金陵科技學院水環(huán)境整治措施研究

劉菲菲，蔣曉艷，王啟凡，鐘琦皓

(1.淮安市水利水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001；2.華設建設集團股份有限公司常州分公司，江蘇 常州 213011；3.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 徐州 221000)

1 工程概況

本項目工程地點位于南京市金陵科技學院江寧校區(qū)，設計范圍校園水系及周邊環(huán)境。金陵科技學院江寧校區(qū)校內現(xiàn)狀水系由自西北到東南方向的校園河道與校園西南方向的望山湖組成，全長約1.4km。校園的河道原為東方溝泄洪道，校園建成后開挖了連接望山湖與東方溝的河道。根據(jù)河道功能和走向可劃分為3段：1號河段為弘景大道～鏡湖段(K0+000～K0+420)，是自北向南的泄洪、景觀河道，約420m；2號河段為鏡湖～望山湖段(WK0+000～WK0+430)，是自北向南的排澇、景觀河道，約430m；3號河段為鏡湖～知行路段(K0+420～K0+975)，是自西向東的泄洪、景觀河道，約550m。工程的主要任務是通過控源截污、清淤疏浚、引流補水、岸坡改造及生態(tài)修復、景觀提升等一系列措施實施，削減污染源入河量，改善河道水質，構建完善的水生態(tài)系統(tǒng)，提升濱河景觀。

2 水文地質條件

2.1 水文條件

根據(jù)《解溪河流域水利綜合規(guī)劃(2020—2035)》，學院內部河道距解溪河較近，外圍解溪河流域非汛期為10月—次年4月。非汛期10—12月安排東方溝鏡湖段施工，主要考慮上游0.96km2方山來水以及區(qū)間段施工期匯水；汛期主要安排望山湖段施工，主要考慮區(qū)間0.11km2匯水。

2.2 工程地質條件

根據(jù)地勘資料和鄰近工程經(jīng)驗，項目實施區(qū)域為中硬場地土，其余沿線場地土類型為中軟土，場地類別為Ⅱ類。場地內無可液化土層，除①層素填土外，無其它特殊性土。但勘探深度內的④層流塑～軟塑狀粉質黏土，其靈敏度高，高壓縮性，地震作用下可能引起沉陷，導致岸坡破壞，工程設計時應充分考慮其不利影響。河道沿線堤基地質結構為雙層結構(Ⅱ類)，按照地質條件分類可定為C類；堤岸依據(jù)地質條件分類可劃分為穩(wěn)定性較差岸坡。本場地整體較穩(wěn)定，遇到的水文地質問題可以采取工程技術措施處理。

3 工程現(xiàn)狀與存在問題

3.1 雨污水管網(wǎng)現(xiàn)狀

根據(jù)實地調查，金陵科技學院內部污水系統(tǒng)健全，目前主、次通道運行良好，僅圖書館～金陵東路段De200的污水支管高峰時段存在運行不暢現(xiàn)象，經(jīng)常造成污水外溢，污染河道。

3.2 水安全存在問題

現(xiàn)狀溢流壩4無法達到洪澇分治的目的，汛期上游來水仍能通過溢流壩4排入望山湖段(2#河段)，加大了望山湖的排澇壓力，易造成望山湖賓館范圍淹水。部分岸坡沖刷較為嚴重，已形成明顯陡坎，存在一定安全隱患。

水質檢測數(shù)據(jù)顯示：7個水質監(jiān)測斷面6個斷面水質為劣Ⅴ類，還有1個Ⅳ類，主要超標因子是氨氮、總磷、化學需氧量。由于某一個斷面過路涵處晴天抽排污水不及時，雨天雨污水混流進入校園內，導致河道各指標超標嚴重，嚴重惡化下游河道水質。

從匯水范圍內各污染源的COD入河量來看，城鎮(zhèn)生活污染>城鎮(zhèn)地表徑流>內源污染。現(xiàn)狀部分蓄水建筑物破損、老舊；現(xiàn)狀蓄水梯級設置不合理；枯水期水體流動性差，造成河道局部淤塞嚴重，水體溶解氧降低，影響了物種的分布和豐度以及水生群落的組成和多樣性。

河道斷面形式單一，可供水生植物生長的基底相對較少。現(xiàn)狀水生植物缺乏養(yǎng)護、清理，局部出現(xiàn)浮萍泛濫，未形成健康的水生態(tài)系統(tǒng)。水體及沿岸空間場所感不明確，沒有形成一個完整的、讓師生停留的空間，缺乏一種應有的“領域感”，難以吸引行人停下腳步進行休閑交流活動。

4 工程設計

4.1 治理策略

提升金陵科技學院江寧校區(qū)水環(huán)境，主要包括控源截污、內治理引流補水、生態(tài)修復與景觀提升四個方面工程措施，并在此基礎上加強河湖長效管護。

(1)控源截污：削減染物入河量

通過點源治理與面削減，實現(xiàn)旱天污水不入河，融入“滲、蓄、滯、凈、用、排”的低影響開發(fā)設計理念，構建海綿城市，保障區(qū)域內水環(huán)境安全。

(2)內源治理：削減污染

通過環(huán)保清淤，消除河湖內源污染障道水質。

(3)引流補水：構建區(qū)域循環(huán)

通過構建內循環(huán)系統(tǒng)與校外補水，優(yōu)化位在保障河道安全的基通過構建內循環(huán)系統(tǒng)與校外補水，優(yōu)化位在保障河道安全的基礎上，增強水動力條件保障河道生態(tài)需水。

(4)岸坡改造及生態(tài)修復：保障水體系統(tǒng)穩(wěn)定

通過生態(tài)河道構建、望山湖草型清水穩(wěn)，在保障安全的基礎上提升河道水質，增強湖自凈功能完善生態(tài)系統(tǒng)。

4.2 控源截污

4.2.1 上游雨污合流排口治理方案比選

治理方案比選結果見表1。根據(jù)綜合分析比較后決定本次點源治理采用方案三：弘景大道污水由上游高新園雨污分流工程解決，雨污分流工程需與本次工程同步實施，實施完成后保證高新園方向無污水下東方溝。未實施雨污分流工程前，高新園應復核現(xiàn)狀過路涵處潛污泵抽排污水量，對擋墻進行加固防滲漏，同時建議對東方溝上游段實施清淤，并定期對涵洞內沉積物進行清理，盡量減少污水入河。

表1 方案比選表

4.2.2 局部段污水管線改造

金陵科技學院內部污水系統(tǒng)健全，管網(wǎng)由北向南排向現(xiàn)狀污水處理設施，后接入市政污水系統(tǒng)。日高峰時段污水量約2300m3/d，校內污水處理設施規(guī)模3000m3/d，滿足需求。根據(jù)調查，目前主、次通道運行良好，僅圖書館～金陵東路段De200的污水支管高峰時段存在運行不暢現(xiàn)象，經(jīng)常造成污水外溢，污染河道。

根據(jù)GB 50015—2019《建筑給水排水設計規(guī)范》按照圖書館的生活用水定額及小時變化系數(shù)計算圖書館每日最大時的排水量，即高峰期排水量，得22.6m3/h。根據(jù)現(xiàn)狀管網(wǎng)資料復核現(xiàn)狀De200污水管的過流能力，根據(jù)復核結果知現(xiàn)狀76.11%(長約159.3m)污水管段滿足過流，在化糞池前有28.5m平坡段(約13.62%)，化糞池后有21.5m逆坡段(約10.27%)不滿足過流。

本次污水管線的平面布置大部分沿現(xiàn)狀污水管位布置，終點接污水主管時局部微調，沿線共敷設De200PE管30m，d300鋼筋砼管217m、新建模塊檢查井12座。污水管設計縱坡為3‰，管道平均埋深1.5m。De200污水管采用雙壁纏繞管，采用遇水膨脹橡膠圈接口，承插式連接；d300污水管采用鋼筋混凝土Ⅱ級承插管，承插管采用橡膠圈接口。

對擬廢除管道原則上需做挖除處理。對暫不具備挖除條件的管道，采取水泥黏土漿進行封堵處理，待具備條件后最終進行挖除；在兩端檢查井內填充水泥黏土漿，將管段填實，檢查井內用素混凝土填充至管頂以上不小于0.5m，素混凝土頂至地面用粘土回填。在道路上的檢查井，井內回填還應同時滿足道路恢復要求。

4.2.3 面源污染削減

低影響開發(fā)技術按主要功能一般可分為滲透、儲存、調節(jié)、轉輸、截污凈化等幾類[1-2]。根據(jù)不同技術綜合利用，控制徑流量、污染源和雨水回收。工程設計中，充分利用當?shù)厮Y源條件和投資資金情況，因地制宜，盡可能選擇影響程度較低的技術組合。諸如透水磚、滲井、蓄水池、雨水花園、植被緩沖帶等，這些設施根據(jù)不同類型用地的功能布局選擇。本次設計的河道位于金陵科技學院江寧校區(qū)內，結合河道特點(護砌、水深等)，本次設計主要選用雨水花園及植被緩沖帶等。

學校西南角現(xiàn)狀雨水花園枯水期河床裸露，綠地與植物退化，影響了校園整體形象。本次設計結合景觀，重新調整綠化地形，打造層次分明、清新開闊、造型別致的雨水花園。現(xiàn)狀樹形不佳或枯死的樹木移除。低洼處及兩側以形態(tài)各異的卵石為基調，在其周圍布置適合濕地生長的植物。植物搭配要注意顏色、形狀、季相，以及立體層次，確保具有一定的觀賞性。結合補水工程，保證雨水花園內常年有溪流景觀。地形微調，設步道和休息亭，成為師生散步休憩區(qū)。

植物緩沖帶主要位于濱水綠地，面積約9500m2。其中，望山湖植被緩沖帶保留上層成材喬木，對長勢不好的喬木和花灌木進行修剪或清除。節(jié)點處適當補充小花喬。對下層地被進行重新設計。種植自然型、輕管養(yǎng)、易形成季節(jié)性效果的觀賞草，沿湖的濱水植被緩沖帶，對周邊入河面源污染進行削減，詳見景觀提升和岸坡改造工程。

4.3 內源治理

4.3.1 底泥現(xiàn)狀

由于較長時間未清淤，金陵科技學院江寧校區(qū)內河道底泥淤積深度超過0.5m，對河道行洪、排澇產(chǎn)生不利影響；淤泥中含有大量的氮磷元素，導致水體富營養(yǎng)化，對河道水質和水生物產(chǎn)生嚴重影響。在底泥清淤時，應根據(jù)污染情況選擇合理的清淤方式，優(yōu)先采用河道清淤的先進技術方法，比選出較好的方法和清淤機械[3]，盡量避免清淤過程中造成大的二次污染問題，沿程清淤深度可參照本次測量的底泥深度并結合河道岸坡整治進行統(tǒng)一規(guī)劃，提出最終合理的處理處置方案。

4.3.2 河道清淤

設計金陵科技學院江寧校區(qū)內河道底高程自上而下為10.60～7.01m。金陵科技學院江寧校區(qū)內河道約1.4km，現(xiàn)狀河底高程為7.01～11.15m，淤泥深度約為0.4～0.7m，平均清淤深度0.6m，清淤量約為1.67萬m3。

河道清淤時，需根據(jù)河道上下游河床的落差，對全河段進行統(tǒng)一的分析和考慮，處理好疏浚段進、出口與原河道的銜接，使清淤后的河道坡降保持自然、平順，河線保持順直，不過分切槽。河道清淤疏浚時，按設計河底高程、設計河底寬度及兩岸設計坡比進行機械清淤，清淤邊線應離岸邊有一定的距離(特別注意現(xiàn)有擋墻附近)，避免影響河道岸坡穩(wěn)定。應盡量保護天然河道自然形成的邊灘和河心灘，對影響行洪的灘地按河道行洪斷面要求適當清除，但要避免過度清灘。人工與機械等多種疏浚方式相結合，對橋梁底部等部位采用人工方式，以保護現(xiàn)有建筑物，對開闊場地采用機械方式，提高疏浚效率。

從河道現(xiàn)狀、河道周邊情況、施工場地需求、設備適應性、擾民情況、工作效率、施工便利性等角度對清淤方式(陸地機械、水力沖挖機組、挖泥船等)進行比選[4]。金陵科技學院江寧校區(qū)內河道兩岸為校內道路或圖書館、教學樓、宿舍區(qū)等，為保障工程實施盡可能減小對周圍產(chǎn)生不利的影響，同時兼顧后續(xù)生態(tài)修復等措施的施工方式，綜合分析確定本次主要采用水力沖挖機組的清淤方式。利用高壓泵產(chǎn)生高速水流沖刷，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合，再由立式泥漿泵及其輸泥管吸送[5]。清淤施工過程中，在距原狀擋土墻1m范圍內不得使用高壓水槍沖淤，應采用人工挖除淤泥。

4.3.3 淤泥處置

目前國內外淤泥處置大多以脫水和固化為主，分為自然脫水、預壓脫水、機械脫水、攪拌固結等方法，每種方法都可用于疏浚淤泥處理處置，但每種技術都有其適用的條件[6]。應結合江寧校區(qū)現(xiàn)場條件和建設單位投資規(guī)模，盡可能無害化處理，經(jīng)濟條件允許可以淤泥資源化。為減少施工過程中對兩岸產(chǎn)生的不利影響，采用土工管袋法對泥漿進行排水固結。場地選在望山湖周邊預留地，面積約6000m2。淤泥脫水固化之后運輸至南京市指定的場地進行填埋。

4.4 引流補水

本次引流補水工程設計在依托整個片區(qū)引補水布局的基礎上設計，針對校內河道補水僅靠降雨，無引補水措施，存在旱季缺水，水動力條件差等問題，為保障河道生態(tài)基流流量，提升河道自凈能力，設計河道蓄水、校內活水循環(huán)、校外生態(tài)補水3項措施，為構建河道生態(tài)系統(tǒng)打下基礎。活水應注意避免死水區(qū)，同時做好流量分配。工程全線共新建或拆建5座建筑物，其中新建溢流堰3座，拆建蓄水壩2座。橡膠壩汛期頻繁升降壩時速度較慢，行洪速度快時，橡膠體易被砂石、漂浮物損壞；另外，橡膠壩多采用充水方式，在冬季容易受冰害影響[7]，故不使用于本工程。由于本工程設計洪水位較高，液壓翻板門的液壓傳導及電氣部分汛期在水下，操作安全性無法控制，加上液壓翻板門的制造、維護成本非常高，因此本工程選用氣動盾型閘門。

4.5 岸坡改造及生態(tài)修復

4.5.1 岸坡改造

護岸設計應結合安全、生態(tài)、景觀3個方面考慮，在斷面的處理上，自下而上可分為常水位以下、水位變化區(qū)、水位以上3個區(qū)域進行組合打造。常水位以下護岸設計應以堅固耐久、抗沖刷、抗磨損性能為重點；水位變化區(qū)護岸工程以保證安全穩(wěn)定條件下，適度考慮景觀生態(tài)，選擇適宜水生物生存的仿自然狀態(tài)的護岸；水位以上應以邊坡固土、景觀打造、綠化工程為重點進行設計。

護岸型式的選擇應充分考慮現(xiàn)狀地形、政策處理、工程造價、交通要求以及運行維護管理等方面因素。當前新型生態(tài)護岸型式較多，本次擬從下面幾種護岸型式中進行選擇。考慮工程銜接及景觀多樣化，本次護岸設計水位變化區(qū)因地制宜選擇雷諾護墊、仿木樁護岸、植草+魚巢式生態(tài)護岸3種護岸型式，部分緩坡段常水位變動區(qū)采用景觀鵝卵石防護；常水位以上選擇三維植生墊護坡防護。

4.5.2 生態(tài)修復

在截污工程近期可完成，無明顯點源污染源直排入河后，具備實施河道生態(tài)治理的條件。江寧校區(qū)內待治理的河道，周邊區(qū)域空地較多，校園人流動性較大，對景觀需求量大，河道水環(huán)境改造關鍵在于營造水生物多樣性、水質改善和景觀打造。可以利用校區(qū)地形特點和地貌條件，增加河道蜿蜒性，以復式斷面為主，建設人工濕地，采用親水環(huán)保材料施工，采取干預技術措施加快恢復水生生物。

結合河道特點(護砌、水深)及周邊用地現(xiàn)狀，本次生態(tài)治理主要設計了河道平面形態(tài)、河道斷面形式以及河道內微地形優(yōu)化，進行河道水生動植物恢復，同時，選用增氧(推流曝氣、噴泉曝氣)及投加改性礦物材料等水質凈化輔助技術。

5 結語

本工程通過控源截污、內源治理措施，解決校園水系現(xiàn)狀存在污染源問題，可保障晴天污水不入河，雨天面源污染大大削減，改善河湖水質。通過引流補水、岸坡改造及生態(tài)修復措施，在保障河道行洪安全的基礎上，解決校園水系現(xiàn)狀存在河湖自凈功能弱等問題，構建多樣生境，著力恢復河湖健康的生態(tài)系統(tǒng)。結合校區(qū)建設規(guī)劃，必須要充分利用好現(xiàn)有資源的基礎上，削減污染源入河量，綜合施策，著力于構建完善的水生態(tài)系統(tǒng)。針對河道上游點源污染治理，必須要高度重視，點源治理實施不得晚于本工程實施，對校園水環(huán)境面源污染定性定量分析和實施效果評估還有待進一步研究。校園水系應建立長效岸線管理機制[8]，實現(xiàn)河湖長治久清。