城區(qū)水環(huán)境治理的水系連通工程規(guī)劃與設計思路

史學哲 （安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

近些年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展到一定水平，黨和國家提出“人民對美好生活的向往就是我們的奮斗目標”，人們對包括生活環(huán)境改善在內(nèi)的精神需求逐漸豐富。據(jù)此，全國大多城市為改善人居環(huán)境和城市品位，投入大量資金開展水環(huán)境營造和黑臭水體整治工作，并取得了很大成效。部分城市水環(huán)境經(jīng)過整治改造后，猶如田園，營造出“綠樹紅花、小橋流水”的優(yōu)美氛圍。改善人居環(huán)境，首先要親水，有水才有靈氣。過去幾十年，由于過于注重工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和物質(zhì)水平提高，忽視了對水環(huán)境的保護，水污染事件層出不窮；城市建設隔離了水體，造成斷流，水體失去流動性和水量補給，自凈能力變差，加上水域面積減小、動植物生存受限，在污染物不斷流入的情況下，加劇了水質(zhì)惡化。

1.1 水環(huán)境建設主要內(nèi)容和方法

水環(huán)境建設是指滿足基本河湖水安全和功能的前提下，力圖接近自然狀態(tài)下展現(xiàn)自然河流的美學價值，創(chuàng)造良好的人居環(huán)境。營造美好水環(huán)境，首要的是對水生態(tài)進行修復和重建，把退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復到既可以最大限度地為人類所利用，又保持了系統(tǒng)的必要功能，并使系統(tǒng)達到自維持的狀態(tài)。生態(tài)修復主要內(nèi)容包括改善河湖水質(zhì)、建立岸線保護屏障和建設生態(tài)水景觀。

改善河湖水質(zhì)通常采用包括物理修復、化學修復和生物修復3種方法，其中物理方法包括人工曝氣、底泥疏浚和調(diào)水等；建立岸線保護屏障就是采用生態(tài)護岸技術，對水陸生態(tài)系統(tǒng)的物流、能流、生物流發(fā)揮著廊道、過濾器和天然屏障的作用；建設生態(tài)水景觀是指除了完善防洪、排澇、航運和供水等傳統(tǒng)水利功能以外，創(chuàng)造良好的觀賞效果和人居環(huán)境，包括河湖和濕地水邊植被、水上景觀、通道建設。

1.2 水系連通在水環(huán)境建設中的作用

由于水資源分布的不平衡以及多年來缺乏規(guī)劃和保護，我國大多城市存在季節(jié)性缺水問題，內(nèi)部水系溝通不暢，缺乏連通性，城市污水管網(wǎng)建設滯后，明排現(xiàn)象依然嚴重。水環(huán)境建設過程中，不管是水質(zhì)改善的物理修復方法中的水量補給、生態(tài)保護屏障中岸線建立，還是景觀建設的水景觀營造，均離不開調(diào)水、引水工程。須充分利用生態(tài)系統(tǒng)自身的調(diào)控功能，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的自我修復，減輕對河流生態(tài)系統(tǒng)的壓力，措施包括治理和控制水污染，保持最低生態(tài)需水量等。

對于城區(qū)水環(huán)境提升，需通過工程措施，有效連通區(qū)內(nèi)河湖，通過新建引、調(diào)水系統(tǒng)工程，對城市河湖進行生態(tài)補水，以滿足城市水環(huán)境、水景觀功能的需要，使濱水景觀結構合理，景觀形態(tài)豐富優(yōu)美，同時促進區(qū)內(nèi)河湖水體循環(huán)，維持城市湖泊自身水體健康及其上、下游河道的生態(tài)系統(tǒng)的基本穩(wěn)定，滿足生態(tài)基流要求，充分展示濱水園林城市魅力。

2 蕪湖縣城區(qū)水環(huán)境治理工程中水系連通規(guī)劃

2.1 水系分布及河湖現(xiàn)狀

灣沚鎮(zhèn)為蕪湖縣縣城所在地，以圩區(qū)平原和崗地型地貌為主，青弋江與趙家河繞城而過，青弋江位于縣城西側，趙家河為青弋江沿縣城西北側流出后的右汊河。項目區(qū)地形及高程分析見圖1。

圖1 項目區(qū)地形及高程分析圖

區(qū)內(nèi)主要湖泊有羅福湖、南湖、東湖、汪溪湖，4個湖泊影像圖見圖2。

羅福湖：位于城區(qū)中部西側，灣石路以北、蕪湖南路以西，皖贛鐵路穿湖而過，出口通過老人橋排澇站與青弋江連通，水面面積0.17 km2。

南湖：位于城區(qū)西南部，羅保圩南側，出口通過南湖排澇站與青弋江連通，水面面積0.78 km2。

東湖：東湖位于城區(qū)北部，蕪屯公路西側，出口通過東湖排澇站與趙家河連通，水面面積約0.64 km2。

汪溪湖：位于城區(qū)東部，南湖路南側，出口通過堰壩接下游汪溪壩河及汪溪壩河撇洪溝，向北匯入趙家河，水面面積0.12 km2。

圖2 4個湖泊鳥瞰圖

區(qū)內(nèi)主要河流有汪溪壩河、汪溪壩撇洪溝、城南河、城東河、羅福湖排澇渠、羅福湖南渠和春江路渠。

汪溪壩河：發(fā)源于蕪湖縣境內(nèi)東南部山丘區(qū)，流經(jīng)灣沚鎮(zhèn)、花橋鎮(zhèn)，于汪溪壩處入趙家河，汪溪壩撇洪溝自汪溪壩河下游灣沚鎮(zhèn)的窯山村，至花橋鎮(zhèn)九十殿村入裘公河。

城南河、城東河：為東湖上游2條撇洪溝，城南河上游起南湖路、城東河上游起皖贛鐵路北側。

羅福湖排澇渠：為羅福湖與青弋江老人橋排澇站間引水渠、羅福湖南渠為羅福湖放水入羅保圩渠道。

春江路渠：為羅保圩內(nèi)排澇干溝。

區(qū)內(nèi)主要引排水泵站除了老人橋排澇站（羅福湖排澇站）、南湖排澇站、東湖排澇站和東湖補水站，還有羅保圩站排澇站，除了東湖出口為趙家河，其余均為青弋江。東湖補水站位于排澇站西側，青弋江右岸灘地，補水流量約2.0m3/s，主要作用是引趙家河水向東湖補水。羅保圩站位于青弋江右堤羅保圩段，排除羅保圩圩內(nèi)澇水，排水流量為2.8m3/s。

區(qū)內(nèi)場地崗沖相間，羅福湖、東湖、南湖、汪溪湖之間均有分水嶺。近年來城市開發(fā)建設導致河道退化或者喪失河道基本形態(tài)等“一頭堵”的情況，同時缺乏必要的溝通控制工程，河湖水系不具備全面的自然連通條件。多數(shù)河渠水體流動性弱，整體水質(zhì)較差，枯水期河渠多有斷流情況出現(xiàn)，缺乏引、提、蓄水工程，城區(qū)水體無法充分發(fā)揮應有的生態(tài)功能及景觀功能。

2.2 水環(huán)境治理目標及措施

根據(jù)近年有關監(jiān)測資料，城關區(qū)域內(nèi)幾個主要湖泊枯水季水質(zhì)多在Ⅳ類～Ⅴ類，甚至劣Ⅴ類。部分河湖岸線存在無序開發(fā)或占灘，一些河段還存在亂建阻水構筑物等現(xiàn)象，導致沿岸的生態(tài)環(huán)境、植被破壞嚴重。蕪湖城關河湖整治目標是逐步恢復河湖功能，修復水域岸線，有效提升水環(huán)境質(zhì)量，達到河湖水質(zhì)管理Ⅳ類及以上水平。努力實現(xiàn)“水清、河動、岸綠、景美”，將蕪湖縣城建設為具有美好水環(huán)境和水景觀的濱水園林生態(tài)區(qū)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)宜居城。

針對蕪湖縣城河湖水系現(xiàn)狀，在確保河湖水安全功能的前提下，實施截污、治污措施，實現(xiàn)入河（湖）水質(zhì)達標，保證“水清”；通過蓄水、補水措施，構建河湖水系連通體系，實現(xiàn)“河動”；采取岸坡線種植陸上和水生植物措施，達到沿岸水土保持和濾水凈水目的，促進“岸綠”；增設沿岸和水面景觀節(jié)點、強化休閑旅游體驗，打造“景美”。

2.3 水系連通規(guī)劃方案

按照蕪湖縣城關水系現(xiàn)狀和綜合整治措施，構建河湖水系連通體系是實現(xiàn)治理目標的重要保證，只有提供滿足湖泊綜合生態(tài)需水總量，方能采取進一步措施實現(xiàn)水生態(tài)和水環(huán)境提升目標。

2.3.1 補水規(guī)模

補水以滿足河湖多層次生態(tài)及環(huán)境需水為目標，既考慮滿足維持河湖景觀功能要求，又考慮維持河湖水質(zhì)要求及維持河湖生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。經(jīng)分析計算湖泊綜合生態(tài)需水總量為1234萬m3，生態(tài)調(diào)節(jié)補水量（95%特枯水年份）為831萬m3。補水按需求可分為集中補水、景觀補水和生態(tài)基流3個層面，本次以維持景觀常水位最大單次補水量來確定補水規(guī)模。單次補水時長約為1天，主要考慮保證南湖單次補水流量，兼顧汪溪湖補水需求，綜合考慮補水流量為2.0 m3/s；日常生態(tài)流量以滿足補水沿線重要河流城南河生態(tài)基流為設計依據(jù)，確定為0.05 m3/s。

2.3.2 水系連通方案

目前城關內(nèi)部水系水質(zhì)較差，枯水季處于嚴重缺水狀態(tài)，外部青弋江常年水量豐沛，水質(zhì)均不低于地表水Ⅲ類，且青弋江距離主要區(qū)內(nèi)湖泊距離較近。但由于青弋江在枯水季水位均遠低于區(qū)內(nèi)河湖水系的正常蓄水位，沿線各湖泊均存在向青弋江單向流動的情況。由于降水量較少，加上上游河渠不通暢，湖泊來水偏少，各河湖保證水位，下游出口一般采取關閘蓄水措施，造成水體流動性不佳，缺乏循環(huán)可控的補水條件等。

從最大限度利用自流引水條件考慮，根據(jù)蕪湖縣城區(qū)整體地形，規(guī)劃考慮在青弋江提水至相對高點，盡量利用現(xiàn)有渠道自流向下游補水，通過工程措施，以一江（青弋江）“串”四湖（東湖、南湖、羅福湖、汪溪湖）為核心，有效連通區(qū)內(nèi)河湖。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及查勘，城區(qū)內(nèi)以青弋江及其支流趙家河為出口設置4座河湖排澇泵站，由于老人橋站引水經(jīng)羅福湖（庫容最?。┖蠓謩e進入其余3個湖，羅保圩站直接經(jīng)渠（管）道分別進入4個湖，具備引水條件的取水點分別以這2座站處為優(yōu)。引水點位置及現(xiàn)狀情況見圖3。

圖3 引水點位置及現(xiàn)狀照片

老人橋站處取水可形成串聯(lián)（羅福湖）、并聯(lián)（南湖、東湖、汪溪湖）的補水格局；羅保圩處取水形成的是四湖并聯(lián)的平面形態(tài)。老人橋站處引水方案：通過改建原泵站出口控制閘為提水一級站，通過穿堤涵、排澇引水渠入羅福湖，經(jīng)羅福湖放水涵補水至羅保圩內(nèi)春江路渠，入圩內(nèi)小南湖生態(tài)塘，新建二級站，通過壓力管道補水至汪溪壩河，并在城南河新建分水堰處留出水口，分別補水至城南河及南湖東渠（至南湖），同時對城南河進行開挖疏浚。羅保圩站處引水方案：通過新建提水一站，提水入羅保圩，通過羅保圩內(nèi)溝渠連通羅福湖及南湖，向北在羅福湖處建提水三站，向南湖方向輸水布置與老人橋方案相同。老人橋站引水方案：先串聯(lián)后并聯(lián)，引水先行補充羅福湖，后引至下游渠道通過分水堰輸入各湖泊，水利用率最大。羅保圩站引水方案：分別給四個內(nèi)湖補水，補水量和頻率最大?？紤]到羅福湖是城區(qū)重點水環(huán)境整治對象，作為分期實施的優(yōu)先項目，按照輕重緩急的原則，老人橋泵站處引水在羅福湖的水環(huán)境提前改善方面，更有優(yōu)勢。水系連通規(guī)劃線路見圖4。

圖4 城關河湖整治水系連通線路圖

3 蕪湖縣城區(qū)水環(huán)境治理工程中水系連通設計

蕪湖縣城關河湖整治項目中水系連通方案引水起點為青弋江右岸老人橋排澇站。首先需將老人橋站出口改建為一級提水站，并對老人橋排澇站引水渠、羅保圩下游春江路渠進行綜合整治。在羅保圩南側小南湖生態(tài)塘新建二級站，通過壓力管道補水至汪溪壩河，管道在城南河入口新建分水堰，分別補水經(jīng)城南河至東湖，經(jīng)南湖東渠至南湖。城南河上游需新開挖，下游需要進行整治。南湖東渠需疏浚。一級站至東湖、一級站至汪溪湖縱向示意見圖5。

圖5 一級站至東湖、汪溪湖縱向示意圖

3.1 提水泵站

提水一級站是由老人橋排澇站出口控制段改建而成，反向引水入羅福湖，設計流量2.0 m3/s，安裝3臺500QZ-85潛水軸流泵。

提水二級站位于南湖北側小南湖生態(tài)塘東口，從生態(tài)塘提水補給南湖、汪溪湖及城南河，其間斷生態(tài)補水流量為2.00 m3/s，連續(xù)生態(tài)補水為0.10 m3/s，分別選擇3臺S600-19單級雙吸離心泵和2臺（一用一備）ISL 200-200-235單級單吸立式離心泵。

3.2 渠道及管道

本次水系連通工程涉及河、渠（主要包括提水一級站出水渠）進行清淤，長0.60 km；連接羅福湖和羅保圩的羅福湖南渠進行疏浚，長0.35 km；羅保圩內(nèi)連接南渠和小南海生態(tài)塘的春江路渠擴挖疏浚，長2.06 km；分水堰至南湖的南湖東渠擴挖疏浚，長0.81 km；分水堰至東湖的城南河總長2.7 km，其中上游濱湖大道至南湖路段新開挖0.73 km。

新建二級站至汪溪壩河采用DN1400球墨鑄鐵管輸水，管長3.766 km。

3.3 分水堰

規(guī)劃南湖分水堰具有2個補水方向的功能，向北補水城南河，日常為0.1 m3/s的常態(tài)化補水，當城南需大流量補水時，流量開啟至2.0 m3/s；向南補水南湖，補水流量2.0 m3/s。

一級站、二級站及城南河上游新開段效果圖見圖6。

圖6 一級站、二級站及城南河上游新開段效果圖

4 結語

河湖連通工程既是區(qū)域防洪、供水和生態(tài)安全的重要基礎，也是水生態(tài)水景觀建設的支撐和保障，其以實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、人水和諧為最終目標，以提高水資源配置能力，改善河湖生態(tài)環(huán)境，增強水旱災害防御能力為重點任務。水系連通工程通過對現(xiàn)有河湖進行有效溝通銜接，實現(xiàn)對水生態(tài)的改變，一方面保證了河湖生態(tài)所必須的水量，另一方面讓水流動起來，達到流水不腐的目的。達到這兩個目的首要條件是要有一定水量且水質(zhì)滿足要求的水源。可利用現(xiàn)有的江河湖庫通過自流或建站抽引，向下游河湖補水。為提高補水效益，減少工程投資，可根據(jù)地形高差及現(xiàn)有河湖位置，綜合使用串聯(lián)輸水和并聯(lián)輸水。