新能源性湖泊沿岸水域基底修复技术研究

新能源性湖泊沿岸水域基底修复技术研究

湖泊岸的海防水库在防洪、蓄水、防止湖泊侵蚀、固定湖泊水面和防止人类疾病方面发挥着重要作用。然而，海防水库的建设对湖滨带起到了强烈的控制，切断了水系的连续性，导致陆地和水生生态系统的分裂和运行水位的增加，原有的缓坡地形海岸带变成了一个水井状的落基山脉，大量的原始天然海滩消失，水深和消波的变化，使湖泊带的栖息地条件急剧恶化，包括湿地和高大挺拔的水生植物无法生存，对湖泊生态的产生了极其不利的负面影响。因此，该技术主要采用人工方法，在目标水域外沿结构层进行简单的人工排水，采用尿布袋法将疏浚的湖渣吹至基本修复区，形成缓坡草，改善湖泊沿海区域的自然条件，为湖泊沿海区域的生态恢复创造良好的栖息地条件。1构筑混凝土驳岸,改善湖泊岸线自然条件湖泊陡坎沿岸水域基底修复技术,其特征为在需要进行湖泊生态修复的湖滨陡坎沿岸水域范围,采用人工方法在目标水域外沿构筑水下围埝,采用绞吸式挖泥船等设备将疏浚的湖泥按设计高程要求吹填至基底修复工程区内,形成自然缓坡浅滩,改善湖泊沿岸带自然条件,为湖泊沿岸带生态修复创造良好的生境条件。湖泊陡坎沿岸带基底修复技术工艺步骤主要包括基底修复工程区域及底泥吹填工程量的确定、围埝建设、底泥疏浚及吹填等过程。1.1确定底泥吹填工程设计区域基底修复工程区域主要指项目工程设计中确定需要进行湖泊生态修复的湖滨陡坎沿岸水域范围,底泥吹填工程量主要由满足挺水植物生长的水深条件对应的基底需抬升的高度和基底修复工程区域面积确定。1.2利用斜桩加强围稳定性在目标水域外沿构筑水下挡泥围埝,建埝步骤包括打桩、铺挂竹排和土工布等,主要材料为木桩、竹排、土工布,其中木桩为竖直支柱,主要承受竹排传来的横向充填泥的压力,为主要受力构件,其间距为1.0m,形成围埝支撑骨架;每隔5m设一斜桩,以增强围埝稳定性;竖桩入土深度是现有泥面高程下3~4m;在木桩迎泥面铺挂竹排,竹排迎泥面覆有纺土工布以挡泥用,最终形成人工滩地的支撑墙体,该围埝即可排放余水,又可防止吹填湖泥大量流失。这种围埝的优点是结构简单,在水上施工较为容易,打设木桩可采用Watermaster(水王)ClassicⅢ型多功能工程船或采用人力打桩,其它如架设竹排、铺布等则全部采用人力施工,在施工、吹填期间须加强维护,需及时维护补强,如加密木桩、增加叉桩等。1.2.1高度边缘的高度围埝埝顶高程一般高于吹填滩面设计标高0.4~0.7m,在完成生态修复工程后,应将围埝顶削除,避免过分出露水面,影响景观。1.2.2桩底标高和地主要决定于基底修复区底板土质的物理特性,若非吃力泥层较厚,木桩入土深度较大,反之较浅,一般木桩入土深度≥3~4m,局部需加强地段≥4~5m,即根据围埝处水深情况和围埝稳定情况,木桩桩底标高是不相同的。1.2.3竹排底高度为防止基础底部漏泥,竹排宜入土深度≥0.5m。1.2.4竖向竹压条的安装竹排与木桩间以8#铅丝连接固定;沿围埝长度方向布置等间距的竖向竹压条将土工布与竹排夹紧,压条间距约1.0m,竹压条通过铅丝与竹排固定。土工布间接合采用机缝或粘接方式,不采用搭接方式。1.3基底支撑采用底泥疏浚设备在基底修复区所属湖泊指定水域疏浚的湖泥,通过输泥管吹填至基底修复工程区内,输泥管沿湖岸铺设,管口布设与围埝垂直,采取边吹填、边延伸移动管口的方式进行基底修复区分片吹填作业,确保滩面吹填均匀,经余水外排湖泥自然沉降的固液分离过程后,形成湖滨自然浅滩。在施工期间应在吹填区按规范设置相应数量的水尺以监控滩面高程变化,使吹填厚度或滩面高程满足生态修复的设计要求,疏浚吹填造滩设备可采用湖泥吹填量为80~1600m3/h绞吸式挖泥船,也可采Watermaster(水王)ClassicIII型多功能工程船等小型反铲挖泥船配运泥驳或泥浆泵完成。1.3.1底泥吹填设计高程底泥吹填高度控制主要取决于使基底修复区的水深应满足生态修复种植挺水植物的要求,即每年春夏季挺水植物种植季节种植区最佳水深范围不宜超过0.3m,因此底泥吹填极限平均厚度控制为吹填设计高程(春夏季挺水植物种植季节湖泊最低运行水位高程减去0.3m),减去基底修复区湖底平均高程:吹填的滩面高程控制的原则应确保在春夏季挺水植物种植季节基底修复区平均水深范围为0.0(刚好露滩)~0.3m,以满足挺水植物的种植要求。1.3.2基底修复区平均吹填高度和吹填高程偏差控制陡岸湖滨沿岸水域基底修复工程施工精度要求为,基底修复区平均吹填高度偏差范围应控制在±0.1~0.2m之间,吹填高程偏差范围应控制在±0.3~0.5m之间。2缓坡浅至深缓坡地层的生态恢复湖泊生态修复是湖泊污染综合治理的重要组成部分,其主要内容是湖滨带不同生态类型植被的恢复,由于水深及风浪的限制,对于陡坎地形的湖泊沿岸带,在水深>1.0m的水域恢复以挺水植物为主的生态修复难度较大,因此必须采取适当措施对湖泊该类沿岸水域实施基底修复,形成缓坡浅滩,设法降低沿岸带水深,使其控制在满足沿岸挺水植物恢复所允许的范围之内,为湖泊生态恢复创造良好生境条件,其效果主要为:(1)恢复湖泊湖滨带由浅至深缓坡地形的自然状态,降低水深、抑制风浪,提高挺水植物种植的成活率及湖泊生态恢复的效果。(2)促进湖滨带生态功能的发挥,包括净化水体、抑制湖泊兰藻水华、提高湖滨带生物多样性及景观美学价值。目前该技术已成功应用于滇池草海水域生态修复工程,实现了草海东风坝北岸陡坎沿岸带基底修复造滩8万m2,底泥吹填工程量9.2万m3,为湖滨带生态修复创造了良好的生境条件,并在该区域成功种植了大片不同种类挺水植物,形成净化水质、清除蓝藻水华的“生态陷阱”,提供了湖泊陡坎沿岸生境条件改善及生态修复新技术,该项技术在国内湖泊生态修复工程中首次成功应用,对湖泊陡坎沿岸带基底修复具有很好的工程示范和指导意义。3编织袋装土围湖泊陡坎沿岸水域基底修复技术是将现有围埝技术和底泥疏浚技术的组合应用,湖泊陡坎沿岸水域基底修复技术的关键之一是建设水下围埝设施,据调查目前常用的围埝技术主要为编织袋装土水下围埝技术,而本技术为木桩竹篱笆水下围埝技术。编织袋装土围埝技术是由人工将泥土装入编织袋,然后将大量土袋在目标水域外沿堆垒成梯形断面堤坝的技术,该技术成熟、结构简单;陆地围埝稳定性相对较强,由于围埝是靠土袋叠摞堆垒而成,土袋相互之间的连接力较弱,围埝整体与湖床是依靠重力连接,在浮力及风浪的作用下水下编织袋装土围埝的稳定性相对较差;从提高稳定性角度而言,编织袋装土围埝横截面应为梯形,该种围埝的横截面积较大,造成建埝材料用量尤其是泥土用量较大,在坝顶标高相同条件下(围埝净高3.0m,考虑软基影响)的编织袋装土围埝每延米体积为32m3,若坝体高度较高则围埝横截面及材料用量将随之明显增大,并使湖泊库容缩小,有填湖的嫌疑;该围埝一般主要采用人力施工,施工人员多,作业面大,劳动强度和施工难度大;围埝的运行维护管理相对麻烦;投资较高,在坝顶标高相同条件下(围埝净高3.0m,考虑软基影响)的编织袋装土围埝每延米造价约为2400元。木桩竹篱笆围埝技术是在目标水域外沿采用机械或人工等距离在湖床打桩以竖桩和斜桩作为该围埝的支撑骨架,在木桩迎泥面铺挂竹排,竹排迎泥面覆有纺土工布形成人工滩地的支撑墙体的技术。该技术结构简单;由于木桩竹篱笆围埝整体性强,围埝构件之间连接力较紧密,同时吹填淤泥对围埝产生的滑动作用力基本被围埝外侧水体静压力抵消,因此围埝的稳定性相对较强;该种围埝的横截面积很小,造建埝材料用量较少,在坝顶标高相同条件下(坝高2.0m)的竹篱笆围埝每延米体积仅约为0.6m3,仅为编织袋装土围埝体积的1.87%。对湖泊库容大小的影响小;该围埝一般主要采用人力施工,施工人员较少,作业面小,劳动强度和施工难度小;围埝的运行维护管理相对容易;投资相对较低,在坝顶标高相同条件下(坝高2.0m)木桩竹篱笆围埝技术围埝每延米的造价约为300元,仅为编织袋装土围埝的12.5%。总之木桩竹篱笆水下围埝技术优于编织袋装土水下围埝技术,见表1。4人工筑堤湖泊人工湿地生态恢复技术(1)该项技术在国内湖泊富营养化生态修复工程中首次成功应用,对湖泊陡坎沿岸带基底修复具有很好的工程示范和指导意义,该技术现已向国家知识产权局申报技术发明专利(200510010988.0)。(2)该技术具有结构简单、体积小、抗风浪能力强、维护方便、投资及运行费用低等特点,其有利于人工筑