水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)在坪山河綜合整治中的應(yīng)用

王英麗

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東廣州 510000）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人口數(shù)量的急劇增加，水環(huán)境遭受破壞，產(chǎn)生包括水環(huán)境污染、水生態(tài)退化、水資源短缺等問題。國家“十三五”規(guī)劃綱要和 《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》 提出了全面改善水環(huán)境質(zhì)量的要求，使得水環(huán)境綜合整治成為新的國家需求和研究熱點(diǎn)。

水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)[1]是指水利工程在為社會(huì)提供防洪（潮）、治澇、供水、灌溉、航運(yùn)、發(fā)電等安全保障與社會(huì)服務(wù)的同時(shí)，兼顧維護(hù)河湖生態(tài)系統(tǒng)健康，發(fā)揮水利工程的生態(tài)功能，落實(shí)生態(tài)理念以及統(tǒng)籌水文化水景觀構(gòu)建的需求。水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)在水環(huán)境綜合整治中的應(yīng)用已引起人們重視[2]，本文以深圳坪山河水環(huán)境綜合整治工程為例，分析水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)在水環(huán)境綜合整治中的作用，為水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)在水環(huán)境綜合整治中的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1 項(xiàng)目概況

坪山河屬東江流域淡水河水系，發(fā)源于深圳市坪山區(qū)，流經(jīng)惠州市后匯入東江一級(jí)支流西枝江，最后匯入東江。隨著深圳市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人口的急劇增加，污水收集處理系統(tǒng)建設(shè)嚴(yán)重滯后，大量污廢水排入坪山河，造成流域水質(zhì)嚴(yán)重惡化。坪山河水質(zhì)治理目標(biāo)為出境交接斷面（上洋斷面）水質(zhì)2020 年重金屬指標(biāo)達(dá)到Ⅲ類，其他指標(biāo)優(yōu)于Ⅳ類。

坪山河流域水環(huán)境綜合整治工程是以出境交接斷面（上洋斷面）水質(zhì)達(dá)標(biāo)為目標(biāo)，統(tǒng)籌治污、防洪、生態(tài)修復(fù)和城市建設(shè)的綜合整治工程。經(jīng)過綜合整治，坪山河上洋交接斷面水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)于IV 類及以上標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了黑臭消除、交界斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)的目標(biāo)。

2 水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)在坪山河水環(huán)境綜合整治中的應(yīng)用

2.1 改善河道內(nèi)生物棲息地

河道內(nèi)棲息地是指具有生物個(gè)體和種群賴以生存的物理化學(xué)特征的河流區(qū)域，按空間尺度可大致分為宏觀棲息地、中觀棲息地和微觀棲息地[3]。本文介紹的河道內(nèi)生物棲息地主要指中觀和微觀生物棲息地。通過在河道內(nèi)設(shè)置大型拋石、丁壩、生物島等[4]，改變水流，依靠水流塑造近自然的多樣化生境條件，達(dá)到改善河道內(nèi)生物棲息地的目的。

圖1 坪山河干流河道內(nèi)生物棲息地修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)照片及構(gòu)造示意

坪山河水環(huán)境綜合整治工程中采用松木樁圍堰，大卵石護(hù)腳，在圍堰內(nèi)填充碎石、底泥等作為底質(zhì)，表面種植水生植物以構(gòu)筑人工生物島。人工生物島內(nèi)部底質(zhì)主要為有機(jī)質(zhì)豐富的淤泥，有利于喜好淤泥生境的軟體動(dòng)物和部分收集者水生昆蟲生存；生物島上生長有水生植物，可為魚類等水生生物提供遮陰環(huán)境及躲避捕食者和高速水流的避難所，同時(shí)也可吸引眾多水鳥在此棲息。人工生物島的構(gòu)建改善了坪山河河道內(nèi)生物棲息環(huán)境，使生境多樣化，滿足不同生物種群的需求，對(duì)豐富河道生物多樣性具有重要作用。

2.2 生態(tài)護(hù)坡

河湖護(hù)坡的目的是防止水流對(duì)岸坡的沖刷和侵蝕，保持岸坡的穩(wěn)定性。生態(tài)護(hù)坡是在傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)基礎(chǔ)上采用活體植物和生態(tài)材料作為護(hù)坡材料，不但能夠滿足護(hù)坡的需求，而且能為魚類產(chǎn)卵提供良好的棲息地條件，還有利于維持地下水地表水交換，改善生態(tài)環(huán)境。生態(tài)護(hù)坡材料[4]要包含石籠、土工合成材料、植物材料、生態(tài)型擋土墻、植物纖維墊、生態(tài)袋、干砌石、生態(tài)混凝土等。

坪山河干流護(hù)坡主要采用了石籠、六棱體中空生態(tài)砌體、滲濾砌塊、竹篾等生態(tài)材料組合。主要結(jié)構(gòu)形式為坡腳處采用鋼筋石籠和大塊石護(hù)腳，為上部護(hù)坡砌塊提供承重基礎(chǔ)；在兩年一遇洪水位以下采用六棱體中空生態(tài)砌體+水生植物和滲濾砌塊+濕生植物，底部鋪設(shè)可降解的竹篾作為網(wǎng)狀材料，主要是起到常水位深度范圍內(nèi)的防沖刷作用；在兩年一遇至百年一遇洪水位高程之間用竹篾作為過濾層，選用常規(guī)草皮或地被護(hù)坡。竹篾為天然材料，能起到三維網(wǎng)固土防護(hù)的作用。六棱體中空生態(tài)砌體和滲濾砌塊均可以種植植物，按照水位不同配置水生植物、濕生植物和旱生植物，提高護(hù)坡的生態(tài)性和景觀性，并增強(qiáng)護(hù)坡的防沖刷功能。研究表明坪山河的組合式生態(tài)護(hù)坡對(duì)暴雨徑流及總磷、氨氮、SS（Suspended Solids，懸浮物）污染物含量具有明顯的削減作用，具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益[5]。

圖2 坪山河干流生態(tài)護(hù)坡現(xiàn)場(chǎng)照片及結(jié)構(gòu)示意

2.3 維持河道縱向連通性

河流連通性是水生態(tài)系統(tǒng)的重要因素之一，其包括縱向連通性、側(cè)向連通性和垂向連通性，本文主要介紹水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)對(duì)維持河流縱向連通性的作用。河流縱向連通性保證了營養(yǎng)物質(zhì)的輸移、魚類等水生生物的洄游遷徙以及魚卵和樹種的漂流傳播，是諸多物種生存的基本條件[6]。在河道上建造閘壩、堰、陂等不但使物質(zhì)流（水體、泥沙、營養(yǎng)物質(zhì)等）和物種流（洄游魚類、漂浮性魚卵、樹種等）運(yùn)動(dòng)受阻，還會(huì)因水庫徑流調(diào)節(jié)造成自然水文過程變化，導(dǎo)致信息流改變，最終影響魚類產(chǎn)卵和生存?；謴?fù)和改善縱向連通性的措施[6]包括改善水庫調(diào)度方式、建設(shè)過魚設(shè)施、推進(jìn)綠色小水電發(fā)展、拆除閘壩、生態(tài)改建引水式水電站等。

枯水季節(jié)坪山河水位很低，為保持基本的生態(tài)水位，坪山河水環(huán)境綜合整治中采用低矮攔河水陂蓄水，提高上游水面面積。陂體表面采用塊石座漿、布置成為寬緩自然蜿蜒的形狀，并結(jié)合景觀親水需求，布置成過河汀步，形成除橋梁以外更多樣的過河方式，營造游人自然有趣的親水、嬉水方式。攔河水陂消能設(shè)施采用多級(jí)跌水消能的形式，每一級(jí)跌水高差在20cm-30cm。多級(jí)跌水水陂采用天然材料構(gòu)筑，經(jīng)過常年淤積泥沙填滿礫石間隙，逐漸接近自然形態(tài)的緩坡河床，容易被上溯或降河水生生物所接受，可維持河道的縱向連通性，也更容易融入周圍自然景觀中。

圖3 汀步剖面示意圖

圖4 汀步現(xiàn)場(chǎng)照片

2.4 保障生態(tài)流量

生態(tài)流量是維持河流基本形態(tài)、防止河道斷流、避免河流水生態(tài)系統(tǒng)功能遭受無法恢復(fù)破壞的最小流量。

坪山河為雨源型河流，水資源時(shí)空分布不均勻，枯水季節(jié)甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。坪山河水環(huán)境綜合整治統(tǒng)籌考慮流域內(nèi)水庫、污水處理廠、再生水廠等多個(gè)供水節(jié)點(diǎn)，采用精細(xì)化水資源配置模型（GWAS）開展生態(tài)需水量計(jì)算，確定補(bǔ)水方案，設(shè)置14 個(gè)生態(tài)補(bǔ)水?dāng)嗝妫ǜ闪? 個(gè)，11 條一級(jí)支流1 個(gè)/條），補(bǔ)水水源包括污水處理廠（站）再生水和水庫水（以非供水功能水庫為主）。在未進(jìn)行生態(tài)調(diào)度的情況下，有6 個(gè)生態(tài)斷面的年內(nèi)生態(tài)流量保障月份不足6 個(gè)月。開展生態(tài)調(diào)度后，各個(gè)斷面年內(nèi)生態(tài)流量保障程度明顯提高，月份均超過6 個(gè)月[7]。

2.5 控制地表徑流及面源污染

在城市化進(jìn)程中，城市水文下墊面性質(zhì)的改變，導(dǎo)致雨水入滲量大幅度減少，地表徑流增加，容易引發(fā)城市內(nèi)澇。海綿城市措施是通過滲、滯、蓄、凈、用、排等手段處理雨水，達(dá)到減少雨水徑流，消減洪峰和減輕面源污染的目的。海綿城市也是水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)的一種措施，常用的海綿城市技術(shù)措施有調(diào)蓄池、透水路面、雨水花園、生態(tài)草溝、生態(tài)駁岸、人工濕地等。

坪山河水環(huán)境綜合整治中采用了調(diào)蓄池、透水路面、生態(tài)草溝、人工濕地等海綿城市措施。在坪山河幾條較大的支流和流量非常大的排污箱涵處共設(shè)置了7 座調(diào)蓄池，總調(diào)蓄體積為22 萬m3，調(diào)蓄池主要用來收集降雨初期30 分鐘的雨污合流污水，待停雨后，由調(diào)蓄池內(nèi)的小型潛污泵將調(diào)蓄池內(nèi)污水抽排至沿河截污系統(tǒng)，進(jìn)入污水處理廠處理，進(jìn)入坪山河中的污染物大量減少。兩岸綠道采用透水材料，沿綠道設(shè)置生態(tài)草溝，有效控制地表徑流，消減洪峰和減輕面源污染。雨污分流較徹底的排放口未進(jìn)行沿河截污，而是在排放口入河前的灘地上新建人工濕地，通過人工濕地設(shè)施對(duì)初雨水進(jìn)行截流、下滲、過濾等處理，減少入河污染量。

結(jié)語

經(jīng)過坪山河水環(huán)境綜合整治工程的實(shí)施，坪山河水質(zhì)明顯改善，上洋交接斷面水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)于IV 類及以上標(biāo)準(zhǔn)。水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)成果顯著，河道生境、護(hù)坡、縱向連通性、生態(tài)流量等生態(tài)指標(biāo)有明顯改善。但坪山河的水生態(tài)仍存在以下問題：河道局部存在裁彎取直，河道自然形態(tài)遭到破壞；河底形態(tài)簡(jiǎn)單，缺乏深潭淺灘等河底形態(tài)構(gòu)造；植物群落單一，缺少合理的植物搭配，生物多樣性低；局部的景觀溢流壩、橡膠壩等對(duì)水生動(dòng)物的遷徙洄游有阻礙作用。在今后的坪山河水生態(tài)修復(fù)中應(yīng)重視水利工程生態(tài)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，如恢復(fù)坪山河自然蜿蜒的平面形態(tài)；構(gòu)造深潭淺灘，豐富河底形態(tài)，為水生生物提供豐富的棲息環(huán)境；合理搭配植物，加強(qiáng)鄉(xiāng)土植物的應(yīng)用，豐富岸邊帶植物群落；改造對(duì)水生動(dòng)物遷徙洄游有阻礙作用的景觀溢流壩、橡膠壩等水工構(gòu)筑物，修建魚道等。