生態(tài)水利工程典型案例研究

李倩倩，金 弈

(1.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024；2.中國電建集團(tuán)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024)

1 概述

上善若水，水善利萬物而不爭。水資源作為社會發(fā)展的基礎(chǔ)資源，影響著社會的可持續(xù)發(fā)展，水資源短缺是世界普遍關(guān)注的問題[1]?！端ā分刑岢?，水資源包括地表水和地下水，為了適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，需要合理開發(fā)、利用節(jié)約和保護(hù)水資源，防治水害，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

水利工程是開發(fā)、利用、節(jié)約、保護(hù)水資源和防治水害的工程，主要通過修建壩、堤、溢洪道、水閘、進(jìn)水口、渠道、渡漕、筏道、魚道等不同類型的水工建筑物等，改變水資源的時空分布。水利工程包括防洪工程、灌溉工程、跨流域的調(diào)水工程、水土保持工程、治河工程、水景觀工程等[2]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對周圍環(huán)境的要求越來越多，對環(huán)境的關(guān)注也越來越高，傳統(tǒng)的水利工程難以滿足人類社會發(fā)展的需要，人們開始考慮整個河流生態(tài)系統(tǒng)、工程建設(shè)和環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益，引申出水利工程新的分支——生態(tài)水利工程。

生態(tài)就是指一切生物的狀態(tài)，以及不同生物之間、生物與與環(huán)境之間的相互聯(lián)系、相互作用。2005年聯(lián)合國《千年生態(tài)系統(tǒng)評估報(bào)告》中，把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為4部分：①支持功能，包括營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、初級生產(chǎn)、生成土壤等；②供給功能，為人類提供淡水、食品、木材、纖維、燃料等；③調(diào)節(jié)功能，包括調(diào)節(jié)氣候、調(diào)節(jié)洪水、緩解災(zāi)害、水體自凈等；④文化功能，包括美學(xué)與精神價值、教育和休閑旅游等。生態(tài)水利工程是在通過水利工程滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的整體健康與可持續(xù)性發(fā)展[3]。生態(tài)水利工程范圍主要包括生態(tài)修復(fù)型水利工程和資源開發(fā)型水利工程中具有顯著生態(tài)效益的水利工程。

2 生態(tài)水利工程國內(nèi)外發(fā)展過程

水是生命之源，人類對水從敬畏到利用的歷史，也是生態(tài)水利工程的發(fā)展史。生態(tài)水利工程發(fā)源于水利工程，是水利工程的新分支，在傳統(tǒng)水利工程的基礎(chǔ)上，綜合考慮生態(tài)環(huán)境，減免對水域生態(tài)系統(tǒng)的破壞，在兼顧生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)健康的前提下，發(fā)展水利工程。

2.1 國外發(fā)展過程

在西方國家，水利工程有著久遠(yuǎn)的歷史，西亞美索不達(dá)米亞東邊扎哥羅斯地區(qū)8000年前灌渠是目前可考最早的水利工程。水利工程在促進(jìn)人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也得到了良好的發(fā)展與利用。國外的生態(tài)水利工程也是從傳統(tǒng)的水利工程發(fā)展而來，歐美發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷了一個世紀(jì)的研究，通過溝通合作、調(diào)整政策法規(guī)、改變施工方式、更新施工設(shè)備、引入先進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)市場機(jī)制、改革管理體制、構(gòu)建水價體系等，從傳統(tǒng)“先污染后治理”的水利工程發(fā)展成國外現(xiàn)今的生態(tài)水利工程[4- 7]。與此同時，國外也出現(xiàn)了一系列的標(biāo)志性生態(tài)水利工程，最為著名的就是萊茵河綜合治理工程，也稱“萊茵河行動計(jì)劃”。

2.2 國內(nèi)發(fā)展過程

中國的水利工程伴隨著中華文明的發(fā)展。2015年7月，考古發(fā)現(xiàn)位于杭州余杭區(qū)瓶窯鎮(zhèn)境內(nèi)的良渚水利系統(tǒng)是中國現(xiàn)存最早的大型水利工程，也是世界上最早的攔洪水壩系統(tǒng)，水壩長3.5km，寬10多m，良渚古城有300萬m2的王城，800萬m2的外郭城面積，龐大復(fù)雜的水利系統(tǒng)，這是全世界已知的距今5000年前后的功能系統(tǒng)保存最完整的都城之一。

都江堰水利工程建于戰(zhàn)國時期且至今保存使用的水利工程，是世界上仍在發(fā)揮作用的最古老的生態(tài)水利工程，主要由魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三大主體工程構(gòu)成，根據(jù)江河出山口處的特殊地形、水脈、水勢，乘勢利導(dǎo)，無壩引水，自流灌溉，具有“分四六，平潦旱”的功效，保證了防洪、灌溉、水運(yùn)和社會用水綜合效益的充分發(fā)揮。都江堰建成后，成都平原沃野千里，“水旱從人，不知饑饉，時無荒年，謂之天府”[8]。

近代，由于歷史原因，中國的生態(tài)水利工程發(fā)展起步落后于西方發(fā)達(dá)國家。近些年隨著國家的繁榮富強(qiáng)，生態(tài)水利事業(yè)發(fā)展迅猛。在水利工作人員和環(huán)境保護(hù)人員的共同努力，生態(tài)水利工程編制了相關(guān)法律法規(guī)，引進(jìn)了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，構(gòu)建了指標(biāo)體系，制定了管理制度，工程質(zhì)量與安全得到管控[9- 12]。比如陜西渭河綜合治理工程，經(jīng)過近十年努力建設(shè)完成了西安渭河生態(tài)水利風(fēng)景區(qū)，建設(shè)了諸如生態(tài)綠堤、人工湖等多項(xiàng)具有代表性的生態(tài)水利景點(diǎn)，2017年被水利部批準(zhǔn)為國家水利風(fēng)景區(qū)，成為陜西水利發(fā)展的亮點(diǎn)。

水利工程最初僅以水利防洪、灌溉、排澇等為目的，采用建立大壩等工程措施防治洪澇災(zāi)害，這些工程措施建設(shè)并未過多考慮水域生態(tài)系統(tǒng)，對生物多樣性造成影響，破壞水域生態(tài)系統(tǒng)[13]。由水利工程發(fā)展而來的生態(tài)水利工程，綜合考慮了水利工程的灌溉、防洪等目的和生態(tài)環(huán)境保護(hù)目的，減免了生態(tài)系統(tǒng)的破壞，平衡水利與生態(tài)保護(hù)，滿足居民生活需求，達(dá)到環(huán)境、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[14]。

3 生態(tài)水利工程典型案例分析

3.1 流域和工程概況

以廣州車陂涌水環(huán)境治理工程為例，分析研究生態(tài)水利工程。

車陂涌位于天河區(qū)的東部，是廣州市穿越城區(qū)的重要河流，北起天河筲箕窩水庫(龍洞水庫)，向南流入珠江。車陂涌屬于一類河涌，擔(dān)負(fù)本流域防洪及排澇任務(wù)，流域匯水面積約為80km2，干流長度約為17.8km，流域內(nèi)共有23條支涌或排水渠。楊梅河是本流域最大的一條支流，有7條支涌，發(fā)源于豬仔山石獅頂，于馬鞍山橋附近匯入車陂涌，長約6.8km，流域面積18.52km2。車陂涌流域水系如圖1所示。

圖1 車陂涌流域水系圖

流域內(nèi)有9個城中村，初步統(tǒng)計(jì)常住人口45.39萬人。車陂涌水環(huán)境治理工程實(shí)施前，據(jù)水質(zhì)監(jiān)測資料，車陂涌主涌大部分河段和23條支涌呈現(xiàn)不同程度的黑臭情況，河涌兩岸環(huán)境情況惡劣，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，影響居民生活與健康。

車陂涌上游較陡，下游較緩，上游平均坡度0.2%～0.3%，下游0.1%～0.15%。車陂涌下游廣園路以南段屬于感潮河段。在枯水季節(jié)，車陂涌水深10～30cm。

車陂涌水環(huán)境治理工程主要包含車陂涌片區(qū)二期工程、車陂涌查漏補(bǔ)缺工程、車陂涌城中村排水管網(wǎng)改造及支涌截污工程、車陂涌河涌清淤工程、車陂涌調(diào)水補(bǔ)水、生態(tài)修復(fù)工程和車陂涌水質(zhì)提升工程等多項(xiàng)工程，是綜合性的治理工程。車陂涌水環(huán)境治理工程目的是治理河道及兩岸的污染，修復(fù)河道生態(tài)，恢復(fù)車陂涌的景觀環(huán)境，避免環(huán)境對人類產(chǎn)生不利影響。該工程的設(shè)計(jì)實(shí)施綜合考慮車陂涌河道生態(tài)系統(tǒng)，采用清淤、調(diào)補(bǔ)水等水利工程措施實(shí)現(xiàn)河道的修復(fù)，屬于生態(tài)水利工程。

3.2 工程目標(biāo)

車陂涌水環(huán)境治理工程，2017年底車陂涌主涌消除黑臭，2020年全流域消除黑臭，主涌達(dá)到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》V類水標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 工程方案

3.3.1方案分析

車陂涌水環(huán)境治理工程以河道治理、生態(tài)修復(fù)為目的，采用工程措施，達(dá)到治理效果，主要的工程方案按照施工完成順序依次為：

(1)車陂涌片區(qū)二期工程。車陂涌片區(qū)市政管網(wǎng)建設(shè)完善項(xiàng)目二期工程，在一期管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對市政管網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充完善，彌補(bǔ)一期管網(wǎng)的不足，使車陂涌片區(qū)污水收集后經(jīng)由市政管網(wǎng)運(yùn)輸至污水處理廠(站)，污水處理達(dá)標(biāo)后排放，減免對車陂涌的污染，恢復(fù)車陂涌生態(tài)系統(tǒng)。

(2)支涌截污工程。車陂涌河網(wǎng)密布、水系發(fā)達(dá)，有支涌23條，包括多條暗涵。為保障車陂涌水環(huán)境治理工程的順利進(jìn)行，恢復(fù)車陂涌生態(tài)系統(tǒng)，防治支涌攜帶的污染物質(zhì)進(jìn)入主涌對其產(chǎn)生的不利影響，采取支涌截污工程，阻斷支涌污染物質(zhì)進(jìn)入主涌。支涌截污工程減免了支涌污染物質(zhì)的匯入，有利于實(shí)現(xiàn)車陂涌水質(zhì)改善、河涌生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，是車陂涌水環(huán)境治理的重要一環(huán)。

(3)車陂涌查漏補(bǔ)缺工程。為消除車陂涌流域污水截污干管的晴天溢流和排水管網(wǎng)的錯接問題，避免污水通過雨水管渠排入河涌，保障車陂涌生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，實(shí)施車陂涌查漏補(bǔ)缺工程。車陂涌查漏補(bǔ)缺工程，進(jìn)一步彌補(bǔ)了車陂涌管網(wǎng)和截污工程的不足，減少了污染物的匯入，有利于車陂涌生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，達(dá)到工程目的。

(4)車陂涌河涌清淤工程。車陂涌清淤工程是對車陂涌河涌內(nèi)淤泥污染較重的河段采取清淤工程措施，消除河涌的內(nèi)源污染，有利于河涌水體自凈能力的恢復(fù)，為車陂涌河涌生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)提供了有利的河道條件。

(5)車陂涌城中村排水管網(wǎng)改造工程。車陂涌流域有9個城中村，村內(nèi)并未有完善的排水管網(wǎng)，污水未經(jīng)處理直排進(jìn)入河涌，造成嚴(yán)重污染。車陂涌城中村排水管網(wǎng)改造工程從根本上遏制了污水的亂排，城中村內(nèi)產(chǎn)生的污水經(jīng)由排水管網(wǎng)進(jìn)入污水處理廠(站)，處理達(dá)標(biāo)后排放進(jìn)入河涌，減輕了河涌污染，有利于恢復(fù)河涌生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)。

(6)車陂涌水質(zhì)提升工程。車陂涌水質(zhì)提升工程是在截污納管工程后，采取原位修復(fù)或異位修復(fù)等環(huán)境治理措施，進(jìn)一步提升河涌內(nèi)的水質(zhì)，恢復(fù)河涌的自凈能力，保障車陂涌水生生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，同時采取植樹種草等環(huán)保措施，結(jié)合景觀設(shè)計(jì)的思路，打造具有景觀效果的河岸，實(shí)現(xiàn)河涌的生態(tài)文化價值。

(7)車陂涌生態(tài)修復(fù)工程。生態(tài)修復(fù)工程是在水質(zhì)提升工程的基礎(chǔ)上，對車陂涌全流域的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)修復(fù)。車陂涌水質(zhì)提升工程提升了河涌水質(zhì)，簡單構(gòu)建了河岸景觀，車陂涌生態(tài)修復(fù)工程，進(jìn)一步完善了車陂涌流域生態(tài)系統(tǒng)，對車陂涌的景觀環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，更大的實(shí)現(xiàn)了車陂涌的生態(tài)文化價值。

(8)車陂涌調(diào)水補(bǔ)水工程。車陂涌調(diào)補(bǔ)水工程是在污染治理的基礎(chǔ)上，為保障車陂涌河涌的生態(tài)流量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)車陂涌的各項(xiàng)功能而進(jìn)行的調(diào)水補(bǔ)水工程。車陂涌調(diào)水補(bǔ)水工程保障了車陂涌生態(tài)系統(tǒng)的完善運(yùn)行，防治旱季河涌斷流對整個生態(tài)系統(tǒng)造成的不利影響，實(shí)現(xiàn)車陂涌的生態(tài)服務(wù)功能。車陂涌的調(diào)水補(bǔ)水工程水源優(yōu)先考慮流域內(nèi)污水處理廠(站)的出水，對出水進(jìn)行深度處理，使其水質(zhì)達(dá)到優(yōu)于工程目標(biāo)要求的地表V類水后，排放進(jìn)入車陂涌，補(bǔ)充河涌的水量，調(diào)節(jié)水動力，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

車陂涌水環(huán)境治理工程以生態(tài)修復(fù)為思路，通過工程措施，治理河涌污染，恢復(fù)河涌生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)一步提升水質(zhì)，保障治理工程效果。

3.3.2目標(biāo)分析

2017年截污納管工程已實(shí)施，一體化污水處理設(shè)備已修建運(yùn)行，點(diǎn)源污染逐步消除，2017年底車陂涌主涌和楊梅河通過不黑不臭水質(zhì)考核，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)要求。

2020年前，截污納管工程全部完成，消除點(diǎn)源污染；車陂涌清淤工程完成，消除內(nèi)源污染；車陂涌水質(zhì)提升工程逐步實(shí)施，削減水中污染物質(zhì)，恢復(fù)并提高河涌自凈能力，進(jìn)一步提升河涌水質(zhì)，構(gòu)建河涌水生生態(tài)系統(tǒng)；實(shí)施調(diào)水補(bǔ)水工程，增大了河段的環(huán)境容量，提升水體的納污能力，達(dá)到了工程最終目標(biāo)要求。

3.4 工程生態(tài)效益

車陂涌水環(huán)境治理工程完成后，恢復(fù)車陂涌的河道生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)河涌內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、初級生產(chǎn)，避免生成污染淤泥，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的支持功能；車陂涌生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)后，可以恢復(fù)河涌水體自凈能力，維持河涌的生態(tài)流量，調(diào)節(jié)氣候，河道的恢復(fù)也可以調(diào)節(jié)河涌水量，減免洪澇災(zāi)害對兩岸居民的不利影響，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的調(diào)節(jié)功能；車陂涌水環(huán)境治理工程，恢復(fù)、重建河道及兩岸的景觀環(huán)境，為居民提供休閑娛樂的場所，體系了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的文化功能。

4 結(jié)論

以車陂涌水環(huán)境治理工程為例，從環(huán)境治理角度出發(fā)，綜合考慮水利工程和環(huán)保工程特點(diǎn)的生態(tài)水利工程，在充分利用水利資源的基礎(chǔ)上，有利于避免資源的浪費(fèi)，降低對生態(tài)環(huán)境的破壞，解決人與自然的矛盾。生態(tài)水利工程在發(fā)展水利的條件下，注重生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)，有利于社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)人與自然的和諧相處。