某流域干流河道水環(huán)境現(xiàn)狀及綜合治理方案分析

張 卡

(湖南省水利水電勘測設(shè)計規(guī)劃研究總院有限公司深圳分院，廣東 深圳 518000)

促進水環(huán)境水生態(tài)持續(xù)向好，是提升人民生活質(zhì)量的有力支撐[1]。位于某流域內(nèi)的干流河道防洪工程建設(shè)標準偏低，且河道淤積嚴重，汛期行洪安全難以保證；且由于干流河道流經(jīng)城市建成區(qū)，城市建設(shè)進程加快導(dǎo)致生活、生產(chǎn)污水大量入河，引起河道水體泛黑發(fā)臭，對周邊企業(yè)及居民構(gòu)成嚴重健康威脅。為進一步保證干流防洪安全，顯著提升水質(zhì)并改善沿河周邊景觀，須堅持“流域治理、綜合治理、生態(tài)治河”的新時期治水思路，即在優(yōu)先統(tǒng)籌干流上下游防洪安全的基礎(chǔ)下，通過“源頭治理、削污擴容”來實現(xiàn)黑臭水體長治久清，切實改善沿河人居環(huán)境質(zhì)量。本文基于該流域的干流水環(huán)境現(xiàn)狀，對其綜合治理方案進行分析和論述，以期為我國小流域水環(huán)境綜合治理積累建設(shè)經(jīng)驗。

1 水環(huán)境現(xiàn)狀分析

1.1 防洪工程現(xiàn)狀

(1)河道淤積嚴重，過流有限，導(dǎo)致河道行洪受阻。流域內(nèi)河道干流上游為低山丘陵區(qū)，地勢較陡，周邊郊野型植物生長無序，導(dǎo)致河道內(nèi)雜草叢生；下游為低山丘陵向濱海沖積平原過渡帶，地勢平緩且水體流速小，引起兩岸灘地淤積嚴重。同時，下游河道兩岸建筑密集，部分廠房臨河而建，嚴重縮窄了過洪斷面，對河道防洪達標形成制約。

(2)河道防洪設(shè)計標準偏低，無法滿足現(xiàn)階段高標準防洪要求。干流河道堤防建設(shè)年代久遠，受制于當時的資金和技術(shù)條件，防洪設(shè)計標準偏低。隨著流域內(nèi)社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，河道防洪工程設(shè)計標準也隨之提高。根據(jù)最新上位規(guī)劃成果，河道干流防洪設(shè)計標準已從原來的50年一遇調(diào)整為100年一遇。標準改變后，亟需對干流河道實施防洪達標改造。

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀

由于周邊城市進程化加快，導(dǎo)致河道兩岸排口眾多，各種垃圾漂浮物及污染物未加處理便私排入河，引起流域內(nèi)水質(zhì)全面惡化。目前，干流河道已實際成為納污水溝。相關(guān)水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)表明(見表1)，干流河道主要水質(zhì)指標如COD、BOD、TN、TP等嚴重超標，與規(guī)劃的河道水質(zhì)目標(Ⅳ類水)相差甚遠。

經(jīng)分析，上述水質(zhì)惡化成因主要為：①流域內(nèi)雨、污分流系統(tǒng)建設(shè)滯后，且河道截污系統(tǒng)不完善，收集污水有限。②流域內(nèi)干流上游主要為水庫和生態(tài)控制區(qū)，中下游為城市建成區(qū)，在建成區(qū)內(nèi)勞動密集型產(chǎn)業(yè)和人口集聚，且加之城市管理不到位，導(dǎo)致面源污染分布廣泛，進而引發(fā)初期雨水污染。③由于上游基流較少，水體納污能力有限，自我凈化恢復(fù)時間漫長。

1.3 水景觀現(xiàn)狀

干流上游屬于未治理河段，仍保留著原始的自然蜿蜒形態(tài)，周邊植被茂密；中游河段已基本進行過河堤修整，岸堤以植草護坡為主，岸上多有沿河喬木，但種類較為單一；下游河段水面較寬闊，但河岸無景觀休閑空間，無法滿足游人的親水需求。

2 水環(huán)境綜合治理思路及原則

2.1 治理思路

首先滿足河道堤防防洪安全達標，其次通過協(xié)調(diào)沿河兩岸的土地開發(fā)，補充完善沿河兩岸的截、排污措施，并結(jié)合補水工程來改善水質(zhì)；最后結(jié)合水系景觀塑造，真正實現(xiàn)“河清、水綠、岸美、民享”[2]。

2.2 治理原則

(1)堅持流域綜合治理：由于河流水系上下游相互影響，以及城市水務(wù)設(shè)施與相關(guān)市政設(shè)施建設(shè)具有協(xié)同性，這就決定了以流域為單元實施綜合治理具備科學(xué)性和高效性[3]。在治理中應(yīng)充分結(jié)合河道現(xiàn)狀，通過合理布局、源頭治理和綜合利用，減少重復(fù)建設(shè)，降低工程投資。

(2)優(yōu)先保證河道防洪安全：河道的基本功能是保證區(qū)間行洪，因此流域治理應(yīng)以行洪安全為基礎(chǔ)。在實際工程中，應(yīng)針對行泄能力不足的水系，綜合采取斷面拓寬、河床清淤、節(jié)點疏通等措施，恢復(fù)和保持水系的自然連通和流動性，以構(gòu)筑具備韌性和冗余安全度的河道防洪體系[4]。

(3)進一步提升水質(zhì)達標保證率：水質(zhì)問題是河道水環(huán)境綜合治理的核心問題，因此應(yīng)正視歷史欠賬，采用沿河截流等綜合措施，進一步完善流域內(nèi)污水收集輸送及處理系統(tǒng)，真正解決河道水質(zhì)達標問題。

(4)實施生態(tài)型河岸景觀帶建設(shè)：在對城市河道進行治理時，應(yīng)充分考慮河流的自然屬性，通過融合生態(tài)理念與傳統(tǒng)水工結(jié)構(gòu)，充分營造生態(tài)友好型的、人水和諧的親水環(huán)境，著力將水系建設(shè)成為融堤、園、路一體的濱河風(fēng)光休閑帶[5]。

3 水環(huán)境綜合治理方案

3.1 治理目標

(1)河道防洪目標：完善干流防洪體系，通過確定合理的河底高程，保障干流河勢穩(wěn)定；并根據(jù)河道行洪斷面要求，綜合實施堤防加高加固、拓寬、河道清淤清障等措施，保證干流堤防達到規(guī)劃的100年一遇防洪標準。

(2)水質(zhì)改善目標：通過沿河布設(shè)截污箱涵，截流旱季漏排污水，并對初期雨水進行收集處理，在雨季削減污染負荷，進一步提升水質(zhì)保證率。同時利用污水處理廠尾水進行河道補水，使河道水質(zhì)達到設(shè)計標準。

(3)河岸綠化景觀建設(shè)目標：融合河道與周邊環(huán)境，構(gòu)造沿河綠化景觀帶，為城市經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展打下基礎(chǔ)[6]。通過建立濱水休閑空間，打造沿河綠道網(wǎng)絡(luò)，以增加片區(qū)景觀連續(xù)性；并結(jié)合河道有利位置，設(shè)置景觀節(jié)點，系統(tǒng)提升河道景觀價值。

3.2 治理方案

河道治理范圍為干流中上游河段(治理總長18.857km)，主要建設(shè)內(nèi)容包括河道防洪工程、水質(zhì)改善工程以及景觀綠化工程等。

3.2.1 河道防洪工程

河道設(shè)計防洪標準為100年一遇，主要建筑物級別為1級。根據(jù)各段河道特點，在基本維持現(xiàn)有河道走向的基礎(chǔ)上，通過堤岸加高、河道清淤、拆除阻水建筑物、加固坡腳等措施，結(jié)合沿河截流箱涵布置將河道打造為梯形復(fù)式斷面，從而進一步提高河道防洪能力，并增強堤防安全穩(wěn)定性。分段治理情況如下。

(1)GS0+000—GS1+900段：該段堤防設(shè)防標準不滿足設(shè)計要求，故對河道兩岸采取堤防加固培厚設(shè)計。為避免因堤岸加高造成堤防失穩(wěn)，在多年平均水位以上設(shè)置二級平臺，平臺高程為2.30m，平臺寬6～15m，平臺以上為1∶3的綠化護坡，同時對坡腳進行拋石護腳加固。

(2)GS1+900—GS3+000段：該段河道現(xiàn)狀平均河寬約200m，由于該段河道以營造景觀休閑空間為主，故考慮將截流箱涵埋設(shè)于坡腳，箱涵頂兼做景觀平臺與檢修平臺。

(3)GS3+000—GS6+000段：該段河道現(xiàn)狀存在較厚的淤泥層及細砂層等，工程地質(zhì)條件較差，且右岸建筑物緊鄰現(xiàn)狀堤防，拆遷困難，拓寬條件受限。為保障河道過水斷面要求，右岸采用灌注樁支護兼做岸墻，左岸采用鋼板樁支護將箱涵埋設(shè)于現(xiàn)狀二級平臺下方。同時為改善河道水質(zhì)，防止底泥污染，對該區(qū)域的河道實施底泥清除。該段設(shè)計河道典型斷面如圖1所示。

(4)GS6+000—GS8+000段：該段河道右岸緊鄰市政道路，左岸有約30m寬的綠地，根據(jù)河道水面線計算，該段河道需將堤防加高0.5～1.0m。為保障施工期不影響右岸市政道路，對右岸進行回填加高，并利用混凝土防浪墻來滿足超高要求；左岸進行開挖拓寬，利用土堤填筑的方式加高堤防。該段河道典型斷面如圖2所示。

(5)GS8+000—GS13+252段：該段河道兩岸現(xiàn)狀建設(shè)有沿河道路，因此采用鋼板樁支護開挖的形式施工沿河截流箱涵，最大限度地保障兩岸道路使用安全。

(6)GS13+252—GS17+400段：該段河道地勢開闊，現(xiàn)狀河道過流能力基本滿足設(shè)防標準，僅局部河段由于沿河建筑物侵占河道空間，需予以拆除。為減少工程投資，且便于河道后期管理維護，將截流箱涵布置在河道坡腳位置，在滿足河道行洪要求的前提下盡量將箱涵向河道內(nèi)側(cè)平移，以減少河道開挖量。兩岸箱涵外邊線間距為30m，平臺寬度與箱涵頂寬相同，平臺以上設(shè)計邊坡坡比為1∶2.5。

(7)GS17+400—GS17+850段：該段河道現(xiàn)狀較窄，行洪能力不滿足要求，為避免過多拆遷，考慮保留河道右岸建筑物，河道適當向左側(cè)偏移。

(8)GS17+850—GS18+857段：根據(jù)河道水面線計算，該段河道行洪能力有一定的富裕，故僅對河道岸坡進行修整，即將現(xiàn)狀河道深槽開挖整平至設(shè)計河底高程，兩側(cè)灘地予以保留。該段河道兩岸箱涵外邊距為24m，二級平臺寬6.0m，二級平臺以上坡比為1∶3。由于設(shè)計洪水位基本與箱涵頂齊平，為滿足坡面防沖刷要求，坡面護砌采用三維土工網(wǎng)。同時在河道兩岸修建巡河路，路面寬度為8.0m。典型斷面如圖3所示。

3.2.2 水質(zhì)改善工程

(1)河道截流工程

為對沿河排口進行污水收集，有效削減入河污染，考慮沿河敷設(shè)截流箱涵。該做法有以下好處：一是河岸內(nèi)施工不涉及額外征地，可降低工程投資，且對沿河周邊市政設(shè)施干擾小；二是沿河排放口眾多(現(xiàn)狀漏排污水口合計約318個)，截流箱涵可形成截污的“最后一道防線”，能有效收集漏排污水；三是利用新建截流箱涵形成的二級平臺，打通沿河連續(xù)的公共親水空間和沿河通道，進一步拓展河道的休閑功能和豐富岸線層次[7]。

截流箱涵布置原則為：①結(jié)合防洪工程現(xiàn)狀及特點，軸線布置應(yīng)與河勢流向相適應(yīng)，并與大洪水的主流線基本平行，以減少箱涵建筑物對河道行洪的影響；②軸線布置盡量利用現(xiàn)有地形、地質(zhì)條件，部分小箱涵盡量布置在堤外二級平臺上，以減少施工導(dǎo)流并加快施工速度；③充分考慮軸線與交通橋、穿河管等建(構(gòu))筑物的位置關(guān)系，盡量少破壞、少拆除、少改遷現(xiàn)狀建(構(gòu))筑物，以節(jié)省工程投資；④軸線之間盡量采用大半徑的圓弧(≥5倍箱涵寬度)或夾角較大的折線連接，以利于箱涵內(nèi)水流順暢；⑤軸線布置要利于清淤、檢修及日常運行等要求；⑥箱涵布置要與城市景觀相協(xié)調(diào)；⑦截流箱涵的設(shè)置應(yīng)避免造成截流標準下的污水倒灌，甚至溢入主河道，污染河道水體。同時應(yīng)能兼顧各支流遠期截污管(涵)在高程上的順接。

圖1 GS3+000—GS6+000段河道治理典型斷面圖

圖2 GS6+000—GS8+000段河道治理典型斷面圖

圖3 GS17+850—GS18+857段河道治理典型斷面圖

截流箱涵的高程布置直接影響截流系統(tǒng)的成敗及投資大小，因此在高程布置中需要考慮以下因素：①滿足所有的排水口均能接入，故盡量降低截流箱涵高程；②考慮到截流箱涵作為景觀平臺，截流箱涵的縱坡需與河道坡度一致；③考慮到箱涵對支流口和排放口進行截流，箱涵頂不得影響支流的防洪和排水口的泄洪，因此截流箱涵盡量壓低或壓扁；④截流箱涵不得影響旱季混流污水的流速；⑤為了清淤方便，下游排放口高程不得過多低于設(shè)計河床高程；⑥考慮工程的地理位置重要性及周邊環(huán)境等因素，箱涵的調(diào)度運行需與防洪排澇相協(xié)調(diào)[8]。

(2)補水工程

由于沿河實施了截污工程，河道天然基流會有所減少。為了恢復(fù)河道自然生態(tài)環(huán)境，進一步擴大河道納污能力，考慮利用上游污水處理廠的回用水進行河道補水。污水處理廠尾水為重力自流，為滿足河道補水轉(zhuǎn)輸要求，在污水處理廠布置一座補水泵房，根據(jù)提升水量及所需揚程，設(shè)計采用潛水排水泵兩組，其中一組為Q=1354m3/h，H=11.7m，N=55kW，兩用一備；另外一組為Q=521m3/h，H=14.6m，N=30kW，兩用一備。補水規(guī)模總計19.5萬m3/d，共設(shè)兩組補水管道，總長4.153km，管徑大小為DN500～DN900。

3.2.3 景觀綠化工程

河道行洪斷面防洪達標后，從堤岸防護和水土保持角度考慮，須對河堤護岸進行必要的景觀綠化，從而恢復(fù)因河道土建施工破壞的河岸綠地空間。

綠化設(shè)計應(yīng)充分結(jié)合沿線河道地形及自然水系環(huán)境特征，以群落組團綠化及疏林草地綠化等植物造景手段，形成景觀綠化斑塊，構(gòu)筑點、線、面相結(jié)合的綠化空間；同時通過本土植被的運用形成獨特的河道風(fēng)景和城市形象，最終打造出分區(qū)特色景觀。整治河段從上游至下游共劃分為4個特色區(qū)域，分別為自然生態(tài)區(qū)、濱河休閑區(qū)、泛舟樂水區(qū)、文化展示區(qū)。根據(jù)以上四大分區(qū)特點，植物配置進行以下設(shè)計：①自然生態(tài)區(qū)綠化面積約10.1hm2，以南洋杉、木棉、宮粉紫荊、白花洋蹄甲為主要樹種；②濱河休閑區(qū)綠化面積約25.1hm2，以垂柳、串錢柳、蒲桃、洋蒲桃、小葉榕為主要樹種；③泛舟樂水區(qū)綠化面積約29.4hm2，以落羽杉喬木林、尖葉杜英為主要樹種；④文化展示區(qū)綠化面積約17.9hm2，采用小葉榕、橡膠榕、蒲桃、洋蒲桃、佛肚竹、大葉榕、桂木、阿江欖仁等為主要樹種。

河道的功能區(qū)與節(jié)點景觀間通過道路系統(tǒng)進行銜接，從而保證沿河景觀的連續(xù)性。交通系統(tǒng)的布置主要從功能需求出發(fā)，沿河布置巡河路、人行步道、自行車道等，并在河道平臺處布置檢修清淤車道，以及堤防緩坡處布置人行園路。通過親水步道、自行車道與市政人行道相連通，共同構(gòu)成沿河的綠道網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)語

(1)位于某流域內(nèi)的干流河道水環(huán)境較差，主要表現(xiàn)為河道防洪度汛能力有限、水質(zhì)惡化及沿河景觀單一。針對河道水環(huán)境現(xiàn)狀及特點，通過綜合實施防洪達標改造、沿河截污、補水工程和景觀綠化等措施，可顯著提升河道防洪標準和河道水質(zhì)，并有效改善沿河周邊景觀風(fēng)貌，進一步推動當?shù)亟?jīng)濟穩(wěn)步增長。

(2)流域水環(huán)境往往成因復(fù)雜，難以靠單項技術(shù)措施實現(xiàn)。該干流河道的治理實踐表明，水環(huán)境治理應(yīng)考慮經(jīng)濟成本和長效安全，在堅持流域統(tǒng)籌謀劃和采用復(fù)合型的河道治理方案基礎(chǔ)上，輔之以科學(xué)全面的管理機制，方能顯著提升流域環(huán)境質(zhì)量，進一步拓展城市濱水價值空間。