新港公园人工湖综合治理技术

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[摘要]在滨海新区的大力的开发开放的背景下，环境工程的提升与新区的城市定位相适应。人工湖、水系的应用在各种景观工程中得到了大量的应用。如何对原有的湖泊进行改造，通过对新港公园改造，形成了新区一整套人工湖泊的综合治理技术。这些技术方法普遍适用于天津滨海地区，具有很强的代表性和实用性，经济效益非常明显。

[关键词]滨海地区人工湖综合治理

新港公园人工湖的综合治理技术包含：湖底淤泥填埋及清理技术、湖底防渗处理技术、湖区生态保持技术、湖区补水及水质保持技术等四大关键技术。

工程概况及技术难点。

1)工程概况

天津新港公园改造工程是2010年天津滨海新区市容环境整治重点工程，工程地处新港三号路与二号路之间，港医路以东，离滨海新区政府直线距离约500米。该公园做为新港地区的唯一一个公园，工程改造受到了社会各界的广泛关注。该工程为市政公建工程，工程总面积81600，其中水面用地15700、公建用地1900、公共绿地用地46900、道路用地16600、市政公共用地500。改造后湖区最深处限制在1.5m。

2）技术难点

（1）湖底清淤问题

由于原湖区较深，如将淤泥全部清理出去，回填量将大大增加，且清淤期处在11月底，湖底无法晾干，淤泥也无法进行有效的清理。如何进行湖底处理加快施工进度是一大难点。

（2）湖区防渗漏及补水的问题

由于滨海地区土质情况决定了必须采取可靠措施进行防渗漏处理，这也是人工湖处理的一个大难题。由于湖区面积大，表面蒸发速度快加之局部渗漏的问题，湖区失水较快，如何解决湖区的补水问题亦是一大难题。

（3）人工湖自洁及生态保持的问题

湖区建成后其生态保护、水质的保持是必须重视的问题，如何巧妙的解决生态保护的问题在新港公园改造工程中得到了较好的解决。

通过对新港公园改造工程人工湖的综合治理，在新区人工湖中树立一个精彩亮点，给同类工程的设计及施工带来了全新的理念和解决方法。

2、湖底淤泥处理及粘土防渗技术

人工湖的湖底如何处理是比较关键的，通过调查塘沽及开发区多个人工湖，发现人工湖普遍存在漏水、水质较差等问题。如何处理湖底摆在了我们面前。

1)利用拆房土挤淤进行湖底处理。

在新港公园工程开工时间为2009年11月底，在这个季节，淤泥无法晾干。同时湖底标高较低。经与设计及业主方协调采用了拆房土（砖渣土）进行填埋、碾压对淤泥进行处理的方法。这一方法在天津地区被广泛用于洼地及淤泥坑的填埋处理以及一些地基处理方面。经过对淤泥处理后再采用800厚粘性土分层碾压，形成隔水层，达到防渗防漏的效果。

采用砖渣土处理淤泥的做法源自于天津地区的填坑做法，其广泛应用于地基处理。要求砖头含量在80%以上，由于粘土砖良好的吸湿性，在外力的作用下压入淤泥中，流塑体变成硬塑复合体。其模型为：

湖区淤泥厚度：1米，淤泥面积:20000m2。淤泥含水量大于60%,天然孔隙大于1.5，根据地质报告，淤泥基本承载力为50Kpa，填筑拆房土后,由于吸水固结稳固，含水量降低到塑限状态后，天然孔隙小于1.0，地基允许承载力100kPa。

理论计算:拆房土粗料占80%以上，一块砖重2487g,吸水饱和后2935g，一块砖体积24.0×11.5×5.3cm，所以砖密度在1.70~2.01之间，选定砖的平均密度：1.86g/cm3。拆房土中砂浆密度在1.8~1.9之间，选定砂浆平均密度：1.85 g/cm3。最终确定拆房土密度为：1.86 g/cm3。淤泥密度取1.4 g/cm3。

拆房土垫铺完成后，现场测定拆房土顶面高出淤泥顶面0.5米。

数学模型：采用单位立方拆房土柱体进行计算。拆房土进入淤泥的深度为:h

根据受力平衡考虑：最终平衡干系，拆房土重力与淤泥吸水后提供的支持力平衡。

即：ρ拆房土hg s +0.5ρ拆房 s =ρ淤泥hg s+100×10-3×s

h=0.2m

需平均填筑厚度为：0.2+0.5=0.7米。

根据计算，公园湖区需平均铺筑0.7米的拆房土。考虑到拆房土的虚铺密度较小，在公园人工湖处理过程中采取了填筑1米厚拆房土并碾压密实的作法。

2）利用粘土层做为防渗层。

由于粘土的微渗漏性，广泛用于湖区、堤坝的防渗漏处理。在新港公园工程中，我们采用了纯粘土碾压的方法进行防渗。

3、人工湖补水及湖水自循环系统

1）人工湖补水系统

由于北方地区天气晴朗，湖区面积大，蓄水量少，水汽蒸发量较大。加之新区地质较差，难以做到完全不渗漏。采取何种方式补水显得尤为重要。

在新港公园人工湖补水采取了三种补水方式，其一是采用地下水进行补水。在公园的西南角，设置口径700，深度达90米的深井，采用两台300QJ深井泵进行补水。这是公园主要的补水方式。第二是采用市政管网进行补水。在假水叠水处及西南侧排水处分别设置了两个市政补水井。必要情况下采用自来水进行补水。第三种补水方式是自然补水法。利用雨、雪天等自然条件进行补水。其中主要的补水方式为第一种，经水质检测，达到了饮用水标准。

2)湖水自循环系统

（1）湖水循环自洁的原理

自然界的湖泊本来具有一定的自净能力，能自我净化水质，保持水质洁净。但当湖水缺乏流动性，自净能力不足，周围环境、空气中的污染物逐渐聚集到湖水中时时，往往会使水体特别是底层水体严重缺氧，极大地抑制了好氧微生物(硝化细菌)的活性。在缺氧状态下厌氧微生物大量繁殖，对落入水底的有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、甲烷、氨等有害气体，释放臭气并造成鱼虾大量死亡甚至绝迹。硫化氢又与水中的铁反应，生成硫化铁使水体发黑。得不到及时分解的有机物沉积在水底，形成黑色淤泥，并发出恶臭。

因此在人工湖处理过程中要设法增加水体中的氧分。

氧能消除有机物污染；在有充足氧气和丰富微生物的条件下，有机物污染指标COD和BOD明显下降，黑臭现象消失。湖底的有机物降解所产生的甲烷、硫化氢等有毒和有害气体被去除。

氧能减少水体营养盐含量；水体充氧后，抑制了湖底厌氧菌的有机质分解过程、随湖底氮、磷营养盐的释放量减少。同时，好氧微生物的活动，加速底质的无机化过程。磷可以与水体中钙相结合，形成不溶于水的化合物，而沉降于湖底，从水中去除。

氧能消除藻类水华；水体循环曝气造成的水层对流交换条件，使表层蓝藻水华难以形成，表层水中的藻类被转移到湖底或下水层，因光照条件的改变，难于维持生长，抑制藻类的繁殖。它可以在短时间内消除水体黑臭、降低有机污染物和胺氮，在外观上使水体变清。在后续的保持过程中可逐步提高水体的自净能力；即使在外来污染源未被截断的情况下，它仍然可通过曝气充氧和添加微生物菌种等措施，减少外来污染源对水体的冲击，使天然水体污染加剧的状况得到控制。

氧能改善水质及透明度；被污染的水体中的多种无机悬浮物、活的浮游植物及死亡的残骸、大型水生植物碎屑、分解的有机碎屑等是影响水质和透明度的重要物质。水体曝气充氧后有效的抑制藻类过度繁殖，从而减少了水中有机质，使水体透明度明显提高，改善水质量。

氧能减少底泥的内源污染；水体充氧后，湖泊底质表层含氧量增加，好氧微生物活动趋强，通过微生物的代谢过程促进底泥有机污染物的降解，逐步形成无机化底质覆盖层，阻断内源污染。由于很多景观水体人为污染严重，包括接引的水源水质较差、水域娱乐场所的污染、观赏鱼投加饵料的沉积等，长时间污染物聚集，可能在一年后出现水质恶化现象，水体透明度变差、颜色变暗、甚至有异味。这种情况下仅靠水体原有的生态系统难以完成自净，因而需要科学合理的对原有的生态系统进行修复和加强。

让水体合理循环利用，也可使污染的水质还原修复。

（2）自循环泵的选择

在新港公园人工湖改造工程中，我们通过对水体进行自循环加氧的办法进行处理。在公园的东北角，我们新增了一下循环泵井，在井内安装了两台KQL300-300立式循环水泵（一用一备），每小时流量达到900m3，每9小时将湖水循环一遍。循环水管道采用了DN300的球磨铸铁给水管道，自绿化排盐层下部向西一直埋设至假山景亭处。从根本上解决了补氧的问题。

作为循环水处理来说，首先遇到的问题就是循环水量的问题，换句话说就是循环周期如何确定。国际上循环水处理最成熟的理论莫过于对游泳池循环水处理周期的确定，国际上法定的循环周期是6～8h，即每天循环3～4遍。河湖水体不考虑人体入水污染，自然要拉长水处理周期。如上所述，因为第三天水体开始显现水质变差，故周期采取2～3天。根据这国内一些人工河湖运转几年的情况看，循环周期采用48h是合适的，夏季时水体能见度也可达到1米。一般在暴雨时，都会出现混浊，雨后循环2～3个周期即4～6天后水体又恢复清澈如初，因此循环周期定为48h是合理的。

48～72h作为河湖水的循环周期是遵循：实践―理论―再实践，这样的过程产生的。当然也不是固定不变的。譬如，不同的季节循环周期可以相差很大，凉季可以停机，48h是指炎夏而言，其它季节可以延长循环周期，减少循环水量或停机。因此还有一个后期运转管理的问题，凡观察到水体清澈透亮的时候都可以随时停机。

以新港公园为例，其湖区面积20000m2，最深处为1.5m，平均深度为1m，湖区蓄水量：20000×1＝20000(m3)。按48h循环一次，则有:20000÷48=416(m3/h)。考虑到白天循环，夜间停泵，循环水泵流量选择不小于：416×2=832(m3/h)。

选用KQL300-300，其流量为900m3/h，扬程25m，功率75KW。完全满足湖区水的循环要求。

循环泵的自动控制：循环泵控制采用定时器控制，每天自动开启循环12h，电源采用双电源，水泵采用一用一备。

4、生态保护技术

1）采用原生态河卵石铺筑湖底面层，人工搭建相似的生态系统

湖底面层处理由原来的混凝土浇筑及面砖铺贴更改为河卵石压铺。卵石采自绥中河道，经海运到达天津港运至现场。对于原状河卵石不允许过筛，保持原河底卵石的级配，同时要求即采即用。由于河卵石中含有大量的各种生物的卵，主要目的是将绥中河道中的生物带到人工湖中，让其繁殖。以保持人工湖的生物多样性。湖底处理后的结构图如下：

更为有效的做法是改变生态系统现有的环境条件，包括降低营养盐负荷，消除风浪、蓝藻水化，提高光照和透明度，改善底质环境等，创造草型生态系统能够得以发展和培植的良好外部环境。

2）种植水生高等植物

水生高等植物发育良好有利于创造环境多样性，提高湖泊生态系统的生物多样性，而生态系统的多样性又有助于提高生态系统的稳定性。国外有实验表明，某大型无脊椎动物的种类、数量伴随着水生植物的减少而减少。水草本身又是水生动物的饲料，进一步增加了水生生态系统食物链长度和复杂性，从而形成稳定、平衡的生态系统。此外，水生高等植物能够从多方面影响浮游动物的生境，是影响浮游动物的种类组成、密度、多样性的重要因素之一。

作者介绍：

席松：中建八局西南分公司天津事业部副总工程师。

朱树成：天津塘沽城市建设投资公司副总经理、总工程师。

瞿强：天津塘沽城市建设投资公司工程师。

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