南通虹橋片區(qū)水環(huán)境綜合治理實踐和探討

金 煒，劉 華，季 穎

(南通市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南通 226006)

城市河道分布于城市人口密集居住區(qū)域，除具生命價值、自然生態(tài)屬性之外，還提供了防洪排污、娛樂休閑等多項功能。隨著城市化進程的加快和經(jīng)濟快速發(fā)展，城市河流成為人類活動與自然過程協(xié)同最為強烈的區(qū)域，城市河道被侵占、阻塞、破壞現(xiàn)象時有發(fā)生，加之部分建設(shè)年代較早的小區(qū)雨污分流不徹底，河道污染問題日益嚴重。

城市河道的層次結(jié)構(gòu)和整體功能決定了水環(huán)境治理的系統(tǒng)、復(fù)雜、持續(xù)和高投入性，發(fā)達國家水環(huán)境治理的成功實踐和探索多以流域為單元，統(tǒng)籌考慮水安全、水資源和水環(huán)境，形成了一系列科學(xué)合理的治理監(jiān)督、管理模式和上下游協(xié)調(diào)機制。但總體來看現(xiàn)階段國內(nèi)水環(huán)境治理的技術(shù)仍不成熟，治理方案缺乏系統(tǒng)性、整治措施綜合性、操作性不強，容易陷入“反復(fù)治、治反復(fù)”的僵局。

本文基于南通市虹橋片區(qū)水環(huán)境治理工程，從虹橋片區(qū)整體水系布局入手，深入剖析區(qū)域內(nèi)水環(huán)境存在的問題，在內(nèi)部控源截污的基礎(chǔ)上提出通過水系連通、河道疏浚、調(diào)度優(yōu)化等措施對片區(qū)水系進行綜合整治，結(jié)合工程實施情況同步開展原型觀測試驗，監(jiān)測區(qū)域重要節(jié)點的水文、水環(huán)境變化。根據(jù)原型觀測成果分析，片區(qū)綜合治理效果顯著，區(qū)內(nèi)河道流動性大幅增加，水質(zhì)情況大幅改善。通過對該區(qū)域的城市河道治理方案的系統(tǒng)分析，以期為其他類似平原河網(wǎng)地區(qū)的城市水環(huán)境治理提供借鑒和參考。

1 概況

1.1 區(qū)域概況

南通市主城區(qū)地處長江口入?？诒卑?，南通市南部，境內(nèi)河流縱橫，土地平坦，地面高程一般在3.8～5.0m(廢黃河高程，下同)。按照地形地勢差異，南通市主城區(qū)分為崇川西片和海港引河片兩個排澇片區(qū)。虹橋片區(qū)屬于崇川區(qū)西片，包括任港以南、姚港路以西以南，長江以東區(qū)域，總面積10.7km2。

1.2 水系概況

區(qū)內(nèi)現(xiàn)有河道17條(段)，為“兩橫一縱”的水系框架，“兩橫”為任港河、姚港河，“一縱”為倪虹河，排澇期間主要通過任港、姚港等匯流后經(jīng)由各入江口門排出澇水。由于該區(qū)域開發(fā)建設(shè)年代較早，河道水系破壞嚴重，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有8條斷頭或卡口河段。

區(qū)內(nèi)現(xiàn)有控制涵閘13座，除任港閘站、姚剛閘站、虹橋閘、戰(zhàn)勝河閘站正常調(diào)度外，其余大部分日常處于關(guān)閉狀態(tài)，區(qū)內(nèi)水體整體流動性不佳。根據(jù)2019年4月水文、水質(zhì)監(jiān)測情況顯示，區(qū)域內(nèi)10個監(jiān)測點位中，除了任港南側(cè)主要進水口、倪紅河出口處河道水體有流速外，其余河段均為滯留狀態(tài)、少量河道處于干涸；內(nèi)部水質(zhì)情況除主要涵閘進口處水質(zhì)較好外，中部環(huán)河、南部區(qū)域部分區(qū)域出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。

2 治理目標和思路

虹橋片區(qū)內(nèi)大部分居民區(qū)建設(shè)于20世紀80～90年代，是南通市城市建設(shè)最早的區(qū)域之一，內(nèi)部居住密集，人員非常集中，區(qū)內(nèi)河道除了滿足防洪除澇要求外，最主要的是滿足區(qū)內(nèi)居民對生態(tài)環(huán)境和景觀的需求，因此該區(qū)域治理的目標主要從滿足防洪除澇、消除黑臭河道、改善水生態(tài)環(huán)境等方面進行綜合考慮。根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》[6]，一般景觀要求水域需達到Ⅴ類水質(zhì)，本次虹橋片區(qū)河道水質(zhì)已達到景觀用水標準。結(jié)合南通市委市政府要求以及周邊居民述求，以打造“干凈的河、流動的河、美麗的河”為最終治理目標。

本次區(qū)域水環(huán)境治理以系統(tǒng)化思維、片區(qū)化治理、精準化調(diào)度、長效化管護治水理念為指導(dǎo)，充分利用現(xiàn)有水利工程措施，貫通水系，盤活整個片區(qū)水系。優(yōu)化調(diào)度方案，調(diào)整河道水量分配，實行片區(qū)內(nèi)所有河道全面活水、持續(xù)活水、按需配水、高效活水、連片活水。

3 治理方案

3.1 引排布局

虹橋片區(qū)屬于沿江地區(qū)的一個獨立控制區(qū)域，區(qū)內(nèi)地勢基本無高差，河網(wǎng)水位基本一致，目前僅僅依靠戰(zhàn)勝河閘站動力提水，維持內(nèi)部水位控制需求，區(qū)內(nèi)正常水位一般控制2.0～2.1m(廢黃河高程，下同)，區(qū)內(nèi)其他涵閘處于關(guān)閉或節(jié)制水位狀態(tài)，局限于區(qū)內(nèi)原有僅整治存在問題河道的形式，很難形成有效的治理方案。因此，需從全局系統(tǒng)考慮，充分發(fā)揮區(qū)域濱江地理優(yōu)勢，利用長江每日兩漲兩落的自然動力，構(gòu)建區(qū)內(nèi)日常暢流活水的新格局。

虹橋片區(qū)擁有任港、姚港兩條通江河道，一引一排，利用潮位之間的水位差和時間差，形成由北向南的自然引退水格局。具體來說充分利用任港閘站引江優(yōu)勢，適當抬高任港河道水位至2.6～2.7m，利用任港河南線的虹橋閘、鍋爐廠河涵、戰(zhàn)勝河閘站等控制建筑物，向南側(cè)合理分配流量進入虹橋區(qū)域，內(nèi)部區(qū)域通過水系連通、河道疏浚、拓撲導(dǎo)流墻[7- 8]等貫通水系，利用內(nèi)部現(xiàn)有控制建筑物調(diào)整河道分流比，最后匯入倪紅河經(jīng)姚港排入長江，從而實現(xiàn)區(qū)內(nèi)河道的有序流動，如圖1所示。

圖1 虹橋片區(qū)引排方案總體布局圖

3.2 工程措施

要實現(xiàn)虹橋片區(qū)水系自北向南流經(jīng)區(qū)域內(nèi)的所有河道，需通過對內(nèi)部水系的全面綜合整治，打通關(guān)鍵線路，選擇合適方式處理斷頭河，確保水流的通暢是解決問題的關(guān)鍵之一。結(jié)合區(qū)域內(nèi)實際情況，水系連通因地制宜采取了不同的貫通方式，主要包括明河貫通、涵管改造、拓撲導(dǎo)流墻以及疏?；謴?fù)斷面等方式，具體工程布置如圖2所示。

圖2 虹橋片區(qū)工程措施實施布置圖

(1)虹橋南豎河、虹橋環(huán)河暗涵恢復(fù)明河工程；

(2)虹橋路一線過路圓涵改造工程；

(3)直角河西段、任港一河?xùn)|段拓撲導(dǎo)流墻工程；

(4)虹橋環(huán)河疏浚工程。

4 治理成效

4.1 原型觀測試驗

原型觀測試驗主要包括現(xiàn)狀本底觀測、多方案比選觀測、工程實施后觀測。自2019年4月至2020年6月，結(jié)合工程實施情況、調(diào)度方案優(yōu)化情況等因素，累計對虹橋片區(qū)進行了10次原型觀測，時間跨度包括汛期和非汛期、包含每月的大汛和小汛等不同時間段。觀測點布置主要包括進口、出口、關(guān)節(jié)點、重點關(guān)注河道等方面，虹橋片區(qū)內(nèi)共布設(shè)10個固定觀測點位，觀測內(nèi)容包括水文觀測和水質(zhì)監(jiān)測兩部分。

水文觀測主要包括流量觀測、流速觀測、水位觀測。主要觀測暢流匯水過程中各河道、交匯點等區(qū)域的分流情況，為后期進行水量分配做基礎(chǔ)。根據(jù)測流斷面位置和設(shè)備安裝情況，以及河道寬度、上下游河道和水流情況，流量測驗采用流速儀橋測法。

水質(zhì)監(jiān)測主要包括氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、氧化還原電位、溶解氧、透明度6項指標。

根據(jù)原型觀測成果顯示，在區(qū)內(nèi)同步實施控源截污的基礎(chǔ)上，隨著區(qū)內(nèi)水系連通工程的實施、調(diào)度方案的優(yōu)化，區(qū)內(nèi)河道水體流動性、水質(zhì)改善情況均取得了預(yù)期的效果。

4.2 水文觀測成果

根據(jù)歷次水文監(jiān)測成果，結(jié)合工程實施起止時間綜合分析，虹橋片區(qū)的河道水體流動性整體上得到了恢復(fù)，并維持相對穩(wěn)定的流速和流量。

(1)工農(nóng)河利用與任港交匯處的戰(zhàn)勝河閘站，開閘自流引水進入片區(qū)內(nèi)部，歷次觀測工農(nóng)河均有流速，根據(jù)外側(cè)任港河水位及涵閘開啟高度不同，過閘流量隨之變化，大部分時間維持在0.10～0.36m/s。

(2)虹橋南豎河至姚港一河的貫通工程在2019年5月份是施工完成，第4次(2019年7月4日)以后的歷次觀測，該河道流速均保持穩(wěn)定，流速基本維持在0.05m/s左右。

(3)虹橋環(huán)河、姚港三河等在工程實施完成后，河道水體均恢復(fù)了流動性，河道平均流速基本保持在0.05～0.10m/s之間。

(4)通過水系連通、涵洞改造、河道疏浚等綜合整治工程的實施，虹橋片區(qū)的主要河道逐步恢復(fù)了水體流動性，基本保持常態(tài)穩(wěn)定有序流動如圖3所示。

圖3 虹橋片區(qū)水系整治前后部分河道流速變化圖

4.3 水質(zhì)觀測成果

根據(jù)歷次水質(zhì)監(jiān)測成果，以工農(nóng)河、虹橋環(huán)河、虹橋南豎河為例進行分析。

(1)工農(nóng)河自戰(zhàn)勝河閘常態(tài)自流引水后，河道水質(zhì)氨氮指標基本穩(wěn)定維持在1mg/L以下，該項指標達到地表Ⅲ類標準；

(2)虹橋環(huán)河、虹橋南豎河自水系連通及控源截污工程完成后，河道水質(zhì)整體改善明顯，氨氮指標由原來的4.0～9.0mg/L迅速降低，工程實施后的連續(xù)7次觀測中，有6次氨氮指標穩(wěn)定在1mg/L以下，該項指標達到地表Ⅲ類標準。

(3)第8次(2020年5月29日)受降雨影響，部分地面徑流入河，氨氮指標略有增加，但也能滿足城市景觀用水水質(zhì)標準。

該片區(qū)歷次檢測氨氮、總磷指標變化情況如圖4—5所示。

圖4 虹橋片區(qū)部分河道氨氮指標歷次檢測情況

圖5 虹橋片區(qū)部分河道總磷指標歷次檢測情況

5 結(jié)論

(1)系統(tǒng)思維，片區(qū)治理。

城市河道治理需從原有“就河治河”的觀念中解放出來，將單條河道放入整個片區(qū)內(nèi)來綜合考慮，本文中出現(xiàn)的直角河、姚港豎河、姚港三河等均為黑臭水體，單條整治無法避免上下游河道對其的影響，將片區(qū)內(nèi)的河道作為一個整體來系統(tǒng)考慮，先利用長江潮位優(yōu)勢確定片區(qū)的引退水路線，再深入?yún)^(qū)域內(nèi)部暢通水系，優(yōu)化調(diào)度合理分配水量，從而實現(xiàn)片區(qū)內(nèi)所有河道的有效治理，恢復(fù)了河道的水體流動性，提升了整個片區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量。

(2)連通水系，自流活水。

本文中針對片區(qū)內(nèi)河道斷頭、卡口、阻塞的不同情況，因地制宜的選擇合適的連通方式，河道兩側(cè)用地條件不受限制時優(yōu)先考慮明河貫通；河道斷頭處無法連通至其他河道的選擇拓撲導(dǎo)流墻的形式貫通；河道通過道路或小區(qū)等區(qū)域斷面較小時通過涵管改造、河道疏浚等恢復(fù)過流斷面。只有連通的河網(wǎng)才能為區(qū)域防洪除澇、水資源的合理分配、水生態(tài)的恢復(fù)提供保障。

(3)原型試驗，效果評價。

本次虹橋片區(qū)水環(huán)境治理從方案謀劃到工程實施以及實施后效果評價的過程中，同步在片區(qū)內(nèi)合理布設(shè)檢測點位，開展了多次原型觀測試驗。工程實施前進行本底觀測，過程中針對多種調(diào)度方案進行比選，完成后對治理措施效果進行評價，原型觀測試驗始終貫穿于片區(qū)治理的全過程，為工程方案的調(diào)整和調(diào)度方案優(yōu)化提供指導(dǎo)。