中新天津生態(tài)城水體水質(zhì)保持技術(shù)研究

趙益華 馬同宇 褚一威 陶君 張博

摘要：2007年，中國(guó)和新加坡兩國(guó)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，決定在環(huán)境比較惡劣的區(qū)域，建設(shè)一個(gè)“資源節(jié)約、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)蓬勃、社會(huì)和諧”的新型城市，為中國(guó)其他同類地區(qū)提供借鑒和參考，經(jīng)過(guò)多方優(yōu)選，最終選定在天津的濱海新區(qū)。2008年開(kāi)工建設(shè)，命名為中新天津生態(tài)城。生態(tài)城建設(shè)之初確定了22項(xiàng)控制性指標(biāo)、4項(xiàng)引導(dǎo)性指標(biāo)。其中，指標(biāo)要求2020年，非傳統(tǒng)水源利用率達(dá)到50%，地表水環(huán)境質(zhì)量達(dá)到IV類。本研究通過(guò)生態(tài)補(bǔ)水和水系連通循環(huán)的方式，實(shí)現(xiàn)河湖水體的有序流動(dòng)和強(qiáng)制循環(huán)，最大程度地讓中新生態(tài)城區(qū)內(nèi)河水活起來(lái)。通過(guò)水系連通，生態(tài)補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)“水清、水滿、水活”的調(diào)度目的，有效地改善生態(tài)城水環(huán)境質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水系;水質(zhì);水量;生態(tài)城;連通

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.110

Research on water quality conservation technology of China-Singapore Tianjin ECO-City

Zhao Yihua，Ma Tong yu， Chu Yiwei，Tao Jun， Zhang Bo

（Tianjin Eco-City Water Investment and Construction Co.，Ltd.，Tianjin 300467，China）

Abstract：In 2007， China and Singapore signed a strategic cooperation agreement， the two countries decided in the area of environment is dirty， the construction of a “resource saving and environment friendly， economic boom， social harmony，” a new type of city， to provide reference for other similar areas of China， after optimization， finally selected in tianjin binhai new area.Construction began in 2008 and the city was named china-singapore tianjin eco-city.At the beginning of eco-city construction， 22 control indicators and 4 guidance indicators were determined.Among them， the target requires the utilization rate of non-traditional water sources to reach 50% and the surface water environment quality to reach class IV by 2020.This study realizes the orderly flow and forced circulation of river and lake water by means of the river pumping station and the use of sluice culvert to control the water level of the river， so as to make the river in china-singapore eco-city alive to the greatest extent.A one-way flow is formed in the landscape water body. By increasing the flow， optimizing the landscape water level and controlling the water level， the dispatching purpose of “clear water， full water and live water” can be realized， and the water environment and landscape in the ecological city area can be effectively improved.

Keywords：River system;Water quality; Flow;Eco-city;Connected

中新天津生態(tài)城地處天津市濱海新區(qū)，與天津?yàn)I海中關(guān)村科技園區(qū)和濱海新區(qū)漢沽毗鄰，區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀水資源短缺，生態(tài)城用水大部分需要靠外界供給。區(qū)域內(nèi)的主要人工湖清靜湖凈面積1.1km2，與薊運(yùn)河、薊運(yùn)河故道河并稱生態(tài)城內(nèi)三大水系。清靜湖前身為污水庫(kù)，規(guī)劃將建成生態(tài)城最大的景觀湖。這里將以五指島、北島、南島的形式，打造一個(gè)集產(chǎn)業(yè)、會(huì)展、旅游、休閑、居住等于一體的風(fēng)情小鎮(zhèn)，實(shí)現(xiàn)與薊運(yùn)河、故道河的“三水連通”。

1 中新天津生態(tài)城水系概況

1.1 地理位置

中新天津生態(tài)城位于中國(guó)東部、環(huán)渤海地區(qū)的中心、京津城市發(fā)展軸的北側(cè)、天津?yàn)I海新區(qū)內(nèi)，距離天津中心城區(qū)45km、距離北京150km、距離河北省唐山市50 km，距離濱海新區(qū)核心區(qū)15km。

1.2 水文氣象

生態(tài)城區(qū)域氣候?qū)儆诖箨懶园霛駶?rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.5℃，最高氣溫39.9℃，最低氣溫-18.3℃。

年平均降雨量602.9mm，降水多集中在7、8月份，占全年降水量的60%。年蒸發(fā)量為1750-1840mm，是降水量的3倍左右。每年1～3月份西北風(fēng)最多;4～6月份以南風(fēng)居多;從7月份開(kāi)始到9月份東風(fēng)最多;10～12月份，西北風(fēng)、西南風(fēng)最多。生態(tài)城多年平均逐月氣溫分布圖如圖1所示。

生態(tài)城區(qū)年降水量為500mm左右，年平均降水日數(shù)為65～75d。生態(tài)城區(qū)的汛期為6月中旬至9月中旬。汛期的平均雨日在45d左右，夏季降水量為440～600mm左右，占全年降水量的80%～85%，又主要集中在7、8月份。

生態(tài)城多年平均的逐月降雨量分布圖如圖2所示。

生態(tài)城區(qū)的年蒸發(fā)總量約為2025mm左右，大于年降雨總量。結(jié)果表明，生態(tài)城水系由于蒸發(fā)導(dǎo)致的水量損失較大，需要通過(guò)水平衡計(jì)算水體所需的補(bǔ)水量，生態(tài)城多年平均的逐月蒸發(fā)量分布圖如圖3所示。

1.3 水體水系分布情況

中新天津生態(tài)城水系屬薊運(yùn)河水系，水系主要有薊運(yùn)河、故道河、靜湖、惠風(fēng)溪等。生態(tài)城水系規(guī)劃形成以位于起步區(qū)中央的靜湖及故道河為核心，以人工水系為生態(tài)走廊，以水系兩側(cè)濕地為緩沖帶，以城市綠網(wǎng)為生態(tài)屏障的城市水環(huán)境生態(tài)格局。

2 問(wèn)題與需求分析

2.1 水資源量不足

中新天津生態(tài)城位于嚴(yán)重缺水的海河流域下游，屬于資源型嚴(yán)重缺水地區(qū)。截至2016年12月，生態(tài)城傳統(tǒng)水源均為外調(diào)，包括引灤水，南水北調(diào)水和岳龍地下水，在凈水廠與海淡水摻混后通過(guò)生態(tài)城自來(lái)水系統(tǒng)供給用戶，包括居民生活、公建、工業(yè)、道路、綠化，100%使用自來(lái)水。其中生活、公建、和產(chǎn)業(yè)用水產(chǎn)生的污水匯入污水系統(tǒng)，與漢沽方向污水混合構(gòu)成生態(tài)城污水資源;污水處理凈化后達(dá)到A標(biāo)準(zhǔn)后的低品質(zhì)再生水可以作為景觀生態(tài)補(bǔ)水，但由于2016年之前漢沽方向污水摻有化工園區(qū)廢水，大量難降解物質(zhì)使其不適宜作為生態(tài)補(bǔ)水，直至2016年6月后水質(zhì)轉(zhuǎn)變。

2.2 水質(zhì)污染嚴(yán)重

現(xiàn)區(qū)內(nèi)主要水體由原漢沽工業(yè)污水庫(kù)改造而來(lái)。從2012年開(kāi)始，生態(tài)城先后完成清凈湖湖底110萬(wàn)m2清淤工程;清淤完成后，于2014年9月建設(shè)完成清凈湖湖岸長(zhǎng)度6.5km，共12.72萬(wàn)m2的湖岸景觀工程建設(shè)，包括靜湖生態(tài)護(hù)岸、耐鹽堿景觀植物篩選、種植與水域綠化養(yǎng)護(hù)、靜湖與故道河水系連通的橋涵等水利設(shè)施的建設(shè)，完成堆山環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)及底泥污染物防滲設(shè)施升級(jí)，水域面積110hm2。但隨著時(shí)間的推移，靜湖和故道河水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度逐漸升高，含量逐年累計(jì)升高，水體水質(zhì)數(shù)值也逐年波動(dòng)升高。

2.3 水系循環(huán)連通系統(tǒng)

合作區(qū)水循環(huán)聯(lián)通系統(tǒng)：包括靜湖、故道河、惠風(fēng)溪、甘露溪及其他潛在的淡水水源，影響構(gòu)建生態(tài)城水系連通循環(huán)的關(guān)鍵問(wèn)題：

（1）目前薊運(yùn)河生態(tài)城段水量呈逐年下降趨勢(shì)，水質(zhì)水量均無(wú)法滿足生態(tài)景觀要求。因此從薊運(yùn)河調(diào)水作為長(zhǎng)期日常補(bǔ)水水源補(bǔ)給故道河和靜湖，難度較大。（2）故道河內(nèi)基本無(wú)清水來(lái)源，目前補(bǔ)水水源主要來(lái)自于降雨、污水廠低等級(jí)再生水補(bǔ)水。該區(qū)臨近入?？冢}堿地滲透導(dǎo)致該區(qū)水體含鹽量較高。（3）合作區(qū)水系統(tǒng)的鹽度較高，即便有充足的水量對(duì)整個(gè)水系統(tǒng)水量進(jìn)行置換，但鹽堿地下水的滲透又會(huì)使得水體含鹽量上升，因此需要找到一個(gè)水鹽平衡，這就需要通過(guò)水量和鹽度平衡計(jì)算與水力水質(zhì)模擬技術(shù)來(lái)確定和論證適當(dāng)?shù)难a(bǔ)水需求。（4）對(duì)于故道河、靜湖、惠風(fēng)溪，目前看來(lái)生態(tài)城水處理中心的再生水水量較為穩(wěn)定，可以考慮作為日常補(bǔ)水水源。

3 生態(tài)城河道水系補(bǔ)水循環(huán)研究

由于生態(tài)城故道河現(xiàn)狀未全部治理完畢，因此在故道南側(cè)采用人工堤壩形式將已治理段與未治理段隔離，如圖4所示。

3.1 水體補(bǔ)水方案研究

根據(jù)水量平衡計(jì)算，生態(tài)城淡水系統(tǒng)近期需要的生態(tài)補(bǔ)水量約為 4萬(wàn) m3/d ，遠(yuǎn)期約需 8萬(wàn) m3/d ，才能滿足水生態(tài)、水環(huán)境以及水鹽平衡等面的需求。綜合考慮，生態(tài)城淡水系統(tǒng)的補(bǔ)水方案如下：

（1）近期（2018-2020年）：目前，生態(tài)城水處理中心已完成提標(biāo)改造，出水水質(zhì)達(dá)到天津市污水處理廠地標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)指標(biāo)與地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)接近。因此，建議近期生態(tài)補(bǔ)水量4萬(wàn)m3/d主要由生態(tài)城水處理中心出水提供。（2）遠(yuǎn)期（2020年后）：日常補(bǔ)水換水主要由生態(tài)城水處理中心排水提供，淡化海水的補(bǔ)水為輔，總補(bǔ)水規(guī)模約為8萬(wàn)m3/d。2020年后假若薊運(yùn)河水質(zhì)能達(dá)到地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)，可以考慮在薊運(yùn)河豐水期作為季節(jié)性換水水源或者應(yīng)急換水水源，通過(guò)薊運(yùn)河稀釋生態(tài)城的地表水體中的含鹽度，減少TDS的濃度。

通過(guò)以上補(bǔ)水方案 ，生態(tài)城水體的換水頻率可達(dá)每年置換2到3次，水體水質(zhì)有望維持在IV類地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水體中的總?cè)芙庑怨腆w（TDS）濃度可以稀釋到1000 mg/L以下，達(dá)到灌溉用水的要求。

3.2 水體循環(huán)方案研究

結(jié)合相關(guān)規(guī)劃和實(shí)際建設(shè)需求，淡水系循環(huán)聯(lián)通工況包括：

現(xiàn)狀：生態(tài)城水處理中心出水補(bǔ)水水源4萬(wàn)m3/d;故道河南段隔離堰未拆除;靜湖循環(huán)泵站已構(gòu)建。

遠(yuǎn)期水循環(huán)方案（2020年后）：待故道河整體治理完畢后，南段隔離堰將拆除;屆時(shí)將在故道河北段建設(shè)循環(huán)泵站，將于已建成的靜湖循環(huán)泵站形成整個(gè)生態(tài)城起步區(qū)水系“大循環(huán)”，生態(tài)城水處理中心和海水淡化廠補(bǔ)水共8萬(wàn)m3/d。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)施遠(yuǎn)期水循環(huán)方案后，由于以生態(tài)城污水處理廠作為主要的日常補(bǔ)水源，在循環(huán)泵站的配合下，靜湖內(nèi)部形成了逆時(shí)針的循環(huán)，極大改善目前類似于“死水”的水體，可以有效維持良好的水質(zhì)。預(yù)計(jì)水體自凈能力可提升10%～30%左右。

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收稿日期：2019-06-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng) （2017ZX071 06002-04）

作者簡(jiǎn)介：趙益華（1967-），男，漢族，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗廴究刂婆c水環(huán)境治理技術(shù)。

通信作者：馬同宇