新城區(qū)河道綜合治理措施探討
——以澄邁美倫河為例

吳春

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

新城區(qū)河道綜合治理措施探討
——以澄邁美倫河為例

吳春

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

新城區(qū)河道綜合治理需從防洪排澇安全、水生態(tài)修復、水質保障、水資源利用及水景觀等多方面綜合考慮。以海南島澄邁美倫河治理為例，分析識別城市化新城區(qū)河道存在的問題及建設需要，綜合運用河道拓浚、河灘生態(tài)保護、沿河截污等對策，同時注重與河岸綠化帶景觀設計協(xié)調融合，因地制宜地采用生態(tài)駁岸、水岸濕地、氮磷生態(tài)攔截、初期雨水調蓄處理等措施，滿足防洪及水生態(tài)要求，恢復河流自凈能力，構建美倫河生態(tài)廊道，打造“水量可調、水質可控、水清岸綠”的水岸公園，充分發(fā)揮河道的防洪、生態(tài)、供水及景觀系統(tǒng)功能。

河道綜合治理；生態(tài)修復；新城區(qū)；生態(tài)堤岸；人工濕地

0 引言

新城區(qū)內新建河道的河床渠化、河岸護坡硬化，削弱了水系的生態(tài)系統(tǒng)凈化功能。初期雨水集聚污染，導致河道沉積大量有機物、氮、磷、重金屬等污染物，難以拆遷改造的村鎮(zhèn)居民將生活污水及生活垃圾直接排入河道。在外源污染和內源污染交相影響下，新城區(qū)河道水污染征兆日漸突出。水污染的加重以及生態(tài)和景觀功能的弱化，水系逐漸失去作為城市生態(tài)廊道的基本條件。為恢復水系的綜合功能，新城區(qū)河道需進行系統(tǒng)綜合治理。除保障防洪排澇功能外，尚需修復水系的水生生物棲息、地下水補給等自然生態(tài)功能[1]。

本文針對新城區(qū)河道現(xiàn)狀及目前生態(tài)治理存在的問題，對城市化地區(qū)系統(tǒng)的河道綜合治理技術進行總結和分析，構建生態(tài)河道綜合治理體系，為新城區(qū)高標準河道綜合治理提供切實可行的治理對策。

1 工程概況

1.1 項目區(qū)概況

澄邁縣位于海南島的西北部，毗鄰省會海口市，地勢南高北低，南部為丘陵山地，中部為河積平原，北部為臺地和海積平原，全縣陸地面積2 076km2，海域面積1 100km2，戶籍總人口約58萬人。海南生態(tài)軟件園位于澄邁縣老城經濟開發(fā)區(qū)美倫河畔，是海南“一島一區(qū)兩園”項目之一[2]，目前已有眾多I T企業(yè)入駐。海南生態(tài)智慧新城是海南生態(tài)軟件園的2.0版，位于生態(tài)軟件園東南側，是海南省重點園區(qū)建設項目。新城占地面積14.5km2，分兩期開發(fā)建設，其中起步區(qū)占地面積為7.1km2，規(guī)劃人口5萬人。美倫河位于海南生態(tài)智慧新城西側，流域面積38.4km2，河道縱坡較大，新城區(qū)內河段河底高程從39 m下降至21 m。新城規(guī)劃將美倫河打造為安全、生態(tài)、高標準的河道，充分發(fā)揮水系的綜合性功能和效益，滿足城市防洪排澇、生態(tài)景觀及供水多方需求。

1.2 存在問題及需求

（1）水安全：汛期山區(qū)洪水峰高量大，防治困難。山洪挾帶泥沙造成河道淤積，河床抬高，河道較淺。現(xiàn)狀防洪排澇標準低，沿線低洼地區(qū)內澇問題突出。局部河道縱坡大，河岸沖刷水毀嚴重。需優(yōu)化河道縱斷面，拓寬疏浚河道橫斷面，建設生態(tài)護岸滿足50 a一遇行洪安全要求。

（2）水生態(tài)環(huán)境：河道上游來水水質差，面源污染嚴重，總磷總氮濃度較高，非汛期富營養(yǎng)化嚴重，河床布滿水葫蘆。河道沿線村鎮(zhèn)為合流制排水系統(tǒng)，現(xiàn)狀無截污設施，外源污染是河道黑臭的重要成因。沿河村鎮(zhèn)生活污水及生活垃圾直排入河，導致水環(huán)境嚴重惡化。水體自凈能力差，受環(huán)境容量所限，進入河道的有機物難以及時有效分解，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，水生動植物生存條件差。亟待進行污染源控制，對河道生態(tài)系統(tǒng)進行修復，改善水環(huán)境，逐步提升河道水質。

（3）水資源：項目區(qū)降雨量時空分布不均，枯水季節(jié)降雨量少，水資源短缺，地下水位及河道水位均較低，易出現(xiàn)斷流，難以保障湖泊常水位、綠化澆灌用水及生態(tài)基流量，給河道生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。需通過蓄水措施，合理配置水資源，滿足水生態(tài)、水景觀及綠化澆灌用水要求。

2 河道綜合治理目標及技術路線

2.1 河道綜合治理目標

通過河道拓寬疏浚及堤防護岸建設，全面提高河道防洪標準達到50 a一遇設防要求。綜合運用沿河截污，采用氮磷生態(tài)攔截、植物緩沖帶、初期雨水調蓄、水岸濕地等措施削減外緣污染負荷，恢復河道水生態(tài)系統(tǒng)，提高河道自凈能力，改善水環(huán)境，運行期內主要水質指標達到I V類水標準。根據(jù)生態(tài)景觀需要，建設蓄水溢流堰，通過水資源合理配置滿足景觀蓄水、綠地澆灌及生態(tài)基流要求。充分利用兩岸綠化空間融合河道景觀設計，建設透水性好的植草溝、防汛通道、生態(tài)柔性堤岸，水體經過濾匯入河灘濕地，打造“水量可調、水質可控、水清岸綠”的生態(tài)水岸公園。

2.2 河道綜合治理技術路線

分析識別現(xiàn)狀水系存在的問題及成因，通過洪水量、水資源量、水環(huán)境容量及工程效益四大平衡要素計算確定各治理措施規(guī)模。根據(jù)現(xiàn)狀河流特點采用多樣化的生態(tài)堤岸因勢利導控制河道流勢，減少人工改造痕跡，保障兩岸新城區(qū)道路及地塊防洪排澇安全。采取分級蓄水措施解決水資源量時空分布不均衡問題，滿足雨季蓄水、枯季供水，增加地下水回補量，涵養(yǎng)地下水源，實現(xiàn)水資源多層次利用，滿足景觀湖泊蓄水及維持河道生態(tài)基流的需要。通過沿河截污納管、氮磷攔截及雨水調蓄池等措施控制外源污染，有效控制削減入河污染物，改善水環(huán)境，有利于水生態(tài)修復。盡量保留利用現(xiàn)有河灘濕地，通過跌水曝氣、水生動植物系統(tǒng)培育，恢復河道水生態(tài)，實現(xiàn)良性循環(huán)，確保生態(tài)系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定持續(xù)的平衡狀態(tài)。圖1為河道綜合治理技術路線圖。

3 河道綜合治理總體方案

圖1 河道綜合治理技術路線圖

河道綜合治理總體方案為拓寬河道斷面、截污納管控制外源污染、修復水生動植物系統(tǒng)恢復河道自凈能力。綜合運用生態(tài)堤岸治理、沿河截污、生態(tài)攔截氮磷、蓄水堰及初雨調蓄池等措施，嘗試采用新技術、新工藝滿足美倫河的防洪、生態(tài)及景觀功能。河道治理長度4.8km，新建生態(tài)堤岸9.3km。由于河道將清淤厚度較薄，普遍小于0.8m，為避免二次污染，不對淤泥進行清理，主要通過水生動植物培育降解河底淤泥污染物濃度。河道上游鎮(zhèn)區(qū)段沿西側河岸新建截污管1.3km，攔截鎮(zhèn)區(qū)生活污水匯入下游道路污水干管內。河道上游來水氮磷含量高，為削減污染物濃度，避免下游湖泊水體富營養(yǎng)化，在上游河段用地范圍內新建復合人工濕地對氮磷進行生態(tài)攔截，新建濕地面積0.6 hm2，上游河水通過新建蓄水堰抬升水位自流排入人工濕地凈化。為滿足蓄水、防洪跌水及生態(tài)曝氣需要，在河道上新建蓄水壩4座，形成4級河道式生物塘。通過堰的控制，在藍夢一路南北兩側形成寬闊的藍夢湖，在上游鎮(zhèn)區(qū)東南側形成2級生物塘，實現(xiàn)蓄水、凈化水質、回補地下水及供水等功能，在北側形成第四級生物塘給綠化澆灌提供穩(wěn)定水源。為控制城市化地區(qū)初期雨水污染，對匯入美倫河的三座雨水排水系統(tǒng)進行末端處理，新建三座初雨調蓄池，配套提升泵站及河岸人工濕地。圖2為總體治理方案布置圖。

4 規(guī)模論證計算

4.1 河道洪水位計算

圖2 總體治理方案布置圖

河道洪水位由設計洪峰流量、河道縱坡、河道橫斷面及相應糙率確定，通過不斷優(yōu)化河道縱斷面和橫斷面來控制設計洪水位，確保河道沿線市政道路雨水能自流匯入河道（見圖3）。洪峰流量根據(jù)河道工程范圍，即上游起點控制斷面洪水過程，河道沿線地塊排水系統(tǒng)設計雨水過程，進行組合計算得到。美倫河起點控制斷面流域特征參數(shù)（見表1）由1∶1萬流域地形圖繪制得到；設計洪峰流量采用推理公式法計算；河道沿線地塊匯入河道的設計雨水量，根據(jù)排水系統(tǒng)設計標準及管網設計資料，采用暴雨強度公式計算得到。由于河道洪水位的高低對排水系統(tǒng)的排水能力影響較大，為復核排水系統(tǒng)實際過流量過程，需通過建立S W MM模型進行驗證[3]。洪水位計算采用明渠恒定非均勻流由下游往上游逐斷面推算。表2為設計洪水及水位成果。

圖3 流域示意圖

表1 流域特征參數(shù)

表2 設計洪水及水位成果

4.2 水資源配置

為滿足美倫河中部藍夢湖穩(wěn)定的景觀常水位及綠化澆灌用水需求，需在美倫河上游新建蓄水工程。通過分析計算美倫河流域水資源量、水域蒸發(fā)量、滲漏量、公園綠化澆灌需水量及生態(tài)基流量，根據(jù)逐月水量平衡確定蓄水工程的規(guī)模。

4.2.1 徑流量計算

美倫河為山區(qū)性小流域無實測水文站，徑流量計算將采用徑流系數(shù)法，平均徑流系數(shù)采用海南省水資源公報公布的近十年數(shù)據(jù)平均值，經計算為0.57，各月豐平枯降雨量由收集到的近30年逐月降雨量資料經頻率計算得到。

4.2.2 耗水量計算

美倫河水系耗水量主要有水域蒸發(fā)量、滲漏量、生態(tài)基流量及公園灌溉需水量。美倫河兩側公園綠化面積16.8 hm2，綠化澆灌用水定額取20 m3/hm2·d，綠化澆灌需水量336 m3/d。水域蒸發(fā)量根據(jù)近二十年蒸發(fā)資料經頻率計算得到。河道滲漏量根據(jù)地質情況采用一維非恒定流滲漏模型進行計算。河道生態(tài)基流量采用蒙大拿法計算，即采用近三十年枯水季節(jié)平均徑流量的10%作為河道生態(tài)基流量。

4.2.3 水量平衡分析

通過水量逐月平衡計算可知一年內主要缺水月份及相應的缺水量。由計算成果可見，美倫河水系在頻率為75%的枯水年將出現(xiàn)缺水，枯季1～3月份的總缺水量達4.36萬m3，根據(jù)缺水量來確定河道上游需修建的蓄水塘規(guī)模。表3為枯水季節(jié)各月水量平衡一覽表。

4.3 河道污染物平衡計算

河道主要污染源為上游農業(yè)面源污染及沿線村鎮(zhèn)生活污水。河道上游面源污染主要通過氮磷生態(tài)攔截削減氮磷濃度；沿線村鎮(zhèn)生活污水主要通過沿河新建截污管，滿足鎮(zhèn)區(qū)各合流制排放口晴天無水量排入河道的要求。經調查，河道上游農業(yè)面源污染嚴重，來水總磷和氨氮濃度分別為0.47m g/L和2.88 m g/L，枯水季節(jié)平均來水量9 046萬m3/d。生活污水直接排入河道的村鎮(zhèn)人口約8 200人，生活污水量采用用水定額法估算，約1 130 m3/d，氨氮濃度20.2 m g/L，截污率按照85%控制。根據(jù)上述邊界條件采用河湖納污能力計算模型可得到枯水季節(jié)河道的穩(wěn)定氨氮濃度為1.81 m g/L，不能滿足目標水質要求。計算公式如下[4]：

根據(jù)規(guī)劃要求，河道目標水質為I V類水，即氨氮目標濃度為1.5 m g/L。為確保下游河道（藍夢湖區(qū)）水質達到I V類水標準，經計算，需將河道上游來水的氨氮濃度需控制不超過1.96 m g/L。河道上游氮磷生態(tài)攔截措施的規(guī)模依據(jù)該控制指標計算確定。

5 河道綜合治理措施

5.1 河道堤岸建設

河道堤岸布置需綜合考慮現(xiàn)有河岸線、地形地勢、區(qū)域防洪排澇規(guī)劃、兩岸地塊規(guī)劃豎向標高及用地規(guī)劃情況，合理利用現(xiàn)有自然岸線，堤岸線順應河勢流向避免折線或急彎，保留多處現(xiàn)狀生態(tài)植被良好的河灘地，避免大規(guī)模開挖。堤岸結構型式主要采用具有一定透水性的土堤外加能滿足沖刷要求的生態(tài)護面材料，斷面結構充分利用礫石、塊石及火山巖等當?shù)夭牧希欣诘谭赖耐笟馔杆裕瑵M足河岸水體與地下水的交換[5]。針對不同河段位置及兩岸用地寬度采用多樣化河道斷面型式。對于綠化帶及現(xiàn)狀灘地較寬的河段采用緩坡梯形斷面，保留現(xiàn)有植被良好的河灘，加高加固岸邊土堤；對于綠化帶及現(xiàn)狀河口較窄的河段采用復式斷面，下部采用透水性好的生態(tài)石籠擋墻，上部采用耐沖刷的柔性生態(tài)袋堆砌防護；對于彎曲凹岸段，承受的沖擊力大，容易被侵蝕，則采用大塊石護腳護坡。

5.2 截污工程

截污是實現(xiàn)河道水質可持續(xù)改善的根本條件，河道沿線村鎮(zhèn)合流制排水溝渠眾多，沿河截污管與河道堤岸建設同步實施，截污管道置于護岸內部不影響行洪安全，各排放口末端新建截流井，截流倍比數(shù)取為3.0，截污管道直徑600 mm，污水經攔截后納入次一路經市政污水管網匯集至污水處理廠處理。

5.3 蓄水跌水工程

蓄水壩能緩減河道流速，增加河道蓄水量及下滲回歸地下水，延長水體滯留時間，使水流攜帶的顆粒物質得以沉淀，通過水體中動植物系統(tǒng)對氮磷的吸收及微生物的降解，有利于水質凈化。

河道上新建4座蓄水跌水壩，形成4座梯級生物塘。蓄水壩的高度根據(jù)蓄水深度、壩寬度及調蓄的洪水位確定，高度在1.5～2.5 m之間。壩體位于河床上1 m高度處設泄水孔，直徑0.8 m，滿足清淤放空及向下游供水的要求。水塘內淺水區(qū)域種植水生植物，深水區(qū)域圈養(yǎng)土生水葫蘆，并投放本地魚種，發(fā)揮生態(tài)食物鏈的水質凈化功能。第一級河道生物塘位于河道最上游，長度230 m，寬度15～22 m，蓄水壩高2 m，常水位41.0 m。該生物塘攔截上游大量漂浮物和泥沙，便于定期集中清淤。在水塘的南側設置人工濕地取水口，經過水塘沉淀凈化后的表面水流引入人工濕地，攔截水體中的氮磷污染物。河水經人工濕地處理后排入第二級河道生物塘，長度750 m，寬度40～88 m，蓄水壩高度2 m，常水位38.5 m，蓄水量4.1萬m3。在枯水季節(jié)下游缺水時可放空該水塘向藍夢湖補水，水位超過38.5m后水流從堰頂漫過跌水下游1.15km長的陡坡河道，陡坡落差12 m，通過河道中的各種石塊擋水跌水實現(xiàn)自然復氧。第三級河道生物塘為湖泊，是該新城區(qū)的核心景觀公園，對水質要求高，湖泊長度689 m，寬度22～166 m，蓄水深度1.5～3 m，常水位26.5 m，有利于魚類生存，蓄水堰高度3 m，寬度50 m。該堰設計成階梯式滾水曝氣系統(tǒng)，堰下游側斜面上采用石塊堆砌成梯級狀跌水臺階，增加水體溶解氧含量，有利于水體在下一級生物塘內氧化水中有機物。第四級河道生物塘蓄水位23 m，蓄水長度1 985 m，蓄水壩高度2 m，水面寬度22～59 m，將從該水塘內提取綠化澆灌用水。

5.4 氮磷生態(tài)攔截措施

氮磷生態(tài)攔截措施主要采用垂直流-水平潛流串聯(lián)的復合人工濕地。人工濕地是復合型生態(tài)系統(tǒng)，綜合了物理、化學和生物三種作用。污水流經濕地時，可溶性的有機物通過生物膜吸附、吸收、生物分解等作用被除去，濕地具有天然高效的水體自凈能力[6]。工藝流程為：一級河道生物塘→引水渠→欄污格柵→復合人工濕地→二級生物塘（見圖4）。根據(jù)河道上游來水水質及4.3節(jié)的控制出水質確定人工濕地面積6 000 m2、水力停留時間5.8 h及水力負荷1.5 m3/m2·d。人工濕地分為W1、W2兩個處理單元，每個單元面積3 000 m2，每個單元由垂直流和水平潛流濕地種植池串聯(lián)而成，每個種植池面積約1 500 m2，平面尺寸根據(jù)景觀平面設計確定，長寬比約2∶1。

圖4 復合人工濕地工藝流程示意圖

5.5 暴雨徑流末端處理

河道東側有藍夢一路、活力二路及次一路3條市政道路的雨水匯入河道，3片雨水排水系統(tǒng)服務范圍分別為39.6 hm2、36.5 hm2和47.3 hm2。為減輕初期雨水對藍夢湖景觀水體的污染，在雨水排放口末端建設3座初雨調蓄池。調蓄池規(guī)模根據(jù)《室外排水規(guī)范》（G B 50014—2006）（2016年版）中4.14.4A公式V=10 DFψβ計算。規(guī)范規(guī)定用于分流制排水系統(tǒng)，徑流污染控制調蓄池的有效容積按降雨量計算可取4～8 mm[7]，本工程取6 mm。經計算，3座調蓄池的有效容積分別為1 307 m3、1 205 m3及1 561 m3。調蓄池布置于綠化帶內為半地下式，需控制蓄水池內的最高水位不超過設計洪水位，占地面積為20 m×35 m。蓄水深度1.7～2.3 m。為處理調蓄池內的初雨在河道邊上設置3片小型河岸濕地，調蓄池內的初雨通過水泵提升排入河岸濕地，過濾凈化后就近排入河道。調蓄池內的污泥經自動沖洗設備沖洗后，通過水泵提升排入污水管網。

6 結語

河道綜合治理已發(fā)展為需要融合水利、排水、生態(tài)及景觀等多個涉水專業(yè)為一體的系統(tǒng)性工程，其設計思路與傳統(tǒng)的河道整治技術路線有較大區(qū)別。本文分析新城區(qū)河道存在的問題及建設需求，提出適用于新城區(qū)河道綜合治理的技術路線，系統(tǒng)地處理好防洪排澇、河道藍線布置、生態(tài)堤岸選擇、初期雨水攔截、截污與堤防關系及水污染防治等關鍵問題，使河道綜合治理措施更科學、合理，適用于城市化地區(qū)的開發(fā)建設。

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1009-7716（2017）06-0155-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.045

2017-03-01

吳春（1985-），男，浙江麗水人，碩士，工程師，從事水利工程規(guī)劃設計工作。