用穿 孔管布水。
⑤ 二级植物碎石床湿地
设计水力负荷为3．73 m³ ／(㎡ ·d)，总占地面 积为2．68×10 m ，分成4个并联处理系统，每个系 统根据地形设4～5格，平均有效水深为1．20 nl。 其他同一级湿地。
⑥ 二级植物稳定塘
设计水力负荷为4．63 m³ ／(㎡ ·d)，稳定塘面 积为2．16 X 10 1TI ，分成4个并联系统，每组系统5 格，平均有效水深为2．0 I／1，稳定塘设计底坡为 0．3％ ～0．5％ ，采用“下一上一下”进出水方式。
⑦ 三级植物碎石床湿地
设计水力负荷为3．79 m³ ／(㎡ ·d)，总占地面 积为2．64×10 m ，分成4个并联处理系统，每个系 统根据地形设4～5格，平均有效水深为1．20 1TI。 其他同一级湿地。
⑧ 砂滤池
设计水力负荷为11．76 m³ ／(㎡ ·d)，总占地面 积为0．85×104㎡ ，分成4个并联处理系统，每个系 统根据地形设4～5格，平均有效水深为1．20 m。 砂滤池采用上进下出方式布水，在顶部设置进水管 均匀布水。
2．4 植物的选择
在利用植物进行水质净化时，植物的选择显得 尤为重要。选择原则如下：首先要尽量选用当地植 物品种；其次是要根据各处理池的工艺要求进行选 择，人工碎石床湿地的大部分湿地植物为草本植物， 或采用乔木／草本混合种植方式，尽量丰富植物的结 构类型，以提高植物的净化能力。在生物稳定塘中， 主要使用漂浮和浮叶植物，以增加塘系统的净化效 率。 各处理池的植物选择见表2。
| 表2 植物选择 |
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3 工程运行与效果分析
工程于2008年3月开始正式运行，但由于湿地 植物仍未生长完全，且工程刚刚启动运行，仍处于前 期不稳定阶段，从而导致植物碎石床湿地最后出水 水质波动较大。本工程每月监测一次数据，自2008 年3月27日取得工程运行的第一批监测数据至今， 植物生长情况良好，在进水COD和氨氮分别为30、 0．40 mg／L的情况下，出水分别为l4．5、0．16 mg／L， 达到了地表水Ⅲ类水质标准(GB 3838-2002)，有 效削减了星云湖对抚仙湖的人湖负荷。
工程在注重水质净化效果的同时，充分考虑到 工程的生态效益和经济效益。工程实施后，随着湿 地植物的成长，其种类由原先的l6科30种提高到 26科5O种，湿地系统的物种多样性明显提高。由 于利用现有地形地貌特征，在湿地内种植了芦苇、马 蹄莲等本土经济植物，使得当地农民每年的收入大 大增加，工程初步显示了突出的经济效益。
4 工程设计和施工经验总结
本工程是国内正式实施的最大高原湖泊人工湿 地，在工程设计上由于地形高差、穿越建成的高速公 路和地形的不规则，所以在水的分配、各单元面积的 控制和布置都经精心优化设计。从设计来说，重点 应放在各单元面积的分配和水量的调配上，为了使 布水更均匀，首期(10 x 10 m ／d)通过配水井分为 四股，每股水再通过可调三角堰分配到9个单元系 统，从一级植物碎石床到最后出水均为串联。为使 水较均匀地进入各处理系统，设计考虑系统水量为 25 000 m。／d ， 进入单元格采用多点进水穿孔布水。 确定布水量及穿孔管的孔径时，除水力计算外，还考 虑到穿孔堵塞，实际穿孔孔径一般取计算值的2～3 倍为宜。
在湿地设计中，充分考虑了工程的下渗和侧渗 处理。对于下渗处理，原采用土工膜，后决定采用当 地优质粘土，对粘土进行了抗渗试验(渗透率达 10 m／d)，结果显示在含水率为30％ ～35％ 、压实 达到94％时能满足要求，最终设计采用500 mm厚 粘土作防渗层，经试水运行，效果完全达到设计要 求。对于侧渗处理，重点是对外围浆砌毛石挡土墙 进行水泥砂勾缝，伸缩缝处理均采用遇水膨胀油膏， 中间隔墙有浆砌毛石(应注意砂浆要填满)和双砖 墙中间填粘土，后者防渗效果较优。
本湿地工程施工中最大的工程量是湿地填料的 铺设，施工时应注意施工组织满足大型机械施工。 另外，植物的栽种应在满足进水条件后，才能选择季 节种植，以满足植物生长的需要。
5 结论
星云湖一抚仙湖人工湿地是我国目前处理高原 湖泊富营养化湖水的最大人工湿地，处理规模为20 ×10 m ／d，主要采用植物稳定N／多级碎石床人工 湿地工艺处理星云湖出水，运行结果表明，工艺出水 达到地表水Ⅲ类水质标准，保证了抚仙湖的入湖水 质，同时实现了一定的经济效益，为后续高原湖泊富 营养化湖水处理工程的设计和运行提供了一定的经 验和参考。
参考文献：
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