吳春

（上海市政工程設(shè)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(shè)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(fù)、水質(zhì)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(shè)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(shè)計協(xié)調(diào)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(diào)蓄處理等措施，滿足防洪及水生態(tài)要求，恢復(fù)河流自凈能力，構(gòu)建美倫河生態(tài)廊道，打造“水量可調(diào)、水質(zhì)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(fù)；新城區(qū)；生態(tài)堤岸；人工濕地

0 引言

新城區(qū)內(nèi)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(dǎo)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(nèi)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(fù)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(fù)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(shù)進行總結(jié)和分析，構(gòu)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?？谑?，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?cè)丝诩s58萬人。海南生態(tài)軟件園位于澄邁縣老城經(jīng)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(cè)，是海南省重點園區(qū)建設(shè)項目。新城占地面積14.5km2，分兩期開發(fā)建設(shè)，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(cè)，流域面積38.4km2，河道縱坡較大，新城區(qū)內(nèi)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?，F(xiàn)狀防洪排澇標準低，沿線低洼地區(qū)內(nèi)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(shè)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(zhì)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(shè)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(dǎo)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(fù)，改善水環(huán)境，逐步提升河道水質(zhì)。

（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(shù)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(shè)，全面提高河道防洪標準達到50 a一遇設(shè)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(diào)蓄、水岸濕地等措施削減外緣污染負荷，恢復(fù)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(nèi)主要水質(zhì)指標達到I V類水標準。根據(jù)生態(tài)景觀需要，建設(shè)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(shè)計，建設(shè)透水性好的植草溝、防汛通道、生態(tài)柔性堤岸，水體經(jīng)過濾匯入河灘濕地，打造“水量可調(diào)、水質(zhì)可控、水清岸綠”的生態(tài)水岸公園。

2.2 河道綜合治理技術(shù)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(dǎo)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(diào)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(fù)。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(fù)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(shù)路線圖。

3 河道綜合治理總體方案

圖1 河道綜合治理技術(shù)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(fù)水生動植物系統(tǒng)恢復(fù)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(diào)蓄池等措施，嘗試采用新技術(shù)、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(cè)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(nèi)。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(nèi)新建復(fù)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(cè)形成寬闊的藍夢湖，在上游鎮(zhèn)區(qū)東南側(cè)形成2級生物塘，實現(xiàn)蓄水、凈化水質(zhì)、回補地下水及供水等功能，在北側(cè)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(diào)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(shè)計洪峰流量、河道縱坡、河道橫斷面及相應(yīng)糙率確定，通過不斷優(yōu)化河道縱斷面和橫斷面來控制設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計雨水量，根據(jù)排水系統(tǒng)設(shè)計標準及管網(wǎng)設(shè)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(fù)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(shè)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(shè)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(jīng)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(jīng)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(cè)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(jīng)頻率計算得到。河道滲漏量根據(jù)地質(zhì)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(nèi)主要缺水月份及相應(yīng)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?cè)彼窟_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(nóng)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(jīng)調(diào)查，河道上游農(nóng)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(zhì)要求。計算公式如下[4]：

根據(jù)規(guī)劃要求，河道目標水質(zhì)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(zhì)達到I V類水標準，經(jīng)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(shè)

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(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)充分利用礫石、塊石及火山巖等當?shù)夭牧?，有利于堤防的透氣透水性，滿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(fù)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(zhì)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(shè)同步實施，截污管道置于護岸內(nèi)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(jīng)攔截后納入次一路經(jīng)市政污水管網(wǎng)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(zhì)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(zhì)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(diào)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(shè)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(nèi)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(zhì)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(cè)設(shè)置人工濕地取水口，經(jīng)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(jīng)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(fù)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(zhì)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(shè)計成階梯式滾水曝氣系統(tǒng)，堰下游側(cè)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(nèi)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(nèi)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(fù)合人工濕地。人工濕地是復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，綜合了物理、化學(xué)和生物三種作用。污水流經(jīng)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(fù)合人工濕地→二級生物塘（見圖4）。根據(jù)河道上游來水水質(zhì)及4.3節(jié)的控制出水質(zhì)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(shè)計確定，長寬比約2∶1。

圖4 復(fù)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(cè)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(wù)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(shè)3座初雨調(diào)蓄池。調(diào)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(diào)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(jīng)計算，3座調(diào)蓄池的有效容積分別為1 307 m3、1 205 m3及1 561 m3。調(diào)蓄池布置于綠化帶內(nèi)為半地下式，需控制蓄水池內(nèi)的最高水位不超過設(shè)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(diào)蓄池內(nèi)的初雨在河道邊上設(shè)置3片小型河岸濕地，調(diào)蓄池內(nèi)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(diào)蓄池內(nèi)的污泥經(jīng)自動沖洗設(shè)備沖洗后，通過水泵提升排入污水管網(wǎng)。

6 結(jié)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(shè)計思路與傳統(tǒng)的河道整治技術(shù)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(shè)需求，提出適用于新城區(qū)河道綜合治理的技術(shù)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(guān)系及水污染防治等關(guān)鍵問題，使河道綜合治理措施更科學(xué)、合理，適用于城市化地區(qū)的開發(fā)建設(shè)。

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T V85

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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(shè)計工作。