城市小流域水土保持綜合治理設(shè)計(jì)

任曉光，黨晨席，葛 翔

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518036)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快和成熟，針對(duì)資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢，解決環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為社會(huì)共識(shí)[1]。十九大提出“綠水青山就是金山銀山”“統(tǒng)籌山水田林湖草系統(tǒng)治理”等重大決策和部署[2]，對(duì)城市水土保持內(nèi)涵提出更高的要求。傳統(tǒng)的水土保持小流域綜合整治倡導(dǎo)“統(tǒng)籌思維、分區(qū)治理”[3]“植物措施為主，工程措施為輔”等理念，在理念上與“統(tǒng)籌山水田林湖草系統(tǒng)治理”理念具有天然的一致[4]，但最大問題是對(duì)水環(huán)境整治方面缺乏考慮和手段[5]；傳統(tǒng)的城市河道整治工程往往只重視河道本身，采用截污、截排、清淤、駁岸改造等工程手段，忽視了整個(gè)流域的內(nèi)在關(guān)系，造成很多河道綜合整治后，河水仍然不達(dá)標(biāo)[6-7]。文章以深圳市某一流域水土保持綜合治理工程為例，在傳統(tǒng)小流域綜合治理和水環(huán)境綜合整治的思想上，結(jié)合“山水田林湖草系統(tǒng)治理”的理念，為新時(shí)期的小流域綜合整治和水環(huán)境綜合整治工程提供一些思路。

1 項(xiàng)目背景

該流域位于深圳市南山區(qū)西瀝水庫流域范圍內(nèi)，發(fā)源于赤頂山(高程437.6m)，沿水窩坳流經(jīng)村莊，在村莊下游匯入水庫，屬二級(jí)水源保護(hù)區(qū)。流域面積9.69km2，河道全長5.28km，平均坡降1.8%。該河在下游村莊處有兩條支流匯入，即左支1、左支2。

該小流域?yàn)槟媳遍L條形，呈北高南低的地形，河道南接水庫，流域兩側(cè)為高山、低山丘陵地貌，地面高程最高可達(dá)435m，山體平均坡度約30°，流域整體地貌較為完整。由于坡度較陡，山體植被稀疏或林相單一，流域內(nèi)水土流失明顯。另外，流域內(nèi)分布有諸多由于挖土采石造成的裸露山體邊坡，坡度較陡(可達(dá)50°)，易造成嚴(yán)重的水土流失，景觀影響度也較大。流域中部區(qū)域主要為建成區(qū)，地勢較平坦，北高南低，高程約為50～38m，雨污混流，多處直接排入河道。該小流域?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，多年平均降雨量為1593.0mm，雨量年內(nèi)分配不均，主要集中在4—9月，約占全年雨量的85%，流域內(nèi)主要土壤類型為花崗巖赤紅壤，抗侵蝕能力弱。

該流域內(nèi)人類活動(dòng)日益劇烈，毀林種果、亂掘亂挖現(xiàn)象嚴(yán)重，先破壞后治理的發(fā)展模式造成了流域水土生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重干擾，尤其是上游區(qū)水土流失夾帶大量泥沙、污染物等，直接進(jìn)入河道，最終排入水庫，嚴(yán)重威脅了水庫水源安全的保障和水利工程的使用壽命。目前流域內(nèi)有麻磡社區(qū)，人口眾多、廠房林立，二線公路從中穿過，大量污水未經(jīng)處理直接排入河道，造成嚴(yán)重污染，危害飲用水安全。

2 水土生態(tài)問題分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，河道水質(zhì)較差，部分河段淤積嚴(yán)重，水體發(fā)黑發(fā)臭，建成區(qū)村莊面貌較差，通過分析，流域內(nèi)主要有以下幾方面的生態(tài)環(huán)境問題：①河道防洪標(biāo)準(zhǔn)低；②河道周邊建成區(qū)缺乏排污和污水處理設(shè)施，雨污混排，直接入河，直接導(dǎo)致河道水質(zhì)惡化；③流域中上游林相單一、菜地、陡坡種果等造成大量水土流失、面源污染嚴(yán)重，間接影響河道水質(zhì)；④流域周邊經(jīng)濟(jì)林地水源涵養(yǎng)能力衰退；⑤裸露山體景觀影響度大，造成村莊周邊景觀面貌差。

3 治理思路

以“山水田林湖草”“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”[8]的治水思想為指導(dǎo)，以改善人居環(huán)境質(zhì)量為核心，堅(jiān)持應(yīng)急與謀遠(yuǎn)相結(jié)合，治水提質(zhì)、防洪排澇與流域治理相結(jié)合，做到流域統(tǒng)籌、標(biāo)本兼治，從而從根部上達(dá)到改善城市水環(huán)境、改善城中村生態(tài)環(huán)境的目的[9-10]。

根據(jù)該小流域所存在的問題現(xiàn)狀，劃分地塊，分區(qū)治理，因害設(shè)防、因地制宜。依據(jù)各地塊所存在的主要問題，需通過背景山體生態(tài)修復(fù)、建成區(qū)生態(tài)控制、河道生態(tài)改造三大方面進(jìn)行系統(tǒng)、綜合的治理。其中，流域背景山體生態(tài)修復(fù)可劃分為裸露山體景觀改造區(qū)、水源保護(hù)林營造(包括經(jīng)濟(jì)林生態(tài)改造區(qū)、次生林封育保護(hù)區(qū))、河口庫灣水源保護(hù)林建設(shè)區(qū)3大分區(qū)進(jìn)行小流域水土生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和建設(shè)。建成區(qū)和河道范圍生態(tài)修復(fù)則通過管理、布置截污系統(tǒng)、興建污水處理工程等進(jìn)行深度處理。工程建設(shè)內(nèi)容主要包含三個(gè)方面：①水土生態(tài)修復(fù)工程；②河道整治工程；③水質(zhì)改善工程。

4 方案設(shè)計(jì)

工程總體布置遵循上述總體思路和設(shè)計(jì)原則，以滿足工程建設(shè)任務(wù)和目標(biāo)為導(dǎo)向，綜合分析流域現(xiàn)狀問題和建設(shè)條件，結(jié)合深圳市地表水源保護(hù)區(qū)劃以及治水提質(zhì)工作計(jì)劃等相關(guān)規(guī)劃要求，以入庫水質(zhì)保障為核心，以滿足飲水安全為根本?？傮w布置按照不同的建設(shè)內(nèi)容和功能劃分為三個(gè)相對(duì)獨(dú)立部分分別表述，即水土生態(tài)修復(fù)工程、河道治理工程、水質(zhì)改善工程等。

4.1 水土生態(tài)修復(fù)工程

流域水土生態(tài)修復(fù)工程可劃分為裸露山體景觀改造區(qū)、水源保護(hù)林營造、河口庫灣水源保護(hù)林建設(shè)區(qū)3大分區(qū)進(jìn)行小流域水土生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和建設(shè)。其中，水源保護(hù)林營造包括經(jīng)濟(jì)林生態(tài)改造區(qū)、次生林封育保護(hù)區(qū)、基本農(nóng)田生態(tài)防護(hù)等措施。

4.1.1 裸露山體景觀改造區(qū)

對(duì)于景觀影響較大的石質(zhì)坡面，可采取修建V型槽、植生盆，再回填表土，植耐干旱瘠薄的喬灌木；也可用噴混植生綠化，或?qū)⒁陨洗胧┙Y(jié)合運(yùn)用。達(dá)到生態(tài)防護(hù)的目的，使邊坡植被覆蓋率達(dá)到70%以上。

對(duì)于裸露的土質(zhì)邊坡，根據(jù)其坡面現(xiàn)狀及坡度選擇治理方式。如果其坡比大于1∶1.5，則需先削坡至1∶1.5，土方堆于坡腳，當(dāng)邊坡高度超過4m時(shí)，每4m高度設(shè)一級(jí)2m寬的平臺(tái)。對(duì)于坡度較緩的可直接清理坡面，然后在坡面及平臺(tái)穴植喬灌木、噴草綠化。在坡面、平臺(tái)及坡腳設(shè)截排水溝，匯水出口設(shè)沉沙池等。整治面積共為5.06hm2。

4.1.2 水源保護(hù)林營造區(qū)

(1)土地整治，退耕還林

對(duì)小流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)林采用逐步收回，實(shí)施退果還林。對(duì)現(xiàn)有果樹進(jìn)行保留，嚴(yán)格按果園中耕、除草、施肥，不砍伐。光照不夠，采用修剪疏冠，增加透光率，株間空隙地，混交鄉(xiāng)土闊葉樹種，形成多層次、多樹種的森林植物群落，最終讓果樹作為混交林的林分之一。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)林地多地形坡度較陡，地表土體松散，水土流失極嚴(yán)重，因此，在造林之前，應(yīng)進(jìn)行細(xì)致整地。坡面細(xì)致整地方式可采用魚鱗坑整地工程，魚鱗坑由山頂?shù)缴侥_每3m呈“品”字型布置，坑徑為1.5m，坑深0.4～0.6m。

根據(jù)立地條件，自山頂至山腳選擇不同特性的樹種進(jìn)行造林。其中，山頂造林樹種選擇水源涵養(yǎng)能力強(qiáng)的鄉(xiāng)土樹種，樹種耐瘠薄、根系發(fā)達(dá)、林冠寬闊、枝葉茂密；山腰選擇保土能力強(qiáng)的樹種，根系發(fā)達(dá)；山腳緊臨上壩路，應(yīng)選擇景觀優(yōu)美的樹種，以觀花、觀葉樹種為主。

樹種的混交方式可采用“一坡三帶”式造林，即分山頂、山腰、山腳三帶造林；采用株間混交方式，在同一種植行內(nèi)隔株種植兩個(gè)以上的喬木樹種。喬木間隙補(bǔ)植本地灌木樹種。同時(shí)加種一些地被植物如鋪地木藍(lán)、地被菊等。如圖1所示。

圖1 經(jīng)濟(jì)林改造林分結(jié)構(gòu)組成剖面段

(2)次生林封育保護(hù)

次生林采用封育保護(hù)措施，依靠原有植被群落的演替進(jìn)行天然更新，自然形成喬、灌草植被群落。人為干預(yù)清除林地內(nèi)有害植被，保證主要樹種生長所需的光、熱、水、肥、氣；天然更新不足的地塊采用封山育林和人工促進(jìn)更新結(jié)合的方法，對(duì)下層有礙主林種生長的灌草進(jìn)行清理，被清理的植被就地堆放，待其自然腐爛變?yōu)楦迟|(zhì)。部分植被稀疏地，補(bǔ)植其他闊葉樹種，增加喬木比例。通過人工促進(jìn)更新后，誘導(dǎo)形成復(fù)層異齡林，增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)的健康、穩(wěn)定和完整性；補(bǔ)植區(qū)造林適地適樹，根據(jù)立地類型，選擇耐干旱瘠薄、保土保水能力強(qiáng)的鄉(xiāng)土樹種。在林分密度較稀處，補(bǔ)植黧蒴、羅浮栲、楓香、杜英等水源涵養(yǎng)功能優(yōu)的闊葉樹種。如圖2所示。

圖2 更新造林典型模式

(3)庫灣水源林營造

本次設(shè)計(jì)在河道入水庫前的灘涂濕地，根據(jù)水位變化規(guī)律營造植物過濾帶，形成水生植被過濾系統(tǒng)和庫灣水源保護(hù)林，作為上游受污雨水入庫前的最后一道防線。水源林根據(jù)灘涂水位變化規(guī)律布設(shè)四帶植物過濾系統(tǒng)，包括水生喬木緩沖帶、挺水植物過濾帶、浮水植物過濾帶及沉水植物過濾帶，逐級(jí)發(fā)揮植物攔截、吸收受污水體中污染物顆粒的長效功效。同時(shí)，在各植物帶間利用小塊緩坡以及生物工程技術(shù)(如椰子纖維袋等)建立透水椰圍堰，形成濕地復(fù)雜的微生境。保持雨水平流、增加污染物顆粒沉淀時(shí)間。圍堰中央設(shè)置水質(zhì)檢測取樣點(diǎn)。

植被選擇：喬木緩沖帶選取水榕、落羽杉、水翁、池杉，庫岸灌木選用梔子、勒仔樹；挺水植物帶選取水蔥、荷花、千屈菜、菖蒲、黃菖蒲、再力花、梭魚草、花葉蘆竹、香蒲、澤瀉、旱傘草、蘆葦?shù)?；浮水植物帶選取睡蓮、鳳眼蓮、荇菜、水鱉、田字萍等；沉水植物帶選取黑藻、金魚藻、眼子菜、苦草。

4.2 河道治理工程

河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，本次河道治理從生態(tài)治河的理念出發(fā)，兼顧現(xiàn)狀及周邊用地情況，不進(jìn)行大改大動(dòng)，只對(duì)現(xiàn)狀天然河岸河段進(jìn)行護(hù)岸防沖刷設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)狀為硬質(zhì)護(hù)岸的河段，視堤防情況進(jìn)行整治。結(jié)合用地情況進(jìn)行局部河段改造，改造內(nèi)容主要為拆除原有的硬質(zhì)不透水岸墻，改用生態(tài)透水型的石籠、抗沖生物毯、生態(tài)袋等護(hù)岸材料。各河段斷面設(shè)計(jì)如下。

(1)上游段：上游段河道未進(jìn)行統(tǒng)一治理，現(xiàn)狀大部分為天然的土質(zhì)河道，部分為漿砌石直立矩形渠道，本方案從生態(tài)治河兼顧現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合區(qū)域流量及河道縱坡，對(duì)土質(zhì)邊坡的天然河段，采用梯形斷面，底寬5m，邊坡為1∶2，采用石籠護(hù)坡；對(duì)現(xiàn)狀已為漿砌石岸墻的河段，采用局部改造的方式，降低直立面的高度，設(shè)置緩坡。依據(jù)河道縱坡陡，流速大，沖刷嚴(yán)重，河底設(shè)置干砌石護(hù)底。斷面形式如圖3所示。

圖3 上游段橫斷面圖

(2)中游段：中游段河道穿越建成區(qū)，且大部分河道已被覆蓋，受周邊建筑物用地條件限制，該河段難于進(jìn)行大改動(dòng)。本次設(shè)計(jì)主要是變暗渠為明渠，堤防設(shè)置為緩坡，增加觀水性及親水性。設(shè)計(jì)河底寬為5m，改造斷面形式如圖4所示。

(3)下游段：該河段大部分為梯形的漿砌石河道，本次設(shè)計(jì)拆除現(xiàn)有的漿砌石護(hù)岸，改用可透水的石籠護(hù)岸，增強(qiáng)河道與周邊環(huán)境的水體交換功能，設(shè)計(jì)河道底寬與現(xiàn)狀一致，為7.0m，高約3m。其斷面形式如圖5所示。

表1 截流規(guī)模計(jì)算成果表

圖4 中游段橫斷面圖

圖5 下游段橫斷面圖

4.3 水質(zhì)改善工程

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和資料分析，建成區(qū)中0.11km2已實(shí)現(xiàn)基本雨污分流，均位于新村區(qū)域；0.08km2為舊村區(qū)，基本維持雨污合流；其余0.3km2為工廠區(qū)或居住工廠混雜區(qū)，此區(qū)域并未實(shí)現(xiàn)完全雨污分流，本次設(shè)計(jì)麻磡河截流規(guī)模為15mm。根據(jù)GB 50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(2014年版)，對(duì)建成區(qū)進(jìn)行截污管網(wǎng)設(shè)計(jì)。具體成果見表1。

5 結(jié)論

本工程將傳統(tǒng)的水土保持小流域治理思路與河道整治工程思路相結(jié)合，試圖采用“山水田林湖草”的理念，系統(tǒng)解決城市小流域水土生態(tài)問題。方案可能存在的主要問題是用地產(chǎn)權(quán)問題，需要多部門協(xié)同參與推進(jìn)，可能會(huì)影響施工進(jìn)度。